排水固结课件

1、排水固结课件4.排水固结排水固结Drain ConsolidationDrain Consolidation（Preloading MethodPreloading Method）地基处理地基处理New Technical of Soil Improvement 排水固结课件 排水固结法排水固结法4.1. 概述概述4.2. 排水固结法加固机理排水固结法加固机理4.3. 预压预压 排水固结设计计算排水固结设计计算4.4. 真空预压法真空预压法4.5.排水固结法施工排水固结法施工4.6. 效果检验效果检验排水固结课件4.1. 概述概述 1.排水固结法排水固结法 是对天然地基，是对天然地基，或或先在

2、地基中设置先在地基中设置竖向排水体竖向排水体，再，再利用建筑物本身重量逐渐加载；或在建筑物建造前在利用建筑物本身重量逐渐加载；或在建筑物建造前在场地上先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐场地上先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，强度逐步提高的方法。固结，地基发生沉降，强度逐步提高的方法。 该法常用于解决该法常用于解决软粘土地基的沉降和稳定问题软粘土地基的沉降和稳定问题，可使地基的沉降在加载预，可使地基的沉降在加载预压期间压期间基本完成或大部分基本完成或大部分完成，完成，使建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和使建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。沉降差。同时，

3、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。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。排水固结课件2. 2. 排水固结法的构成排水固结法的构成 由由排水系统排水系统和和加压系统加压系统两部分共同组成。两部分共同组成。排水固结排水固结排水系统排水系统加压系统加压系统竖向排水体竖向排水体水平排水系统水平排水系统普通砂井普通砂井袋装砂井袋装砂井塑料排水带塑料排水带砂垫层砂垫层堆载法堆载法真空法真空法降低地下水位法降低地下水位法电渗法电渗法联合法联合法排水固结课件 3.竖向排水材料类型竖向排水材料类型 (1).(1).塑料排水带塑料排水带 塑料排水带的宽度一般为塑料排水带的

4、宽度一般为100mm100mm，厚度，厚度3.53.54mm.4mm. (2).(2).砂井砂井 砂柱为软土提供了排水通道。砂柱为软土提供了排水通道。塑料排水带塑料排水带排水固结课件Vertical Wick DrainsVertical Wick Drains截面：芯板为并联十字型而组成口琴状。截面：芯板为并联十字型而组成口琴状。滤膜滤膜 ：长纤热扎无纺布，渗水性能极为优良：长纤热扎无纺布，渗水性能极为优良 芯板：聚丙烯芯板：聚丙烯(PP)和聚乙烯和聚乙烯(PE)混合掺配制混合掺配制 排水固结课件袋装砂井袋装砂井排水固结课件排水固结课件插板机插板机排水固结课件3. 排水固结的适用范围排水固结

5、的适用范围 适用于各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和粘性土适用于各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和粘性土地基。地基。4. 排水固结的应用条件排水固结的应用条件v必须有预压荷载必须有预压荷载v有足够的预压时间有足够的预压时间v有适用的土类有适用的土类排水固结课件4.2. 加固机理加固机理4.2.1.堆载预压加固机理堆载预压加固机理1.什么是堆载预压：什么是堆载预压： 在软粘土地基上，先施工加荷载，使土层产生相当的压在软粘土地基上，先施工加荷载，使土层产生相当的压缩固结，然后将预压荷载卸掉，进行建筑物施工，即可缩固结，然后将预压荷载卸掉，进行建筑物施工，即可增加地基强度，减少建筑物建成后的沉降量。增加

6、地基强度，减少建筑物建成后的沉降量。2、土的固结过程：、土的固结过程： 土层的固结过程就是孔隙水压力消散和有效应力增加的土层的固结过程就是孔隙水压力消散和有效应力增加的过程。即：也是土体密度和强度随时间而增长的过程。过程。即：也是土体密度和强度随时间而增长的过程。排水固结课件4.2. 加固机理加固机理3、总应力、总应力、有效应力、有效应力 、孔隙水压力三者间关系、孔隙水压力三者间关系 什么是有效应力什么是有效应力 当荷载作用于饱和土体时，这些荷载是由土颗粒和孔隙当荷载作用于饱和土体时，这些荷载是由土颗粒和孔隙水共同承担的。通过土粒间接触点传递的粒间应力称水共同承担的。通过土粒间接触点传递的粒间

