排水固结.pdf

?1 地基处理技术地基处理技术地基处理技术地基处理技术 重庆交通大学河海工程学院重庆交通大学河海工程学院 赖勇赖勇 Email: ffly001 2010.08 排水固结法排水固结法排水固结法排水固结法 排水固结法排水固结法排水固结法排水固结法 ?排水固结法是目前土木工程广为采用的地基处理 方法，通过国内外众多专家学者近50年的共同努 力，在排水系统、水荷载预压、水下真空预压、真 空井点降水、真空联合堆载预压加固等方面均取得 了大量有较高水平和实用价值的成果并在工程中得 到广泛的应用。 排水固结法是目前土木工程广为采用的地基处理 方法，通过国内外众多专家学者近50年的共同努 力，在排水系统、水荷载预压、水下真空预压、真 空井点降水、真空联合堆载预压加固等方面均取得 了大量有较高水平和实用价值的成果并在工程中得 到广泛的应用。 ?在堆载排水预压法的应用方面，我国已有大量成 功经验与应用成果（如广东的高速公路、深圳湾填 海等大型堆载预压加固项目）。 在堆载排水预压法的应用方面，我国已有大量成 功经验与应用成果（如广东的高速公路、深圳湾填 海等大型堆载预压加固项目）。 深圳河真空预压全貌深圳河真空预压全貌 深圳美视妈湾油库海上抛石围堤、海上铺设土工布、 回填砂和插板并堆载预压竣工后使用现场 深圳美视妈湾油库海上抛石围堤、海上铺设土工布、 回填砂和插板并堆载预压竣工后使用现场 四航研究院进行的交通部综合地基加固现场试验（在潮间带 插铺土工布、回填砂垫层、插排水板，并用真空气体、水荷 载流体和堆砂固体进行三相体联合预压） 四航研究院进行的交通部综合地基加固现场试验（在潮间带 插铺土工布、回填砂垫层、插排水板，并用真空气体、水荷 载流体和堆砂固体进行三相体联合预压） ?2 四航研究院珠海前山水荷载预压加固示意图四航研究院珠海前山水荷载预压加固示意图 四航研究院深圳妈湾潮间带真空预压一角（退潮时）四航研究院深圳妈湾潮间带真空预压一角（退潮时） 排水固结排水固结排水固结排水固结 ?加固机理加固机理 ?设计与计算设计与计算 ?施工工艺施工工艺 ?质量检验质量检验 排水固结排水固结排水固结排水固结 ?排水固结法是对天然地基，或先在地基中 设置砂井 排水固结法是对天然地基，或先在地基中 设置砂井(袋装砂井或塑料排水带袋装砂井或塑料排水带)等竖向 排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐 渐加载；或在建筑物建造前在场地先行加 载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固 结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的 方法。 等竖向 排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐 渐加载；或在建筑物建造前在场地先行加 载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固 结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的 方法。 排水固结排水固结排水固结排水固结 ?常用于解决常用于解决软粘土地基软粘土地基的沉降和稳定问 题，可使地基的沉降在加载预压期间基本 完成或大部分完成，使建筑物在使用期间 不致产生过大的沉降和沉降差。同时，可 增加地基土的抗剪强度，从而提高地基的 承载力和稳定性。 的沉降和稳定问 题，可使地基的沉降在加载预压期间基本 完成或大部分完成，使建筑物在使用期间 不致产生过大的沉降和沉降差。同时，可 增加地基土的抗剪强度，从而提高地基的 承载力和稳定性。 排水固结排水固结排水固结排水固结 ?排水固结法是由排水系统和加压系统 两部分共同组合而成的 排水固结法是由排水系统和加压系统 两部分共同组合而成的 ?3 适用范围适用范围适用范围适用范围 ?适用于处理各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和 粘性土地基。 适用于处理各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和 粘性土地基。 ?砂井法特别适用于存在连续薄砂层的地基。但砂 井只能加速主固结而不能减少次固结，对有机质 土和泥炭等次固结土，不宜只采用砂井法。克服 次固结可利用超载的方法。 砂井法特别适用于存在连续薄砂层的地基。但砂 井只能加速主固结而不能减少次固结，对有机质 土和泥炭等次固结土，不宜只采用砂井法。克服 次固结可利用超载的方法。 ?真空预压法适用于能在加固区形成真空预压法适用于能在加固区形成(包括采取措施 后形成 包括采取措施 后形成)稳定负压边界条件的软土地基。降低地下 水位法、真空预压法和电渗法由于不增加剪应 力，地基不会产生剪切破坏，所以它适用于很软 弱的粘土地基。 稳定负压边界条件的软土地基。降低地下 水位法、真空预压法和电渗法由于不增加剪应 力，地基不会产生剪切破坏，所以它适用于很软 弱的粘土地基。 排水固结法分类排水固结法分类 ?