第4章__排水固結(jié)法

1、Ground Treatment Techniques第4 4章 排水固結(jié)法排水固結(jié)法 Chapter 4 Chapter 4 ConsolidationConsolidation 4.1 4.1 概概 述述 排水固結(jié)法（排水固結(jié)法（ConsolidationConsolidation）是處）是處理軟粘土地基的有效方法之一。該法是理軟粘土地基的有效方法之一。該法是對(duì)天然地基，或先在地基中設(shè)置砂井等對(duì)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豎向排水體，然后利用建筑物本身重量分級(jí)逐漸加載，或是在建筑物建造以前，分級(jí)逐漸加載，或是在建筑物建造以前，在場(chǎng)地先行加載預(yù)壓，使土體

2、中的孔隙在場(chǎng)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，同水排出，逐漸固結(jié)，地基發(fā)生沉降，同時(shí)強(qiáng)度逐步提高的方法。時(shí)強(qiáng)度逐步提高的方法。深圳河真空預(yù)壓全貌深圳美視媽灣油庫(kù)海上拋石圍堤、海上鋪設(shè)土工布深圳美視媽灣油庫(kù)海上拋石圍堤、海上鋪設(shè)土工布、回填砂和插板并堆載預(yù)壓竣工后使用現(xiàn)、回填砂和插板并堆載預(yù)壓竣工后使用現(xiàn)場(chǎng) 堆水預(yù)壓堆水預(yù)壓四航研究院進(jìn)行的交通部綜合地基加固現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)（在潮四航研究院進(jìn)行的交通部綜合地基加固現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)（在潮間帶插鋪土工布、回填砂墊層、插排水板，并用真空氣間帶插鋪土工布、回填砂墊層、插排水板，并用真空氣體、水荷載流體和堆砂固體進(jìn)行三相體聯(lián)合預(yù)壓）體、水荷載流

3、體和堆砂固體進(jìn)行三相體聯(lián)合預(yù)壓）四航研究院珠海前山水荷載預(yù)壓加固示意圖四航研究院珠海前山水荷載預(yù)壓加固示意圖四航研究院深圳媽灣潮間帶真空預(yù)壓一角（退潮時(shí)）四航研究院深圳媽灣潮間帶真空預(yù)壓一角（退潮時(shí)） 塑料排水板插板機(jī)塑料排水板插板機(jī)塑料排水板地基處理塑料排水板地基處理真空預(yù)壓地基處理真空預(yù)壓地基處理 真空預(yù)壓管網(wǎng)鋪設(shè)真空預(yù)壓管網(wǎng)鋪設(shè)排水板真空預(yù)壓處理剖面示意圖排水板真空預(yù)壓處理剖面示意圖 排水固結(jié)法可解決以下兩個(gè)問(wèn)題：排水固結(jié)法可解決以下兩個(gè)問(wèn)題： （1 1）沉降問(wèn)題沉降問(wèn)題。使地基的沉降在加載預(yù)。使地基的沉降在加載預(yù)壓期間大部分或基本完成，使建筑物在使壓期間大部分或基本完成，使建筑物在使用

4、期間不致產(chǎn)生不利的沉降和沉降差。用期間不致產(chǎn)生不利的沉降和沉降差。 （2 2）穩(wěn)定問(wèn)題穩(wěn)定問(wèn)題。加速地基土的抗剪強(qiáng)度。加速地基土的抗剪強(qiáng)度的增長(zhǎng)，從而提高地基的承載力和穩(wěn)定性。的增長(zhǎng)，從而提高地基的承載力和穩(wěn)定性。 排水固結(jié)法排水固結(jié)法適用于適用于處理淤泥質(zhì)土、淤泥和處理淤泥質(zhì)土、淤泥和沖填土等飽和粘性土地基。沖填土等飽和粘性土地基。排水固結(jié)法是由排水固結(jié)法是由排水系統(tǒng)排水系統(tǒng)和和加壓系統(tǒng)加壓系統(tǒng)兩部?jī)刹糠止餐M合而成。分共同組合而成。（1 1）排水系統(tǒng)排水系統(tǒng) 由水平排水墊層和豎向排由水平排水墊層和豎向排水體構(gòu)成。豎向排水體可選用普通砂井、水體構(gòu)成。豎向排水體可選用普通砂井、袋裝砂井或塑料排

5、水板。袋裝砂井或塑料排水板。（2 2）加壓系統(tǒng)加壓系統(tǒng) 即是起固結(jié)作用的荷載，即是起固結(jié)作用的荷載，它使地基土的固結(jié)壓力增加而產(chǎn)生固結(jié)。它使地基土的固結(jié)壓力增加而產(chǎn)生固結(jié)。 工程上廣泛使用且行之有效的增加固結(jié)壓工程上廣泛使用且行之有效的增加固結(jié)壓力的方法是力的方法是堆載法堆載法，此外，還有，此外，還有真空法真空法、降低地下水位法降低地下水位法、電滲法電滲法和和聯(lián)合法聯(lián)合法。 排水固結(jié)法的設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)上部排水固結(jié)法的設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載的大小、地基土的性質(zhì)以及工結(jié)構(gòu)荷載的大小、地基土的性質(zhì)以及工期要求、確定豎向排水體的直徑、間距、期要求、確定豎向排水體的直徑、間距、深度和排列方式；確

