【土木建筑】地基處理新技(排水)

1、排水固結(jié)技術(shù)drain consolidation地基處理新技術(shù)地基處理新技術(shù)new technical of soil improvement 制作:邵光輝1 1 概概 述述 排水固結(jié)法能解決軟粘土地基的沉降和穩(wěn)定問題。可使地基的沉降在預(yù)壓期間基本完成或大部分完成，保證建筑物在使用期間不致產(chǎn)生過大的沉降和沉降差。同時可增加地基土的抗剪強(qiáng)度，提高地基的承載力和穩(wěn)定性。排水固結(jié)法是由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分共同組合而成的。 排水系統(tǒng)加壓系統(tǒng) 根據(jù)排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)的不同，排水固結(jié)法可分為堆載預(yù)壓法、砂井(包括袋裝砂井、塑料排水板等)堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法、降低地下水位法和電滲法。排水固結(jié)法的種類

2、 堆載預(yù)壓法和砂井堆載預(yù)壓法唯一的區(qū)別在于：前者的排水系統(tǒng)以天然地基土層本身為主；而后者在天然地基中還人為地增設(shè)了諸如砂井等排水系統(tǒng)。 1.1 1.1 排水固結(jié)法的原理排水固結(jié)法的原理 加 固 軟 土 層豎 向 排 水 體排水墊層水平排水盲溝堆載預(yù)壓法就是用填上等外加荷載來增加總應(yīng)力并使超靜孔隙水壓力u消散從而增加有效應(yīng)力的方法。降低地下水位和電滲排水法是總應(yīng)力不變,減少孔隙水壓力來增加有效應(yīng)力的方法。排水固結(jié)法的原理排水固結(jié)法的原理1.3 1.3 排水固結(jié)法的應(yīng)用范圍排水固結(jié)法的應(yīng)用范圍用于處理軟粘土地基，是十分有效的方法。 按照使用目的可以解決兩個問題沉降問題 穩(wěn)定問題 沉降問題 (set

3、tlement problems)采用豎向排水固結(jié)與不采用豎向排水固結(jié)的實(shí)測沉降-時間曲線對比采用豎向排水固結(jié)與不采用豎向排水固結(jié)的實(shí)測沉降-時間曲線對比不排水-等載預(yù)壓排水-超載預(yù)壓排水的沉降曲線穩(wěn)定問題 (stabilization problems) 地基間歇式加荷的應(yīng)力路徑豎向排水提高邊坡穩(wěn)定性系統(tǒng)組成排水系統(tǒng) 系統(tǒng)組成排水系統(tǒng) 材料 wick drainssandgravel系統(tǒng)組成排水系統(tǒng) vertical wick drainsvertical wick drainsvertical wick drainshorizontal drains水平排水體horizontal drai

4、ns水平排水體系統(tǒng)組成加壓系統(tǒng) 堆載橋頭高填土堆載預(yù)壓場地高填土堆載預(yù)壓臨時填土堆載預(yù)壓vacuum consolidation系統(tǒng)組成加壓系統(tǒng) 真空預(yù)壓flash 預(yù)壓法是以事先完成的沉降和由于固結(jié)使地基強(qiáng)度增長的兩個要素為目標(biāo)的，這種加固方法成立的背景，是以具有飽和粘性土地基由于固結(jié)而增加強(qiáng)度，以及所謂一旦地基固結(jié)沉降，即使卸掉荷載實(shí)際上也不恢復(fù)原來狀態(tài)這兩種條件而構(gòu)成的。2 堆載預(yù)壓法設(shè)計(jì)計(jì)算堆載預(yù)壓法設(shè)計(jì)計(jì)算 2.1 堆載預(yù)壓的計(jì)算步驟堆載預(yù)壓的計(jì)算步驟 1. 利用地基的天然抗剪強(qiáng)度計(jì)算第一級容許施加的荷載p1。對長條梯形填土，可根據(jù)fellenius公式估算，即： kpf52. 51

