地基處理之排水固結(jié)法-課件

第八章排水固結(jié)法8.1概述排水固結(jié)法是在建筑物建造前，對天然地基或?qū)σ言O置豎向排水體的地基加載預壓，使土體固結(jié)沉降基本完成或完成大部分，從而提高地基土強度的一種地基加固方法。2020/11/2912020/11/292精品資料你怎么稱呼老師？如果老師最后沒有總結(jié)一節(jié)課的重點的難點，你是否會認為老師的教學方法需要改進？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽曬，也不怕那風雨狂，只怕先生罵我笨，沒有學問無顏見爹娘……”“太陽當空照，花兒對我笑，小鳥說早早早……”

排水系統(tǒng)由豎向排水體和水平排水體構成,主要作用是改變地基的排水邊界條件,縮短排水距離和增加孔隙水排出的途徑。當軟土層靠近地表且較薄或土的滲透性好且施工周期較長時,可僅在地面鋪設一定厚度的砂墊層而不設豎向排水通道,使土中的孔隙水在荷載作用下向上排至砂墊層而產(chǎn)生固結(jié)沉降。若軟土層較厚時,為加快排水固結(jié),應在地基中設置砂井等豎向排水體,與水平砂墊層一起構成排水系統(tǒng)。

2020/11/295加壓系統(tǒng)是指對地基施加的荷載。排水系統(tǒng)與加壓系統(tǒng)總是聯(lián)合使用的。目前,實際工程中應用較多的排水固結(jié)法有砂井(塑料排水板)加載預壓和砂井（塑料排水板）真空預壓。排水固結(jié)一般適用于飽和軟粘土、吹填土、松散粉土、新近沉積土、有機質(zhì)土及泥炭土地基。應用范圍包括路堤、倉庫、罐體、飛機跑道及輕型建筑物等。

2020/11/2968.2排水固結(jié)的原理

排水固結(jié)法的關鍵在于排出孔隙水，使孔隙減少及有效應力增加，從而產(chǎn)生沉降固結(jié)。根據(jù)固結(jié)理論，粘性土固結(jié)所需時間為式中t為固結(jié)時間，Tv為時間因數(shù)，Cv為固結(jié)系數(shù)，H為排水距離）。固結(jié)時間與排水距離的平方成正比，縮短排水距離可大大縮短固結(jié)時間。在地基中設置砂墊層及砂井等（見圖8.2-2）的目的就是為了增加排水途徑，縮短排水距離，從而加快軟弱土層的排水固結(jié)。2020/11/297排水固結(jié)法的加荷方式既可采用上述的直接堆載法，也可采用真空抽吸、預壓，降低地下水位及電滲法。真空預壓法是將不透氣的薄膜設在需要加固的軟土地基表面的砂墊層上，通過土體中設置的豎向排水體及埋設于砂墊層中的濾水管道，將薄膜下土體中的水、氣抽出，從而在土體與砂墊層及砂井等豎向排水體之間形成壓差,發(fā)生滲流,使土中孔隙壓力不斷降低,有效應力不斷增加,促使土體固結(jié)沉降。2020/11/2982020/11/299降低地下水位法是利用井點抽水降低地下水位以增加土的有效應力，從而達到加速固結(jié)的目的。降水法最適用于砂性和軟粘土層中存在砂或粉土的情況。電滲法是在土中插入金屬電極并通過以直流電，使土中水分由陽極流向陰極。如將陽極積集的水排除，土體中孔隙水就會減少，有效應力增大導致沉降固結(jié)。2020/11/29108.3排水固結(jié)法設計計算一、設計前應取得的資料（1）進行場地勘察，查明土層在水平和豎直方向的分布和變化、透水層的位置及水源補給條件、地下水深度等。（2）進行室內(nèi)土工實驗，確定土的固結(jié)系數(shù)、孔隙比和固結(jié)壓力關系、三軸試驗抗剪強度等。（3）進行原位十字板剪切試驗，確定各土層十字板抗剪強度。2020/11/2911二、堆載預壓法設計

堆載預壓法處理地基的設計應包括下列內(nèi)容：(一）選擇塑料排水帶或砂井，確定其斷面尺寸、間距、排列方式和深度；（二）確定預壓區(qū)范圍、預壓荷載大小、荷載分級、加載速率和預壓時間；（三）計算地基土的固結(jié)度、強度增長、抗滑穩(wěn)定性和變形2020/11/2912（一）選擇塑料排水帶或砂井，確定其斷面尺寸、間距、排列方式和深度；（1）排水豎井分普通砂井、袋裝砂井和塑料排水帶。普通砂井直徑可取300~500mm，袋裝砂井直徑可取70~120mm。塑料排水帶的當量換算直徑可按下式計算：式中dp———塑料排水帶當量換算直徑（mm）；b———塑料排水帶寬度（mm）；δ———塑料排水帶厚度（mm）。2020/11/2913（2）排水豎井的平面布置可采用等邊三角形或正方形排列。豎井的有效排水直徑de與間距L的關系為：等邊三角形排列 de=105L