7、应力称有有效应力效应力；通过孔隙水传递的应力称为；通过孔隙水传递的应力称为孔隙水压力孔隙水压力。 此时的固结度此时的固结度U表示为：表示为： U 0 u=1 0 u=1 完全固结完全固结排水固结课件饱和土加荷后其固结过程可分三种情况饱和土加荷后其固结过程可分三种情况 （1）、荷载施工加开始瞬间：）、荷载施工加开始瞬间： 0时，时，0，U0 （2）、渗流过程中：）、渗流过程中： 0时，时，0U1 （3）、渗流终止时：）、渗流终止时： 时，时，0，U1（固结完成）（固结完成）排水固结课件 为了加速固结，在天然地基中设计垂向排水体。在实为了加速固结，在天然地基中设计垂向排水体。在实际的工程中设置砂井

8、，包括袋装砂井、塑料排水带等。际的工程中设置砂井，包括袋装砂井、塑料排水带等。竖向排水情况竖向排水情况砂井地基排水情况砂井地基排水情况水平砂垫层水平砂垫层砂井砂井排水固结课件堆载堆载排水排水砂垫层砂垫层排水砂井排水砂井软土层软土层排水固结课件排水固结法的原理排水固结法的原理 加加 固固 软软 土土 层层竖竖 向向 排排 水水 体体排水垫层排水垫层水平排水盲沟水平排水盲沟排水固结课件系统组成系统组成排水系统排水系统 排水固结课件 4.2.2.真空预压加固机理真空预压加固机理 1.真空预压概念真空预压概念设砂垫层垂直排水管道封闭膜水平吸水管道设砂垫层垂直排水管道封闭膜水平吸水管道 抽真空抽真空2.

9、加固机理：加固机理： 通过抽真空，在膜的内外形成压差，使土体中的孔隙水通过抽真空，在膜的内外形成压差，使土体中的孔隙水不断排出，从而使土体固结。不断排出，从而使土体固结。排水固结课件 真空预压原理主要表现在三个方面；真空预压原理主要表现在三个方面；(1).薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载。薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载。(2).地下水位下降，附加应力相应增加。地下水位下降，附加应力相应增加。 抽气前后地下水位降低，此范围内土体由浮重度变为抽气前后地下水位降低，此范围内土体由浮重度变为湿重度，土体固结压力增加。湿重度，土体固结压力增加。v(3).封闭气泡排出，土的渗透性加大。封闭气泡排出，

10、土的渗透性加大。排水固结课件铺设滤水管铺设滤水管 排水固结课件排水固结课件排水固结课件竖向与水平排水管的连接方式竖向与水平排水管的连接方式排水固结课件排水固结课件排水固结课件 1.理论上, 真空预压法可产生的最大荷载为： (A)50kPa (B)75kPa (C)80kPa (D)100kPa (E)120kPa 【解】理论上，当地基达到完全真空时，可产生【解】理论上，当地基达到完全真空时，可产生1 1个大气压即个大气压即100kPa100kPa的预压荷载。的预压荷载。 2.工程实际中工程实际中, , 真空预压法可产生的最大荷载约为：真空预压法可产生的最大荷载约为： (A)50kPa (B)7

11、0kPa (C)85kPa (D)100kPa(A)50kPa (B)70kPa (C)85kPa (D)100kPa【解】理论上，当地基达到完全真空时，可产生【解】理论上，当地基达到完全真空时，可产生1 1个大气压即个大气压即100kPa100kPa的预压荷载。但在实际工程中，根据目前的技术能力，使的预压荷载。但在实际工程中，根据目前的技术能力，使地基达到完全真空是不可能的，一般能达到地基达到完全真空是不可能的，一般能达到858590kPa90kPa。 排水固结课件 4.3、设计与计算、设计与计算 设计预压固结的方法的基本要求：设计预压固结的方法的基本要求： （1）、加固期限量短；）、加固期

12、限量短； （2）、固结沉降要快；）、固结沉降要快； （3）、充分增加强度；）、充分增加强度； （4）、注意安全：）、注意安全：排水固结课件排水固结课件 预压排水固结设计与计算预压排水固结设计与计算 一、加压系统设计一、加压系统设计 土质情况：单级加荷和多级加荷；土质情况：单级加荷和多级加荷； 堆载材料：自重预压、加荷预压和加水预压。堆载材料：自重预压、加荷预压和加水预压。 计算步骤：计算步骤：首先用简便的方法确定一个初步的加荷计首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的地基的稳定性和沉降。划，然后校核这一加荷计划下的地基的稳定性和沉降。 排水固结课件 1、利用地基的天然地

