软土地基处理排水固结法施工技术及实践

排水固结技术DrainConsolidation地基处理技术TechnicalofSoilImprovement博士1概述排水固结法是对天然地基，或先在地基中设置砂井(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，同时强度逐步提高的一种方法。

适用于处理各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和粘性土地基。砂井法特别适用于存在连续薄砂层的地基。适用范围：

排水固结法能解决软粘土地基的沉降和稳定问题。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。排水固结法排水系统加压系统排水固结法的作用及系统组成水平排水垫层竖向排水体普通砂井袋装砂井塑料排水板堆载真空预压降低地下水位增加排水路径排水系统加压系统系统组成——排水系统系统组成——排水系统材料WickDrainssandgravel系统组成——排水系统VerticalWickDrainsVerticalWickDrainsHorizontalDrains水平排水体HorizontalDrains水平排水体系统组成——加压系统堆载桥头高填土堆载预压场地高填土堆载预压临时填土堆载预压VacuumConsolidation系统组成——加压系统真空预压FLASH

根据排水系统和加压系统的不同，排水固结法可分为堆载预压法、砂井(包括袋装砂井、塑料排水板等)堆载预压法、真空预压法、降低地下水位法和电渗法。排水固结法的种类

堆载预压法和砂井堆载预压法唯一的区别在于：前者的排水系统以天然地基土层本身为主；而后者在天然地基中还人为地增设了诸如砂井等排水系统。1.1排水固结法的原理

加固软土层竖向排水体排水垫层水平排水盲沟堆载预压法就是用填上等外加荷载来增加总应力σ并使超静孔隙水压力u消散从而增加有效应力σ’的方法。降低地下水位和电渗排水法是总应力不变,减少孔隙水压力来增加有效应力σ’的方法。排水固结法的原理1.2排水固结法的应用范围用于处理软粘土地基，是十分有效的方法。按照使用目的可以解决两个问题沉降问题稳定问题沉降问题(settlementproblems)采用竖向排水固结与不采用竖向排水固结的实测沉降-时间曲线对比采用竖向排水固结与不采用竖向排水固结的实测沉降-时间曲线对比不排水-等载预压威排水-超载预爸压排水右的沉降驴曲线稳定问辅题(sta吉bili码zati崖onp减robl钩ems)地基间着歇式加糕荷的应访力路径竖向排水啄提高边坡节稳定性预压法是喝以事先完皮成的沉降薪和由于固惨结使地基补强度增长辣的两个要览素为目标壤的，这种啊加固方法僵成立的背丽景，是以顾具有饱和炉粘性土地巧基由于固箱结而增加角强度，以化及所谓一租旦地基固技结沉降，它即使卸掉衔荷载实际寻上也不恢劈燕复原来状斧态这两种塌条件而构阶成的。2堆载预压串法设计计橡算2.1堆载预压袖的计算步宫骤1.利用地牲基的天倡然抗剪限强度计头算第一谎级容许我施加的嘴荷载p1。对长条梯腊形填土，愿可根据Fell甲eniu努s公式估算纤，即：2.计算第一圣级荷载下讨地基强度夹增长值。通常假估设地基谱的固结倚度为70％，然后处计算出强咱度增长量吗；η为考虑剪隐切蠕变的敞强度折减涉系数。基本思想软粘土漂抗剪强拨度低，杏进行堆氏载预压坡时，不住能快速垦加载，仇只能分地级逐渐交加载，忍待前级角荷载下绒地基强音度增加援到足以济加下一熊级荷载顶时，才房诚可施加合下一级楚荷载。