第四章 排水固结法-908

第四章排水固结法

第一节概述

我国沿海地区和内陆湖泊和河流谷地分布着大量软弱粘性土。这种土的特点含水量大、压缩性高、强度低、透水性差、很多情况埋藏较深。在软土地基上直接建造建筑物或进行填土时，地基将由于固结和剪切变形会产生很大的沉降和沉降差异，而且沉降的延续时间长，因此有可能影响建筑物的正常使用。另外，由于其强度低，地基承载力和稳定性往往不能满足工程要求而产生地基土破坏。所以这类软土地通常需要采取加固处理，排水固结法就是处理软粘土地基的有效方法之一。

排水固结法是对天然地基，或先在地基设置沙井（袋装沙井或塑料排水带）等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载，或在建筑物建造前在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降时，同时强度逐渐提高的方法。该法常用于解决软粘土地基的沉降和稳定问题，可使地基的沉降在加载预压期间不致产生过大的沉降和沉降差。同时，可增加地基土的抗剪强度，从而提高地基的承载力和稳定性。

排水固结法是由排水系统和加压系统两个主要部分组成。

加压系统，是为地基提供必要的固压力而设置的，它是地基土层因产生附加压力而发生排水固结。设置排水系统则是为了改善地基原有的天然排水系统的边界条件，增加孔隙水排出路径，缩短排水距离，从而加速地基土的排水固结进程。如果没有加压系统，排水固结就没有动力，既不能形成超静水压力，即使有良好的排水系统，孔隙水仍然难以排出，也就谈不上土层的固结。反之，若没有排水系统，土层排水途径少，排水距离长，即使有加压系统，孔隙水排出速度仍然慢，预压期间难以完成设计要求的固结沉降量，地基强度也就难以及时提高，进一步的加载也就无法顺利进行。因此，加压和排水系统是相互配合、相互影响的。当软土层较薄，或土的渗透性较好而施工期允许较长时，可仅在地面铺设一定厚度的砂垫层，然后加载，土层中水沿竖向流入砂垫层而排出。当工程遇到透水性很差的深厚软土层时，可在地基中设置砂井等竖向排水体，地面连以排水砂垫层，构成排水系统。

根据加压和排水两个系统的不同，派生出多种固结加固地基的方法，如图4.1.1所示。

排水固结法是从简单的堆载预压这一传统处理方法发展起来的。由于细粒粘性土透水差，土层厚时，排水固结需耗费很长时间。20世纪30年代初，美国发明了砂井预载预压法，从而大大加快了粘性土排水固结速度。该法在全世界得到广泛应用。20世纪40年代初，瑞典的齐鲁曼等人发明了纸板排水法。这种方法可用于极软弱地基中设置竖向排水体。不仅排水体质量稳定，而且施工速度快、费用低。弥补了砂井排水的一些不足。1952年，瑞典皇家地质学院的研究人员提出了真空预压法加固软弱地基技术。该法无需堆载，利用

对载预压法

加载法 超载预压法

建筑自重分级加载法

加压系统 真空预压 降水预压 电渗法

排水固法 联合法

普通砂井 竖向排水体 袋装砂井 排水系统 塑料排水板

其它（如柔性排水管等）

水平排水体—— 砂垫层

图4·1·1

大气压力和空隙中负压加速排水固结，有一定的优越性。20世纪60年代末，日本的研究者改进了普通砂井，开发出质量更容易保证、直径大大缩小，施工更加方便、快捷的袋装砂井排水。20世纪70年代初期，日本有开发出渗透性良好、便于施工、质量更加稳定的塑料排水带，进一步完善和提高了竖向排水体施工技术。由此，可以清楚地看出，排水固结的各种方法都是在改进加压和排水两个系统基础上发展起来的。

排水固结法可和其他地基处理方法结合起来使用，作为综合处理地基的手段。如天

津新港曾进行了真空预压（使地基土强度提高）在设置碎石桩使形成复合地基的试验，取得良好效果。又如美国跨越金山湾南端的Dumbarton 桥东侧引道路堤场地，路堤下淤泥的抗剪强度小于5kpa ，其固时间将需要30—40年，为了支撑路堤和加速所预计的2m 沉降量,采用如下方案：1、采用土工聚合物以分布路堤荷载和减小不均匀沉降；2、使用轻质填料以减轻荷载；3、采用竖向排水体使固结时缩短到一年以内；4、设置土工聚合物滤网以防排水层发生污染等。

第二节 排水固结法原理

在饱和软土地基中施加荷载后，孔隙水被缓慢排出，孔隙体积随之逐渐减小，地基发生固结变形。同时，随着超静水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土强度就逐渐增

长，现以图4·2·1为例说明。当土样的天然固结压力为0σ时，其孔隙比为0e ，在'

~c e σ坐

标上其相应的点为a 点，当压力增加'σ?，固结终了时为c 点，孔隙比减小e ?，曲线abc 称为压缩曲线。与此同时，抗剪强度与固结压力成比例的由a 点提高到c 点。所以，土体在受压固结时，一方面孔隙比减小产生压缩，另一方面抗剪强度也得到提高。如从c 点卸

图4·2·1 排水固结法增大地基土密度的原理

除压力'σ?，则土样发生膨胀，图中cef 为卸荷膨胀曲线。如从f 点再加压'σ?，土样发生在压缩，沿虚线变化到c ’，其相应的强度线如图中所示。从再压缩曲线fgc ’，可清楚地看

出，固结压力同样从'

0σ增加'σ?，而孔隙减小值为'e ?，'e ?比e ?小得多。这说明，如在建

筑物场地先加一个和上部建筑物相同的压力进行预压，使土层固结（相当于压缩曲线上从a 点变化到c 点），然后卸除荷载（相当于膨胀曲线上从c 点变化到f 点）在建造建筑物（相当于在压缩曲线上从f 点变化到c ’点），这样，建筑物新引起的沉降即可大大减小。如果预压荷载大于建筑物荷载，即所谓超载预压，则效果更好。因为经过超载预压，当土层的固结压力大于使用荷载下的固结压力时，原来的正常固结粘土层将处于超固结状态，而使土层在使用荷载下的变形大为减小。

将土在某一压力作用下，自由水逐渐排出，土体随之压缩，土体的密度和强度随时间增长的过程称为土的固结过程。所以，固结过程就是超静水压力消散、有效应力增长和土体逐步压密的过程。