13、基土抗剪强度计算第一级容许施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加的荷载p1。据斯开普顿极限荷载的半经验公式作为初。据斯开普顿极限荷载的半经验公式作为初步估算，即：步估算，即： 对饱和软粘土也可采用下列公式计算：对饱和软粘土也可采用下列公式计算： DKCpu14. 51对条形填土，可根据下面公式估算：对条形填土，可根据下面公式估算： KCpu52. 51Cu-天然地基不排水抗剪强度天然地基不排水抗剪强度K-安全系数；安全系数；1.11.5 土的重度土的重度D基础的埋深基础的埋深排水固结课件 2、计算第一级荷载下地基强度增长值、计算第一级荷载下地基强度增长值 在荷载作用下，经过一

14、段时间预压地基强度会提高，在荷载作用下，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：提高以后的地基强度为： )(1uuuCCC3 3、计算作用下达到所确定固结度所需要的时间。达到、计算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。得。-强度折减系数强度折减系数排水固结课件 4、根据第二步所得到的地基强度计算第二级所能施加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。的荷载。 同样，求出在作用下地基固结度达同样，求出在作用下地基固结度达70%时的强度时的强度以及所需要的时间，然后计算第三

15、级所能施加的荷载，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。这样，初步依次可计算出以后各级荷载和停歇时间。这样，初步的加荷计划也就确定下来了。的加荷计划也就确定下来了。 KCpu1252. 5排水固结课件 5、按以上步骤确定的加荷计划进行每一级荷载下地、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，则调整加基的稳定性验算。如稳定性不满足要求，则调整加荷计划。荷计划。 6、计算预压荷载下地基的最终、计算预压荷载下地基的最终沉降量沉降量和和预压期间的预压期间的沉降量沉降量。这一项计算的目的在于确定预压荷载卸除。这一项计算的目

16、的在于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。达设计要求，所留的沉降是建筑物所允许的。排水固结课件二、排水系统设计二、排水系统设计1、竖向排水体选择竖向排水体选择 普通砂井、袋装砂井和塑料排水带。普通砂井、袋装砂井和塑料排水带。 若深度超过若深度超过20m，采用普通砂井，井径可取，采用普通砂井，井径可取200500mm。袋装砂井直径多用袋装砂井直径多用70100mm，砂的含泥量，砂的含泥量3%。 塑料排水板的当量换算直径可按下式计算：塑料排水板的当量换算直径可按下式计算：)(2bdp式中式中

17、 dp塑料排水板的当量换算直径，塑料排水板的当量换算直径，mm； b塑料排水袋宽度，塑料排水袋宽度，mm； 塑料排水袋厚度，塑料排水袋厚度，mm。排水固结课件 【例题【例题11】某塑料排水板的宽度为】某塑料排水板的宽度为100mm，厚度为，厚度为5mm，则其当量直径为，则其当量直径为( )。 A、105mm; B、95mm; C、66.9mm; D、25.2mm; 答案：答案：C9 .6614. 3_)5100(2)(2bdp排水固结课件2 2、竖向排水体深度设计、竖向排水体深度设计 P109P109 (1).当软土层不厚、底部有透水层时，排水体应尽可能当软土层不厚、底部有透水层时，排水体应尽

18、可能穿透软土层；穿透软土层； (2).当深厚的软土层间有砂层或砂透镜体时，排水体应当深厚的软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；避免排水体与砂层相连接，以免影响真空效果； (3).对于无砂层的深厚地基则可根据其稳定性及建筑物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在地基中造成的附加应力与自重应力之比值确定( (一般一般为为0.10.10.2)0.2)竖向排水体长度一般为竖向排水体长度一般为101025m25m。排水

19、固结课件3 3、竖向排水体的平面布置形式与范围、竖向排水体的平面布置形式与范围 竖向排水体的平面布置可采用竖向排水体的平面布置可采用等边三角形等边三角形或或正方形正方形排列。竖排列。竖向排水体的有效直径向排水体的有效直径de与间距与间距 l l 的关系为：的关系为：lde05. 1等边三角形排列等边三角形排列lde13. 1正正 方方 形形 排排 列列 竖向排水体的布置范围一般比建筑物基础范围稍大竖向排水体的布置范围一般比建筑物基础范围稍大些。扩大的范围可由基础的轮廓线向外增大约些。扩大的范围可由基础的轮廓线向外增大约24m。排水固结课件 1.排水竖井的直径为排水竖井的直径为200mm，采用间