3.计算p1作用下达长到所定固糠结度所需俭要的时间己。达到某一王固结度所凭需时间可尸根据固结颠度与时间锡的关系求茂得。这一花步计算的渔目的是确稀定第一级畅荷载停歇洪的时间，浴亦即第二燃级荷载开佩始施加的涉时间。4.根据第2步所得括到的地胸基强度τf1计算第二挑级所能施直加的荷载p2，即同样求酷出在p2作用下培地基因鸡给度达70％时的强瓣度以及所秃需时间，项然后计算竖第三级所恳能施加的甜荷载。依泛次可计算北出以后各望级荷载和传停歇时间复，初步的多加荷计划盟也就确定散下来。5.对按以上兆步骤确定忙的加荷计屈划进行每娃一级荷载考下地基的微稳定性验吸算。如稳定蔬性不满葛足，则验调整加术荷计划故。6.计算预萝压荷载痒下地基姐的最终辈沉降量磨和预压饶期间的洁沉降量页。这一项啊计算的大目的在盆于确定酿预压荷株载卸除须的时间督，这时艰地基在恩预压荷宴载下所娇完成的补沉降量服已达设爬计要求悠，所剩芝留的沉遥降为建厦筑物所勤允许。2.2超载预压实际工赢程中还麦往往采刃用超载变预压方缎法来消除主固差结沉降，屡以缩短预雀压时间。预压策期间任拘一时刻顶地基沉雄降量可疯表示为蒜：（1）确定咱所需的加超载压飘力值ps以保证蜂在使用染荷载pf作用下称预期的待总沉降滋量在给挪定的时呀间内完姥成；（2）确定特在给定岁超载下发达到预骄定沉降所量所需币要的时生间。对沉降荣有严格颂限制的库建筑物活，应采击用超载烧预压法东进行处盗理，经拣超载预摄压后，汽如受压六土层各绕点的有怎效竖向环应力大毫于建筑狂物荷载杀引起的毙相应点叛的附加否总应力优，则今蹦后在建锤筑物荷呀载下，须地基土善将不会模再发生紧主固结萌变形，锅而且将潮减小次斥固结变以形，并饿推迟次捕固结变誓形的发鼠生为了消或除永久膏性荷载度下的固眠结沉降陷，只要蝴将超载查保持到清时间tsR时刻，厕以使超胳载作用并下，地度基的固鹅结沉降忌量等于椅永久荷作载下的墓最终固荡结沉降秧，即ssR＝sf，为了消除乱超载卸除焰以后继续灾发生的主沫固结沉降白，超载应姜维持到使烘上层中间首部位的固掘结度Uz（f+s）达到下紫式要求讨：超载预压弓的标准该方法要古求将超载隔保持到pf作用下浩所有点傍都完全购固结为尾止，这旧时土层荡的大部达分将处桂于超固绕结状态欢。因此灵，这是瞧一个安词全度较何大的方输法，它牙预估的ps值或超载这时间都大后于实际所视需的值。对于有印机质粘卖土、泥舒炭上等凶，其次瞎固结沉板降是重亚要的，兰采用超贴载预压披法对减悦小永久至荷载下针的次固盟结沉降畅有一定新效果。超载预竖压排水据与动力卸置换相脂结合3砂井排水两固结设计缴计算丹尼尔.莫兰（Dan吐iel抄.E.递Mor超an）最早（192慕5年）将浴垂直砂礼井用于盾土的深妹层加固横，192任6年获得堂专利。San嘴dD恨rai善ns3.1砂井设矿计砂井地基翁的设计工赴作即为选择适当求的砂井长瞒度、直径串、间距、稿以及形成劲有效的砂仪井排水系役统所需的按材料、砂叠垫层厚度巷等，以随地呈基在批载买预压过程权中，在预袍期的时间宰内，达到妈所需要的惕固结度(通常定倘为80％)。1．砂井砌直径和畏间距常采用“细而密”原则。一般砂亚井直径刃：300~参400m挠m；间距：6~8倍井径。袋装砂摔井直径桌：70~汽120劝mm；间距：15~3盖0倍井径短。2．砂井长隆度根据现舰场各种暗因素定问。（土贵层厚、聪有无透企水层、钻压缩层竿厚度、逆承压水松、稳定糟控制、翠沉降控妖制量等序）一般10~2蜡5米。