6、定預(yù)壓荷載的大小深度和排列方式；確定預(yù)壓荷載的大小和預(yù)壓時(shí)間，使通過(guò)預(yù)壓，地基能滿足和預(yù)壓時(shí)間，使通過(guò)預(yù)壓，地基能滿足建筑物對(duì)變形和穩(wěn)定性的要求。建筑物對(duì)變形和穩(wěn)定性的要求。適用范圍適用范圍適用于處理各類淤泥、淤泥質(zhì)土及沖填土等飽和適用于處理各類淤泥、淤泥質(zhì)土及沖填土等飽和粘性土地基。粘性土地基。砂井法特別適用于存在連續(xù)薄砂層的地基。但砂砂井法特別適用于存在連續(xù)薄砂層的地基。但砂井只能加速主固結(jié)而不能減少次固結(jié)，對(duì)有機(jī)質(zhì)井只能加速主固結(jié)而不能減少次固結(jié)，對(duì)有機(jī)質(zhì)土和泥炭等次固結(jié)土，不宜只采用砂井法。克服土和泥炭等次固結(jié)土，不宜只采用砂井法?？朔喂探Y(jié)可利用超載的方法。次固結(jié)可利用超載的方法。真

7、空預(yù)壓法適用于能在加固區(qū)形成真空預(yù)壓法適用于能在加固區(qū)形成( (包括采取措施包括采取措施后形成后形成) )穩(wěn)定負(fù)壓邊界條件的軟土地基。降低地下穩(wěn)定負(fù)壓邊界條件的軟土地基。降低地下水位法、真空預(yù)壓法和電滲法由于不增加剪應(yīng)力水位法、真空預(yù)壓法和電滲法由于不增加剪應(yīng)力，地基不會(huì)產(chǎn)生剪切破壞，所以它適用于很軟弱，地基不會(huì)產(chǎn)生剪切破壞，所以它適用于很軟弱的粘土地基。的粘土地基。排水固結(jié)法分類排水固結(jié)法分類根據(jù)加壓和排水兩個(gè)系統(tǒng)的不同，派生出多種固結(jié)加根據(jù)加壓和排水兩個(gè)系統(tǒng)的不同，派生出多種固結(jié)加固地基的方法：固地基的方法：美國(guó)跨越金山灣南端的美國(guó)跨越金山灣南端的DumbartonDumbarton橋東側(cè)

8、引道路橋東側(cè)引道路堤場(chǎng)地，路堤下淤泥的抗剪強(qiáng)度小于堤場(chǎng)地，路堤下淤泥的抗剪強(qiáng)度小于5kpa5kpa，其固，其固結(jié)時(shí)間將需要結(jié)時(shí)間將需要30403040年，為了支撐路堤和加速所年，為了支撐路堤和加速所預(yù)計(jì)的預(yù)計(jì)的2m2m沉降量沉降量, ,采用如下方案：采用如下方案：1 1、采用土工聚合物以分布路堤荷載和減小不均、采用土工聚合物以分布路堤荷載和減小不均勻沉降；勻沉降；2 2、使用輕質(zhì)填料以減輕荷載；、使用輕質(zhì)填料以減輕荷載；3 3、采用豎向排水體使固結(jié)時(shí)縮短到一年以內(nèi)；、采用豎向排水體使固結(jié)時(shí)縮短到一年以內(nèi)；4 4、設(shè)置土工聚合物濾網(wǎng)以防排水層發(fā)生污染等、設(shè)置土工聚合物濾網(wǎng)以防排水層發(fā)生污染等。

9、uuuU10tu00U時(shí)， t0u10U時(shí)，t0u1U 時(shí)， 土在某一荷載作用下，孔隙水逐漸排出，土體土在某一荷載作用下，孔隙水逐漸排出，土體隨之壓縮，土體的密實(shí)度和強(qiáng)度隨時(shí)間逐步增長(zhǎng)，隨之壓縮，土體的密實(shí)度和強(qiáng)度隨時(shí)間逐步增長(zhǎng)，這一過(guò)程稱之為土的固結(jié)過(guò)程。亦即孔隙水壓力消這一過(guò)程稱之為土的固結(jié)過(guò)程。亦即孔隙水壓力消散、有效應(yīng)力增長(zhǎng)的過(guò)程。散、有效應(yīng)力增長(zhǎng)的過(guò)程。4.2 4.2 排水固結(jié)法的加固排水固結(jié)法的加固機(jī)理機(jī)理 (1)(1)堆載預(yù)壓加固機(jī)理堆載預(yù)壓加固機(jī)理 堆載預(yù)壓是指先在地基中設(shè)置砂井、塑堆載預(yù)壓是指先在地基中設(shè)置砂井、塑料排水帶等豎向排水體，后利用建筑物本身重量料排水帶等豎向排水體

10、，后利用建筑物本身重量分級(jí)逐漸加載，或建筑物建造前，在場(chǎng)地先行加分級(jí)逐漸加載，或建筑物建造前，在場(chǎng)地先行加載預(yù)壓，使土體中的孔隙水緩慢排出，土層逐漸載預(yù)壓，使土體中的孔隙水緩慢排出，土層逐漸固結(jié)，地基發(fā)生沉降，同時(shí)強(qiáng)度逐步提高的過(guò)程。固結(jié)，地基發(fā)生沉降，同時(shí)強(qiáng)度逐步提高的過(guò)程。4.2 4.2 排水固結(jié)法的加固排水固結(jié)法的加固機(jī)理機(jī)理 砂井堆載預(yù)壓法砂井堆載預(yù)壓法 基本方法：基本方法：砂井堆載預(yù)壓法系在軟弱地基中通過(guò)采用砂井堆載預(yù)壓法系在軟弱地基中通過(guò)采用鋼管打孔、灌砂，設(shè)置砂井作為豎向排水通道，并在鋼管打孔、灌砂，設(shè)置砂井作為豎向排水通道，并在砂井頂部設(shè)置砂墊層作為水平排水通道，形成排水系砂井

