第8章__排水固结法

1、8 8 排水固结法排水固结法8 8.1 .1 概述概述8 8.2 .2 加固原理加固原理8 8.3 .3 设计计算设计计算8 8.4 .4 施工方法施工方法8 8.5 .5 现场观测及堆载速率控制现场观测及堆载速率控制15:2918 8.1 .1 概述概述 排水固结法（排水固结法（ConsolidationConsolidation）是处理软黏土地基）是处理软黏土地基的有效方法之一。该法是对天然地基，或先在地基中的有效方法之一。该法是对天然地基，或先在地基中设置砂井等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分设置砂井等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载，或是在建筑物建造以前，在场地先行加

2、级逐渐加载，或是在建筑物建造以前，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。生沉降，同时强度逐步提高的方法。15:292排水加固法排水加固法堆载法堆载法降低地下水位法降低地下水位法真空法真空法适用于饱和软粘土：淤泥及淤泥质土、冲填土、填适用于饱和软粘土：淤泥及淤泥质土、冲填土、填海（湖）造田。含水量、压缩性高，强度、海（湖）造田。含水量、压缩性高，强度、渗透性低。渗透性低。排水系统排水系统加压系统加压系统竖向竖向横向横向联合法联合法15:293电渗法电渗法8.2 8.2 加固机理加固机理图图8-1图图

3、8-18-18.2.1堆载预压法原理8.2.2真空预压法原理8.2.3降低地下水位法8.2.4电渗法原理8.38.3设计计算设计计算1 1、排水系统：确定竖向排水体断面尺寸、间距、排水系统：确定竖向排水体断面尺寸、间距、排列方式和深度；排列方式和深度；2 2、加载系统设计：预压荷载大小、荷载分级、加、加载系统设计：预压荷载大小、荷载分级、加载速率和预压时间；载速率和预压时间；3 3、地基变形计算、地基变形计算4 4、地基承载力验算、地基承载力验算5 5、检测系统设计：监测内容、监测方法、监测点、检测系统设计：监测内容、监测方法、监测点布置、监测标准。布置、监测标准。.1沉降计算

4、沉降计算 1 1、建筑物使用期间的沉降计算、建筑物使用期间的沉降计算 对于预压荷载与建筑物自身荷载分离的工程，建筑物荷载作用下地基的总沉降量可按照建筑地基基础设计规范中给出的天然地基沉降计算方法即分层总和法计算，但其中的地基土的压缩模量要根据预压处理后的土的压缩试验获得。 对于预压荷载即建筑物的自重的情况，预压处理后荷载并不移除，此时，建筑物在使用期的沉降量s为总沉降量 减去预压期T内沉降量sT。s 2 2、总沉降量计算、总沉降量计算 地基土的总沉降量一般包括瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降三部分。 瞬时沉降是在荷载作用下由于土的畸变所引起，并在荷载作用下立即发生的。 固结沉降是由于孔隙水的排出

5、而引起土体积减小所造成的，占总沉降的主要部分。 次固结沉降则是由于超静水压力消散后，在恒值有效应力作用下土骨架的徐变所致。对于一般粘性土，数值不大，但如果是塑性指数较大时，正常固结的软粘土，尤其是有机土，次固结沉降就不能忽略。 在忽略次固结沉降的情况下，规范规定预压固结法地基最终沉降采用经验公式： 经验系数。正常固结饱和粘性土1.11.4。 -第i层土中自重应力与附加应力之和对应的 孔隙比，由固结试验e-p曲线查得。10iniiiisheees10101sie03、预压期沉降量计算 预压期间的沉降量可按照预压期固结度采用下式进行计算： 地基平均固结度。 15:2911sUssT_sU8.3.2

6、 8.3.2 承载力计算承载力计算 处理后地基承载力可根据斯开普顿极限荷载的半经验公式作为初步估算，即： K 安全系数； D基础埋置身度（m）； A、B分别是基础的长边和短边（m）； 基础标高以上土的重度（KN/m3）； 处理后地基土不排水抗剪强度（kPa）。ucDBDABcKfu2 . 012 . 0151 对于饱和软粘性土也可采用下式估算： 对长条形填土，可根据Fellenius公式估算： 排水预压处理后地基土的不排水抗剪强度Cu可采用下式估算： t t时刻该点土的抗剪强度；时刻该点土的抗剪强度； 地基土的天然抗剪强度；地基土的天然抗剪强度； 预压荷载引起的地基附加竖向应力；预压荷载引起的