正方形排列 de=113L（3）排水豎井的間距可根據(jù)地基土的固結(jié)特性和預定時間內(nèi)所要求達到的固結(jié)度確定。設計時，豎井的間距可按井徑比n選用（n=de/dw，dw為豎井直徑，對塑料排水帶可取dw=dp）。塑料排水帶或袋裝砂井的間距可按n=15~22選用，普通砂井的間距可按n=6~8選用。2020/11/2914（4）排水豎井的深度應根據(jù)建筑物對地基的穩(wěn)定性、變形要求和工期確定。(A)對以地基抗滑穩(wěn)定性控制的工程，豎井深度至少應超過最危險滑動面2.0m。(B)對以變形控制的建筑，豎井深度應根據(jù)在限定的預壓時間內(nèi)需完成的變形量確定。豎井宜穿透受壓土層。2020/11/2915（二）確定預壓區(qū)范圍、預壓荷載大小、荷載分級、加載速率和預壓時間；(1)預壓荷載大小應根據(jù)設計要求確定。對于沉降有嚴格限制的建筑，應采用超載預壓法處理，超載量大小應根據(jù)預壓時間內(nèi)要求完成的變形量通過計算確定，并宜使預壓荷載下受壓土層各點的有效豎向應力大于建筑物荷載引起的相應點的附加應力。(2)預壓荷載頂面的范圍應等于或大于建筑物基礎外緣所包圍的范圍。2020/11/2916(3)加載速率應根據(jù)地基土的強度確定。當天然地基土的強度滿足預壓荷載下地基的穩(wěn)定性要求時，可一次性加載，否則應分級逐漸加載，待前期預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。2020/11/2917（三）計算地基土的固結(jié)度、強度增長、抗滑穩(wěn)定性和變形(1)一級或多級等速加載條件下，當固結(jié)時間為t時，對應總荷載的地基平均固結(jié)度可按下式計算：式中—t時間地基的平均固結(jié)度；qi———第i級荷載的加載速率（kPa/d）；∑⊿p———各級荷載的累加值（kPa）；Ti-1，Ti———分別為第i級荷載加載的起始和終止時間（從零點起算）（d），當計算第i級荷載加載過程中某時間t的固結(jié)度時，Ti改為t；α、β———參數(shù)，根據(jù)地基土排水固結(jié)條件按表527采用。對豎井地基，表中所列β為不考慮涂抹和井阻影響的參數(shù)值。2020/11/29182020/11/2919(2)當排水豎井采用擠土方式施工時，應考慮涂抹對土體固結(jié)的影響。當豎井的縱向通水量qw與天然土層水平向滲透系數(shù)kh的比值較小，且長度又較長時，尚應考慮井阻影響。(3)對排水豎井未穿透受壓土層之地基，應分別計算豎井范圍土層的平均固結(jié)度和豎井底面以下受壓土層的平均固結(jié)度，通過預壓使該兩部分固結(jié)度和所完成的變形量滿足設計要求。2020/11/2920(4)預壓荷載大小應根據(jù)設計要求確定。對于沉降有嚴格限制的建筑，應采用超載預壓法處理，超載量大小應根據(jù)預壓時間內(nèi)要求完成的變形量通過計算確定，并宜使預壓荷載下受壓土層各點的有效豎向應力大于建筑物荷載引起的相應點的附加應力。預壓荷載頂面的范圍應等于或大于建筑物基礎外緣所包圍的范圍。2020/11/2921(5)加載速率應根據(jù)地基土的強度確定。當天然地基土的強度滿足預壓荷載下地基的穩(wěn)定性要求時，可一次性加載，否則應分級逐漸加載，待前期預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。2020/11/2922(6)計算預壓荷載下飽和粘性土地基中某點的抗剪強度時，應考慮土體原來的固結(jié)狀態(tài)。對正常固結(jié)飽和粘性土地基，某點某一時間的抗剪強度可按下式計算：τft=τf0+⊿σz·Uttancu