11、頂部設(shè)置砂墊層作為水平排水通道，形成排水系統(tǒng)；在砂墊層上部堆載，以增加軟弱土中附加應(yīng)力，統(tǒng)；在砂墊層上部堆載，以增加軟弱土中附加應(yīng)力，使土體中孔隙水在較短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)豎向砂井和水平使土體中孔隙水在較短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)豎向砂井和水平砂墊層排出，達(dá)到加速土體固結(jié)、提高軟弱地基土承砂墊層排出，達(dá)到加速土體固結(jié)、提高軟弱地基土承載力之目的載力之目的 。主要用于道路路堤、土壩、機(jī)場(chǎng)跑道、工業(yè)建筑油罐、主要用于道路路堤、土壩、機(jī)場(chǎng)跑道、工業(yè)建筑油罐、碼頭、岸坡等工程的地基處理，對(duì)于泥炭等有機(jī)沉積碼頭、岸坡等工程的地基處理，對(duì)于泥炭等有機(jī)沉積地基則不適用。地基則不適用。 (2)(2)真空預(yù)壓加固機(jī)理真空預(yù)壓加固

12、機(jī)理 真空預(yù)壓指在軟土地基中打設(shè)豎向排水體后，真空預(yù)壓指在軟土地基中打設(shè)豎向排水體后，在地面鋪設(shè)排水用砂墊層和抽氣管線，然后在砂在地面鋪設(shè)排水用砂墊層和抽氣管線，然后在砂墊層上鋪設(shè)不透氣的封閉膜使其與大氣隔絕，再墊層上鋪設(shè)不透氣的封閉膜使其與大氣隔絕，再用真空泵抽氣，使排水系統(tǒng)維持較高的真空度，用真空泵抽氣，使排水系統(tǒng)維持較高的真空度，利用大氣壓力作為預(yù)壓荷載，增加地基的有效應(yīng)利用大氣壓力作為預(yù)壓荷載，增加地基的有效應(yīng)力，以利于土體排水固結(jié)。力，以利于土體排水固結(jié)。 真空預(yù)壓適用于均質(zhì)粘性土及含薄粉砂夾層真空預(yù)壓適用于均質(zhì)粘性土及含薄粉砂夾層粘性土等，尤其適用于新吹填土地基的加固。對(duì)粘性土等，

13、尤其適用于新吹填土地基的加固。對(duì)于在加固范圍內(nèi)有足夠補(bǔ)給水源的透水層，而又于在加固范圍內(nèi)有足夠補(bǔ)給水源的透水層，而又沒(méi)有采取隔斷措施時(shí)，不宜采用該法。沒(méi)有采取隔斷措施時(shí)，不宜采用該法。真空預(yù)壓法示意圖真空預(yù)壓法真空預(yù)壓法雙層薄膜塑料排水板或袋裝砂井集水溝抽真空設(shè)備出膜管抽真空濾管淤泥粘 土中粗砂墊層及抽真空管道雙層真空薄膜一層土工布真空壓力表邊坡開挖線深 圳 河 真 空 預(yù) 壓 加 固 軟 基 示 意 圖 (3) (3) 降水預(yù)壓加固機(jī)理降水預(yù)壓加固機(jī)理 降水預(yù)壓法是借助于井點(diǎn)抽水降低地下水位，降水預(yù)壓法是借助于井點(diǎn)抽水降低地下水位，以增加土的有效自重應(yīng)力，從而達(dá)到預(yù)壓的目的。以增加土的有效自

14、重應(yīng)力，從而達(dá)到預(yù)壓的目的。抽水前水位線抽水后水位降落線濾水管抽水井管降水預(yù)壓原理降水預(yù)壓原理 (4) (4) 電滲預(yù)壓加固機(jī)電滲預(yù)壓加固機(jī)理理 電滲預(yù)壓是在土中插入金屬電極并通以直流電，電滲預(yù)壓是在土中插入金屬電極并通以直流電，由于直流電場(chǎng)作用，土中的水分從陽(yáng)極流向陰極，由于直流電場(chǎng)作用，土中的水分從陽(yáng)極流向陰極，將水在陰極排除且無(wú)補(bǔ)充水源的情況下，引起土層將水在陰極排除且無(wú)補(bǔ)充水源的情況下，引起土層的壓縮固結(jié)的壓縮固結(jié)。電滲預(yù)壓與降水預(yù)壓一樣，是在總應(yīng)電滲預(yù)壓與降水預(yù)壓一樣，是在總應(yīng)力不變的情況下，通過(guò)減小孔隙水壓力來(lái)增加土的力不變的情況下，通過(guò)減小孔隙水壓力來(lái)增加土的有效應(yīng)力作為固結(jié)壓力

15、的，所以不需要用堆載作為有效應(yīng)力作為固結(jié)壓力的，所以不需要用堆載作為預(yù)壓荷載，也不會(huì)使土體發(fā)生破壞。預(yù)壓荷載，也不會(huì)使土體發(fā)生破壞。AB水力坡降線 預(yù)壓法的設(shè)計(jì)，實(shí)質(zhì)上是根據(jù)上部結(jié)構(gòu)預(yù)壓法的設(shè)計(jì)，實(shí)質(zhì)上是根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載的大小、地基土的性質(zhì)及工期要求合理安荷載的大小、地基土的性質(zhì)及工期要求合理安排排加壓系統(tǒng)與排水系統(tǒng)，使地基在預(yù)壓過(guò)程中加壓系統(tǒng)與排水系統(tǒng)，使地基在預(yù)壓過(guò)程中快速排水固結(jié)，縮短預(yù)壓時(shí)間，從而減小建筑快速排水固結(jié)，縮短預(yù)壓時(shí)間，從而減小建筑物在使用期間的沉降量和不均勻沉降，同時(shí)增物在使用期間的沉降量和不均勻沉降，同時(shí)增加一部分強(qiáng)度，以滿足逐級(jí)加荷條件下地基的加一部分強(qiáng)度，以滿足逐級(jí)

