地基处理-排水固结法

12.5排水固结法12.5.1加固原理与应用条件12.5.2排水固结法的设计与计算12.5.3真空预压法及其设计要点

*1

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、渗透性低。*2排水加固法堆载预压降水预压真空预压排水系统加压系统竖向横向联合预压排水固结法*3真空预压-u*4堆载预压12分级堆载竖向排水砂井、塑料排水板水平排水垫层*5堆载过快易失稳真空预压不会失稳堆载预压的加载速率pt*6排水固结法的主要目的：减少地基沉降，使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成；通过排水固结，加速地基土抗剪强度的增长，提高地基强度及稳定性；消除欠固结软土地基中桩的负摩阻力，并可消除竣工后地基的不均匀沉降等。*7

*8

土的固结就是孔隙水压消散和有效应力不断增加的过程，这一过程遵循有效应力原理：堆载预压降水预压真空预压加压系统联合预压*9

原位自重应力s

建筑物附加应力z

预加压力t=(1.2~1.5)z

（超载预压法）te2ze1eps加压*10砂井排水普通砂井袋装砂井塑料排水板砂垫层*11一、选择砂井或塑料排水带，确定其断面尺寸、间距、排列方式和深度；二、确定排水砂垫层材料和厚度；三、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；四、计算地基土的固结度、强度增长、抗滑稳定性和变形*125.3排水固结法的设计与计算－堆载预压*13砂井dwdedw一、选择砂井或塑料排水带，确定其断面尺寸、间距、排列方式和深度；1、dw：（原则上越密越好）普通砂井300～500mm；袋装砂井70～120mm。塑料排水带*142、间距l——可按井径比n选用。

n＝de/dw塑料排水带或袋装砂井n＝15～22；普通砂井n＝6～8*15一、选择砂井或塑料排水带，确定其断面尺寸、间距、排列方式和深度；

3、深度应根据建筑物对地基的稳定性、变形要求和工期确定。（反复试算）至少应超过最危险滑动面2m。*16一、选择砂井或塑料排水带，确定其断面尺寸、间距、排列方式和深度；二、确定排水砂垫层材料和厚度；三、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；四、计算地基土的固结度、强度增长、抗滑稳定性和变形*171、材料：中粗砂，粘粒含量不宜大于3％，砂料中可混有少量粒径小于50mm的砾石，渗透系数大于10－2cm/s。

2、厚度：小于500mm。二、确定排水砂垫层材料和厚度；*18三、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；*19堆载预压加荷设计与计算流程*20top加荷速率和加荷大小：取决于地基土的强度和稳定性1、利用地基土的天然抗剪强度—第一级容许施加的荷载P1。

P1＝5.52cu/k2、计算第一级荷载P1下地基强度增长值。*21p13、计算P1作用下达到固结度70％所需的时间（可由固结度与时间的关系求得）——确定第二级荷载开始施加的时间。4、根据Cu1计算第二级所施加的荷载P2。5、计算P2作用下地基固结后强度值Cu2。依次按上述步骤，算出各级加荷荷载Pi和加荷时间，直到超出设计荷载。6、需进行每一级荷载下地基稳定性验算。P2＝5.52cu1/k*22四、计算地基土的固结度、强度增长、抗滑稳定性和变形。根据各级荷载下不同时间的固结度，推算地基强度的增长值，分析地基的稳定性，确定相应的加荷计划。

堆载预压设计的关键问题*231、瞬间加荷条件下砂井地基固结度计算2、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算3、瞬间加荷条件下砂井地基固结度计算（考虑涂抹和井阻影响）4、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算（考虑涂抹和井阻影响）*24可以分解成两个方向的固结问题叠加（Carrillo）*25三维渗流固结问题其中1、瞬间加荷条件下砂井地基固结度计算*26求解，得到其中

—固结度

—井径比查表取值

增加井径dw与减小间距de哪个有效？*272、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算*282、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算*292、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算*30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扰动和重塑作用，在砂井周围形成了一个“涂抹区”，使该区内土渗透性降低，压缩性增大。在土中水向砂井渗流过程中，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205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0.81倍。*313、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）*324、多级逐级加荷条件下砂井地基固结度计算（考虑涂抹和井阻影响）*335、地基土的强度增长计算6、地基土的抗滑稳定性验算采用条分法计算抗滑力矩与滑动力矩之比定义为抗滑稳定系数。*34工程实例1：

某建筑地基地层为淤泥质黏土，纵向与横向固结系数为1.8×10-3cm2/s，受压土层厚20m，袋装砂井直径700mm，呈等边三角形排列，间距1.4m，深度20m，底部不透水，砂井打穿受压土层。预压荷载总压力为100kPa，分两级等速加载，如下所示，计算堆载预压120d后，地层的平均固结度。（不考虑竖井井阻和涂抹影响）。*35

解：*36

解：*37

解：*387、地基土的沉降计算

*39A、瞬时沉降计算Skempton（1955）弹性理论公式*40注：平均值指柔性基础面积范围内各点的平均值沉降系数ω值受荷面形状L/B中点矩形角点，圆形周边平均值刚性基础圆形——1.000.640.850.79正方形1.001.120.560.950.88矩形1.53.06.010.030.0100.01.361.782.232.533.234.000.680.891.121.271.622.001.151.521.962.252.883.701.081.44—2.12——B、固结沉降计算*41C、次固结沉降计算次固结段（基本上是一条直线）的斜率反映土的次固结变形速率，一般用Ca表示，称为土的次固结指数。次固结沉降量为*42规范规定预压固结法地基最终沉降采用经验公式：*43

施工工艺一、竖向排水体施工1、普通砂井沉