地基处理新技术3(排水)

1、排水固结技术（排水固结法）Drain Consolidation地基处理新技术地基处理新技术New Technical of Soil Improvement n土的固结：土的固结：饱和土体在压力作用下，孔隙中水随时间的增长逐渐被排出，孔隙体积随之减少，土的强度逐渐增长的过程。n压缩固结过程压缩固结过程： a）土体孔隙中自由水逐渐排出；b）土体体积逐渐减少；c）孔隙水压力逐渐转移到土骨架来承受，成为有效应力。以上三方面为饱和土体固结作用，即 排水排水、压缩压缩和压力转移。压力转移。 模拟饱和土中一点单向模拟饱和土中一点单向渗透固结过程的机械模型渗透固结过程的机械模型n我国沿海地区、内陆湖泊和河

2、流谷地分布着大量的软弱黏性土。这种土的特点是含水量大、压缩性高、强度低、透水性差、很多情况埋藏较深。n在软土地基上直接建造建筑物或进行填土时，地基将由于固结和剪切变形会产生很大的沉降，甚至由于强度不足而产生地基土的破坏。 概概 述述排水固结法排水固结法是在软土地基的建筑场地正式是在软土地基的建筑场地正式修筑工程之前，先堆砂石等材料，对地基修筑工程之前，先堆砂石等材料，对地基进行进行预压预压，使地基产生大量沉降而压密，使地基产生大量沉降而压密，从而提高地基的强度，减少实际工程的沉从而提高地基的强度，减少实际工程的沉降量。降量。 排水固结法排水固结法能解决软粘土地基的沉降和稳定能解决软粘土地基的沉

3、降和稳定问题。可使地基的沉降在预压期间基本完成或问题。可使地基的沉降在预压期间基本完成或大部分完成，保证建筑物在使用期间不致产生大部分完成，保证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过大的沉降和沉降差。同时可增加地基土的抗剪强度，提高地基的承载力和稳定性。剪强度，提高地基的承载力和稳定性。二、预压法的原理与作用二、预压法的原理与作用 1.预压法分类预压法分类（1）堆载预压法：堆载预压法：上世纪四十年代美国首次上世纪四十年代美国首次用于处理沼泽地段路基成功。用于处理沼泽地段路基成功。 堆载材料一般用砂石或填土；也可以结构物堆载材料一般用砂石或填土；也可以结构物自重分级加

4、载预压。自重分级加载预压。（2）真空预压法）真空预压法：因堆载需大量土石材料外因堆载需大量土石材料外运、费钱，运、费钱，1952年瑞典皇家地质学院提出年瑞典皇家地质学院提出真空预压法。真空预压法。58年美国费城国际机场跑道扩年美国费城国际机场跑道扩建工程首次应用真空预压成功，利用大气压建工程首次应用真空预压成功，利用大气压力代替实际土石加压。力代替实际土石加压。2.预压法适用土质预压法适用土质预压法适用于处理深厚的淤泥、预压法适用于处理深厚的淤泥、淤泥质土和冲填土等饱和黏性土地基。淤泥质土和冲填土等饱和黏性土地基。按照使用目的可以解决两个问题沉降问题 稳定问题 n3.预压法原理预压法原理 右图

5、为室内固结试验e-p曲线： 当固结压力由p0增至p1，相应土 的孔隙比由e0减小至e1，如图中 ab曲线，此为压缩曲线。接着卸荷，由p1 减小至p0，bd卸荷回弹曲线。然后再加荷压缩，由p0至p1，孔隙比由ed到e1，如db虚线，称再压缩曲线。l上述曲线上述曲线ab相当于预压，曲线相当于预压，曲线db相当于正式工程压相当于正式工程压缩。由图可见再压缩曲线缩。由图可见再压缩曲线db的斜率（即压缩系数）远的斜率（即压缩系数）远小于原始压缩曲线小于原始压缩曲线ab的斜率。此即预压法的原理。的斜率。此即预压法的原理。l4.打砂井加快固结时间打砂井加快固结时间 淤泥软土渗透系数k很小，土层很厚，预压荷载

6、作用下孔隙水排出所需时间很长。可在软土中先打竖向砂井再预压，可加速固结，称为砂井堆载预压法砂井堆载预压法。排水系统排水系统加压系统加压系统l 排水系统：主要在于改变地基原有的排水排水系统：主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离。距离。（1）竖向排水情况）竖向排水情况（2）砂井排水情况）砂井排水情况比如某淤泥土层厚比如某淤泥土层厚20m，通过预压要求达到通过预压要求达到80的的固结度，计算所需时间要固结度，计算所需时间要10年左右；若在天然土层年左右；若在天然土层中设砂井，假定排水距离中设砂井，假定排水距离缩短为缩短为2m，

7、根据太沙基，根据太沙基固结理论：在达到同一固结理论：在达到同一固结度时，固结所需时间固结度时，固结所需时间与排水距离的平方成正比，与排水距离的平方成正比，由此估算有了砂井之后土由此估算有了砂井之后土的固结时间为的固结时间为5个月。个月。20m2m打砂井排水固结打砂井排水固结（红色）（红色）与没有砂井排水固结与没有砂井排水固结（蓝色）（蓝色） 实测沉降实测沉降-时间曲线对比时间曲线对比排水系统排水系统有水平排水垫层和竖向排水体构成的有水平排水垫层和竖向排水体构成的。加 固 软 土 层竖 向 排 水 体排水垫层水平排水盲沟加压系统l加压系统：加压系统：指对地基施行预压的荷载，它使地基土的固结压力指