16、加荷條件下地基的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。4.3 4.3 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4.3 Design Procedure of Preloading 一、堆載預(yù)壓的計(jì)算步驟一、堆載預(yù)壓的計(jì)算步驟 因軟粘土地基抗剪強(qiáng)度較低，無(wú)論直接建造建因軟粘土地基抗剪強(qiáng)度較低，無(wú)論直接建造建筑物還是進(jìn)行堆載預(yù)壓往往都不可能快速加載，而筑物還是進(jìn)行堆載預(yù)壓往往都不可能快速加載，而必須分級(jí)逐漸加荷，待前期荷載下地基強(qiáng)度增加到必須分級(jí)逐漸加荷，待前期荷載下地基強(qiáng)度增加到足以加下一級(jí)荷載時(shí)才可加下一級(jí)荷載。具體計(jì)算足以加下一級(jí)荷載時(shí)才可加下一級(jí)荷載。具體計(jì)算步驟是，首先用簡(jiǎn)便的方法確定一個(gè)初步的加荷計(jì)步驟是，首先

17、用簡(jiǎn)便的方法確定一個(gè)初步的加荷計(jì)劃，然后校核這一加荷計(jì)劃下地基的穩(wěn)定性和沉降，劃，然后校核這一加荷計(jì)劃下地基的穩(wěn)定性和沉降，其步驟如下：其步驟如下： 1 1 利用地基的天然地基土抗剪強(qiáng)度計(jì)算第一級(jí)利用地基的天然地基土抗剪強(qiáng)度計(jì)算第一級(jí)容許施加的荷載容許施加的荷載p p1 1，對(duì)飽和軟粘土可采用下列公式，對(duì)飽和軟粘土可采用下列公式估算：估算： 2 2 計(jì)算第一級(jí)荷載下地基強(qiáng)度增長(zhǎng)值。在計(jì)算第一級(jí)荷載下地基強(qiáng)度增長(zhǎng)值。在p p1 1荷荷載作用下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間預(yù)壓地基強(qiáng)度會(huì)提高，提載作用下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間預(yù)壓地基強(qiáng)度會(huì)提高，提高以后的地基強(qiáng)度為高以后的地基強(qiáng)度為c cu1u1： 3 3 計(jì)算計(jì)算p p

18、1 1 作用下達(dá)到所確定固結(jié)度所需要的時(shí)作用下達(dá)到所確定固結(jié)度所需要的時(shí)間。目的在于確定第一級(jí)荷載停歇的時(shí)間，亦即第間。目的在于確定第一級(jí)荷載停歇的時(shí)間，亦即第二級(jí)荷載開始施加的時(shí)間。二級(jí)荷載開始施加的時(shí)間。 DKcpu14.51)(1uuuccc 4 4 根據(jù)第二步所得到的地基強(qiáng)度根據(jù)第二步所得到的地基強(qiáng)度c cu1u1計(jì)計(jì)算第二級(jí)所能施加的荷載算第二級(jí)所能施加的荷載p p2 2。 p p2 2可近似可近似地按下式估算：地按下式估算： 同樣，求出在同樣，求出在 p p2 2 作用下地基固結(jié)度達(dá)作用下地基固結(jié)度達(dá)7070時(shí)的強(qiáng)度以及所需要的時(shí)間，然后時(shí)的強(qiáng)度以及所需要的時(shí)間，然后計(jì)算第三級(jí)所能

19、施加的荷載，依次可計(jì)計(jì)算第三級(jí)所能施加的荷載，依次可計(jì)算出以后的各級(jí)荷載和停歇時(shí)間。算出以后的各級(jí)荷載和停歇時(shí)間。 Kcpu1252. 55 5 按以上步驟確定的加荷計(jì)劃進(jìn)行每按以上步驟確定的加荷計(jì)劃進(jìn)行每一級(jí)荷載下地基的穩(wěn)定性驗(yàn)算。如穩(wěn)定一級(jí)荷載下地基的穩(wěn)定性驗(yàn)算。如穩(wěn)定性不滿足要求，則調(diào)整加荷計(jì)劃。性不滿足要求，則調(diào)整加荷計(jì)劃。 6 6 計(jì)算預(yù)壓荷載下地基的最終沉降量和計(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(shí)間。在于確定預(yù)壓荷載卸除的時(shí)間。 二、超載預(yù)壓二、超載預(yù)壓 對(duì)沉降有嚴(yán)格限制的建筑對(duì)沉降有嚴(yán)格限制的

20、建筑，應(yīng)采用超載，應(yīng)采用超載預(yù)壓法處理地基。經(jīng)超載預(yù)壓后，如受壓土層預(yù)壓法處理地基。經(jīng)超載預(yù)壓后，如受壓土層各點(diǎn)的有效豎向應(yīng)力大于建筑物荷載引起的相各點(diǎn)的有效豎向應(yīng)力大于建筑物荷載引起的相應(yīng)點(diǎn)的附加總應(yīng)力時(shí)，則今后在建筑物荷載作應(yīng)點(diǎn)的附加總應(yīng)力時(shí)，則今后在建筑物荷載作用下地基土將不會(huì)再發(fā)生主固結(jié)變形，而且將用下地基土將不會(huì)再發(fā)生主固結(jié)變形，而且將減小次固結(jié)變形，并推遲次固結(jié)變形的發(fā)生。減小次固結(jié)變形，并推遲次固結(jié)變形的發(fā)生。4.4 4.4 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4.4 Design Procedure of Sand Drain 1925 1925年，丹尼爾年，丹尼爾 . .