式中τft—t時刻，該點土的抗剪強度（kPa）；τf0—地基土的天然抗剪強度（kPa）；⊿σz—預壓荷載引起的該點的附加豎向應力（kPa）；Ut—該點土的固結(jié)度；cu—三軸固結(jié)不排水壓縮試驗求得的土的內(nèi)摩擦角（0）；2020/11/2923(7)預壓荷載下地基的最終豎向變形量可按下式計算：式中sf———最終豎向變形量（m）；e0i———第i層中點土自重應力所對應的孔隙比，由室內(nèi)固結(jié)試驗e-p曲線查得；e1i———第i層中點土自重應力與附加應力之和所對應的孔隙比，由室內(nèi)固結(jié)試驗e-p曲線查得；hi———第i層土層厚度（m）；ξ—經(jīng)驗系數(shù)數(shù)，對正常固結(jié)飽和粘性土地基可取ξ=1.1~1.4。荷載較大、地基土較軟弱時取較大值，否則取較小值。變形計算時，可取附加應力與土自重應力的比值為01的深度作為受壓層的計算深度。2020/11/2924(8)預壓法處理地基必須在地表鋪設與排水豎井相連的砂墊層，砂墊層厚度不應小于500mm。砂墊層砂料宜用中粗砂，粘粒含量不宜大于3%，砂料中可混有少量粒徑小于50mm的礫石。砂墊層的干密度應大于15g/cm3，其滲透系數(shù)宜大于110-2cm/s。在預壓區(qū)邊緣應設置排水溝，在預壓區(qū)內(nèi)宜設置與砂墊層相連的排水盲溝。2020/11/2925三、真空預壓法設計

真空預壓法處理地基必須設置排水豎井。設計內(nèi)容包括：（一）豎井斷面尺寸、間距、排列方式和深度的選擇；（二）預壓區(qū)面積和分塊大小；真空預壓工藝；（三）要求達到的真空度和土層的固結(jié)度；（四）真空預壓和建筑物荷載下地基的變形計算；（五）真空預壓后地基土的強度增長計算等。2020/11/2926設計要點：（1）排水豎井的間距可按堆載法選用。（2）砂井的砂料應選用中粗砂，其滲透系數(shù)應大于1×10-2cm/s。（3）真空預壓區(qū)邊緣應大于建筑物基礎輪廓線，每邊增加量不得小于30m。每塊預壓面積宜盡可能大且呈方形。（4）真空預壓的膜下真空度應穩(wěn)定地保持在650mmHg以上，且應均勻分布，豎井深度范圍內(nèi)土層的平均固結(jié)度應大于90%。2020/11/2927（5）當建筑物的荷載超過真空預壓的壓力，且建筑物對地基變形有嚴格要求時，可采用真空—堆載聯(lián)合預壓法，其總壓力宜超過建筑物的荷載。（6）對于表層存在良好的透氣層或在處理范圍內(nèi)有充足水源補給的透水層時，應采取有效措施隔斷透氣層或透水層。（7）真空預壓地基最終豎向變形同前，其中ξ可取0.8~0.9。真空—堆載聯(lián)合預壓法以真空預壓為主時，ξ可取0.9。（8）真空預壓所需抽真空設備的數(shù)量，可按加固面積的大小和形狀、土層結(jié)構特點，以一套設備可抽真空的面積為1000~1500m2確定。2020/11/29281、加載預壓的計算步驟由于軟粘土地基抗剪強度低，不能快速加載，必須分級施加，待上一級荷載作用下地基強度可隨下一級荷載時，才能施加下一級荷載。在進行具體計算時，可先擬定一個初步加載計劃，然后校核這一加荷計劃下地基的穩(wěn)定性和沉降。（1）利用天然地基土的抗剪強度，計算第一級容許施加的荷載p1。一般可采用以下幾個公式估算：2020/11/2929①斯開普頓極限荷載半經(jīng)驗公式：式中：k—安全系數(shù)，取1.1~1.5；Cu—天然地基土的不排水抗剪強度(kPa)；d—基礎埋置深度(m)；A、B——分別為基礎的長邊和短邊(m)；r—基底標高以上土的重度kN/m3。2020/11/2930②對飽和軟粘土，可采用下式：

③對長條形填土，可采用Fellenius公式：（2）計算第一級荷載作用下地基強度增長值；2020/11/2931式中：τf1——p1作用下，經(jīng)過一段時間，地基中某點的抗剪強度；τf0——地基土的天然抗剪強度，由十字板剪切試驗測定；?τfc——該點由于固結(jié)而增長的強度，通常取固結(jié)度為70%；η——土體由于剪切蠕動而引起強度衰減的折減系數(shù)，可取0.75~0.9,剪切力大取低值，反之取高值。2020/11/2932（3）計算p1作用下達到設計要求的固結(jié)度所需時間。達到某一固結(jié)度所需要的時間可根據(jù)固結(jié)度與時間的關系求得（見本節(jié)有關部分），時間求出來后，就可確定第二級荷載開始施加的時間。2020/11/29332020/11/29342020/11/29352020/11/29362020/11/29372020/11/29382020/11/29392020/11/2940本章重點：

一、簡述排水固結(jié)系統(tǒng)及排水固結(jié)法分類。2020/11/2941二、試述排水固結(jié)法的設計內(nèi)容。（一）堆