8.排水固结新.ppt

1、4.排水固结,Drain Consolidation （Preloading Method）,地基处理,New Technical of Soil Improvement,排水固结法,4.1. 概述 4.2. 排水固结法加固机理 4.3. 预压 排水固结设计计算 4.4. 真空预压法 4.5.排水固结法施工 4.6. 效果检验,4.1. 概述,1.排水固结法 是对天然地基，或先在地基中设置竖向排水体，再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，逐渐固结，地基发生沉降，强度逐步提高的方法。 该法常用于解决软粘土地基的沉降和稳定问题，可使地基的沉降在加

2、载预压期间基本完成或大部分完成，使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，从而提高地基的承载力和稳定性。,2. 排水固结法的构成 由排水系统和加压系统两部分共同组成。,3.竖向排水材料类型 (1).塑料排水带 塑料排水带的宽度一般为100mm，厚度3.54mm. (2).砂井 砂柱为软土提供了排水通道。,塑料排水带,Vertical Wick Drains,截面：芯板为并联十字型而组成口琴状。 滤膜 ：长纤热扎无纺布，渗水性能极为优良,芯板：聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)混合掺配制,袋装砂井,插板机,3. 排水固结的适用范围 适用于各类淤泥、淤泥质土及冲填土等

3、饱和粘性土地基。 4. 排水固结的应用条件 必须有预压荷载 有足够的预压时间 有适用的土类,4.2. 加固机理,4.2.1.堆载预压加固机理 1.什么是堆载预压： 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。 2、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过程。即：也是土体密度和强度随时间而增长的过程。,4.2. 加固机理,3、总应力、有效应力 、孔隙水压力三者间关系 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水共同承担的。通过土粒间接触点传递的粒间应力称有效

4、应力；通过孔隙水传递的应力称为孔隙水压力。 此时的固结度U表示为： U 0 u=1 完全固结 ,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： 0时，0，U0 （2）、渗流过程中： 0时，0U1 （3）、渗流终止时： 时，0，U1（固结完成）,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，包括袋装砂井、塑料排水带等。,竖向排水情况,砂井地基排水情况,水平砂垫层,砂井,堆载预压法,堆载,排水 砂垫层,排水砂井,软土层,砂井堆载预压排水固结示意图,堆载产生超静水压力,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,系统组成排水

5、系统,4.2.2.真空预压加固机理,1.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 抽真空 2.加固机理： 通过抽真空，在膜的内外形成压差，使土体中的孔隙水不断排出，从而使土体固结。,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。 (2).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湿重度，土体固结压力增加。 (3).封闭气泡排出，土的渗透性加大。,铺设滤水管,竖向与水平排水管的连接方式,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)12

6、0kPa,【解】理论上，当地基达到完全真空时，可产生1个大气压即100kPa的预压荷载。,2.工程实际中, 真空预压法可产生的最大荷载约为： (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1个大气压即100kPa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8590kPa。,4.3、设计与计算 设计预压固结的方法的基本要求： （1）、加固期限量短； （2）、固结沉降要快； （3）、充分增加强度； （4）、注意安全：,预压排水固结设计与计算,一、加压系统设计 土质情况：单级加荷和多级加

7、荷； 堆载材料：自重预压、加荷预压和加水预压。,计算步骤：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。,1、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p1。据斯开普顿极限荷载的半经验公式作为初步估算，即：,对饱和软粘土也可采用下列公式计算：,对条形填土，可根据下面公式估算：,Cu-天然地基不排水抗剪强度 K-安全系数；1.11.5,土的重度 D基础的埋深,2、计算第一级荷载下地基强度增长值 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：,3、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

8、间的关系求得。,-强度折减系数,4、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。 同样，求出在作用下地基固结度达70%时的强度以及所需要的时间，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，初步的加荷计划也就确定下来了。,5、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，则调整加荷计划。 6、计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉降量。这一项计算的目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达设计要求，所留的沉降是建筑物所允许的。,二、排水系统设计 1、竖向排水体选择 普通砂井、袋装砂井和塑料排水带

9、。 若深度超过20m，采用普通砂井，井径可取200500mm。袋装砂井直径多用70100mm，砂的含泥量3%。 塑料排水板的当量换算直径可按下式计算：,式中 dp塑料排水板的当量换算直径，mm； b塑料排水袋宽度，mm； 塑料排水袋厚度，mm。,【例题11】某塑料排水板的宽度为100mm，厚度为5mm，则其当量直径为( )。 A、105mm; B、95mm; C、66.9mm; D、25.2mm; 答案：C,2、竖向排水体深度设计 P109 (1).当软土层不厚、底部有透水层时，排水体应尽可能穿透软土层； (2).当深厚的软土层间有砂层或砂透镜体时，排水体应尽可能打至砂层或砂透镜体。而采用真空