7、地基附加竖向应力； 地基土平均固结度；地基土平均固结度； 由固结不排水剪切试验得到的内摩擦角。由固结不排水剪切试验得到的内摩擦角。DKcfu14. 5Kcfu52. 5cutZuuUcctan_00ucucztUcu8.3.3 8.3.3 砂井固结度的计算砂井固结度的计算 地基平均固结度 计算是砂井地基设计中的一个重要内容，通过固结度计算可以推出地基强度的增长，确定适应地基强度增长的加荷计划。固结度与砂井布置、排水边界条件、固结时间以及地基固结系数有关。 tU 砂井固结度的计算分为2种理论：一、瞬时加荷条件下砂井地基固结度的计算；二、逐渐加荷条件下地基固结度的计算。可以分解成两个方向的固结问题

8、叠加（可以分解成两个方向的固结问题叠加（ Carrillo ）2222v1zururructu22vr22vz1rurructuzuctuaekcaekcwrwz)1 ()1 (0vr0vz三维渗流固结问题三维渗流固结问题其中其中1 1、瞬间加荷条件下砂井地基固结度计算（、瞬间加荷条件下砂井地基固结度计算（P P104104）15)4/exp(8122vZTU2vz2uuctz 2vr21uuuctr rr 16（8-18）（8-19）（8-20）（8-17）)1)(1(1zrrzUUU求总固结度求总固结度 ，得到，得到2hhedtcT 将式（将式（8-17）和（）和（8-18）带入上式后，则

9、得）带入上式后，则得 30%的砂井平的砂井平均固结度均固结度 为：为：2vzvHtcT weweddrrn 总总固结度固结度 井径比井径比17rzUrzUrzUtrzeU128222248HcdFcvh求砂井的井径比求砂井的井径比n砂井砂井dwdedw正方形等边三角形ldld13. 105. 1ee18一、选择砂井或塑料排水带，确定一、选择砂井或塑料排水带，确定其断面尺寸、其断面尺寸、间距、排列方式和深度间距、排列方式和深度；1、dw：（原则上越密越好）（原则上越密越好） 普通砂井普通砂井 300500mm； 袋装砂井袋装砂井 70120mm。 塑料排水带塑料排水带w2()bd 192、间距、

10、间距l 可按井径比可按井径比n选用。选用。 nde/dw塑料排水带或袋装砂井塑料排水带或袋装砂井n1522；普通砂井普通砂井n6820正方形等边三角形ldld13.105.1ee井阻和涂抹作用井阻和涂抹作用 在实际砂井施工中，由于沉管对周围土体的在实际砂井施工中，由于沉管对周围土体的扰动和重扰动和重塑作用塑作用，在砂井周围形成了一个，在砂井周围形成了一个“涂抹区涂抹区”，使该区，使该区内土渗透性降低，压缩性增大。内土渗透性降低，压缩性增大。 在土中水向砂井渗流过程中，在土中水向砂井渗流过程中，砂料对渗流产生的阻力砂料对渗流产生的阻力也会影响土层的固结速率。井阻和涂抹作用对固结速也会影响土层的固

11、结速率。井阻和涂抹作用对固结速率的影响有时十分显著。比如宁波机场袋装砂井场地，率的影响有时十分显著。比如宁波机场袋装砂井场地，在堆载在堆载205205天后，考虑井阻与涂抹作用影响的地基实际天后，考虑井阻与涂抹作用影响的地基实际平均固结度仅为按理想砂井地基计算的固结度平均固结度仅为按理想砂井地基计算的固结度0.810.81倍。倍。21瞬时加荷条件下砂井地基固结度计算（考虑涂抹和井阻影响）瞬时加荷条件下砂井地基固结度计算（考虑涂抹和井阻影响）2242wwwdkq2 2、逐渐加荷条件下地基固结度计算、逐渐加荷条件下地基固结度计算23 2 2、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算、多级逐渐加荷条件下砂

12、井地基固结度计算 改进的高木俊介法24（8-32）111tiiTTtiiniieeeTTpqUtUt时多级荷载等速加荷修正后的平均固结度；p各级荷载的累计值；iq第i级荷载的平均加载速率；1iiTT 、分别为各级等速加荷的起点和终点时间（从时间零点起算），当计算某一级等速加荷过程中的时间t时，则Ti改为t；、计算参数，同上。3.影响砂井固结度的几个因素（影响砂井固结度的几个因素（P108） 初始孔隙水压力。初始孔隙水压力。 关于涂抹作用关于涂抹作用 关于砂料的阻力关于砂料的阻力25例例1 1： 某建筑地基地层为淤泥质黏土，纵向与横向固结系某建筑地基地层为淤泥质黏土，纵向与横向固结系数为数为1.