5、2. 計(jì)算第一級荷載下地基強(qiáng)度增長值。)(1fff 通常假設(shè)地基的固結(jié)度為70，然后計(jì)算出強(qiáng)度增長量；為考慮剪切蠕變的強(qiáng)度折減系數(shù)。3. 計(jì)算p1作用下達(dá)到所定固結(jié)度所需要的時間。 達(dá)到某一固結(jié)度所需時間可根據(jù)固結(jié)度與時間的關(guān)系求得。這一步計(jì)算的目的是確定第一級荷載停歇的時間，亦即第二級荷載開始施加的時間。4. 根據(jù)第2步所得到的地基強(qiáng)度f1計(jì)算第二級所能施加的荷載p2，即kpf 1252. 5 同樣求出在p2作用下地基因給度達(dá)70時的強(qiáng)度以及所需時間，然后計(jì)算第三級所能施加的荷載。依次可計(jì)算出以后各級荷載和停歇時間，初步的加荷計(jì)劃也就確定下來。 5. 對按以上步驟確定的加荷計(jì)劃進(jìn)行每一級荷載

6、下地基的穩(wěn)定性驗(yàn)算。如穩(wěn)定性不滿足，則調(diào)整加荷計(jì)劃。6. 計(jì)算預(yù)壓荷載下地基的最終沉降量和預(yù)壓期間的沉降量。這一項(xiàng)計(jì)算的目的在于確定預(yù)壓荷載卸除的時間，這時地基在預(yù)壓荷載下所完成的沉降量已達(dá)設(shè)計(jì)要求，所剩留的沉降為建筑物所允許。2.2 超載預(yù)壓超載預(yù)壓 實(shí)際工程中還往往采用超載預(yù)壓方法來消除主固結(jié)沉降，以縮短預(yù)壓時間。預(yù)壓期間任一時刻地基沉降量可表示為：sctdtssuss上式可用于：(1)確定所需的超載壓力值ps以保證在使用荷載pf作用下預(yù)期的總沉降量在給定的時間內(nèi)完成； (2)確定在給定超載下達(dá)到預(yù)定沉降量所需要的時間。 為了消除永久性荷載下的固結(jié)沉降，只要將超載保持到時間tsr時刻，以使

7、超載作用下，地基的固結(jié)沉降量等于永久荷載下的最終固結(jié)沉降，即ssrsf，為了消除超載卸除以后繼續(xù)發(fā)生的主固結(jié)沉降，超載應(yīng)維持到使上層中間部位的固結(jié)度uz（f+s）達(dá)到下式要求：sffsfzpppu )(超載預(yù)壓的標(biāo)準(zhǔn) 該方法要求將超載保持到pf作用下所有點(diǎn)都完全固結(jié)為止，這時土層的大部分將處于超固結(jié)狀態(tài)。因此，這是一個安全度較大的方法，它預(yù)估的ps值或超載時間都大于實(shí)際所需的值。 對于有機(jī)質(zhì)粘土、泥炭上等，其次固結(jié)沉降是重要的，采用超載預(yù)壓法對減小永久荷載下的次固結(jié)沉降有一定效果。超載預(yù)壓排水與動力置換相結(jié)合3 3 砂井排水固結(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算砂井排水固結(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算 丹尼爾.莫蘭（daniel.e.mo

8、ran）最早（1925年）將垂直砂井用于土的深層加固，1926年獲得專利。 sand drains3.1 3.1 砂井設(shè)計(jì)砂井設(shè)計(jì) 砂井地基的設(shè)計(jì)工作即為選擇適當(dāng)?shù)纳熬L度、直徑、間距、以及形成有效的砂井排水系統(tǒng)所需的材料、砂墊層厚度等，以隨地基在批載預(yù)壓過程中，在預(yù)期的時間內(nèi)，達(dá)到所需要的固結(jié)度(通常定為80)。1砂井直徑和間距常采用“細(xì)而密”原則。一般砂井直徑：300400mm；間距：68倍井徑。 袋裝砂井直徑：70120mm；間距：1530倍井徑。2砂井長度 根據(jù)現(xiàn)場各種因素定。（土層厚、有無透水層、壓縮層厚度、承壓水、穩(wěn)定控制、沉降控制量等）一般1025米。3砂井排列正三角形排列 正方

