第5節(jié)排水固結(jié)法1第一頁，共57頁。5.1概述

排水固結(jié)法（Consolidation）是處理軟黏土地基的有效方法之一。該法是對天然地基，或先在地基中設(shè)置砂井等豎向排水體，然后利用建筑物本身重量分級逐漸加載，或是在建筑物建造以前，在場地先行加載預(yù)壓，使土體中的孔隙水排出，逐漸固結(jié)，地基發(fā)生沉降，同時強度逐步提高的方法。排水固結(jié)法適用于處理淤泥質(zhì)土、淤泥、泥炭土和沖填土等飽和粘性土地基。第二頁，共57頁。排水固結(jié)法通常由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分組成。

第三頁，共57頁。第四頁，共57頁。

塑料排水板插板機第五頁，共57頁。第六頁，共57頁。塑料排水板地基處理第七頁，共57頁。塑料排水板施工工藝流程圖塑料排水板施工現(xiàn)場第八頁，共57頁。真空預(yù)壓地基處理真空預(yù)壓管網(wǎng)鋪設(shè)第九頁，共57頁。真空管網(wǎng)鋪設(shè)第十頁，共57頁。

真空系統(tǒng)第一層土工布鋪設(shè)土工布鋪設(shè)土工布縫接第十一頁，共57頁。真空系統(tǒng)雙層密封土工膜的鋪設(shè)

第十二頁，共57頁。真空系統(tǒng)土工膜的密封

第十三頁，共57頁。

出膜連接與真空系統(tǒng)安裝出膜連接出膜管與真空泵連接第十四頁，共57頁。

試抽真空第十五頁，共57頁。

排水固結(jié)法可解決以下兩個問題：（1）沉降問題。使地基的沉降在加載預(yù)壓期間大部分或基本完成，使建筑物在使用期間不致產(chǎn)生不利的沉降和沉降差。（2）穩(wěn)定問題。加速地基土的抗剪強度的增長，從而提高地基的承載力和穩(wěn)定性。第十六頁，共57頁。5.2排水固結(jié)法的原理第十七頁，共57頁。5.3地基固結(jié)度的計算第十八頁，共57頁。5.3地基固結(jié)度的計算第十九頁，共57頁。5.3地基固結(jié)度的計算第二十頁，共57頁。5.3地基固結(jié)度的計算第二十一頁，共57頁。5.3地基固結(jié)度的計算第二十二頁，共57頁。5.3地基固結(jié)度的計算第二十三頁，共57頁。一級或多級等速加載條件下，當(dāng)固結(jié)時間為t時，對應(yīng)總荷載的地基平均固結(jié)度可按下式計算：第二十四頁，共57頁。5.3地基固結(jié)度的計算當(dāng)排水豎井采用擠土方式施工時，應(yīng)考慮涂抹對土體固結(jié)的影響。當(dāng)豎井的縱向通水量與天然土層水平向滲透系數(shù)的比值較小，且長度又較長時，尚應(yīng)考慮井組影響。第二十五頁，共57頁。5.3地基固結(jié)度的計算瞬時加載條件下，考慮涂抹和井組影響時，豎井地基徑向排水平均固結(jié)度可按下式計算：第二十六頁，共57頁。5.3地基固結(jié)度的計算第二十七頁，共57頁。5.3地基固結(jié)度的計算反映井阻作用影響的參數(shù)的表達式為：第二十八頁，共57頁。5.3地基固結(jié)度的計算一級或多級等速加載條件下，考慮涂抹和井阻影響時豎井穿透受壓土層地基的平均固結(jié)度可按下式計算：第二十九頁，共57頁。例題1某建筑場地為淤泥質(zhì)粘土層，固結(jié)系數(shù)為，受壓土層厚度為10m，袋裝砂井直徑70mm，砂井采取等邊三角形布置，間距L等于1.4m，深度為10m，砂井底部為透水層，砂井打穿受壓土層，預(yù)壓荷載為100kPa，一次等速施加，加載速率為每天10kPa，按《建筑地基處理設(shè)計規(guī)范》計算：加荷開始后50d受壓土層平均固結(jié)度是多少？如使受壓土層平均固結(jié)度達到90%，需要多少天？第三十頁，共57頁。例題1解：第三十一頁，共57頁。例題1解：第三十二頁，共57頁。

堆載預(yù)壓設(shè)計計算12對深厚軟粘土地基，應(yīng)設(shè)置塑料排水帶或砂井等排水豎井。當(dāng)軟土層厚度不大或軟土層含較多薄粉砂夾層，且固結(jié)速率能滿足工期要求時，可不設(shè)排水豎井。預(yù)壓荷載頂面的范圍應(yīng)等于或大于建筑物基礎(chǔ)外緣所包圍的范圍。

加載速率應(yīng)根據(jù)地基土的強度確定。當(dāng)天然地基土的強度滿足預(yù)壓荷載下地基的穩(wěn)定性要求時，可一次性加載，否則應(yīng)分級逐漸加載，待前期預(yù)壓荷載下地基土的強度增長滿足下一級荷載下地基的穩(wěn)定性要求時方可加載。堆載過快易失穩(wěn)第三十三頁，共57頁。5.4砂井排水固結(jié)設(shè)計計算

DesignProcedureofSandDrain

1925年，丹尼爾.莫蘭將垂直砂井用于費城－－奧克蘭海灣大橋公路軟土地基的加固，1926年獲得專利。砂井法問世以后，因缺乏理論根據(jù)而按經(jīng)驗設(shè)計。1940～1942年，巴?。˙arron）根據(jù)太沙基的固結(jié)理論，提出砂井法的設(shè)計計算方法。我國從20世紀50年代起，開始應(yīng)用砂井法。第三十四頁，共57頁。