21、 莫蘭將垂直砂井用于費(fèi)城莫蘭將垂直砂井用于費(fèi)城奧克蘭海灣大橋公路軟土地基的加固，奧克蘭海灣大橋公路軟土地基的加固，19261926年獲年獲得專利。得專利。 砂井法問(wèn)世以后，因缺乏理論根據(jù)而按經(jīng)驗(yàn)設(shè)砂井法問(wèn)世以后，因缺乏理論根據(jù)而按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。計(jì)。1940194019421942年，巴?。?，巴?。˙arronBarron）根據(jù)太沙基的）根據(jù)太沙基的固結(jié)理論，提出砂井法的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。我國(guó)從固結(jié)理論，提出砂井法的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。我國(guó)從2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代起，開始應(yīng)用砂井法。年代起，開始應(yīng)用砂井法。 砂井法主要砂井法主要適用于適用于沒(méi)有較大集中荷載的大沒(méi)有較大集中荷載的大面積荷重或堆土荷重工程

22、，例如水庫(kù)土壩、油面積荷重或堆土荷重工程，例如水庫(kù)土壩、油罐、倉(cāng)庫(kù)、鐵路路堤、貯礦場(chǎng)以及港口的水工罐、倉(cāng)庫(kù)、鐵路路堤、貯礦場(chǎng)以及港口的水工建筑物等工程。建筑物等工程。 一、砂井設(shè)計(jì)一、砂井設(shè)計(jì) 砂井設(shè)計(jì)包括砂井直徑、間距、深度、排砂井設(shè)計(jì)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。列方式、范圍、砂料選擇和砂墊層厚度等。 （1 1）砂井直徑和間距）砂井直徑和間距 主要取決于土的固結(jié)特性和施工期限的要主要取決于土的固結(jié)特性和施工期限的要求。求?！凹?xì)而密細(xì)而密”比比“粗而稀粗而稀”效果好。砂井直效果好。砂井直徑一般為徑一般為300300400mm400mm；袋裝砂井直徑為；袋裝

23、砂井直徑為7070120mm120mm。（2 2）砂井深度）砂井深度 主要根據(jù)土層的分布、地基中附加應(yīng)力大主要根據(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。小、施工期限和條件及地基穩(wěn)定性等因素確定。一般為一般為101025m25m。（3 3）砂井排列）砂井排列 砂井在平面上可布置成正三角形（梅花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(shí)形），以正三角形排列較為緊湊和有效。在實(shí)際進(jìn)行固結(jié)計(jì)算時(shí)，由于多邊形作為邊界條件際進(jìn)行固結(jié)計(jì)算時(shí)，由于多邊形作為邊界條件求解很困難，巴隆建議每個(gè)砂井的影響范圍由求解很困難，巴隆建議每個(gè)砂井的影響范圍由多

24、邊形改為由面積與多邊形面積相等的圓來(lái)求多邊形改為由面積與多邊形面積相等的圓來(lái)求解。解。 正方形排列時(shí)正方形排列時(shí) d de e1.131.13l l 正三角形排列時(shí)正三角形排列時(shí) d de e1.051.05l l d de e為砂井的有效直徑，為砂井的有效直徑，l l 為砂井間距。為砂井間距。（4 4）砂井布置范圍）砂井布置范圍 砂井的布置范圍一般可由基礎(chǔ)的輪廓線向外增砂井的布置范圍一般可由基礎(chǔ)的輪廓線向外增大約大約2 24m4m。（5 5）砂料）砂料 宜選用中粗砂，其含泥量不能超過(guò)宜選用中粗砂，其含泥量不能超過(guò)3 3。（6 6）砂墊層）砂墊層 砂井頂部鋪設(shè)砂墊層，可使砂井排水有良好的砂井頂

25、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(chǎng)地以外。通道，將水排到工程場(chǎng)地以外。 二、沉降計(jì)算二、沉降計(jì)算 地基土的總沉降一般包括地基土的總沉降一般包括瞬時(shí)沉降瞬時(shí)沉降、固固結(jié)沉降結(jié)沉降和和次固結(jié)沉降次固結(jié)沉降三部分。瞬時(shí)沉降是在荷三部分。瞬時(shí)沉降是在荷載作用下由于土的畸變所引起，并在荷載作用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，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)

26、力作用下土骨架的徐變所致。在恒值有效應(yīng)力作用下土骨架的徐變所致。 設(shè)計(jì)內(nèi)容除排水系統(tǒng)外，主要包括：密設(shè)計(jì)內(nèi)容除排水系統(tǒng)外，主要包括：密封內(nèi)的真空度，加固土層要求達(dá)到的平均固封內(nèi)的真空度，加固土層要求達(dá)到的平均固結(jié)度，豎向排水體的尺寸，加固后的沉降和結(jié)度，豎向排水體的尺寸，加固后的沉降和工藝設(shè)計(jì)等。工藝設(shè)計(jì)等。 4.5 4.5 真空預(yù)壓設(shè)計(jì)計(jì)算真空預(yù)壓設(shè)計(jì)計(jì)算A. A. 膜內(nèi)真空度膜內(nèi)真空度 真空預(yù)壓效果和封閉膜內(nèi)所達(dá)到的真空度大真空預(yù)壓效果和封閉膜內(nèi)所達(dá)到的真空度大小關(guān)系極大。根據(jù)國(guó)內(nèi)一些工程的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)采小關(guān)系極大。根據(jù)國(guó)內(nèi)一些工程的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)采用合理的工藝和設(shè)備，膜內(nèi)真空度一般可維持用合理的工