9、形排列 排水路徑lldede4. 砂井的布置范圍:大出基礎(chǔ)輪廓線24m。5. 砂墊層 在砂井頂面應(yīng)鋪設(shè)排水砂墊層，以連接砂井，引出從上層排入砂井的滲流水。砂墊層的厚度一股為0.30.5m(水下砂墊層厚度為1.0m左右)。如砂料缺乏，可采用連通砂井的縱橫砂溝代替整片砂墊層。 horizontal drain system is installed to collect water squeezed into the crushed stone blanket.jpg horizontal drains are installed in sand blanket to collect water

10、to be discharged from vertical drains.jpg heavy clay is placed atop vertical and horizontal drain systems to squeeze water out of the bog and compact the soft subsoils3.3 砂井地基固結(jié)度的計(jì)算砂井地基固結(jié)度的計(jì)算1瞬時加荷條件下砂井地基固結(jié)度的計(jì)算 19401942年，巴倫（barron）根據(jù)太沙基固結(jié)理論，提出砂井的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。 固結(jié)微分方程：)1(2222rurruczuctuhv根據(jù)卡里羅理論：任意一點(diǎn)的孔隙水壓力u有

11、如下關(guān)系：000uuuuuuzr用固結(jié)度表示為：)1)(1 (1zrrzuuu豎向固結(jié)度由太沙基一維理論計(jì)算。徑向固結(jié)度等應(yīng)變條件下用下式：)8exp(1hrtfu2ehhdtct2222413ln1nnnnnfweddn 井徑比 總固結(jié)度（大于30%時）：trzeu28122248hcfdcveh故)1 (8ln12rzut2逐漸加荷條件下地基固結(jié)度的計(jì)算 目前常用的有太沙基修正法太沙基修正法和曾國熙提出的改進(jìn)的高木俊介法改進(jìn)的高木俊介法，理論上可以證明，能者是近似的，而后者是精確的。改進(jìn)的高木俊介法通常將實(shí)際荷載簡化為多級等速加荷，最常用的公式為； 3.4 地基抗剪強(qiáng)度增長的預(yù)計(jì)地基抗剪強(qiáng)

12、度增長的預(yù)計(jì)曾國熙1975，198l年提出：式中為考慮剪切蠕變及其他因素對強(qiáng)度影響的折減系數(shù)。4 真空預(yù)壓法真空膜水氣收集管道系統(tǒng)水氣收集管道系統(tǒng)水氣收集管道系統(tǒng)水氣收集管道系統(tǒng)工作原理處理效果數(shù)據(jù)真空預(yù)壓模型試驗(yàn)真空預(yù)壓處理現(xiàn)場鳥瞰排水預(yù)壓法的其他一些現(xiàn)場施工照片a 95 feet (29 m) long hanging mast installs wick drains underwaterequake drains are installed for a new hotel in st. lucia, british west indies. the drains were tested

13、 by a 5.4 magnitude earthquake even before the hotel was finished.jpg肚松衯宸&愮鐝d)? $?d悡!餯怉 扈鋹a 嘬貑 d?噡1/2001騫寸15鏈?-crm鍦氱敤.files/imgr_logo.gif 冣杁9/erp鏂噡1/2001騫寸15鏈?-crm鍦氱敤.files/logo.gif 冟?a/erp鏂噡1/2001騫寸15鏈?-crm鍦敤.files/logo_compute.gif 冡?疘1/erp鏂噡1/2001騫寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺.files/ 9/erp鏂噡1/2001騫寸15鏈?-瀵瑰啿鍔涢噺

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