如果地基内某点的总应力为σ，有效应力为σ’，孔隙水压力为u ，则三者的关系为

u -=σσ' (4·2·1) 此时的固结度U 表示为

)/('u U +=σσ (4·2·2) 则加荷后土的固结过程表示为：

t =0时, u σ=, σ’=0, U=0 0

t=∞ 时, u =0, σ’=0, U=1（固结完成）

用填土等外加荷载对地基进行预压，是通过增加总应力σ，并使孔隙水压力u 消散来增加有效应力σ’的方法。降低地下水位荷电渗排水则是在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加有效应的方法。真空预压是通过覆盖与地面的密封膜下抽真空膜内外形成气压差，使粘土层产生固结压力。

地基土层的排水固结效果与他的排水边界有关。根据太沙基一维固结理论，

2)/(H C T t v v ?=，即粘性土达到一定固结度所需时间与其最大排水距离的平方成正比。随土层厚度增大，固结所需时间迅速增加。设置竖向排水体来增加排水路径、缩短排水距离是

加速地基排水固结行之有效的方法。如图4·2·2所示。软土层越厚，一维固结所需的时间越长。如果淤泥质土层厚度大于10～20m，要达到较大的固结度U>80%，所需的时间要

图4·2·2 排水固结法原理

(a)竖向排水情况 (b)砂井地基排水情况

几年至十几年之久。为了加速固结，最有效的方法是在天然土层中增加排水途径，缩短排水距离，在天然地基中设置排水体，如图4·2·2(b)所示。这是土层中的孔隙水主要从平向通过砂井和部分丛竖向排出。所以砂井（袋装砂井或塑料排水带）的作用就是增加排水条件，缩短排水距离，加速地基土的固结、抗剪强度的增长和沉降的发展。为此，缩短了预压工程的预压期，在短期内达到较好的固结效果，使沉降提前完成；加速地基土的强度增长，使地基承载力提高的速率始终大于施工荷载增长的速率，以保证地基的稳定性，这一点无论从理论和实践上都得到了证实。

排水固结法的应用条件，除了要有砂井（袋装砂井或塑料排水带）的施工机械和材料外，还必须有：1.预压荷载；2.预压时间；3.使用的土类条件。预压荷载是个关键问题，因为施加预压荷载后才能引起地基土的排水固结。然而施加一个与建筑物相等的荷载，这并非轻而易举的事，少则几千吨，大则数十万吨，许多工程因无条件施加预压荷载而不宜采用砂井处理地基，这时就必须采用真空预压法、降水预压法或电渗排水等等。堆载预压是在地基中形成超静水压力的条件下排水固结，称为正压固结；真空预压和降水预压是在负超静压力下排水固结，称为负压固结，其加固原理是类似的。

排水固结法适用于处理各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和粘性土地基。砂井法特别适用于存在连续薄砂层的地基。砂井只能加速主固结而不能减少次固结，对有机质土和泥炭等次固结土，不宜采用砂井法。降低地下水位法、真空预压法和电渗法由于不增加剪应力，地基不会产生剪切破坏，所以它是用于很软弱的粘土地基。

第三节设计与计算

一、排水固结法的理论计算

（一）地基固结度计算

固结度计算是砂井地基设计中的一个重要内容。通过固结度计算可推算地基础强度增

长的加荷计划。如果已知各级荷载下不同时间的固结度，就可推算各个时间的沉降量。固结度与井布置、排水边界条件、固结时间和地基系数有关，计算之前，要先 确定有关参数。

砂井地基的固结理论都是假设荷载是瞬时施加的，所以首先介绍瞬间加荷条件下固结度的计算， 然后根据实际加荷过程进行修正计算。

1. 瞬间加荷条件下砂井地基固结度的计算。

砂井地基固结度的计算是建立在太沙基固理论和巴伦固结理论基础上的。如果软粘土是单面排水的，则每个砂井的渗透途径如图4·3·1（b ） 所示。在一定压力作用下，土层中的固结渗流水沿径向和竖向流动，所以砂井地基属于三维固结问题。若以圆柱坐标表示，设任意点（r 、Z ）处的孔隙水压力为u ,则固结微分方程为：

)///1/(/22

22z r u r r C t u u u v ??+???+??=?? (4·3·1)

当水平向渗透系数k h 和竖向渗透系数k v 不等时，则上适应为：

)///1(//2222r r u r C r C t u u h u v ??+???+???=?? (4·3·2)

式中 t ——时间

C v ——竖向固结系数 w v v r e k C ?+=α/)1( C h ——径向固结系数（或称水平向固结系数）

w h h r e k C ?+=α/)1(

砂井固结理论中作如下解释：

（1） 每个砂井的有效影响范围为一圆柱体；

（2） 砂井地基表面受连续均不荷载作用下，地基中的附加应力分布不随深度而变

化，故地基土仅产生竖向的压密变形；

（3） 荷载是一次施加上去的，加荷开始时，外荷载全部由孔隙水压力负担； （4） 在整个压密过程中，地基土的渗透系数保持不变；

（5） 井壁土面受砂井施工所引起的涂抹作用（可使渗透性发生变化）的影响不计。 式（4.3.2）可用分离变量法求解为

22z u C t u z

v z ??=?? (4·3·2a) )1(22r u r r

u C t u r

r h z ??+??=?? (4·3·2b) 以及分为竖向固结和径向固结两个微分方程，从而根据起始条件和边界条件分别解得竖向

排水的孔隙水压力分量u z 和径向排水固结的空隙水压力分量u r 。根据N.卡里罗（Carri110）理论证明：

任意一点的孔隙水压力有如下关系：

00u u u u u u z

r ?= (4·3·3a) 式中u 0为起始的空隙水压力。整个砂井影响范围内土桩体的平均孔隙水压力也有同样的关：

00u u u u u u z

r ?= （4·3·3b ） 或以固结度表达为；

(1-

rZ U )=(1-r U )(1-Z U ) (4·3·4)

式中 rZ U ——每个砂井影响范围内圆柱的平均固结度；

r ——径向排水的平均固结度；

Z U ——竖向排水的平均固结度。

（1）竖向排水平均固结度Z U

根据一维固结理论，对于一次性骤然施加荷载，且孔隙水仅沿竖向渗透的地基，其竖向平均固结度可按下式计算：

Z U

=1-

v T m m m e m 4

3

,2,1222

218ππ-

∞

==∑ (4·3·5)

T V =2

H

t C V (4·3·6)