27、藝和設(shè)備，膜內(nèi)真空度一般可維持600mmHg600mmHg左右，相當(dāng)于左右，相當(dāng)于80kpa80kpa的真空壓力，此值的真空壓力，此值可作為最大膜內(nèi)設(shè)計(jì)真空度?？勺鳛樽畲竽?nèi)設(shè)計(jì)真空度。 4.5 4.5 真空預(yù)壓設(shè)計(jì)計(jì)算真空預(yù)壓設(shè)計(jì)計(jì)算B.B.加固區(qū)內(nèi)要求達(dá)到平均固結(jié)度加固區(qū)內(nèi)要求達(dá)到平均固結(jié)度一般可采用一般可采用80%80%的固結(jié)度。如工期許可，也可采的固結(jié)度。如工期許可，也可采用更大一些的固結(jié)度作為設(shè)計(jì)要求達(dá)到的固結(jié)度用更大一些的固結(jié)度作為設(shè)計(jì)要求達(dá)到的固結(jié)度。 4.5 4.5 真空預(yù)壓設(shè)計(jì)計(jì)算真空預(yù)壓設(shè)計(jì)計(jì)算C.C.豎向排水體豎向排水體一般采用袋裝砂井或塑料排水帶。一般采用袋裝砂井或塑料

28、排水帶。真空預(yù)壓處理地基時(shí)，必須設(shè)置豎向排水體，由于砂真空預(yù)壓處理地基時(shí)，必須設(shè)置豎向排水體，由于砂井（袋裝砂井或塑料排水帶）能將真空度從砂墊層中井（袋裝砂井或塑料排水帶）能將真空度從砂墊層中傳至土體，并將土體中的水抽至砂墊層然后排出。若傳至土體，并將土體中的水抽至砂墊層然后排出。若不設(shè)置砂井等就起不到上述的作用和加固目的。不設(shè)置砂井等就起不到上述的作用和加固目的。抽真空的時(shí)間與土質(zhì)條件和豎向排水體的間距密切有抽真空的時(shí)間與土質(zhì)條件和豎向排水體的間距密切有關(guān)。達(dá)到相同的固結(jié)度，間距越小，則所需的時(shí)間越關(guān)。達(dá)到相同的固結(jié)度，間距越小，則所需的時(shí)間越短短. . 4.5 4.5 真空預(yù)壓設(shè)計(jì)計(jì)算真空

29、預(yù)壓設(shè)計(jì)計(jì)算袋裝砂井間距與所需時(shí)間關(guān)袋裝砂井間距與所需時(shí)間關(guān)系 4.5 4.5 真空預(yù)壓設(shè)計(jì)計(jì)算真空預(yù)壓設(shè)計(jì)計(jì)算D.D.沉降計(jì)算沉降計(jì)算先計(jì)算加固前建筑物荷載下天然地基的沉降量，然后先計(jì)算加固前建筑物荷載下天然地基的沉降量，然后計(jì)算真空預(yù)壓期間所完成的沉降量，兩者之差即為預(yù)計(jì)算真空預(yù)壓期間所完成的沉降量，兩者之差即為預(yù)壓后在建筑物使用荷載下可能發(fā)生的沉降。壓后在建筑物使用荷載下可能發(fā)生的沉降。預(yù)壓期間的沉降可根據(jù)設(shè)計(jì)要求達(dá)到固結(jié)度推算加固預(yù)壓期間的沉降可根據(jù)設(shè)計(jì)要求達(dá)到固結(jié)度推算加固區(qū)所增加的平均有效應(yīng)力。區(qū)所增加的平均有效應(yīng)力。 4.5 4.5 真空預(yù)壓設(shè)計(jì)計(jì)算真空預(yù)壓設(shè)計(jì)計(jì)算真空預(yù)壓的總面

30、積不得小于基礎(chǔ)外邊緣所包圍的真空預(yù)壓的總面積不得小于基礎(chǔ)外邊緣所包圍的面積，一般真空的邊緣應(yīng)比建筑物基礎(chǔ)外緣超出面積，一般真空的邊緣應(yīng)比建筑物基礎(chǔ)外緣超出2 23m3m，另外，每塊預(yù)壓的面積盡可能大，彼此間，另外，每塊預(yù)壓的面積盡可能大，彼此間可搭接或有一定間距。加固面積越大，加固面積可搭接或有一定間距。加固面積越大，加固面積與周邊長(zhǎng)度之比也越大。氣密性也越好，真空度與周邊長(zhǎng)度之比也越大。氣密性也越好，真空度也越高。根據(jù)現(xiàn)有的材料和工藝設(shè)備，每塊面積也越高。根據(jù)現(xiàn)有的材料和工藝設(shè)備，每塊面積已達(dá)已達(dá)3 3萬(wàn)。萬(wàn)。當(dāng)在加固區(qū)發(fā)現(xiàn)有透氣層和透水層時(shí)，一般可在當(dāng)在加固區(qū)發(fā)現(xiàn)有透氣層和透水層時(shí)，一般可