根据加压和排水两个系统的不同，派 生出多种固结加固地基的方法： 根据加压和排水两个系统的不同，派 生出多种固结加固地基的方法： 加固机理加固机理加固机理加固机理 ?(1)堆载预压加固机理(1)堆载预压加固机理 ?(2)真空预压加固机理(2)真空预压加固机理 (1)(1)(1)(1)堆载预压加固机理堆载预压加固机理堆载预压加固机理堆载预压加固机理 ?预压法：在建筑物建造以前，在建筑场地进行加 载预压，使地基的固结沉降基本完成并提高地基 土强度的方法。 预压法：在建筑物建造以前，在建筑场地进行加 载预压，使地基的固结沉降基本完成并提高地基 土强度的方法。 ?在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢 排出，孔隙体积随之逐渐减少，地基发生固结变 形。同时随着超静水压力逐渐消散，有效应力逐 渐提高，地基土强度逐渐增长。 在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢 排出，孔隙体积随之逐渐减少，地基发生固结变 形。同时随着超静水压力逐渐消散，有效应力逐 渐提高，地基土强度逐渐增长。 ?在荷载作用下，土层的固结过程就是超静孔隙 水压力(简称孔隙水压力)消散和有效应力增加的 过程。 在荷载作用下，土层的固结过程就是超静孔隙 水压力(简称孔隙水压力)消散和有效应力增加的 过程。 堆载预压固结法示意图堆载预压固结法示意图堆载预压固结法示意图堆载预压固结法示意图(2)(2)(2)(2)真空预压加固机理真空预压加固机理真空预压加固机理真空预压加固机理 ?真空预压法真空预压法：在需要加固的软土地基表面先铺 设砂垫层，然后埋设垂直排水管道，再用不透 气的封闭膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土 中，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空装 置进行抽气，使其形成真空，增加地基的有效 应力。 ：在需要加固的软土地基表面先铺 设砂垫层，然后埋设垂直排水管道，再用不透 气的封闭膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土 中，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空装 置进行抽气，使其形成真空，增加地基的有效 应力。 ?真空预压的原理主要反映在以下几个方面： 1)薄膜上承受等于薄膜内外压差的荷载。 2)地下水位降低，相应附加应力增加。 3)封闭气泡排出，土的渗透性加大。 真空预压的原理主要反映在以下几个方面： 1)薄膜上承受等于薄膜内外压差的荷载。 2)地下水位降低，相应附加应力增加。 3)封闭气泡排出，土的渗透性加大。 ?4 真空预压法示意图真空预压法示意图 ?真空预压法真空预压法 双层薄膜 塑料排水板或袋装砂井 集水沟 抽真空设备 出膜管 抽真空滤管 淤泥 粘 土 中粗砂垫层及抽真空管道 双层真空薄膜 一层土工布 真空压力表 边坡开挖线 深 圳 河 真 空 预 压 加 固 软 基 示 意 图 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?排水固结法的设计，实质上就是进行排水 系统和加压系统的设计，使地基在受压过 程中排水固结、强度相应增加以满足逐渐 加荷条件下地基稳定性的要求，并加速地 基的固结沉降，缩短预压的时间。 排水固结法的设计，实质上就是进行排水 系统和加压系统的设计，使地基在受压过 程中排水固结、强度相应增加以满足逐渐 加荷条件下地基稳定性的要求，并加速地 基的固结沉降，缩短预压的时间。 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?堆载预压法处理地基的设计应包括下列 内容： 堆载预压法处理地基的设计应包括下列 内容： ?1 选择塑料排水带或砂井，确定其断面 尺寸、间距、排列方式和深度； 1 选择塑料排水带或砂井，确定其断面 尺寸、间距、排列方式和深度； ?2 确定预压区范围。预压荷载大小、荷 载分级、加载速率和预压时间； 2 确定预压区范围。预压荷载大小、荷 载分级、加载速率和预压时间； ?3 计算地基土的固结度、强度增长、抗 滑稳定性和变形。 3 计算地基土的固结度、强度增长、抗 滑稳定性和变形。 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?加载预压法设计包括加压系统和排水系 统的设计。 加载预压法设计包括加压系统和排水系 统的设计。 ?加压系统主要指堆载预压计划以及堆载 材料的选用； 加压系统主要指堆载预压计划以及堆载 材料的选用； ?排水系统包括竖向排水体的材料选用、 排水体长度、断面、平面布置的确定。 排水系统包括竖向排水体的材料选用、 排水体长度、断面、平面布置的确定。 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?一、加压系统设计一、加压系统设计 ?目前采用的加压方法包括：堆载法、利 用建筑物自重法、降水法、真空法以及 联合法等。 目前采用的加压方法包括：堆载法、利 用建筑物自重法、降水法、真空法以及 联合法等。 ?5 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?1、堆载预压法1、堆载预压法 ?堆载预压是在建筑施工前通过临时堆填 土、砂、石、砖等散料对地基加载预 压，使地基土的沉降大部分或分基本完 成，并因固结而提高地基承载力，然后 除去堆载，再进行建筑施工的一种处理 方法。该法适用于各种软粘土地基。 堆载预压是在建筑施工前通过临时堆填 土、砂、石、砖等散料对地基加载预 压，使地基土的沉降大部分或分基本完 成，并因固结而提高地基承载力，然后 除去堆载，再进行建筑施工的一种处理 方法。该法适用于各种软粘土地基。 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?（1）堆载预压的计算步骤（1）堆载预压的计算步骤 ?由于软粘土地基抗剪强度较低，无论直接建 造建筑物还是进行堆载预压往往都不可能快 速加载，而必须分级逐渐加荷，待前期荷载 下地基强度增加到足以加下一级荷载时方可 加下一级荷载。 由于软粘土地基抗剪强度较低，无论直接建 造建筑物还是进行堆载预压往往都不可能快 速加载，而必须分级逐渐加荷，待前期荷载 下地基强度增加到足以加下一级荷载时方可 加下一级荷载。 ?计算步骤：先用简便的方法确定一个初步的 加荷计划，然后校核这一加荷计划下地基的 稳定性和沉降。 计算步骤：先用简便的方法确定一个初步的 加荷计划，然后校核这一加荷计划下地基的 稳定性和沉降。 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?1）利用地基的天然地基土抗剪强度计算 第一级容许施加的荷载 1）利用地基的天然地基土抗剪强度计算 第一级容许施加的荷载p p1 1。 ?一般可根据斯开普顿极限荷载的半经验 公式作为初步估算 一般可根据斯开普顿极限荷载的半经验 公式作为初步估算 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?斯开普顿极限荷载斯开普顿极限荷载 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?饱和软粘土饱和软粘土 ?条形填土，可根据公式估算：条形填土，可根据公式估算： 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?2）计算第一级荷载下地基强度增长值p2）计算第一级荷载下地基强度增长值p1 1。 ?在p在p1 1荷载作用下，经过一段时间预压地基强度 会提高，提高以后的地基强度为C 荷载作用下，经过一段时间预压地基强度 会提高，提高以后的地基强度为Cu1 u1, , ?其中Cu其中Cu为p为p1 1作用下地基因固结而增长的强 度。一般可先假定一固结度，通常可假设为 70%，然后求出强度增量，为考虑剪切蠕动 的强度折减系数。 作用下地基因固结而增长的强 度。一般可先假定一固结度，通常可假设为 70%，然后求出强度增量，为考虑剪切蠕动 的强度折减系数。 ?6 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?3）计算p3）计算p1 1作用下达到所确定固结度所需 要的时间。 作用下达到所确定固结度所需 要的时间。 ?达到某一固结度所需要的时间可根据固 结度与时间的关系求得。此步计算目的 在于确定第一级荷载停歇时间，即第二 级荷载开始施加的时间。 达到某一固结度所需要的时间可根据固 结度与时间的关系求得。此步计算目的 在于确定第一级荷载停歇时间，即第二 级荷载开始施加的时间。 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?4）根据第二步所得到的地基强度计算第 二级所能施加的荷载p 4）根据第二步所得到的地基强度计算第 二级所能施加的荷载p2 2。 ?同样，求出在p同样，求出在p2 2作用下地基固结度达70% 时的强度以及所需要的时间，然后计算 第三级所能施加的荷载，依次可计算出 以后各级荷载和停歇时间。 作用下地基固结度达70% 时的强度以及所需要的时间，然后计算 第三级所能施加的荷载，依次可计算出 以后各级荷载和停歇时间。 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?5）按以上步骤确定的加荷计划进行每一 级荷载下地基的稳定性验算。如稳定性不 满足要求，则调整加荷计划。 5）按以上步骤确定的加荷计划进行每一 级荷载下地基的稳定性验算。如稳定性不 满足要求，则调整加荷计划。 ?6）计算预压荷载下地基的最终沉降量和 预压期间的沉降量。即确定预压荷载卸除 的时间，这时地基在预压荷载下所完成的 沉降量已达设计要求，所留的沉降是建筑 物所允许的 。 6）计算预压荷载下地基的最终沉降量和 预压期间的沉降量。即确定预压荷载卸除 的时间，这时地基在预压荷载下所完成的 沉降量已达设计要求，所留的沉降是建筑 物所允许的 。 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?2、超载预压2、超载预压 ?对沉降有严格限制的建筑，应采取超载 预压法处理地基。 