第4章排水固結(jié)法 (NXPowerLite)

1、 排水固結(jié)法（排水固結(jié)法（Consolidation）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。該法是對天然地基，或先在地基中設(shè)置砂井等對天然地基，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，在場地先行加載預(yù)壓，使土體中的孔隙在場地先行加載預(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。 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)

2、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 l 排水固結(jié)法可解決以下兩個(gè)問題：排水固結(jié)法可解決以下兩個(gè)問題：l （1）沉降問題沉降問題。使地基的沉降在加。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)生不利的沉降和沉物在使用期間不致產(chǎn)生不利的沉降和沉降差。降差。l （2）穩(wěn)定問題穩(wěn)定問題。加速地基土的抗剪。加速地基土的抗剪強(qiáng)度的增長，從而提高地基的承載力和強(qiáng)度的增長，從而提高地基的承載力和穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。l 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、淤泥處理淤

3、泥質(zhì)土、淤泥和沖填土等飽和粘性土地基。和沖填土等飽和粘性土地基。l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)兩部兩部分共同組合而成。分共同組合而成。l（1）排水系統(tǒng)排水系統(tǒng)水平排水墊層和豎向排水體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、袋裝構(gòu)成。豎向排水體可選用普通砂井、袋裝砂井或塑料排水板。砂井或塑料排水板。l（2）加壓系統(tǒng)加壓系統(tǒng)即是起固結(jié)作用的荷載，它即是起固結(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)。使地基土的固結(jié)壓力增加而產(chǎn)生固結(jié)。l 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，

4、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。l 排水固結(jié)法的設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)上排水固結(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)以及部結(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、間工期要求、確定豎向排水體的直徑、間距、深度和排列方式；確定預(yù)壓荷載的距、深度和排列方式；確定預(yù)壓荷載的大小和預(yù)壓時(shí)間，使通過預(yù)壓，地基能大小和預(yù)壓時(shí)間，使通過預(yù)壓，地基能滿足建筑物對變形和穩(wěn)定性的要求。滿足建筑物對變形和穩(wěn)定性的要求。l 一、堆載預(yù)壓的計(jì)算步驟一、堆載預(yù)壓的計(jì)算步驟l 因軟粘土地基抗剪強(qiáng)度較低，無論直接因軟粘土地基抗剪強(qiáng)

5、度較低，無論直接建造建筑物還是進(jìn)行堆載預(yù)壓往往都不可能建造建筑物還是進(jìn)行堆載預(yù)壓往往都不可能快速加載，而必須分級(jí)逐漸加荷，待前期荷快速加載，而必須分級(jí)逐漸加荷，待前期荷載下地基強(qiáng)度增加到足以加下一級(jí)荷載時(shí)才載下地基強(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)算步驟是，首先用可加下一級(jí)荷載。具體計(jì)算步驟是，首先用簡便的方法確定一個(gè)初步的加荷計(jì)劃，然后簡便的方法確定一個(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，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：l 1 利用地基的天然地基土抗剪強(qiáng)度計(jì)算第一級(jí)容利用地基的天然地基土抗剪強(qiáng)度計(jì)算第一級(jí)容許施加的荷載許施

6、加的荷載p1，對飽和軟粘土可采用下列公式估，對飽和軟粘土可采用下列公式估算：算： l 2 計(jì)算第一級(jí)荷載下地基強(qiáng)度增長值。在計(jì)算第一級(jí)荷載下地基強(qiáng)度增長值。在p1荷載荷載作用下，經(jīng)過一段時(shí)間預(yù)壓地基強(qiáng)度會(huì)提高，提高作用下，經(jīng)過一段時(shí)間預(yù)壓地基強(qiáng)度會(huì)提高，提高以后的地基強(qiáng)度為以后的地基強(qiáng)度為cu1：l l 3 計(jì)算計(jì)算p1 作用下達(dá)到所確定固結(jié)度所需要的時(shí)間。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，亦即第二級(jí)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。荷載開始施加的時(shí)間。 DKcpu14.51)(1uuucccl 4 根據(jù)第二步所得到的地基強(qiáng)度根

7、據(jù)第二步所得到的地基強(qiáng)度cu1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p2。 p2可近似可近似地按下式估算：地按下式估算：l l同樣，求出在同樣，求出在 p2 作用下地基固結(jié)度達(dá)作用下地基固結(jié)度達(dá)70時(shí)的強(qiáng)度以及所需要的時(shí)間，然后計(jì)時(shí)的強(qiáng)度以及所需要的時(shí)間，然后計(jì)算第三級(jí)所能施加的荷載，依次可計(jì)算算第三級(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。出以后的各級(jí)荷載和停歇時(shí)間。 Kcpu1252. 5l5 按以上步驟確定的加荷計(jì)劃進(jìn)行每一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)定性級(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。不滿足要求，則

8、調(diào)整加荷計(jì)劃。 l 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。 l二、超載預(yù)壓二、超載預(yù)壓l 對沉降有嚴(yán)格限制的建筑對沉降有嚴(yán)格限制的建筑，應(yīng)采用，應(yīng)采用超載預(yù)壓法處理地基。經(jīng)超載預(yù)壓后，超載預(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應(yīng)點(diǎn)的附加總應(yīng)力時(shí)，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用下地基土將不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，