式中 m ——正奇整数（1、3、5……） 当Z U >30%时，可采用下式计算：

Z U =1-

4

2

28v T e ππ-

（4·3·7）

式中 Z U ——竖向排水平均固结度（%）；

e ——自对底数自然数，可取e=2.718；

T V ——竖向固结时间因数，T

V

=C

V

2

H

t

?；

C V ——土的竖向固结系数，C

V

=100k

v

(1+e

1

)/a·r

w

；

k

v

——土的竖向渗透系数；

e

1

——土的初始孔隙比；a——土的压缩系数；

r w ——水的重度；r

w

=10kN/m3

t——固结时间，如何在逐渐增加，则从加荷历时一半起算；

H——土层的竖向排水距离(cm)，单面排水时H为土层厚度，双面排水时H为土层厚度的一半。

为了计算方便，可根据不同边界条件绘出z

U——T V关系曲线，如图4·3·2和图4·3·3

所示。计算时将已知的固结系数C

V 、固结时间t、排水距离H代入式（4.3.6）后求得T

V

，

根据边界条件查图4·3·2或图4·3·3或表4·3·1即可求得z

U。

和T V关系表4·3·1注：σ= 排水面压力/不排水面压力

图4·3·1 砂井布置示意图

图4·3·2 双面排水条件下z U 和T v 关系 图4·3·3 各种边界条件下z U 和T v 关系

对排水加固地基工程。由于z U 值小于 52.6%，所以能对双面排水和固结压力为矩形的单面排水情况，也可用泰勒(Taylor)半经验公式进行计算：

当 Z U ﹤52.6%时， T V =

4

πz

U 2

(4.3.8) （2）径向排水平均固结度r

砂井平面布置多采用正三角形或正方形如图4.3.4所示。假设在大面积荷载作用下每根砂井均为一独立排水系统。正三角形排列式，每一砂井影响范围为一正六边型图4.3.1(a)中虚线；而正方形布置时，砂井影响范围亦为正方形如图4.3.1(b)中的虚线。为简化计算每一砂井影响范围均作一个等面积（等效）图看待。则等效园直径d e 与砂井间距L 之间关系如下：

○

1正三角形排列：l l d e 05.132==π

○

2正方形排列：l l d e 13.14

==π

图4·3·4(c)为一个影响园范围的剖面图，考虑在直径为d e 、高度为H 的圆柱体土层中插入直径为d w 的 砂井，假定砂井地基表面荷载均匀分布，且附加应力的分布不随身度变化；不考虑固结过程中

图4·3·4砂井平面布置及影响范围土桩体剖面

固结系数变化和砂井施工中涂抹作用的影响，且只考虑径向排水效果，则有径向平均度计算公式：

r U =1-F

T h e

8- (4·3·9)

式中 T h ——径向固结的时间因数；

T h =

2e

h d

t C ?

d e ——每个砂井有效影响范围的直径； F ——与n 有关的系数，

F=2222413)ln(1n n n n n ---

n----井径比，n=d e /d w d w ——砂井直径。

C h ——土的径向固结系数 C h =1000k h (1+e 1)/d ·r w k h ——土的径向渗透系数 F 与n 的关系见表4.3.2

F 与n 的关系 表4·3·2

如果得知径向固结系数C h 、固结时间t 、砂井间距l 和砂井直径d w ，就可算出时间因素T h 和井径比n ，根据T h 和n 查图4·3·5或表4·3·3，可得到相应的径向固结度r U 。

图4·3·5径向固结度

U与时间因素T h及井径比n的关系

r

Ur和T h、n的关系表4·3·3

（3）总平均固结度rz U

将式 (4·3·7)和式(4·3·9)代入式(4·3·4)后，则得 rz U >30%时的砂井平均固结度 rz U 为：

rz U =1-t e βπ-?2

8

(4·3·10)

式中 2

2248H C d

F C V

c

h πβ+

??=

(4·3·11)

则 8

)1(2

rz t U e -=-πβ

故 )

1(8

ln

1

2tv U t -=

πβ

(4·3·12)

当砂井间距较密或软土层很厚或C h >C V 时，竖向平均固结度 z U 的影响很小，常可忽略不计，可只考虑径向固结度计算也可采用诺膜图4·3·6和图4·3·7，这样计算工作可大为简化。

诺膜图对普通砂井、袋装砂井和单项固结均可使用。

图4.3.6砂井地基固结度计算诺膜图 图4.3.7砂井地基固结度计算诺膜图

随着砂井、袋装砂井及塑料排水带的广泛使用，人们逐渐意识到井阻和涂抹作用对固结效果的影响是不可忽视的。考虑涂抹和井阻作用时，地基平均固结度可按以下简化解进行计算。

rz U =1-

)(2

exp 8

t rz βπ

- (4·3·13)

式中 2

2

2)(84e

h

v

rz d G F C H C ππβ++

=

F=ln(

s n )+(s

h k k

)ln(s)-43 (4·3·14) 式中 G ——井阻因子； G=))((

w

w H d H k k 2

S ——涂抹比，砂井涂抹后的直径d s 与砂井直径d w 之比；

n ——井径比； n=w

e

d d

k w k n k s ——砂井砂、地基土和砂井涂抹土层的渗透系数； H ——砂井的长度。

为了简化计算，研究者们提出了多种计算图。图4·3·8即为其中一种。该图可以由n 值查出F 值，以及由T V 和

F

T h

8直接查出z U 和r U 。 当rz U >30%时，可直接用式(4·3·10)计算之。当软土层厚度较大，或砂井间距较小时，竖向排水占的比例很低，可近似取 rz U ≈r U 。

例1 有一厚土层 15m 的饱和软土层，其下卧层为透水性良好的砂层。现在以软土层中施工贯穿下部砂层的砂井。砂井直径d w =350mm ，砂井间距l =2.0m ，以正三角形布置。经测试，土层竖向固结系数C V =4.5m 2/a ，径向固结系数C H =7.5m 2/a 。试求从加荷期中点起算加载预压3个月时的总平均固结度。

图4.3.8 z U 和r U 与时间因数关系曲线图

解：（1） 等效圆直径为：

d=1.05l =1.05×2.0=2.1m

（2）井径比为：

0.635

.01

.2===

w e d d n （3）根据n 值查图4·3·8得

F=1.1

（4）竖向固结时间因数为：

222

102)2

15(12

35.4-?=?=

?=

H t C T V V

（5）径向固结时间因数为：

425.0)1.2(123

5.72

2=?

=?=e h h d t C T F

T h 8=1.1425.08?=3.1

（6） 由T V 和

F

T h

8查计算图4·3·8，得 z U =16.5% ， r U =96%

（7）总平均固结度为：

rz U =1-(1-16.5%)(1-96%)=96.7%

由该例可以看出，砂井的效果是显著的，对细而密的砂井尤其如此。此外，该例中径向固结度与总固结度只相差0.7%，在这种情况下，完全可以忽略竖向排水固结度。

（4）地基固结度计算修正 ○

1多级等速加荷时固结度的计算 在上述固结度计算中，假设荷载是一次骤然施加的， 而实际上荷载是分级逐渐施加的，以保证地基的稳定性。因此需根据加荷进度对固结度计算进行修正。对多级等速加荷，修正式如下：

∑∑???