对沉降有严格限制的建筑，应采取超载 预压法处理地基。 ?经超载预压后，如受压土层各点的有效 竖向应力大于建筑物荷载引起的相应点 的附加总应力时，则今后在建筑物荷载 作用下地基土将不会再发生主固结变 形，而且将减小次结变形，并推迟次固 结变形的发生。 经超载预压后，如受压土层各点的有效 竖向应力大于建筑物荷载引起的相应点 的附加总应力时，则今后在建筑物荷载 作用下地基土将不会再发生主固结变 形，而且将减小次结变形，并推迟次固 结变形的发生。 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?在预压过程中，任意时间地基的沉降量可表 示为： 在预压过程中，任意时间地基的沉降量可表 示为： ?可用于：a确定所需的超载压力值可用于：a确定所需的超载压力值p ps，以保证使用（或永 久）荷载 s，以保证使用（或永 久）荷载p pf f作用下预期的总沉降量在给定时间完成；b确定在 给定超载下达到预定沉降所需要的时间。 作用下预期的总沉降量在给定时间完成；b确定在 给定超载下达到预定沉降所需要的时间。 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?3、真空预压法3、真空预压法 ?真空预压法是在需要加固的软土地基表 面先铺设砂垫层，然后埋设竖向排水 体，竖向排水体常采用袋装砂井、或塑 料排水带。再用不透气的封闭膜使其与 大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过砂 垫层埋设的吸水管道，用真空装置进行 抽气，使其形成真空，使土中水排出， 增加地基的有效应力。 真空预压法是在需要加固的软土地基表 面先铺设砂垫层，然后埋设竖向排水 体，竖向排水体常采用袋装砂井、或塑 料排水带。再用不透气的封闭膜使其与 大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过砂 垫层埋设的吸水管道，用真空装置进行 抽气，使其形成真空，使土中水排出， 增加地基的有效应力。 ?7 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?为了满足某些使用荷载大，承载力要求高的 建筑物的需要，1983年开展了 为了满足某些使用荷载大，承载力要求高的 建筑物的需要，1983年开展了真空和堆载联 合预压法 真空和堆载联 合预压法的研究，实践证明，真空预压和堆 载预压的效果是可以叠加的。采用真空和堆 载联合预压法已获得过相当130kpa等效荷载 的预压效果。 的研究，实践证明，真空预压和堆 载预压的效果是可以叠加的。采用真空和堆 载联合预压法已获得过相当130kpa等效荷载 的预压效果。 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?（1）真空预压的设计（1）真空预压的设计 ?设计内容除排水系统外，主要包括：密封内 的真空度，加固土层要求达到的平均固结 度，竖向排水体的尺寸，加固后的沉降和工 艺设计等。 设计内容除排水系统外，主要包括：密封内 的真空度，加固土层要求达到的平均固结 度，竖向排水体的尺寸，加固后的沉降和工 艺设计等。 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?A. 膜内真空度A. 膜内真空度 ?真空预压效果和封闭膜内所达到的真空度大 小关系极大。根据国内一些工程的经验，当 采用合理的工艺和设备，膜内真空度一般可 维持600mmHg左右，相当于80kpa的真空压 力，此值可作为最大膜内设计真空度。 真空预压效果和封闭膜内所达到的真空度大 小关系极大。根据国内一些工程的经验，当 采用合理的工艺和设备，膜内真空度一般可 维持600mmHg左右，相当于80kpa的真空压 力，此值可作为最大膜内设计真空度。 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?B.加固区内要求达到平均固结度B.加固区内要求达到平均固结度 ?一般可采用80%的固结度。如工期许可，也可 采用更大一些的固结度作为设计要求达到的 固结度。 一般可采用80%的固结度。如工期许可，也可 采用更大一些的固结度作为设计要求达到的 固结度。 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?C.竖向排水体C.竖向排水体 ?一般采用袋装砂井或塑料排水带。一般采用袋装砂井或塑料排水带。 ?真空预压处理地基时，必须设置竖向排水 体，由于砂井（袋装砂井或塑料排水带）能 将真空度从砂垫层中传至土体，并将土体中 的水抽至砂垫层然后排出。若不设置砂井等 就起不到上述的作用和加固目的。 真空预压处理地基时，必须设置竖向排水 体，由于砂井（袋装砂井或塑料排水带）能 将真空度从砂垫层中传至土体，并将土体中 的水抽至砂垫层然后排出。若不设置砂井等 就起不到上述的作用和加固目的。 ?抽真空的时间与土质条件和竖向排水体的间 距密切有关。达到相同的固结度，间距越 小，则所需的时间越短. 抽真空的时间与土质条件和竖向排水体的间 距密切有关。