8、对地基施行预压的荷载，它使地基土的固结压力增加而产生固结。其材料有固体（土石料）、增加而产生固结。其材料有固体（土石料）、液体（水）、真空负压力荷载等。液体（水）、真空负压力荷载等。临时填土堆载预压临时填土堆载预压n加压方法：加压方法：a.若预压是为了减小建筑物沉降，可采用预先堆若预压是为了减小建筑物沉降，可采用预先堆载加压使地基沉降产生在建筑物建造之前；载加压使地基沉降产生在建筑物建造之前；b.预压目的主要是增加地基的强度可用自重加压，预压目的主要是增加地基的强度可用自重加压，即放慢施工速度或增加土的排水速率，使地基即放慢施工速度或增加土的排水速率，使地基强度增长与建筑物荷重的增加相适应。如

9、路堤、强度增长与建筑物荷重的增加相适应。如路堤、土坝、贮矿场、油罐、水池等。土坝、贮矿场、油罐、水池等。三、堆载预压法三、堆载预压法1.预压荷载的大小：预压荷载的大小：（1）等载预压（）等载预压（2）超载预压）超载预压2.堆载平面范围：应大于建筑物基础外缘所包围堆载平面范围：应大于建筑物基础外缘所包围的范围。的范围。大出基础轮廓线大出基础轮廓线24m。3.加载的速率：应分级加载，控制加载速率与地加载的速率：应分级加载，控制加载速率与地基土的强度增长相适应。各阶段均应进行地基基土的强度增长相适应。各阶段均应进行地基稳定计算并应每天进行现场观测（沉降速率、稳定计算并应每天进行现场观测（沉降速率、边

10、桩位移、孔隙水压力）。边桩位移、孔隙水压力）。4. 砂垫层砂垫层 在砂井顶面应铺设排水砂垫层，以连接砂井，引出从在砂井顶面应铺设排水砂垫层，以连接砂井，引出从上 层 排 入 砂 井 的 渗 流 水 。 砂 垫 层 的 厚 度 一 般 为上 层 排 入 砂 井 的 渗 流 水 。 砂 垫 层 的 厚 度 一 般 为0.30.5m(水下砂垫层厚度为水下砂垫层厚度为1.0m左右左右)。如砂料缺乏，。如砂料缺乏，可采用连通砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层。可采用连通砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层。Horizontal Drains水平排水体（排水盲沟）l5.技术发展技术发展：l真空预压法真空预压法真空膜真空

11、膜密封真空膜密封真空膜抽气设备抽气设备1.真空预压设备（抽气设备、真空管路）和密封膜2.膜下真空度：应保持在600mmHg以上。3.平均固结度：达80以上。4.排水砂井：真空预压处理地基，必须设置排水砂井，否则地表密封膜下的真空度难以传到地基深处，因而达不到预压的效果。真空预压处理现场鸟瞰真空预压处理现场鸟瞰l预压效果预压效果1.1.中南某造船厂中南某造船厂l该厂地基为房碴杂填土，厚该厂地基为房碴杂填土，厚5m5m；其下为淤泥，；其下为淤泥，厚厚6m6m。采用砂井预压加固：堆土高。采用砂井预压加固：堆土高3.553.55，即加，即加载载50kPa50kPa。砂井直径。砂井直径48cm48cm，

12、间距，间距5m5m（偏大），（偏大），深度深度11-16m11-16m。预压时间。预压时间4 4个月。个月。l预压效果：计算沉降量预压效果：计算沉降量S=24.6cm,S=24.6cm,实际降为实际降为9cm9cm；压缩模量；压缩模量EsEs由由2.3MPa2.3MPa增至增至5.6MPa5.6MPa，等于，等于原来的原来的244244。2.2.某大型油罐某大型油罐该油罐直径该油罐直径31.28m31.28m，高，高14.07m14.07m，容积，容积1 1万万m m3 3。地基表层为硬壳层，厚地基表层为硬壳层，厚1.6m1.6m；下为淤泥质粘土；下为淤泥质粘土与淤泥质粉质粘土，深达与淤泥质粉

13、质粘土，深达17.5m17.5m。采用砂井预。采用砂井预压方案。压方案。油罐建成，分油罐建成，分4 4级充水预压：充水水位高分别级充水预压：充水水位高分别为为5 5，9 9，1212与与14.07m14.07m，历时，历时160160天。基底压力天。基底压力为为191.4kPa191.4kPa。计算稳定安全系数为。计算稳定安全系数为1.261.26。计算。计算油罐基底中点沉降量油罐基底中点沉降量s s190.26cm190.26cm，与实际沉，与实际沉降量接近，效果良好。降量接近，效果良好。3.3.连云港碱厂连云港碱厂该厂地为厚层海相淤泥，含水量高达该厂地为厚层海相淤泥，含水量高达6060，为，为高压缩性软土。由化工部沧州勘察公司进行袋装高压缩性软土。由化工部沧州勘察公司进行袋装砂井真空预压法加固地基。砂井真空预压法加固地基。抽气抽气3 3天，膜下真空度达到天，膜下真空度达到600mmHg600mmHg，共抽气，共抽气128128天，实测预压沉降量达天，实测预压沉降量达660mm6