=+--p

p U

U n

n T n T t rz

n

t

)

21(1

'

(4·3·14) 式中 T n-1 ,T n ——分别为每级等速加荷的起点和终点时间（从时间0点起算）。当计算某

一级荷载加荷期间t 时刻的固结度时，则T n 改为t 。

n p ?——第n 级荷载增量，

21n

n T T rz

U

+-——为时间(2

1n

n T T t +-

-)时的一次骤然加荷的总平均固结度，如果t 在某

级加荷过程中，则该级加荷的终点T n 改为t 。

○

2砂井未打穿受压软土层时固结度计算 在实际工程中，往往遇到软土层较厚，而砂井又没有穿过整个受压土层。如图4·3·9。在这种情况下，固结度计算可分两部分：

图4·3·9砂井未打穿整个受压土层的情况

砂井深度范围内地基的平均固结度按式（4·3·10）计算，为简化见，砂井以下部分的受压土层可按竖向固结式（4·3·7）计算（假定砂井地面为一排水面），而整个受压土层的平均固结度U 可按下式计算：

U =Q rz U +(1-Q)z U (4·3·15) 式中 rz U —— 砂井部分土层的平均固结度；

z U —— 砂井以下部分土层的平均固结度；

Q —— 砂井打入深度与整个受压层厚度之比，即为：

Q=

2

11

H H H +；

H 1 ,H 2——砂井长度及砂井以下受压土层的厚度。 （5）地基固结度计算通式

对于在一级或多级等速加荷条件下，t 时刻对应总荷载的地基平均固结度，JG79---91推荐用下列正式计算：

1

t

U =∑∑??

?

???--?----n

e e t n n n n T n T e T T p q 1)(1'1)(ββββα (4·3·16) 式中： t U ——t 时间地基的平均固结度(%)； ∑?p —— 各级荷载的累计值；

q n ’

——第n 级荷载的平均加荷速率(kpa/d)；

T n-1 ,T

n

——分别为各级等速加荷的起点和终点时间（从零点起算），当计算某一级

等速加荷过程中时间t的固结度时，则 T

n

改为t；

d——d=

2

8

π

β——见公式（4·3·11）

表4·3·4列出了不同条件下固结度的计算公式。

不同条件下的固结度计算公式表4·3·4

对长径比大，井料渗透系数又较小的袋装砂井或塑料排水带，应考虑井阻作用。当采用挤土的方式施工时，尚应考虑土的涂抹和扰动影响后，按上式计算的砂井地基平均固结度应乘以折减系数，其值通常可取0.80～0.95。砂径长径比越大，井料渗透系数越小，以及施工产生的涂抹和扰动影响越大时，折减系数取值应越小，反之，折减系数取值可适当增大。

式(4·3·16)的特点是无需先计算骤然加载条件下的地基固结度，并根据分级加载条件进行修正，而且两者合而为一，直接计算出修正后的平均固结度，且对各种排水固结方法和条件均适用，只需选择不同条件下的α、β参数即可计算。

（二）地基土抗剪强度增长的预估

在预压荷载作用下，随着排水固结的过程，地基土的抗剪强度就随着时间而增长，

而且剪应力在某种条件（剪切蠕动）下，还可能导致强度的衰减。因此，适当的控制加荷速率，使由于固结而增长的地基强度与剪应力的增长相适应，则地基稳定，反之，如果加荷速率控制不当，使地基中剪应力的增长超过了由于固结而引起的强度增长，地基就会发生局部剪切破坏，甚至地基产生整体破坏而滑动。

地基中某一点在某一时刻的抗剪强度f τ可用下时表示：

f τ =0f τ+fc τ?-fz τ? (4·3·17)

式中 0f τ——地基中某点在加荷的天然地基抗剪强度。用十字板或无侧限抗压强度试

验、三轴不排水剪切试验测定：

fc τ?——由于固结而增长的抗剪强度增量；

fz τ?——由于剪切蠕动而引起的抗剪强度衰减量。

如果加荷速率控制得当，有充分时间让孔隙水压力消散，一方面可使fc τ?一项增长，另一方面也减少了fc τ?，即使(fc τ?-fz τ?)成为正值，反之，加荷过快，则有可能使(fc τ?-fz τ?)成为负值。

目前常用的预压抗剪强度增长的方法有效应力法和有效固结压力法。 1、有效应力法

由于剪切蠕动所引起强度衰减部分fz τ?目前尚难提出合适的计算方法，故式（4·3·17）改写为：

f τ =η(0f τ-fc τ?) （4·3·18）

式中 η——强度衰减综合折减系数经验值，可取0.75～0.9，剪应力大取低值，反之，则

取高值，如判定地基土没有强度衰减可能性，则η=1.0。

而式中的天然地基抗剪强度τf0

可用十字板剪切试验测定。

强度增量Δτ

fc

的预估方法如下：

当饱和粘性土在三轴仪中的固结度不排水剪切试验用有效应力表达时为：

f τ=C ’+'

σtg '? (4·3·19)

式中 C ’ '?——有效粘聚力和有效内摩擦角；

σ＇—

—有效正应力。 对正常固结饱和粘土，当C ’=0时，抗剪强度为：

f τ='

σtg '? (4·3·20)

见图4·3·10，在三角形ABC 中，

图4·3·10饱和粘土固结强度

COS 2

'2

'1'σστ?-==

f AC AB

∴

2

cos '

2

'1'

σσφ

τ-=

f

(4·3·21)

有根据极限平衡条件式： σ

2

＇=σ

1

＇'

'

sin 1sin 1??+- （4·3·22）

解联立式，得：

f τ=2'1σcos '?(1-''sin 1sin 1??+-)='1σ''

'sin 1cos sin ?

??+ (4·3·23) 令 k='

'

'sin 1cos sin ???+ 则式（4.3.23）可改写为：

'

1

στ?=k f

(4·3·24)

因此，由于'1σ的增量 ?'1σ而产生的强度增量fc τ?

为： fc τ?=k ?'1σ (4·3·25a) 或： fc τ?=k ?'1σ(1-1

σ??u

)=k ?'1σU t (4·3·25b) 式中 U T ——地基中某点的固结度。 将式(4·3·25b)代入式(4·3·18)得：

f τ=η(fc τ?+k ?'1σU t ) (4·3·26)

2、有效固结压力法

该法是采用只模拟压力作用下的排水固结过程，不模拟剪力作用下的附加压缩的方法，这是与荷载面积相对于土层厚度比较大的预压工程，这样的模拟大致是合理的，而图的强度变化可通过剪切前的有效固结压力c σ?来表示。对正常固结饱和软粘土，其强度变化为：

f τ='c σt

g cu ? (4·3·27)

式中 cu ?——由固结不排水剪切试验测定的内摩擦角。也可根据天然地基十字板剪切试验

值与测定点土自重应力的比值决定。

因而，由于固结而增长的强度可按下式计算：

cu t c cu c f tg U tg ?σ?στ?=?=?'