达到相同的固结度，间距越 小，则所需的时间越短. 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?袋装砂井间距与所需时间关系袋装砂井间距与所需时间关系 ?8 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?D.沉降计算D.沉降计算 ?先计算加固前建筑物荷载下天然地基的沉降 量，然后计算真空预压期间所完成的沉降 量，两者之差即为预压后在建筑物使用荷载 下可能发生的沉降。 先计算加固前建筑物荷载下天然地基的沉降 量，然后计算真空预压期间所完成的沉降 量，两者之差即为预压后在建筑物使用荷载 下可能发生的沉降。 ?预压期间的沉降可根据设计要求达到固结度 推算加固区所增加的平均有效应力。 预压期间的沉降可根据设计要求达到固结度 推算加固区所增加的平均有效应力。 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?4、真空4、真空堆载联合预压法堆载联合预压法 ?对承载力要求高，沉降限制严的建筑物，可采 用真空 对承载力要求高，沉降限制严的建筑物，可采 用真空堆载联合预压法。真空是负压，堆载 是正压，通过实际工程测出的效果是可以叠加 的。 堆载联合预压法。真空是负压，堆载 是正压，通过实际工程测出的效果是可以叠加 的。 真空真空真空真空堆载联合预压法示意图堆载联合预压法示意图堆载联合预压法示意图堆载联合预压法示意图 ?4、真空4、真空堆载联合预压法堆载联合预压法 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?真空预压的总面积不得小于基础外边缘所包围 的面积，一般真空的边缘应比建筑物基础外缘 超出23m，另外，每块预压的面积尽可能 大，彼此间可搭接或有一定间距。加固面积越 大，加固面积与周边长度之比也越大。气密性 也越好，真空度也越高。根据现有的材料和工 艺设备，每块面积已达3万。 真空预压的总面积不得小于基础外边缘所包围 的面积，一般真空的边缘应比建筑物基础外缘 超出23m，另外，每块预压的面积尽可能 大，彼此间可搭接或有一定间距。加固面积越 大，加固面积与周边长度之比也越大。气密性 也越好，真空度也越高。根据现有的材料和工 艺设备，每块面积已达3万。 ?当在加固区发现有透气层和透水层时，一般可 在塑料薄膜周边采用另加水泥土搅拌桩的壁式 密封措施。 当在加固区发现有透气层和透水层时，一般可 在塑料薄膜周边采用另加水泥土搅拌桩的壁式 密封措施。 真空度与加固面积的关系真空度与加固面积的关系真空度与加固面积的关系真空度与加固面积的关系设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?5、降低地下水位预压法5、降低地下水位预压法 ?降低地下水位法是指利用井点抽水降低地下水位以 增加土的自重应力，达到预压加固的目的。 降低地下水位法是指利用井点抽水降低地下水位以 增加土的自重应力，达到预压加固的目的。 ?最适用于砂性土或在软粘土层中存在砂或粉土的情 况。 最适用于砂性土或在软粘土层中存在砂或粉土的情 况。 ?对于深度的软粘土层，为加速其固结，往往设置砂 井并采用井点法降低地下水位。当应用真空装置降 水时，地下水位约可降低56m，产生的预压荷载 为5060kpa，相当于3m左右的砂石堆载。若需要 更深的降水时，则需要用高扬程的井点法。 对于深度的软粘土层，为加速其固结，往往设置砂 井并采用井点法降低地下水位。当应用真空装置降 水时，地下水位约可降低56m，产生的预压荷载 为5060kpa，相当于3m左右的砂石堆载。若需要 更深的降水时，则需要用高扬程的井点法。 ?9 轻型井点降水轻型井点降水 ?轻型井点降水轻型井点降水 滤管及沉管滤管及沉管 ?滤管及沉管滤管及沉管 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?6、利用建筑物自重加压法6、利用建筑物自重加压法 ?直接利用建筑物自身重量，分期施工，使地基在前 期荷载下固结，强度提高到满足下一级荷载再继续 施工，如此反复，直至建筑物竣工，达到使用荷 载。由于在施工过程中，地基逐渐发生固结沉降， 至建筑物使用时沉降大部分完成。该法不需要另外 的加载系统，经济有效。 直接利用建筑物自身重量，分期施工，使地基在前 期荷载下固结，强度提高到满足下一级荷载再继续 施工，如此反复，直至建筑物竣工，达到使用荷 载。由于在施工过程中，地基逐渐发生固结沉降， 至建筑物使用时沉降大部分完成。该法不需要另外 的加载系统，经济有效。 ?适用于某些对沉降要求不严格（能够适应较大变 形），而以地基稳定性为控制条件的建筑物，如路 堤、土坝、油罐等。 适用于某些对沉降要求不严格（能够适应较大变 形），而以地基稳定性为控制条件的建筑物，如路 堤、土坝、油罐等。 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?