31、在塑料薄膜周邊采用另加水泥土攪拌樁的壁式密封塑料薄膜周邊采用另加水泥土攪拌樁的壁式密封措施。措施。 真空度與加固面積的關(guān)系 4.6 4.6 施工方法施工方法4.6 Construction Methods要保證排水固結(jié)法的加固效果，從施工角度要保證排水固結(jié)法的加固效果，從施工角度考慮，主要應(yīng)重視以下考慮，主要應(yīng)重視以下三個(gè)環(huán)節(jié)三個(gè)環(huán)節(jié)：一、鋪設(shè)水平墊層、一、鋪設(shè)水平墊層、二、設(shè)置豎向排水體二、設(shè)置豎向排水體三、施加固結(jié)壓力。三、施加固結(jié)壓力。排水固結(jié)法施工工藝排水固結(jié)法施工工藝一、鋪設(shè)水平排水砂墊層；一、鋪設(shè)水平排水砂墊層；墊層材料墊層材料 ：滲水好的砂料，其滲透系數(shù)一般不低于：滲水好的砂料，

32、其滲透系數(shù)一般不低于1010-3-3cm/scm/s，同時(shí)能起到一定的反濾作用。常用級(jí)配良好，同時(shí)能起到一定的反濾作用。常用級(jí)配良好的中粗砂。也可采用連通砂井的砂溝（的中粗砂。也可采用連通砂井的砂溝（2-3D2-3D，40-60cm40-60cm深）代替整片砂墊層。不宜采用粉、細(xì)砂。深）代替整片砂墊層。不宜采用粉、細(xì)砂。墊層厚度墊層厚度 ：滿足滲流水能及時(shí)排出，應(yīng)起到持力層的：滿足滲流水能及時(shí)排出，應(yīng)起到持力層的作用。一般應(yīng)選用作用。一般應(yīng)選用303050cm50cm厚度。對(duì)新吹填不久的或厚度。對(duì)新吹填不久的或無(wú)硬殼層的軟粘土及水下施工的特殊條件，應(yīng)采用厚無(wú)硬殼層的軟粘土及水下施工的特殊條件，

33、應(yīng)采用厚的或混合料排水墊層。的或混合料排水墊層。 墊層施工墊層施工 ：機(jī)械分堆攤鋪、堆成若干砂堆，然后用推：機(jī)械分堆攤鋪、堆成若干砂堆，然后用推土機(jī)或人工攤平。土機(jī)或人工攤平。排水固結(jié)法施工工藝二、豎向排水體施工二、豎向排水體施工 材料：材料：303050cm50cm直徑的普通砂井；直徑的普通砂井； 7 712cm12cm直徑的袋裝砂井；直徑的袋裝砂井； 10cm10cm寬的塑料排水帶。寬的塑料排水帶。 1 1、砂井施工、砂井施工 2 2、袋裝砂井施工、袋裝砂井施工 3 3、塑料排水帶施工、塑料排水帶施工 深圳河打設(shè)砂井樁和排水板示意圖袋裝砂井的施工過(guò)程袋裝砂井的施工過(guò)程插板機(jī)插板機(jī)插板機(jī)插板

34、機(jī)插板機(jī)插板機(jī)四航研究院排水板施工現(xiàn)場(chǎng)圖底 層 砂 墊 層 鋪 設(shè)塑 料 排 水 板 進(jìn) 場(chǎng)插 塑 板 機(jī) 定 位安 裝 插 銷上 拔 樁 管 至 離 地 50cm下 插 樁 管 至 標(biāo) 高移 機(jī) 至 下 一 樁 位回 填 樁 孔切 割 排 水 板 (外 露 30cm)插 塑 板 機(jī) 進(jìn) 場(chǎng) 試 插塑料排水板施工工藝流程圖塑料排水板施工工藝流程圖塑料排水板施工現(xiàn)場(chǎng)塑料排水板施工現(xiàn)場(chǎng)排水固結(jié)法施工工藝三、施加固結(jié)壓力三、施加固結(jié)壓力（一）利用建筑物自重加壓一）利用建筑物自重加壓 一般應(yīng)用于以地基的穩(wěn)定性為控制條件，能適一般應(yīng)用于以地基的穩(wěn)定性為控制條件，能適應(yīng)較大變形的建筑物，如路堤、土壩、儲(chǔ)礦

35、場(chǎng)、應(yīng)較大變形的建筑物，如路堤、土壩、儲(chǔ)礦場(chǎng)、油罐、水池等。油罐、水池等。 對(duì)油罐和水池等建筑物，先進(jìn)行充水加壓，一對(duì)油罐和水池等建筑物，先進(jìn)行充水加壓，一方面可檢驗(yàn)罐壁本身有無(wú)滲透現(xiàn)象，同時(shí)，還利方面可檢驗(yàn)罐壁本身有無(wú)滲透現(xiàn)象，同時(shí)，還利用分級(jí)逐漸充水預(yù)壓，使地基土強(qiáng)度得以提高，用分級(jí)逐漸充水預(yù)壓，使地基土強(qiáng)度得以提高，滿足穩(wěn)定性要求。滿足穩(wěn)定性要求。 對(duì)路堤、土壩等建筑物，由于填土高、荷載大對(duì)路堤、土壩等建筑物，由于填土高、荷載大，地基的強(qiáng)度不能滿足快速填筑的要求，工程上，地基的強(qiáng)度不能滿足快速填筑的要求，工程上都采用嚴(yán)格控制加荷速率，逐層填筑的方法以確都采用嚴(yán)格控制加荷速率，逐層填筑的方