20、距为，采用间距为1.5m的等边三角形布置，的等边三角形布置，则竖井的有效排水直径是多少则竖井的有效排水直径是多少? 解：等边三角形布置公式为：解：等边三角形布置公式为：mlde575. 15 . 105. 105. 12.塑料排水带的宽度为塑料排水带的宽度为100mm，厚度为，厚度为5mm ，采用间距为，采用间距为2.0m的正方形布置，则其有效排水直径是多少的正方形布置，则其有效排水直径是多少?解：正方形布置公式为：解：正方形布置公式为：mlde26. 2213. 113. 1排水固结课件4 4、竖向排水体的间距、竖向排水体的间距 竖向排水体的间距可按井径比竖向排水体的间距可按井径比 n 选用

21、，井径比选用，井径比 n 的表的表达式为：达式为：weddn 式中式中 de竖向排水体影响圆的直径；竖向排水体影响圆的直径； dw竖向排水体的直径，对塑料排水袋竖向排水体的直径，对塑料排水袋dw=dp(换算后的直换算后的直径径)。 设计时，普通砂井的井径比设计时，普通砂井的井径比n=68；袋装砂井或塑；袋装砂井或塑料排水带的井径比料排水带的井径比n=1522。排水固结课件5、砂料设计砂料设计砂井的砂宜用中粗砂，洁净，不含草根杂物，含泥砂井的砂宜用中粗砂，洁净，不含草根杂物，含泥量不能超过量不能超过3%。6、地表排水砂垫层设计（水平排水体设计）地表排水砂垫层设计（水平排水体设计） 砂井顶部的砂垫

22、层采用中粗砂，含泥量应小于砂井顶部的砂垫层采用中粗砂，含泥量应小于3%3%。 厚度厚度0.5m0.5m左右；在砂料贫乏地区，可采用连通砂井左右；在砂料贫乏地区，可采用连通砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层。的纵横砂沟代替整片砂垫层。 排水固结课件 7、现场监测设计现场监测设计 堆载预压法现场监测一般包括堆载预压法现场监测一般包括地面沉降观测地面沉降观测、水水平位移观测平位移观测和和孔隙水压力观测孔隙水压力观测。 据工程经验：据工程经验： 对竖井地基，最大竖向变形量每天不应超过对竖井地基，最大竖向变形量每天不应超过15mm。对天然地基，最大竖向变形量每天不应超过对天然地基，最大竖向变形量每天不应超过l

23、0mm；边桩水平位移每天不应超过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地基中孔压不得超过预压荷载的5060%。 预压荷载的卸荷时间一般控制在固结度为预压荷载的卸荷时间一般控制在固结度为85%左右。左右。 排水固结课件 4.3.5. 4.3.5.真空预压法设计真空预压法设计 1.先铺设水平排水砂垫层先铺设水平排水砂垫层、塑料排水沟或排水垫层；、塑料排水沟或排水垫层； 2.在砂垫层上按一定间距在砂垫层上按一定间距打设竖向排水体；打设竖向排水体； 3.薄膜铺盖薄膜铺盖在砂垫层上，并将膜埋入周边密封沟或墙在砂垫层上，并将膜埋入周边密封沟或墙内；内； 4.借助埋设在砂垫层中的管道

24、，真空泵对膜下土体的借助埋设在砂垫层中的管道，真空泵对膜下土体的水气抽出水气抽出，土体固结。，土体固结。排水固结课件4.4. 排水固结法施工排水固结法施工 堆载预压施工堆载预压施工 铺水平排水垫层，设置竖向排水体，施加固结压力。铺水平排水垫层，设置竖向排水体，施加固结压力。 施工：施工： （1）若）若地基承载力较好地基承载力较好，采用机械分堆摊铺法，即，采用机械分堆摊铺法，即先堆成若干砂堆，然后用推土机或人工摊平。先堆成若干砂堆，然后用推土机或人工摊平。 （2）当硬壳层）当硬壳层承载力不足承载力不足时，可采用顺序推进铺筑时，可采用顺序推进铺筑法。法。 （3）若地基表面）若地基表面非常软非常软，

