专题地基处理方法排水固结法PPT课件.ppt

地基处理方法 排水固结法 主题 主讲教师 袁海平 副教授 博士后 合肥工业大学土木工程系列讲座 1 2 一 概述二 排水固结法的原理三 排水固结法的设计与计算四 施工工艺五 效果检验及加荷速率的控制六 工程实例 地基处理方法 排水固结法 内容提要 3 一 概述 排水固结法是对天然地基 或先在地基设置砂井 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 地基发生沉降时 同时强度逐渐提高的方法 海相沉积 河相沉积 我国广泛分布着海相 湖相 河相沉积的软弱黏性土层 含水量大压缩性高强度低透水性差不少情况埋藏深厚 湖相沉积 4 一 概述 5 一 概述 排水固结法由排水系统和加压系统两个主要部分组成 加压系统 为地基提供必要的固结压力而设置的 地基土层因产生附加压力而发生排水固结 排水系统 为了改善地基原有的天然排水系统的边界条件 增加孔隙水排出路径 缩短排水距离 从而加速地基土的排水固结进程 适用条件 淤泥质土 淤泥和冲填土等饱和粘性土地基 6 一 概述 堆载预压 7 真空预压 一 概述 8 真空预压 一 概述 9 一 概述二 排水固结法的原理三 排水固结法的设计与计算四 施工工艺五 效果检验及加荷速率的控制六 工程实例 地基处理方法 排水固结法 内容提要 10 二 排水固结法的原理 饱和软黏土地基在荷载作用下 孔隙中的水被慢慢排出 孔隙体积慢慢减小 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 地基土的强度逐渐增长 压缩曲线 卸荷膨胀曲线 abc cef fgc 11 二 排水固结法的原理 加载 卸载 再加载过程说明 12 二 排水固结法的原理 土层的排水固结效果与排水边界条件有关 竖向排水固结 土层中的孔隙水向上 下面透水层排出而使土层发生固结 根据固结理论 黏性土固结所需的时间和排水距离的平方成正比 土层越厚 固结时间越长 13 二 排水固结法的原理 14 二 排水固结法的原理 堆载预压 真空预压 降水预压 15 一 概述二 排水固结法的原理三 排水固结法的设计与计算四 施工工艺五 效果检验及加荷速率的控制六 工程实例 地基处理方法 排水固结法 内容提要 16 三 排水固结法的设计与计算 设计目的 设计前的准备 17 三 排水固结法的设计与计算 18 三 排水固结法的设计与计算 1 竖井排水法 典型的砂井地基工程剖面图 19 三 排水固结法的设计与计算 1 竖井排水法 20 三 排水固结法的设计与计算 1 竖井排水法 竖井的类型 普通砂井 袋装砂井 塑料排水带 21 三 排水固结法的设计与计算 1 竖井排水法 竖井的直径和间距 砂井直径和间距主要取决于 黏性土层的固结特性 工期要求原则上以采用 细而密 的方案为好工程上常用的普通砂井直径为30 50cm普通大直径砂井 工程上常用间距一般为砂井直径的6 8倍袋装砂井我国常用7cm 井距1 1 5m 等边三角形布置塑料排水带设计计算方法与砂井相同 一般换算成圆柱体 22 三 排水固结法的设计与计算 1 竖井排水法 竖井的深度 砂井深度主要取决于 土层分布 地基中附加应力大小 建筑物对地基变形和稳定性的要求 工期要求软黏土层不厚时应贯穿软黏土层厚但间有砂层或砂透镜体时 应尽可能打到砂体中软黏土层厚且无砂透水层时按建筑物对地基变形与稳定性要求 深浅管交错布置 浅管贯穿淤泥层 皖江城市带某市政道路 23 三 排水固结法的设计与计算 1 竖井排水法 竖井的排列 24 三 排水固结法的设计与计算 1 竖井排水法 排水砂垫层 在竖井顶面应铺设一定厚度的排水砂垫层以连通竖井 引出从土层排入井中的渗流水砂垫层应有足够的厚度和良好的透水性 以减小对水流的阻力砂垫层的厚度一般为0 4m左右 水下砂垫层厚1m左右 当砂垫层面积较大时 应在砂垫层底部设置纵横向排水盲沟 使渗流水尽快排出预压区外 25 三 排水固结法的设计与计算 1 竖井排水法 竖井地基固结度的计算 固结度的计算是竖井地基设计中的一个很重要内容 知道各级荷载下不同时间的固结度 就可推算地基土强度的增长 从而可进行各级荷载下地基的稳定性分析 并确定相应的加载计划 由固结度可推算加荷预压期间地基的沉降量 确定预压的期限竖井地基的固结理论假设荷载是瞬时施加的 26 可以分解成两个方向的固结问题叠加 Carrillo 三维渗流固结问题 其中 三 排水固结法的设计与计算 1 竖井排水法 竖井地基固结度的计算 27 求解 得到 其中 固结度 井径比 查表5 7 增加井径dw与减小间距de哪个有效 三 排水固结法的设计与计算 1 竖井排水法 竖井地基固结度的计算 28 固结度计算 砂井 dw 排水板 三 排水固结法的设计与计算 1 竖井排水法 竖井地基固结度的计算 29 三 排水固结法的设计与计算 1 竖井排水法 