13、81.81010-3-3cmcm2 2/s /s，受压土层厚，受压土层厚20m20m，袋装砂井直径，袋装砂井直径700mm700mm，呈等边三角形排列，间距，呈等边三角形排列，间距1.4m1.4m，深度，深度20m20m，底部不透水，砂井打穿受压土层。预压荷载总压力为底部不透水，砂井打穿受压土层。预压荷载总压力为100kPa100kPa，分两级等速加载，如下所示，计算堆载预压，分两级等速加载，如下所示，计算堆载预压120d120d后，地层的平均固结度。（不考虑竖井井阻和涂后，地层的平均固结度。（不考虑竖井井阻和涂抹影响）。抹影响）。268.3.4 8.3.4 堆载预压法设计堆载预压法设计 加压

14、系统设计：堆载计划和堆载材料 排水系统设计：竖向排水体材料的选用、排水体长度、断面、平面布置。堆堆载载预预压压加加荷荷设设计计与与计计算算流流程程28具具体体步步骤骤见见课课本本P109 二、砂井设计：二、砂井设计：砂井设计包括砂井设计包括砂井直径、间距、深度砂井直径、间距、深度、排列方式、范围、砂料选择和砂垫层厚度、排列方式、范围、砂料选择和砂垫层厚度等。等。 （1）砂井直径和间距）砂井直径和间距 排水竖井的间距排水竖井的间距可根据地基土的固结特性和预定时间内所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。设计时，竖井的间距可按要求达到的固结度确定。设计时，竖井的间距可按井径比井

15、径比n选用（选用（ ）weddn 根据固结理论，砂井直径越大，间距越密，固结速率越根据固结理论，砂井直径越大，间距越密，固结速率越快。如果比较砂井的直径和间距对固结度的影响，又可看出快。如果比较砂井的直径和间距对固结度的影响，又可看出，在同一井径的条件下，砂井间距缩小一半，固结时间约缩，在同一井径的条件下，砂井间距缩小一半，固结时间约缩短三倍，而在同一间距条件下，井径增大一倍，固结时间只短三倍，而在同一间距条件下，井径增大一倍，固结时间只减小约三分之一。因此，缩短间距比增大井径对加速固结的减小约三分之一。因此，缩短间距比增大井径对加速固结的效果更好。所以，采用效果更好。所以，采用“细而密细而密

16、”的方案是合理的。按施工的方案是合理的。按施工条件，砂井的间距一般不小于条件，砂井的间距一般不小于1.5m1.5m。为了保证排水畅通，在。为了保证排水畅通，在砂井预压地表铺一层砂，厚一般为砂井预压地表铺一层砂，厚一般为m1.0m，水下为，水下为1.01.02.0m2.0m。 （2 2）砂井深度：主要根据土层的分布、地基中附加应力大小）砂井深度：主要根据土层的分布、地基中附加应力大小、施工期限和条件及地基稳定性等因素确定。一般为、施工期限和条件及地基稳定性等因素确定。一般为101025m25m。 （3 3）砂井排列：砂井在平面上可布置成正三角形（梅花形）砂井排列：砂井在平面上可

17、布置成正三角形（梅花形），以正三角形排列较为紧凑和有效。，以正三角形排列较为紧凑和有效。 （4 4）砂井布置范围：砂井的布置范围一般可由基础的轮廓线）砂井布置范围：砂井的布置范围一般可由基础的轮廓线向外增大约向外增大约2 24m4m。 （5 5）砂料：宜选用中粗砂，其含泥量不能超过）砂料：宜选用中粗砂，其含泥量不能超过3 3。 （6 6）砂垫层：砂井顶部铺设砂垫层，可使砂井排水有良好的）砂垫层：砂井顶部铺设砂垫层，可使砂井排水有良好的通道，将水排到工程场地以外。通道，将水排到工程场地以外。8.4 施工工艺施工工艺二、竖向排水体施工二、竖向排水体施工1、普通砂井、普通砂井沉管法：静压法、锤击法、