0 (4·3·28)

同样，对欠固结土：

fc τ?

=(c σ?+0μ)U t tg cu ? (4·3·29) 对超固结土：

fc τ?=(c σ?-σ0)U t tg cu ? (4·3·30)

式中 0μ——自重下该点的孔隙水压力；

σC ——该点的超固结压力，σC =p C -σS

p C ——先期固结压力;

σS ——现有自重压力。 （三）沉降量计算

沉降计算的目的有以下两点：

（1）对于以稳定控制的工程，如堤坝等，通过沉降计算可预估施工期间由于基底沉降而需要增加的土方量，还可估计工程竣工后尚未完成的沉降量，作为堤坝预留沉降高度及路堤顶面加宽依据。

（2）对于以沉降控制的建筑物，沉降计算的目的在于估算所需预压时间和各时期沉降量的发展情况，以调整排水系统和预压系统间的关系，提出施工阶段的设计。

地基土的总沉降量一般包括瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降三部分。瞬时沉降时在荷载作用下由于土的畸变（这时土的体积不变，即u =0.5）所引起，并在荷载作用下立即发生的。这部分变形是不可忽略的，这一点正是逐渐被人们所认识的。固结沉降是由孔隙水的排出而引起土体积减小造成的，占总沉降量的主要部分。而次固结沉降则是由于超静水压力消散后，在恒值有效应力作用下土骨架的徐变所至。次固结的大小与土的性质有关。泥炭土、有机质土或高塑性粘性土土层，次固结沉降占很可观的部分，而其他土则所占比例不大。次固结沉降目前还不容易计算，若忽略次固结沉降则最终沉降S ∞可按下式计算： S ∞=S d +S c (4·3·31) 式中 S d ——瞬时沉降量； S c ——固结沉降量。

固结沉降S c 通常采用单向压缩分层总和法计算。 1、单向压缩固结沉降S c 的计算

S c =i n

i oi

i

oi h e e e ?+-∑=)1(

11 （4·3·32） 式中 oi e ——第i 层的中点之土自重应力所对应的孔隙比；

li e ——第i 层中点之土自重应力和附加应力值和相对应的孔隙比； i h ?——第i 层的厚度；

oi e 和li e 由室内固结试验所得的e ——'c σ曲线上查得。

2、瞬时沉降S d 的计算

当软土地基厚度很大，作用于其上的圆形或矩形面积上的压力为均布时，S d 可按下式计

算：

S d =C d pb(E

u 2

1-) (4·3·33)

式中 C d ——考虑荷载面积形状和沉降计算点位置的系数，见表4.3.5。

p ——均布荷载；

b ——荷载面积的直径或宽度；

E 、u ——土的弹性模量和泊松比。

半无限弹性表面各种均布荷载面积上各点的C d 值 表4·3·5

3、最终沉降S ∞的计算

计算S d 时，由于其中的弹性模量和泊松比不易准确的判定，因此影响其计算结果的精度。根据国内外实测沉降资料的分析结果，可将式（4·3·31）改写为：

S ∞=c s S ψ （4·3·34）

式中 ψS —— 沉降计算经验系数，与地基变形特性（弹性或弹塑性变形）、荷载条件、

加荷速率等因素有关，通常ψS =1.1～1.4，对荷载较大的砂井地基可取

s ψ=1.3～1.4。

在荷载作用下地基的沉降随时间的发展可用下式计算：

排水固结法综述

排水固结法加固软土地基综述 摘要：阐述了排水固结法的发展历程与趋势，排水固结法加固软土地基的原理，以及目前几种常用方法的使用条件及优缺点，结合工程实际证明加固效果。 关键词：固结；排水；软基 前言 我国东南沿海自连云港至广州湾几乎都有软土分布，其厚度大体自北向南变薄，软土主要是由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。 由于软土的特殊性，软土地基加固的重要性被越来越多的业内外认识所认知，在软土地基上直接建造建筑物或进行填土时，地基将由于固结和剪切变形会产生很大的沉降和沉降差异，而且沉降的延续时间长，因此有可能影响建筑物的正常使用。另外，由于其强度低，地基承载力和稳定性往往不能满足工程要求而产生地基土破坏。许多因没有做好地基处理的建（构）筑物最终倒塌的案例让更多人清醒的认识到采取科学的方法进行地基加固的重要性。如何能让“软”变“硬”从而增加土的承载力成为工程师们首要解决的问题。目前国内对于软土地基加固最常见的施工方法就是排水固结法。而排水固结法经过多年的实践，从技术创新到施工创新均有较大提高，排水固结法这一技术体系不断在被完善。 1.排水固结法的发展历程与趋势 固结问题的研究在太沙基（Terzaghi）在1923年发表他的固结理论后的到的新的高度。有效应力原理和固结理论的建立标志着现代土力学的建立。 从此，人们才可以借助有效应力原理和固结理论对土体的稳定性和沉降问题进行更符合客观实际的定量计算，也使在实验中计算固结速率的方法才成为可能。 由于淤泥等软土渗透性差，在附加应力下排水缓慢，单纯的使用排水固

塑料排水板堆载预压排水固结施工方案

目录 一、编制依据 (3) 二、概述 (3) 三、人员安排 (3) 四、机械配置及工期安排 (4) 五、施工前准备与技术准备 (4) 六、施工方案和施工方法 (5) 七、质量保证措施 (13) 八、安全生产、环境保护及文明施工措施 (14)

深圳市宝安区沙井南环至玉律(B段) 道路工程 堆载预压排水固结 施 工 方 案 编制人：______________________ 审核人：______________________ 审批人：_______________ 广东省佛山公路工程有限公司 二○一五年十一月

堆载预压排水固结施工技术方案 一、编制依据 1、沙井南环至玉律第一合同段工程施工合同。 2、沙井南环至玉律第一合同段工程施工招标文件。 3、国家及交通部现行路基施工技术规范及验收标准等。 4、沙井南环至玉律第一合同段施工图。 二、概述 沙井南环至玉律第一合同段区间桩号为K0+678～K1+078，路线全长公里，设计行车速度50公里/小时，城市主干路Ⅱ级，路基标准宽为70米。 本路段路基范围内的软基分布在K0+678~K1+020，面积32039m2，分三种方法处理：K0+678~K0+段塑料插板+堆载预压处理；K0+~K1+段采用水泥搅拌桩处理；K1+~K1+020采用旋喷桩处理。 三、人员安排 为保证本路段的顺利施工，特成立专门领导小组，其人员组成如下：软基处理工程主要管理人员一览表