36、法以確保地基的穩(wěn)定性。保地基的穩(wěn)定性。 排水固結(jié)法施工工藝（二）堆載預(yù)壓（二）堆載預(yù)壓堆載預(yù)壓的材料：以散料為主，如土、石料、砂堆載預(yù)壓的材料：以散料為主，如土、石料、砂、磚等。、磚等。大面積施工時(shí)通常采用自卸汽車與推土機(jī)聯(lián)合作大面積施工時(shí)通常采用自卸汽車與推土機(jī)聯(lián)合作業(yè)。對(duì)超軟地基的堆載預(yù)壓，第一級(jí)荷載宜用輕業(yè)。對(duì)超軟地基的堆載預(yù)壓，第一級(jí)荷載宜用輕型機(jī)械或人工作業(yè)。型機(jī)械或人工作業(yè)。堆載預(yù)壓工藝簡(jiǎn)單，但處理不當(dāng)，特別是加荷速堆載預(yù)壓工藝簡(jiǎn)單，但處理不當(dāng)，特別是加荷速率控制不好時(shí)，容易導(dǎo)致工程施工的失敗。率控制不好時(shí)，容易導(dǎo)致工程施工的失敗。 排水固結(jié)法施工工藝（二）堆載預(yù)壓（二）堆載預(yù)壓注

37、意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)：1 1、必須嚴(yán)格控制加載速率。保證在各級(jí)荷載下地基、必須嚴(yán)格控制加載速率。保證在各級(jí)荷載下地基的穩(wěn)定性?；究刂茦?biāo)準(zhǔn)是：豎向變形每天不應(yīng)超的穩(wěn)定性。基本控制標(biāo)準(zhǔn)是：豎向變形每天不應(yīng)超過(guò)過(guò)1010，邊樁水平位移每天不應(yīng)超過(guò)，邊樁水平位移每天不應(yīng)超過(guò)5 5。 2 2、堆載面積要足夠。堆載的頂面積不小于建筑物、堆載面積要足夠。堆載的頂面積不小于建筑物底面積。底面積。 3 3、注意堆載過(guò)程中荷載的均勻分布，避免局部堆載、注意堆載過(guò)程中荷載的均勻分布，避免局部堆載過(guò)高導(dǎo)致地基局部失穩(wěn)破壞。過(guò)高導(dǎo)致地基局部失穩(wěn)破壞。 排水固結(jié)法施工工藝（三）真空預(yù)壓（三）真空預(yù)壓（1 1） 真空預(yù)壓系統(tǒng)

38、設(shè)置真空預(yù)壓系統(tǒng)設(shè)置1.1.排水通道施工排水通道施工先在軟基表面鋪設(shè)砂墊層和在土體中埋設(shè)袋裝砂井或塑先在軟基表面鋪設(shè)砂墊層和在土體中埋設(shè)袋裝砂井或塑料排水帶；料排水帶；2.2.埋設(shè)水平向分布濾水管。埋設(shè)水平向分布濾水管。主要作用：使真空度在整個(gè)加固區(qū)域內(nèi)均勻分布。主要作用：使真空度在整個(gè)加固區(qū)域內(nèi)均勻分布。要求：濾水管在預(yù)壓過(guò)程中應(yīng)能適應(yīng)地基的變形，特別要求：濾水管在預(yù)壓過(guò)程中應(yīng)能適應(yīng)地基的變形，特別是差異變形。是差異變形。材料：鋼管或塑料管，其外側(cè)宜纏繞鉛絲，外包尼龍砂材料：鋼管或塑料管，其外側(cè)宜纏繞鉛絲，外包尼龍砂網(wǎng)或土工織物作為濾水層。網(wǎng)或土工織物作為濾水層。排水固結(jié)法施工工藝濾水管布置

39、：濾水管在加固區(qū)內(nèi)的分布形式可采用條狀濾水管布置：濾水管在加固區(qū)內(nèi)的分布形式可采用條狀、梳子狀或羽毛狀等，濾水管一半埋設(shè)在排水砂墊層中、梳子狀或羽毛狀等，濾水管一半埋設(shè)在排水砂墊層中間，其上應(yīng)有間，其上應(yīng)有100100200200砂層覆蓋。砂層覆蓋。真空預(yù)壓水平管路施工排水固結(jié)法施工工藝（三）真空預(yù)壓（三）真空預(yù)壓（1 1） 真空預(yù)壓系統(tǒng)設(shè)置真空預(yù)壓系統(tǒng)設(shè)置排水固結(jié)法施工工藝3 3、鋪設(shè)密封膜、鋪設(shè)密封膜密封膜鋪設(shè)質(zhì)量是真空預(yù)壓加固法成販的關(guān)鍵。密封膜鋪設(shè)質(zhì)量是真空預(yù)壓加固法成販的關(guān)鍵。要求：要求：a a、應(yīng)選用抗老化性能好、韌性大、抗穿刺應(yīng)選用抗老化性能好、韌性大、抗穿刺能力強(qiáng)的不透氣材料。普通聚氯乙烯薄膜性能不如能力強(qiáng)的不透氣材料。普通聚氯乙烯薄膜性能不如線性聚乙烯等專用膜好。線性聚乙烯等專用膜好。 b b、密封膜熱合時(shí)宜用雙熱合線平搭接，搭接長(zhǎng)度密封膜熱合時(shí)宜用雙熱合線平搭接，搭接長(zhǎng)度應(yīng)大于應(yīng)大于1515。密封膜宜鋪設(shè)三層，以確保自身密封。密封膜宜鋪設(shè)三層，以確保自身密封性能。性能。 c c、膜周邊可采用挖溝折鋪、平鋪并用粘土壓邊，膜周邊可采用挖溝折鋪、平鋪并用粘土壓