竖井地基固结度的计算 30 三 排水固结法的设计与计算 1 竖井排水法 竖井地基固结度的计算 31 三 排水固结法的设计与计算 1 竖井排水法 竖井地基固结度的计算 32 三 排水固结法的设计与计算 1 竖井排水法 竖井地基固结度的计算 33 三 排水固结法的设计与计算 2 预压法之堆载预压 34 三 排水固结法的设计与计算 2 预压法之堆载预压 35 饱和软黏土地基在荷载作用下 孔隙中的水被慢慢排出 孔隙体积慢慢减小 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 地基土的强度逐渐增长 压缩曲线 卸荷膨胀曲线 abc cef fgc 三 排水固结法的设计与计算 2 预压法之堆载预压 强度增长 36 1 2 竖向排水砂井 塑料排水板水平排水垫层分级堆载 堆载过快易失稳 真空预压不会失稳 三 排水固结法的设计与计算 2 预压法之堆载预压 强度增长 37 三 排水固结法的设计与计算 2 预压法之堆载预压 强度增长 38 三 排水固结法的设计与计算 2 预压法之堆载预压 沉降计算 39 三 排水固结法的设计与计算 2 预压法之堆载预压 沉降计算 固结试验 40 三 排水固结法的设计与计算 2 预压法之堆载预压 沉降计算 41 三 排水固结法的设计与计算 3 预压法之真空预压 42 u 三 排水固结法的设计与计算 3 预压法之真空预压 43 三 排水固结法的设计与计算 3 预压法之真空预压 44 三 排水固结法的设计与计算 3 预压法之真空预压 堆载预压和真空预压的比较 45 三 排水固结法的设计与计算 3 预压法之真空预压 真空预压设计 最低膜内真空度 膜内真空度一般可维持在600mm汞柱 以上 相当于80kPa的真空压力加固区要求达到的平均固结度 一般可采用80 的固结度 如工期许可 可适当提高固结度设计要求竖向排水井的尺寸 对塑料排水带或7cm直径的袋装砂井 间距一般可在1 1 5m范围内选用沉降计算 46 三 排水固结法的设计与计算 3 预压法之真空预压 真空预压设计 47 三 排水固结法的设计与计算 4 预压法之降低地下水位预压 48 设计坑底 坑底降水深度 D 坑底降水线 三 排水固结法的设计与计算 4 预压法之降低地下水位预压 49 z 三 排水固结法的设计与计算 4 预压法之降低地下水位预压 50 三 排水固结法的设计与计算 4 预压法之降低地下水位预压 51 三 排水固结法的设计与计算 4 预压法之降低地下水位预压 降低地下水位预压法可和真空法或堆载预压法联合使用对于随着填土荷载增高 地基有可能破坏时 限制堆载高度 采用降低地下水位联合堆载预压法优越性更为显著 52 一 概述二 排水固结法的原理三 排水固结法的设计与计算四 施工工艺五 效果检验及加荷速率的控制六 工程实例 地基处理方法 排水固结法 内容提要 53 四 施工工艺 按设计做好排水系统的施工 即铺设水平排水砂垫层 打设竖向排水井严格做好施加预压荷载的施工 确保在预压加全过程均匀稳定做好对工程起控制作用的监测和加固效果检验 从工程施工角度分析 保证排水固结法的加固效果三个主要环节 54 四 施工工艺 1 水平排水砂垫层的施工工艺 55 四 施工工艺 1 水平排水砂垫层的施工工艺 排水垫层材料的选择 56 四 施工工艺 1 水平排水砂垫层的施工工艺 排水垫层的厚度 57 四 施工工艺 1 水平排水砂垫层的施工工艺 排水垫层的施工 58 四 施工工艺 2 竖向排水井的施工 59 四 施工工艺 2 竖向排水井的施工 砂井的施工工艺 我国 日本及欧美等国家常用砂井施工方法 套管法 根据工艺可分静压 锤击联合沉管法和振动沉管法水冲成孔法螺旋钻成孔法 水冲成孔 60 四 施工工艺 2 竖向排水井的施工 袋装砂井施工 下砂袋 61 施工前应清理场地 排除积水 并将路基范围内原地面上淤泥 树根 草皮 腐殖土等全部挖除 在路基范围内按设计要求填筑土拱 碾压密实 其上按设计要求铺设砂垫层 机具按设计桩位就位后 塑料排水板经导管内穿出底部 与桩尖连接 拉紧 与管靴口贴紧 并对准桩位 沉入导管至设计深度 然后拔出导管 切断塑料排水板 将顶部露出地面的塑料排水板埋入砂垫层中 埋入长度应大于0 3m或符合设计要求 四 施工工艺 2 竖向排水井的施工 袋装砂井施工 62 四 施工工艺 2 竖向排水井的施工 塑料排水带施工 63 四 施工工艺 2 竖向排水井的施工 塑料排水带施工 64 塑料排水板 四 施工工艺 2 竖向排水井的施工 塑料排水带施工 65 四 施工工艺 3 预压荷载 施加固结压力的荷载 依据施加工艺的不同一般可分为三大类 堆载预压 实体荷载或以建筑物自身重量作为预压荷载真空预压 对被加固软基抽真空形成大气压差作为预压荷载降水预压 降低被加固软基范围地下水位以重度差为预压荷载 65 66 四 施工工艺 3 预压荷载 真空预压荷载工艺 补现场照片 66 67