四、机械配置及工期安排 根据本路软基处理工程数量，拟投入2台推土机、5台挖掘机、2台装载机、20台20m3自卸汽车、1台洒水车、2台平地机辅、3台压路机、2台振动插板机、国产BY-5型深层搅拌桩机1台、PH-5B型旋喷桩钻机1台、SNS-H300型高压泵1台、BW-150型泥浆泵。 具体机械设备与规格型号见后附表：《软基处理机械设备表》。 计划开工日期2015年12月10日，完成日期2015年12月30日 五、施工前准备与技术准备 （1）、现场前期准备 a、在施工前须先做好现场准备工作，在林地一般路基段须先清理、整平场地，清除表土，杂草和浮泥等，并开挖出纵横向排水沟以排除积水，提前做好排水，清表、晾晒、基底处理工作。原有混凝土路面全部破除，并清理干净。 b、施工便道已全部修筑完成，具备开工条件；弃土场已落实并整平，已具备弃土条件。 c、为了保证施工安全和车辆畅通，拟采用全封闭施工方法。同时做好交通提醒和警示的标识标牌，保证车辆安全畅通。 （2）、技术准备 a、设计图纸的熟悉和核查 施工主要管理人员和技术人员认真学习熟悉设计图纸，核查设计图纸，充分了解设计意图和技术要求。编写了各种针对性的保证措施、编制了质量计划和创优规划。

第八章 排水固结法

第八章排水固结法（consolidation） 第一节概述 我国东南沿海和内陆广泛分布着海相、湖相以及河相沉积的软弱粘性土层。这种土的特点是含水量大、压缩性高、强度低、透水性差且不少情况埋藏深厚。由于其压缩性高、透水性差，在建筑物荷载作用下会产生相当大的沉降和沉降差，而且沉降的延续时间很长，有可能影响建筑物的正常使用。另外，由于其强度低，地基承载力和稳定性往往不能满足工程要求。因此，这种地基通常需要采取处理措施，排水固结法就是处理软粘土地基的有效方法之一。 该法是对天然地基，或先在地基中设置砂井、塑料排水带等竖向排水井，然后利用建筑物本身重量分组逐渐加载，或是在建筑物建造以前，在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。 按照使用目的，排水固结法可以解决以下两个问题。 ⑴沉降问题。使地基的沉降在加载预压期间大部或基本完成，使建筑物在使用期间不致产生不利的沉降和沉降差。 ⑵稳定问题。加速地基土的抗剪强度的增长，从而提高地基的承载力和稳定性。 对沉降要求较高的建筑物，如冷藏库、机场跑道等，常采用超载预压法处理地基。待预压期间的沉降达到设计要求后，移去预压荷载再建造建筑物。对于主要应用排水固结法来加速地基土强度的增长、缩短工期的工程，如路堤、土坝等，则可利用其本身的重量分级逐渐施加，使地基土强度的提高适应上部荷载的增加，最后达到设计荷载。 排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。 排水系统。设置排水系统主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的通路，缩短排水距离。该系统是由竖向排水井和水平排水垫层构成的。当软土层较薄，或土的渗透性较好而施工期较长时，可仅在地面铺设一定厚度的排水垫层，然后加载，土层中的孔隙水竖向流入垫层而排出。当工程上遇到深厚的、透水性很差的软粘土层时，可在地基中设置砂井或塑料排水带等竖向排水井，地面连以排水砂垫层，构成排水系统。 加压系统，即施加起固结作用的荷载。它使土中的孔隙水产生压差而渗流使土固结。其材料有固体(土石料等)、液体(水等)、真空负压力荷载等。 排水系统是一种手段，如没有加压系统，孔隙中的水没有压力差，水不会自然排出，地基也就得不到加固。如果只施加固结压力，不缩短土层的排水距离，则不能在预压期间尽快地完成设计所要求的沉降量，土的强度不能及时提高，各级加载也就不能顺利进行。所以上述两个系统，在设计时总是联系起来考虑的。 在地基中设置竖向排水井，常用的是砂井，它是先在地基中成孔，然后灌以连续的砂使其密实而成。普通砂井一般采用套管法施工。近年来袋装砂井和塑料排水带在我国得到越来越广泛的应用。 工程上广泛使用的，行之有效的增加固结压力的方法有堆载法，真空预压法，此外还有降低地下水位法、电渗法及几种方法兼用的联合法等。 必须指出，排水固结法的应用条件，除了要有砂井〔袋装砂井或塑料排水带〕的施工机械和材料外，还必须要有：⑴预压荷载；⑵预压时间；⑶适用的土类等条件。预压荷载是个关键问题，因为施加预压荷载后才能引起地基土的排水固结。然而施加—个与建筑物相等的荷载，这并非轻而易举的事，少则几千吨，大则数万吨，许多工程因无条件施加预压荷载而不宜采用砂井预压处理地基，这时就必须采用真空预压法、降低地下水位法或电渗法。 作为综合处理的手段，排水固结法可和其他地基加固方法结合起来使用。如美国横跨旧金山湾南端的Dumbarton桥东侧引道路堤场地，该路堤下淤泥的抗剪强度小于5kPa，其固结时间将需要30～40年。为了支承路堤和加速所预计的2m沉降，采用了如下解决方案： ⑴采用土工织物以分布路堤荷载和减小不均匀沉降； ⑵使用轻质填料以减小荷载； ⑶采用竖向排水井使固结时间缩短到1年以内； ⑷设置土工织物滤网以防排水层发生污染等。 排水固结法一般适用于饱和软粘土、吹填土、松散粉土、新近沉积土、有机质土及泥炭土地基。应用范围包括路堤、仓