10、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； (3).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(一般为0.10.2) 竖向排水体长度一般为1025m。,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可采用等边三角形或正方形排列。竖向排水体的有效直径de与间距 l 的关系为：,等边三角形排列,正 方 形 排 列,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24m。,1.排水竖井的直径为200mm，采用间距为1.5m的等边三角形布置，则竖井的有效排水直径是多少? 解：等边三角形布置公式为：,2

11、.塑料排水带的宽度为100mm，厚度为5mm ，采用间距为2.0m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：,4、竖向排水体的间距 竖向排水体的间距可按井径比 n 选用，井径比 n 的表达式为：,式中 de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dw=dp(换算后的直径)。 设计时，普通砂井的井径比n=68；袋装砂井或塑料排水带的井径比n=1522。,5、砂料设计 砂井的砂宜用中粗砂，洁净，不含草根杂物，含泥量不能超过3%。 6、地表排水砂垫层设计（水平排水体设计） 砂井顶部的砂垫层采用中粗砂，含泥量应小于3%。 厚度0.5m左右；在砂料贫乏地区，可采用

12、连通砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层。,7、现场监测设计 堆载预压法现场监测一般包括地面沉降观测、水平位移观测和孔隙水压力观测。 据工程经验： 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l0mm；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5060%。 预压荷载的卸荷时间一般控制在固结度为85%左右。,4.3.5.真空预压法设计 1.先铺设水平排水砂垫层、塑料排水沟或排水垫层； 2.在砂垫层上按一定间距打设竖向排水体； 3.薄膜铺盖在砂垫层上，并将膜埋入周边密封沟或墙内； 4.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，土体固

13、结。,4.4. 排水固结法施工,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。 施工： （1）若地基承载力较好，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。 （2）当硬壳层承载力不足时，可采用顺序推进铺筑法。 （3）若地基表面非常软，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。,(1).砂井施工 要求：连续和密实，防止颈缩；减小扰动；长度直径间距满足。 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：1.5%。,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：,(2).袋装砂井施工 用砂量大为减少

14、；施工速度加快、工程造价降低在同一工程中，加固每平方米地基的袋装砂经费用是普通砂井的50%左右。 砂袋材料： 砂：砂袋长度应较砂井孔长50cm 直径70120，间距1.52.0m，井径比为1525。,袋装砂井,(3)塑料排水带的施工 由芯板和滤膜组成 。 性能：具有良好的透水性和强度。 整个排水带应反复对折5次不断裂才认为合格。 施工 ：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；插入塑料带；拔管剪断塑料带等。,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。,处理前的淤泥,真空预压,预压荷载的施工 (1).利用建筑物自重

15、加压 (2).堆载预压 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。 2).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。,真空预压系统设置 1、埋设竖向排水系统与水平向滤水管。 2、铺设密封膜。 3、设置抽气系统。,真空预压法施工,真空预压施工方法 (2)真空预压 加固区-每块面积宜大不宜小。一般加固面积600010000m2为宜。 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； b. 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；其间适当撒放滑石粉，防止粘连；

16、,e.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80kPa；停止预压时地基固结度要求大于80%； g.预压的沉降稳定标准为连续5d，实测沉降速率不大于2mm/d。,4.5. 施工质量检验,1施工质量检验 (1).塑料排水带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。 (2).砂井和砂垫层砂料，应做颗粒分析和渗透性试验。 (3).对预压工程，应进行地基竖向变形、侧向位移和孔隙水压力等项目的监测。 (5).真空预压工程应进行膜下真空度和地下水位的量测。,（二）预压法竣工验收检验应符合下列规定： 1.排水竖并处理深度范围内和竖井底面以下受压土层，经预压所完成的竖向变形和平

17、均固结度应满足设计要求。 2.应对预压的地基土进行原位十字板剪切试验和室内土工试验。必要时，尚应进行现场载荷试验，试验数量不应少于3 点。,思考题 1.砂井和砂桩都是以砂作为填料的桩体，两者区别； 2.堆载预压和真空预压在加固机理上的区别 3.何种排水固结方法可不控制加荷速率 4.排水固结法的适用范围？ 5.预压法加固哪些地基时可不设置竖向排水体？ 6.排水竖井的直径为200mm，采用间距为1.5m的等边三角形布置，则竖井的有效排水直径为 ？ 7.真空预压的原理主要有哪些方面? 8.工程实际中, 真空预压法可产生的最大荷载约为 ？ 9.什么是涂抹作用，井阻？在什么情况下要考虑？ 10.砂井地基固结度包含以