3．砂井徒排列正三角交形排列正方形排急列排水路唉径lldede4.砂井的布烦置范围:大出基础惠轮廓线2~4m。5.砂垫层在砂井顶午面应铺设蓝排水砂垫领层，以连聪接砂井，竭引出从上贵层排入砂斑井的渗流告水。砂垫取层的厚度焰一股为0.3~阻0.5m傅(水下砂于垫层厚像度为1.0m左右)。如砂料群缺乏，可脑采用连通悦砂井的纵牛横砂沟代远替整片砂齐垫层。hori桶zont惰ald限rain闪sys岂tem跪isi利nsta工lled津to典coll崇ect忧wate肠rsq钟ueez声edi映nto耽the烛crus国hed点ston禾ebl罚anke揪t.jp家gHor替izo寇nta旁ld浴rai颗ns食are售in嘱sta座lle祥di歪ns床and驶bl呈ank竞et原to斗col璃lec散tw份ate玻rt站ob岩ed胁isc悦har扬ged津fr间om结ver折tic奶al疾dra壤ins悉.jp皆gHea侧vy斩cla奥yi饰sp驴lac怖ed饶ato吨pv骡ert甩ica奔la雅nd伐hor浙izo滋nta温ld自rai篮ns稻yst绸ems湿to寸sq可uee嫩ze组wat古er庙out势of该th适eb起og楚and到co阁mpa倍ct巷the屿so凶ft生sub千soi币ls3.3砂井地基悼固结度的锦计算1．瞬时设加荷条往件下砂附井地基袄固结度易的计算1940耕~194洲2年，巴饺伦（Barr租on）根据版太沙基播固结理渡论，提牛出砂井呀的设计吊计算方胀法。固结微蒜分方程盆：根据卡嚷里罗理雅论：任捆意一点吗的孔隙痛水压力u有如下关符系：用固结糖度表示杜为：竖向固结锻度由太沙肠基一维理买论计算。径向固暂结度等要应变条井件下用摩下式：井径比总固结扔度（大补于30%时）：故2．逐渐加肿荷条件下肉地基固结滥度的计算目前常用都的有太沙基场修正法和曾国熙堪提出的改进的高坡木俊介法，理论上排可以证明摸，前者是杠近似的，终而后者是遣精确的。挪改进的高例木俊介法乐通常将实你际荷载简授化为多级垂等速加荷欧，最常用还的公式为呜；3.4地基抗摧剪强度喂增长的辨预计曾国熙197披5，198l年提出斗：式中η为考虑庙剪切蠕搂变及其纷他因素服对强度墙影响的挤折减系睛数。4真空预柴压法真空预压确法是先在惕需要加谈固的软刮土地基军表面铺阶设一层慕透水砂珠垫层或集砂砾层券，再在偶其上覆寸盖一层岩不透气匠的塑料正薄膜或床橡胶布惠，四周减密封好神，与大哗气隔绝茂，在砂缩慧垫层内剑埋设渗良水管道悟，然后西与真空虏泵连通城进行抽搭气，使碍透水材青料保持双较高的耻真空度贱，在土狗的孔隙令水中产修生负的符孔隙水河压力，谱使土中泊孔隙水信和空气塑逐渐吸南出，从漂而使土野固结。适用范弃围及其沟原理适合：饱和均质们粘性土及摧含薄层砂请夹层的粘垒性土，特养别适合于新吹填土捞、超软地叛基的加固不适合器：加固范围神内有足够然水源补给可的透水土鄙层，无法曾堆载的倾斜地面和苦施工场地畏狭窄等场宰合基本原理工作原理处理效果咱数据真空预施压法设弃计1、膜内真峡空度根据国容内一些表工程的献经验，浴膜内真刃空度一或般可维枪持600已mm惕Hg左右(80k防Pa)，可作为因最低膜内凉设计真空园度2、加固背区内要吩求达到陪的平均箭固结度一般开箩采用80%的固结度约，如工期由许可，也塑可采用更摩大一些的冶固结度作姜为设计要行求达到的离固结度3、竖向排申水体一般采用协袋装砂井秀或塑料排笼水带。注意若不设竖寺向排水体骄，则无法堤将真空度遇从砂垫层我传递至土箱层