最新塑料排水板排水固结法在处理

塑料排水板排水固结 法在处理

塑料排水板排水固结法在处理 软土路基中的应用 一、程概况 渝遂高速公路F1合同段K26+193.55～K30+866.38段，全长4.62Km，该段经过多为低洼地，且多为水田，常年积水，勘查中借助取土试验和静立触探查明段内软基一般厚度3～6m,局部达到6～10m。本段淤泥的物理性质为高压缩性，高空隙化，高含水量等特性，呈极软塑状态。力学性质极差，Ps值0.7～1.0MP,容许承载力0.07～0.12MP。填筑路堤达到或超过极限高度时，易由工后沉降过大导致路基不均匀沉降。并且该段多处斜坡路堤，左右幅路堤沉降不均。为了保证路基的稳定性，该段采用了土工格栅、塑料排水板、反压护道综合治理的方法。其中塑料排水板加速土体固结的方式尤为重要。 二、塑料排水板法加速土体固结设计 在插打塑料排水板之前，首先摊铺一层泥岩，然后摊铺部分碎石，进行插打塑料排水板，插打完成后，在上完剩余部分的碎石的设计。见附图如下： ?Skip Record If...? 三、插板机具的选择 因软基施工地分布在高挖方之间，各区块转移作业较多，施工里程较短，难以形成集中插板作业，对此选择挖掘机改装后的插板机。挖机改装后的插板机在使用过程中可以灵活操作、灵活转移，而且可以将排水板插打到各个部位，尤其是边角处；同时由挖机改

装后的插板机接触地面较大，对地基承载力要求相对较小；对碎石面的的扰动小；现场较为整洁。 四、施工工艺以及工艺调整 塑料排水板施工前要对软基处进行预先处理，首先平整场地，摊铺泥岩垫层，具体工艺如下（依照原先设计）： 平整场地挖设临时排水沟摊铺泥岩摊铺初期碎石垫层放样机具就位塑料排水板穿靴插入套管 插入塑料排水板拔除套管割断塑料排水板机具就位 铺设上层碎石垫层 施工中发现的问题以及调整 1）、泥岩的摊铺 ①、出现的问题 第一、施工机械严重陷车：依照设计摊铺层厚度的情况，首先由中间设立施工便道，但是随着向两边施工的开展。推土机以及 运输车陷车严重 第二、对后续工程作业不利：由于中间便道的多次碾压，以及陷车整修便道加高，使得查打塑料排水板进度缓慢以及难以进 行。并且插打深度有所增加，成本增加。 ②、解决方法 第一、调整设计：将原有设计厚度适当加厚，经过试调中间厚度为1.2m，两侧调整为0.6m。随着施工进行以及推土机的 碾压，路基下降，使得与原先的插板深度相差不大。

排水固结法

排水固结法 排水固结法即指给地基预先施加荷载,为加速地基中水分的排出速率,同时在地基中设置竖向和横向的排水通道,使得土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。该法常用于解决软粘土地基的沉降和稳定问题，可使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成，使建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。同时，可增加地基土的抗剪强度，从而提高地基的承载力和稳定性。实际上，排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。排水系统是一种手段，如没有加压系统，孔隙中的水没有压力差就不会自然排出，地基也就得不到加固。如果只增加固结压力，不缩短土层的排水距离，则不能在预压期间尽快地完成设计所要求的沉降量，强度不能及时提高，加载也不能顺利进行。通过计算确定回填的堆载计划、地基处理分区和施工要求，既经济合理，又满足了施工工期的要求。 排水固结法作为处理软粘土地基的有效方法，在工程上得到广泛的应用。采用排水固结法可同时解决沉降和稳定问题。使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成，建筑物在使用期间不致产生不利的沉降和沉降差，且加速地基土抗剪强度的增长，从而提高地基的承载力和稳定性。 排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。设置排水系统主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的通路，缩短排水途径，它由竖向的排水井和水平向的排水垫层构成。由塑料芯板和滤膜外套组成的塑料排水板作为竖向排水通道在工程上的应用日益增加，塑料排水板可在工厂制作，运输方便，尤其适合象三门这样的缺乏砂源的地区使用，可同时节省投资。加压系统，即是施加起固结作用的荷载，土中的孔隙水因产生压差而渗流使土固结。 排水系统是一种手段，如没有加压系统，孔隙中的水没有压力差，不会自然排出，地基也就得不到加固。如果只施加固结压力，不缩短土层的排水距离，这不能在预压期间尽快地完成设计所要求的沉降量，土的强度不能及时提高，各级加载也就不能顺利进行。所以，排水系统和加载系统在设计时总是需要结合起来考虑。 根据沉降变形分析计算，采用塑料排水板堆载预压法处理软弱土层，要求将各处理区场地整平后，在滩涂面上铺设一层土工布和0.8m厚的碎石垫层，再插打塑料排水板。塑料排水板采用SPB-IB型标准排水板，宽度100mm，厚度为4mm，呈梅花形布置，间距1.5m。排水板的深度应穿透淤泥层的底面，如图1所示。各地基处理分区所需的塑料排水板见表2。 图1塑料排水板布置图 表2各地基处理分区塑料排水板表 地基处理分区处理区平面面积(ha)塑料排水板数量(根)处理区场地标高(m) T3-26.5033358约0~4.2 T1-27.7739876约-1.0~2.0 T2-1-220.48105104约-1.0~2.5 合计34.75178338 为适应地基处理区和直接回填区地基的变形，防止在分界线处因地基固结程度相差较大而引起的地基开裂和承载力突变，在处理区内靠近直接回填区约20m的范围内，塑料排水板的间距从1.5m过渡到2.0m，其打设深度亦可适当减小。 4堆载计划的确定 根据土层特性，计算其在堆载回填预压荷载下的沉降变形量，进而估计达一定固结度的时间及堆载预压后地基强度增长量，以此来评价地基条件，并提出合理的回填堆载计划及地

排水板施工方案及施工注意事项

排水板施工方案及施工注意事项 排水板施工方案及施工注意事项 一、施工方法 1.工艺流程 基层验收→规划弹线→空铺排水板（只有要求固定的部位、区域才固定）→钉挂侧墙防水排水板→橡胶锤轻扣扣合搭接带→自检验收→检查验收。 2.基层种类要求 （1）坚实、平整的混凝土表面 （2）坚实、平整的水泥砂浆抹面 （3）铺贴于坚实稳定基层的防水材料表面 3.操作要点及技术要求 （1）排水板自然展开、舒松地铺设于规划好的位置。 （2）排水板可按排水坡度的纵向或横向统一的方向铺设。 （3）搭接必须按照顺排水坡度的方向搭接，不允许逆向搭接。 （4）需要定位的部位或形状变化部位需要临时固定时，采用沥青马蹄脂点式粘接固定 （5）排水板的终止收口需要结合建筑部位设计确定。 4.回填方法 在排水系统上回填土，为了防止运土车辆对排水系统的破坏，回填需