25、先要改善地基表面的持力，先要改善地基表面的持力条件，可先在地基表面铺设筋网层，再铺砂垫层。条件，可先在地基表面铺设筋网层，再铺砂垫层。 排水固结课件 (1).砂井施工砂井施工 要求：要求：连续和密实，防止颈缩；减小扰动；长度直径连续和密实，防止颈缩；减小扰动；长度直径间距满足。间距满足。 砂井的灌砂量：实际灌砂量需达砂井的灌砂量：实际灌砂量需达95%。 位置允许偏差：直径；垂直度：位置允许偏差：直径；垂直度：1.5%。 排水固结课件 砂井成孔典型方法简介 套管法： 水冲成孔法： 螺旋钻成孔法： 爆破成孔法：排水固结课件 (2).袋装砂井施工袋装砂井施工 用砂量大为减少；施工速度加快、工程造价降

26、用砂量大为减少；施工速度加快、工程造价降低低在同一工程中，加固每平方米地基的袋装砂经费用是普通砂在同一工程中，加固每平方米地基的袋装砂经费用是普通砂井的井的50%左右。左右。 砂袋材料砂袋材料： 砂砂：砂袋长度应较砂井孔长：砂袋长度应较砂井孔长50cm 直径直径70120，间距，间距1.52.0m，井径比为，井径比为1525。排水固结课件袋装砂井袋装砂井排水固结课件 (3)塑料排水带的施工塑料排水带的施工 由芯板和滤膜组成由芯板和滤膜组成 。 性能：性能：具有良好的透水性和强度。具有良好的透水性和强度。 整个排水带应反复对折整个排水带应反复对折5次不断裂才认为合格。次不断裂才认为合格。 施工施

27、工 ：定位；将塑料带通过导管从管靴穿出；定位；将塑料带通过导管从管靴穿出；将塑料带与桩尖连接贴近管靴并对准桩位；插将塑料带与桩尖连接贴近管靴并对准桩位；插入塑料带；拔管剪断塑料带等。入塑料带；拔管剪断塑料带等。 排水固结课件 包装外型：采用中心收卷成圆型 的饼状，200米/卷，直径约0.8M 1.3M，高度0.1M。 排水固结课件排水固结课件处理前的淤泥处理前的淤泥排水固结课件真空预压真空预压排水固结课件 预压荷载的施工预压荷载的施工 (1).利用建筑物自重加压 (2).堆载预压 施工时应注意以下几点：施工时应注意以下几点： 1).堆载面积要足够大。顶面积不小于建筑物底面积。堆载面积要足够大。

28、顶面积不小于建筑物底面积。 2).严格控制加荷速率，避免部分堆载过高引起局部破坏。严格控制加荷速率，避免部分堆载过高引起局部破坏。 3).对超软粘性土地基，应避免对土的扰动和破坏。对超软粘性土地基，应避免对土的扰动和破坏。 排水固结课件真空预压系统设置真空预压系统设置1、埋设竖向排水系统与水平向滤水管。、埋设竖向排水系统与水平向滤水管。 2、铺设密封膜。、铺设密封膜。3、设置抽气系统。、设置抽气系统。 真空预压法施工真空预压法施工排水固结课件真空预压施工方法真空预压施工方法 (2)真空预压真空预压 加固区加固区-每块面积宜大不宜小。一般加固面积每块面积宜大不宜小。一般加固面积600010000

29、m2为宜。为宜。 抽气阶段施工要求与质量要求抽气阶段施工要求与质量要求 a.冬季抽气，应避免过长时间停泵；冬季抽气，应避免过长时间停泵； b. 密封膜宜铺设三层，以确保自身密封性能。密封膜宜铺设三层，以确保自身密封性能。 d.加工完毕的密封膜应堆放在阴凉通风处；其间适当加工完毕的密封膜应堆放在阴凉通风处；其间适当撒放滑石粉，防止粘连；撒放滑石粉，防止粘连； 排水固结课件 e.在铺设滤水管时，滤水管之间要连接牢固。在铺设滤水管时，滤水管之间要连接牢固。 f.抽气时膜内真空抽气时膜内真空80kPa；停止预压时地基固；停止预压时地基固结度要求大于结度要求大于80%； g.预压的沉降稳定标准为连续预压的沉降稳定标准为连续5d，实测沉降速率，实测沉降速率不大于不大于2mm/d。 排水固结课件4.5. 施工质量检验施工质量检验1施工质量检验施工质量检验(1).塑料排水带塑料排水带应测定其纵向通水量、抗拉强度、滤膜应测定其纵向通水量、抗拉强度、滤膜渗透系数和等效孔径等。渗透系数和等效孔径等。(2).砂井和砂垫层砂料，应做颗粒分析和渗