砂井法主要適用于沒有較大集中荷載的大面積荷重或堆土荷重工程，例如水庫土壩、油罐、倉庫、鐵路路堤、貯礦場以及港口的水工建筑物等工程。一、砂井設(shè)計砂井設(shè)計包括砂井直徑、間距、深度、排列方式、范圍、砂料選擇和砂墊層厚度等。（1）砂井直徑和間距砂井直徑一般為300～400mm；袋裝砂井直徑為70～120mm。第三十五頁，共57頁。塑料排水板的換算直徑為：

式中：

b——塑料板寬度；

δ——塑料板厚度；

α——換算系數(shù)，當(dāng)b=100mm，δ=3～4mm時取α=0.75，求得Dp=50mm；若不考慮排水井內(nèi)部的水頭損失，α=1，Dp=66mm。第三十六頁，共57頁。根據(jù)固結(jié)理論，砂井直徑越大，間距越密，固結(jié)速率越快。如果比較砂井的直徑和間距對固結(jié)度的影響，又可看出，在同一井徑的條件下，砂井間距縮小一半，固結(jié)時間約縮短三倍，而在同一間距條件下，井徑增大一倍，固結(jié)時間只減小約三分之一。因此，縮短間距比增大井徑對加速固結(jié)的效果更好。所以，采用“細而密”的方案是合理的。

第三十七頁，共57頁。按施工條件，砂井的間距一般不小于1.5m。為了保證排水暢通，在砂井預(yù)壓地表鋪一層砂，厚一般為0.5～1.0m，水下為1～2m。

第三十八頁，共57頁。

（2）砂井深度主要根據(jù)土層的分布、地基中附加應(yīng)力大小、施工期限和條件及地基穩(wěn)定性等因素確定。一般為10～25m。（3）砂井排列砂井在平面上可布置成正三角形（梅花形），以正三角形排列較為緊湊和有效。在實際進行固結(jié)計算時，由于多邊形作為邊界條件求解很困難，巴隆建議每個砂井的影響范圍由多邊形改為由面積與多邊形面積相等的圓來求解。第三十九頁，共57頁。第四十頁，共57頁。

正方形排列時de＝1.13l

正三角形排列時de＝1.05l

de為砂井的有效直徑，l為砂井間距。（4）砂井布置范圍砂井的布置范圍一般可由基礎(chǔ)的輪廓線向外增大約2～4m。（5）砂料宜選用中粗砂，其含泥量不能超過3％。（6）砂墊層砂井頂部鋪設(shè)砂墊層，可使砂井排水有良好的通道，將水排到工程場地以外。第四十一頁，共57頁。二、沉降計算

地基土的總沉降一般包括瞬時沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降三部分。瞬時沉降是在荷載作用下由于土的畸變所引起，并在荷載作用下立即發(fā)生的固結(jié)沉降是由于孔隙水的排出而引起土體積減小所造成的，占總沉降的主要部分。次固結(jié)沉降則是由于超靜水壓力消散后，在恒值有效應(yīng)力作用下土骨架的徐變所致。對于一般粘性土，數(shù)值不大，但如果是塑性指數(shù)較大時，正常固結(jié)的軟粘土，尤其是有機土，次固結(jié)沉降就不能忽略。第四十二頁，共57頁。沉降計算第四十三頁，共57頁。沉降計算第四十四頁，共57頁。沉降計算第四十五頁，共57頁。沉降計算第四十六頁，共57頁。第四十七頁，共57頁。例題2

某場地資料如下：土層號壓力p/kPa025507510012515017520025011.121.081.041.000.970.950.930.910.890.8720.980.950.930.910.890.870.850.840.830.82室內(nèi)壓縮試驗資料如下表所示：按地基規(guī)范計算，當(dāng)大面積預(yù)壓荷載為100kPa，經(jīng)驗系數(shù)取1.3，固結(jié)度達80%時地基的豎向變形量。第四十八頁，共57頁。例題2

解：（1）自重應(yīng)力下土層中點的孔隙比第四十九頁，共57頁。例題2

（2）自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和所對應(yīng)的孔隙比第五十頁，共57頁。例題2

第五十一頁，共57頁。例題3

有一飽和軟粘土，厚度為6m，壓縮模量為1.5MPa，地下水位與飽和軟粘土層頂面相齊?，F(xiàn)準備分層鋪設(shè)80cm砂墊層（重度為18），打設(shè)塑料排水板至飽和軟粘土層底面。然后采用80kPa大面積真空預(yù)壓3個月，固結(jié)度達到85%。請問此時的殘留沉降是多少？（沉降修正系數(shù)取1.0，附加應(yīng)力不隨深度變化）第五十二頁，共57頁。例題3

解：第五十三頁，共57頁。5.5施工方法

ConstructionMethods要保證排水固結(jié)法的加固效果，從施工角度考慮，主要應(yīng)重視以下三個環(huán)節(jié)：鋪設(shè)水平墊層、設(shè)置豎向排水體和施加固結(jié)壓力。砂井成孔的典型方法有套管法、射水法、螺旋鉆成孔法和爆破法。灌入砂袋中的砂宜用干砂，并應(yīng)灌致密實。第五十四頁，共57頁。袋裝砂井成孔的方法有錘擊打入法、水沖法、靜力壓入法、鉆孔法和振動貫入法五種。塑料排水袋和袋裝砂井砂袋埋入砂墊層中的長度不應(yīng)小于500mm.塑料排水袋的性能指標必須符合設(shè)計要求。在現(xiàn)場應(yīng)妥加保護，