二、排水系统设计二、排水系统设计 ?1）竖向排水体材料选择1）竖向排水体材料选择 ?2) 砂井或塑料排水带直径2) 砂井或塑料排水带直径 ?3) 砂井或塑料排水带间距3) 砂井或塑料排水带间距 ?4) 砂井排列方式4) 砂井排列方式 ?5) 竖向排水体深度设计5) 竖向排水体深度设计 ?6）地表排水砂垫层设计6）地表排水砂垫层设计 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?二、排水系统设计二、排水系统设计 ?1）竖向排水体材料选择1）竖向排水体材料选择 ?竖向排水体可采用普通砂井、袋装砂井 和塑料排水带。若竖向排水体长度超过 20m，建议采用普通砂井。制作砂井的砂 宜用中粗砂，不应有草根等杂物，其含 泥量不能超过3%。 竖向排水体可采用普通砂井、袋装砂井 和塑料排水带。若竖向排水体长度超过 20m，建议采用普通砂井。制作砂井的砂 宜用中粗砂，不应有草根等杂物，其含 泥量不能超过3%。 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?2) 砂井或塑料排水带直径2) 砂井或塑料排水带直径 ?普通砂井直径可取300-500mm，井径比为68 ；袋 装砂井直径可取70-100mm; 井径比为1520； 塑料排水带尺寸一般为100mm4mm，井径比为15 30。 普通砂井直径可取300-500mm，井径比为68 ；袋 装砂井直径可取70-100mm; 井径比为1520； 塑料排水带尺寸一般为100mm4mm，井径比为15 30。 ?塑料排水带的当量换算直径塑料排水带的当量换算直径 ?10 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?3) 砂井或塑料排水带间距3) 砂井或塑料排水带间距 ?可根据地基土的固结特性和预定时间内所 要求达到的固结度确定。 可根据地基土的固结特性和预定时间内所 要求达到的固结度确定。 ?通常砂井的间距可按井径比n确定。 （n=d 通常砂井的间距可按井径比n确定。 （n=de e/d/dw w,d,de e为砂井的有效排水圆柱体直 径， d 为砂井的有效排水圆柱体直 径， dw w为砂井直径）为砂井直径） ?普通砂井的间距可按n=6-8 选用；袋装砂 井或塑料排水带的间距可按n=15-20（30） 选用。 普通砂井的间距可按n=6-8 选用；袋装砂 井或塑料排水带的间距可按n=15-20（30） 选用。 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?3) 砂井3) 砂井 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?4) 砂井排列方式4) 砂井排列方式 ?砂井的平面布置可采用等边三角形或正方形排列。 以正三角形排列较为紧凑和有效。 砂井的平面布置可采用等边三角形或正方形排列。 以正三角形排列较为紧凑和有效。 ?正方形排列时：d正方形排列时：de e=1.13s =1.13s ?正三角形排列时：d正三角形排列时：de e=1.05s =1.05s ?式中d式中de e每一个砂井有效影响范围的直径;每一个砂井有效影响范围的直径; ?s s砂井间距。砂井间距。 ?竖向排水体的布置范围一般由基础的轮廓线向外增 大大约24m。 竖向排水体的布置范围一般由基础的轮廓线向外增 大大约24m。 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?5)竖向排水体深度设计5)竖向排水体深度设计 ?竖向排水体深度主要根据土层分布、附加应力大 小、施工期限和施工条件及地基稳定性等因素确 定。 竖向排水体深度主要根据土层分布、附加应力大 小、施工期限和施工条件及地基稳定性等因素确 定。 ?(a)当软土层不厚、底部有透水层时，排水体应尽 可能穿透软土层； (a)当软土层不厚、底部有透水层时，排水体应尽 可能穿透软土层； ?(b)当深厚的高压缩性土层间有砂层或砂透镜体 时，排水体应尽可能打至砂层或砂透镜体。而采用 真空预压时应尽量避免排水体与砂层相连接，以免 影响真空效果； (b)当深厚的高压缩性土层间有砂层或砂透镜体 时，排水体应尽可能打至砂层或砂透镜体。而采用 真空预压时应尽量避免排水体与砂层相连接，以免 影响真空效果； ?(c)对于无砂层的深厚地基则可根据其稳定性及建 筑物在地基中造成的附加应力与自重应力之比值确 (c)对于无砂层的深厚地基则可根据其稳定性及建 筑物在地基中造成的附加应力与自重应力之比值确 定定( (一般为一般为0.10.10.2)0.2)； 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?(d)按稳定性控制的工程，如路堤、土坝、岸 坡、堆料等，排水体深度应通过稳定分析确 定，排水体长度应大于最危险滑动面2m的深 度。 (d)按稳定性控制的工程，如路堤、土坝、岸 坡、堆料等，排水体深度应通过稳定分析确 定，排水体长度应大于最危险滑动面2m的深 度。 ?(e)按沉降控制的工程，排水体长度可从压载 后的沉降量满足上部建筑物容许的沉降量来确 定。 (e)按沉降控制的工程，排水体长度可从压载 后的沉降量满足上部建筑物容许的沉降量来确 定。 ?竖向排水体长度一般为1025m。竖向排水体长度一般为1025m。 