9、而且將減小次固會(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。結(jié)變形，并推遲次固結(jié)變形的發(fā)生。l 1925年，丹尼爾年，丹尼爾 . 莫蘭將垂直砂井用于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費(fèi)城奧克蘭海灣大橋公路軟土地基的加固，固，1926年獲得專利。年獲得專利。l 砂井法問世以后，因缺乏理論根據(jù)而按砂井法問世以后，因缺乏理論根據(jù)而按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。19401942年，巴隆（年，巴?。˙arron）根據(jù)太沙基的固結(jié)理論，提出砂井法的設(shè)計(jì)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。我國從計(jì)算方法。我國從20世紀(jì)世紀(jì)50年代起，開始應(yīng)年代起，開始應(yīng)用砂井法。用

10、砂井法。l 砂井法主要砂井法主要適用于適用于沒有較大集中荷載的大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罐、倉庫、鐵路路堤、貯礦場以及港口的水工建筑物等工程。建筑物等工程。l 一、砂井設(shè)計(jì)一、砂井設(shè)計(jì)l 砂井設(shè)計(jì)包括砂井直徑、間距、深度、排列砂井設(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。方式、范圍、砂料選擇和砂墊層厚度等。l （1）砂井直徑和間距）砂井直徑和間距l(xiāng) 主要取決于土的固結(jié)特性和施工期限的要求。主要取決于土的固結(jié)特性和施工期限的要求?！凹?xì)而密細(xì)而密”比比“粗

11、而稀粗而稀”效果好。砂井直徑一效果好。砂井直徑一般為般為300400mm；袋裝砂井直徑為；袋裝砂井直徑為70120mm。l （2）砂井深度）砂井深度l 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1025m。l （3）砂井排列）砂井排列l(wèi) 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

12、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邊形改為由面積與多邊形面積相等的圓來求多邊形改為由面積與多邊形面積相等的圓來求解。解。l 正方形排列時(shí)正方形排列時(shí) de1.13ll 正三角形排列時(shí)正三角形排列時(shí) de1.05ll de為砂井的有效直徑，為砂井的有效直徑，l為砂井間距。為砂井間距。l （4）砂井布置范圍）砂井布置范圍l 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24m。l （5）砂料）砂料l 宜選用中粗砂，其含泥量不能超過宜選用中粗砂，其含泥量不能超過3。l （6）砂墊層）砂墊層l 砂井頂部鋪設(shè)砂墊層，可使砂

13、井排水有良好的砂井頂部鋪設(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。通道，將水排到工程場地以外。l 二、沉降計(jì)算二、沉降計(jì)算l 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、固結(jié)沉降固結(jié)沉降和和次固結(jié)沉降次固結(jié)沉降三部分。瞬時(shí)沉三部分。瞬時(shí)沉降是在荷載作用下由于土的畸變所引起，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，在結(jié)沉降則是由于超靜

14、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。恒值有效應(yīng)力作用下土骨架的徐變所致。 l要保證排水固結(jié)法的加固效果，從施工要保證排水固結(jié)法的加固效果，從施工角度考慮，主要應(yīng)重視以下角度考慮，主要應(yīng)重視以下三個(gè)環(huán)節(jié)三個(gè)環(huán)節(jié)：鋪設(shè)水平墊層、設(shè)置豎向排水體和施加鋪設(shè)水平墊層、設(shè)置豎向排水體和施加固結(jié)壓力。固結(jié)壓力。l砂井成孔的典型方法有砂井成孔的典型方法有套管法套管法、射水法射水法、螺旋鉆成孔法螺旋鉆成孔法和和爆破法爆破法。l 袋裝砂井成孔的方法有袋裝砂井成孔的方法有錘擊打入法錘擊打入法、水水沖法沖法、靜力壓入法靜力壓入法、鉆孔法鉆孔法和和振動(dòng)貫入振動(dòng)貫入法法五種。五種。 底 層 砂 墊 層 鋪

15、 設(shè)塑 料 排 水 板 進(jìn) 場插 塑 板 機(jī) 定 位安 裝 插 銷上 拔 樁 管 至 離 地 5 0 c m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 3 0 c m )插 塑 板 機(jī) 進(jìn) 場 試 插塑料排水板施工工藝流程塑料排水板施工工藝流程圖圖塑料排水板施工現(xiàn)場塑料排水板施工現(xiàn)場l真空管網(wǎng)鋪設(shè)真空管網(wǎng)鋪設(shè) 真空系統(tǒng)第一層土工布鋪設(shè)真空系統(tǒng)第一層土工布鋪設(shè)土工布鋪設(shè)土工布鋪設(shè)土工布縫接土工布縫接真空系統(tǒng)雙層密封土工膜的鋪設(shè)真空系統(tǒng)雙層密封土工膜的鋪設(shè) 真空系統(tǒng)土工膜的密封真空系統(tǒng)土工膜的密封 出膜連接與真空系統(tǒng)安裝出膜連接與真空系統(tǒng)安裝出膜連接出膜連接出膜管與真空泵連接出膜管與真空泵連接 試抽真空試抽真空l排水固結(jié)法加固地基施工中經(jīng)常進(jìn)行的質(zhì)量檢排水固結(jié)法加固地基施工中經(jīng)常進(jìn)行的質(zhì)量檢驗(yàn)和檢測項(xiàng)目有驗(yàn)和檢測項(xiàng)目有孔隙水壓力觀測孔隙水壓力觀測、沉降觀測沉降觀測、側(cè)向位移觀測側(cè)向位移觀測、地基土物理力學(xué)指標(biāo)檢測地基土物理力學(xué)指標(biāo)檢測等。等。l預(yù)壓