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?6）地表排水砂垫层设计6）地表排水砂垫层设计 ?砂井顶部应铺设砂垫层，以连通各砂井将水排到工 程场地以外。 砂井顶部应铺设砂垫层，以连通各砂井将水排到工 程场地以外。 ?砂垫层应形成一个连续的、有一定厚度的排水层， 以免地基沉降时被切断而使排水通道堵塞。 砂垫层应形成一个连续的、有一定厚度的排水层， 以免地基沉降时被切断而使排水通道堵塞。 ?陆上施工时，砂垫层厚度一般取0.5m左右；水下施 工时，一般为1m左右。 陆上施工时，砂垫层厚度一般取0.5m左右；水下施 工时，一般为1m左右。 ?砂垫层的宽度应大于堆载宽度或建筑物的底宽，并 伸出砂井区外边线2倍砂井直径。 砂垫层的宽度应大于堆载宽度或建筑物的底宽，并 伸出砂井区外边线2倍砂井直径。 ?在砂料贫乏地区，可采用连通砂井的纵横砂沟（在砂料贫乏地区，可采用连通砂井的纵横砂沟（2- 3D，40-60cm）深 2- 3D，40-60cm）深代替整片砂垫层。代替整片砂垫层。 ?11 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?现场监测设计现场监测设计 ?监测项目一般包括监测项目一般包括地面沉降观测地面沉降观测、水平位移观测水平位移观测和和 孔隙水压力观测孔隙水压力观测，如有条件可进行地基中深层沉降 和水平位移观测。 ，如有条件可进行地基中深层沉降 和水平位移观测。 ?控制要求控制要求：竖井地基，最大竖向变形量每天不应超 过15mm，天然地基，最大竖向变形量每天不应超过 l0mm；边桩水平位移每天不应超过5mm；地基中孔 压不得超过预压荷载的5060%，并应根据上述观 察资料综合分析、判断地基的稳定性。预压荷载的 卸荷时间一般控制在固结度为85%左右。 ：竖井地基，最大竖向变形量每天不应超 过15mm，天然地基，最大竖向变形量每天不应超过 l0mm；边桩水平位移每天不应超过5mm；地基中孔 压不得超过预压荷载的5060%，并应根据上述观 察资料综合分析、判断地基的稳定性。预压荷载的 卸荷时间一般控制在固结度为85%左右。 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?三、计算理论三、计算理论 ?1)地基固结度的计算1)地基固结度的计算 ?2)地基土抗剪强度的计算2)地基土抗剪强度的计算 ?3）地基的最终竖向变形量3）地基的最终竖向变形量 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?1)地基固结度的计算1)地基固结度的计算 ?在一级或多级等速加荷条件下，t时刻对应总荷 载的地基平均固结度 在一级或多级等速加荷条件下，t时刻对应总荷 载的地基平均固结度 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?、参数、参数 设计与计算设计与计算设计与计算设计与计算 ?2)地基土抗剪强度的计算2)地基土抗剪强度的计算 ?地基中某一点在某一时刻的抗剪强度地基中某一点在某一时刻的抗剪强度 预压荷载下地基的最终竖向变形量预压荷载下地基的最终竖向变形量预压荷载下地基的最终竖向变形量预压荷载下地基的最终竖向变形量 ?12 排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺 ?一、铺设水平排水砂垫层；一、铺设水平排水砂垫层； ?二、设置竖向排水体；二、设置竖向排水体； ?三、施加固结压力。三、施加固结压力。 排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺 ?一、铺设水平排水砂垫层；一、铺设水平排水砂垫层； ?垫层材料垫层材料 ：渗水好的砂料，其渗透系数一般不低于 10 ：渗水好的砂料，其渗透系数一般不低于 10-3 -3cm/s，同时能起到一定的反滤作用。常用级配 良好的中粗砂。也可采用连通砂井的砂沟（2-3D， 40-60cm深）代替整片砂垫层。不宜采用粉、细砂。 cm/s，同时能起到一定的反滤作用。常用级配 良好的中粗砂。也可采用连通砂井的砂沟（2-3D， 40-60cm深）代替整片砂垫层。不宜采用粉、细砂。 ?垫层厚度垫层厚度 ：满足渗流水能及时排出，应起到持力层 的作用。一般应选用3050cm厚度。对新吹填不久 的或无硬壳层的软粘土及水下施工的特殊条件，应 采用厚的或混合料排水垫层。 ：满足渗流水能及时排出，应起到持力层 的作用。一般应选用3050cm厚度。对新吹填不久 的或无硬壳层的软粘土及水下施工的特殊条件，应 采用厚的或混合料排水垫层。 ?垫层施工垫层施工 ：机械分堆摊铺、堆成若干砂堆，然后用 推土机或人工摊平。 ：机械分堆摊铺、堆成若干砂堆，然后用 推土机或人工摊平。 排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺 ?二、竖向排水体施工二、竖向排水体施工 ?材料：3050cm直径的普通砂井； 712cm直径的袋装砂井； 10cm宽的塑料排水带。 材料：3050cm直径的普通砂井； 712cm直径的袋装砂井； 10cm宽的塑料排水带。 ?1、砂井施工1、砂井施工 ?2、袋装砂井施工2、袋装砂井施工 ?3、塑料排水带施工3、塑料排水带施工 深圳河打设砂井桩和排水板示意图 袋装砂井的施工过程袋装砂井的施工过程袋装砂井的施工过程袋装砂井的施工过程袋装砂井的施工过程袋装砂井的施工过程袋装砂井的施工过程袋装砂井的施工过程 ?13 插板机插板机 ?插板机插板机 插板机插板机 ?插板机插板机 四 航 研 究 院 排 水 板 施 工 现 场 图 排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺 三、施加固结压力 （ 三、施加固结压力 （一）利用建筑物自重加压 一般应用于以地基的稳定性为控制条件，能适应较 大变形的建筑物，如路堤、土坝、储矿场、油罐、水 池等。 对油罐和水池等建筑物，先进行充水加压，一方面 可检验罐壁本身有无渗透现象，同时，还利用分级逐 渐充水预压，使地基土强度得以提高，满足稳定性要 求。 对路堤、土坝等建筑物，由于填土高、荷载大，地 基的强度不能满足快速填筑的要求，工程上都采用严 格控制加荷速率，逐层填筑的方法以确保地基的稳定 性。 一）利用建筑物自重加压 一般应用于以地基的稳定性为控制条件，能适应较 大变形的建筑物，如路堤、土坝、储矿场、油罐、水 池等。 对油罐和水池等建筑物，先进行充水加压，一方面 可检验罐壁本身有无渗透现象，同时，还利用分级逐 渐充水预压，使地基土强度得以提高，满足稳定性要 求。 对路堤、土坝等建筑物，由于填土高、荷载大，地 基的强度不能满足快速填筑的要求，工程上都采用严 格控制加荷速率，逐层填筑的方法以确保地基的稳定 性。 排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺 ?（二）堆载预压（二）堆载预压 ?堆载预压的材料：以散料为主，如土、石料、 砂、砖等。 堆载预压的材料：以散料为主，如土、石料、 砂、砖等。 ?大面积施工时通常采用自卸汽车与推土机联合 作业。对超软地基的堆载预压，第一级荷载宜 用轻型机械或人工作业。 大面积施工时通常采用自卸汽车与推土机联合 作业。对超软地基的堆载预压，第一级荷载宜 用轻型机械或人工作业。 ?堆载预压工艺简单，但处理不当，特别是加荷 速率控制不好时，容易导致工程施工的失败。 堆载预压工艺简单，但处理不当，特别是加荷 速率控制不好时，容易导致工程施工的失败。 排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺 ?（二）堆载预压（二）堆载预压 ?注意事项：注意事项： ?1、必须严格控制加载速率。保证在各级荷载下地 基的稳定性。基本控制标准是：竖向变形每天不 应超过10，边桩水平位移每天不应超过5。 1、必须严格控制加载速率。保证在各级荷载下地 基的稳定性。基本控制标准是：竖向变形每天不 应超过10，边桩水平位移每天不应超过5。 ?2、堆载面积要足够。堆载的顶面积不小于建筑 物底面积。 2、堆载面积要足够。堆载的顶面积不小于建筑 物底面积。 ?3、注意堆载过程中荷载的均匀分布，避免局部堆 载过高导致地基局部失稳破坏。 3、注意堆载过程中荷载的均匀分布，避免局部堆 载过高导致地基局部失稳破坏。 ?14 排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺 ?（三）真空预压（三）真空预压 ?（1） 真空预压系统设置（1） 真空预压系统设置 ?1.排水通道施工1.排水通道施工 ?先在软基表面铺设砂垫层和在土体中埋设袋装砂井或塑料排 水带； 先在软基表面铺设砂垫层和在土体中埋设袋装砂井或塑料排 水带； ?2.埋设水平向分布滤水管。2.埋设水平向分布滤水管。 ?主要作用：使真空度在整个加固区域内均匀分布。主要作用：使真空度在整个加固区域内均匀分布。 ?要求：滤水管在预压过程中应能适应地基的变形，特别是差 异变形。 要求：滤水管在预压过程中应能适应地基的变形，特别是差 异变形。 ?材料：钢管或塑料管，其外侧宜缠绕铅丝，外包尼龙砂网或 土工织物作为滤水层。 材料：钢管或塑料管，其外侧宜缠绕铅丝，外包尼龙砂网或 土工织物作为滤水层。 排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺 ?滤水管布置：滤水管在加固区内的分布形式可采用 条状、梳子状或羽毛状等，滤水管一半埋设在排水 砂垫层中间，其上应有100200砂层覆盖。 滤水管布置：滤水管在加固区内的分布形式可采用 条状、梳子状或羽毛状等，滤水管一半埋设在排水 砂垫层中间，其上应有100200砂层覆盖。 真空预压水平管路施工 排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺 ?（三）真空预压（三）真空预压 ?（1） 真空预压系统设置（1） 真空预压系统设置 排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺 ?3、铺设密封膜3、铺设密封膜 ?密封膜铺设质量是真空预压加固法成贩的关键。密封膜铺设质量是真空预压加固法成贩的关键。 ?要求：要求：a a应选用抗老化性能好、韧性大、抗穿刺能力强的 不透气材料。普通聚氯乙烯薄膜性能不