要由周边向内回填，工序如下： （1）在回填时先行铺设无纺布，一边铺设无纺布一边采用回填土堆点压固，随后回填土（可直接铺设带布排水板直接回填土）。（2）第一层回填土一次性回填厚度要大于600mm后，蛙夯机夯实后才可以在回填土上行走 （3）其后分层回填，每次回填厚度可为600mm厚。 （4）最后留有300~500mm厚为人工配制种植土，自然回填，不夯实。二、施工注意事项 1.请在干燥、通风的环境下储存排水板，防止曝晒、远离火源。 2.请立放或平放排水保护板，不得倾斜或交叉横压, 堆放高度不要超过3 层、避免重物堆压 3.铺设时要平整自然,顺坡或依水流向铺设. 施工准备 1.主要材料及机具 （1）塑料排水板（产品规格按设计要求结合施工技术条件选择其类型及型号）。 （2）施打排水板的主要施工机具（包括导架、套管、驱动套管下沉的振动锤，铰车及装排水板的卷筒和防风装置等），也可使用IJB-16 型插板机，也可用起重机打桩机改换工作装置而简便的插板机。 2.作业条件 （1）在施工前的技术准备中，按地基设计要求与地形地质条件，确定排水孔的平面布置及施插排水板的顺序。

排水固结法

排水固结法 排水固结法是对天然地基，或先在地基中设置砂井(袋装砂井或塑料排水带)等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载;或在建筑物建造前在场地上先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。 基本信息 ?中文名称 排水结固法 ?用于 解决地基的沉降和稳定问题 ?途径 荷载作用下 ?特点 空隙比减小 排水固结的原理是地基在荷载作用下，通过布置竖向排水井(砂井或塑料排水袋等)，使土中的孔隙水被慢慢排出，孔隙比减小，地基发生固结变形，地基土的强度逐渐增长。 排水固结法主要用于解决地基的沉降和稳定问题。为了加速固结，最有效的办法就是在天然土层中增加排水途径，缩短排水距离，设置竖向排水井(砂井或塑料排水袋)，以加速地基的固结，缩短预压工程的预压期，使其在短时期内达到较好的固结效果，使沉降提前完成;并加速地基土抗剪强度的增长，使地基承载力提高的速率始终大于施工荷载增长的速率，以保证地基的稳定性。 排水固结法适用于处理饱和和软弱土层，但对渗透性极低的泥炭土要慎重对待。按照采用的各种排水技术措施的不同，排水固结法可分为以下几种方法。 堆载预压法

在建筑场地临时堆填土石等，对地基进行加载预压，使地基沉降能够提前完成，并通过地基土固结提高地基承载力，然后卸去预压荷载建造建筑物，以消除建筑物基础的部分均匀沉降，这种方法就成为堆载预压法。 一般情况是预压荷载与建筑物荷载相等，但有时为了减少再次固结产生的障碍，预压荷载也可大于建筑物荷载，一般预压荷载的大小约为建筑物荷载的1.3倍，特殊情况则可根据工程具体要求来确定。 为了加速堆载预压地基固结速度，常与砂井法同时使用，称为砂井堆载预压法。 沙井法适用于渗透性较差的软弱粘性土，对于渗透性良好的砂土和粉土，无需用砂井排水固结处理地基;含水平夹砂或粉砂层的饱和软土，水平向透水性良好，不用砂井处理地基也可获得良好的固结效果。 真空预压法 真空预压指的是砂井真空预压。即在粘土层上铺设砂垫层，然后用薄膜密封砂垫层，用真空泵对砂垫及砂井进行抽气，使地下水位降低，同时在地下水位作用下加速地基固结。亦即真空预压是在总压力不变的条件下，使孔隙水压力减小、有效应力增加而使土体压缩和强度增长。 降水预压法 即用水泵抽出地基地下水来降低地下水位，减少孔隙水压力，使有效应力增大，促进地基加固。 降水预压法特别适用于饱和粉土及饱和细砂地基。 电渗排水法 即通过电渗作用可逐渐排出土中水。在土中插入金属电极并通以直流电，由于直流电场作用，土中的水从阳极流向阴极，然后将水从阴极排除，而不让水在阳极附近补充，借助电渗作用可逐渐排除土中水。在工程上常利用它降低粘性土中的含水量或降低地下水位来提高地基承载力或边坡的稳定性。 降水预压法和电渗排水法目前应用还比较少。

地基排水固结法工艺

第四章排水固结法 第一节概述 我国沿海地区和内陆湖泊和河流谷地分布着大量软弱粘性土。这种土的特点含水量大、压缩性高、强度低、透水性差、很多情况埋藏较深。在软土地基上直接建造建筑物或进行填土时，地基将由于固结和剪切变形会产生很大的沉降和沉降差异，而且沉降的延续时间长，因此有可能影响建筑物的正常使用。另外，由于其强度低，地基承载力和稳定性往往不能满足工程要求而产生地基土破坏。所以这类软土地通常需要采取加固处理，排水固结法就是处理软粘土地基的有效方法之一。 排水固结法是对天然地基，或先在地基设置沙井（袋装沙井或塑料排水带）等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载，或在建筑物建造前在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降时，同时强度逐渐提高的方法。该法常用于解决软粘土地基的沉降和稳定问题，可使地基的沉降在加载预压期间不致产生过大的沉降和沉降差。同时，可增加地基土的抗剪强度，从而提高地基的承载力和稳定性。 排水固结法是由排水系统和加压系统两个主要部分组成。 加压系统，是为地基提供必要的固压力而设置的，它是地基土层因产生附加压力而发生排水固结。设置排水系统则是为了改善地基原有的天然排水系统的边界条件，增加孔隙水排出路径，缩短排水距离，从而加速地基土的排水固结进程。如果没有加压系统，排水固结就没有动力，既不能形成超静水压力，即使有良好的排水系统，孔隙水仍然难以排出，也就谈不上土层的固结。反之，若没有排水系统，土层排水途径少，排水距离长，即使有加压系统，孔隙水排出速度仍然慢，预压期间难以完成设计要求的固结沉降量，地基强度也就难以及时提高，进一步的加载也就无法顺利进行。因此，加压和排水系统是相互配合、相互影响的。当软土层较薄，或土的渗透性较好而施工期允许较长时，可仅在地面铺设一定厚度的砂垫层，然后加载，土层中水沿竖向流入砂垫层而排出。当工程遇到透水性很差的深厚软土层时，可在地基中设置砂井等竖向排水体，地面连以排水砂垫层，构成排水系统。 根据加压和排水两个系统的不同，派生出多种固结加固地基的方法，如图4.1.1所示。 排水固结法是从简单的堆载预压这一传统处理方法发展起来的。由于细粒粘性土透水差，土层厚时，排水固结需耗费很长时间。20世纪30年代初，美国发明了砂井预载预压法，从而大大加快了粘性土排水固结速度。该法在全世界得到广泛应用。20世纪40年代初，瑞典的齐鲁曼等人发明了纸板排水法。这种方法可用于极软弱地基中设置竖向排水体。不仅排水体质量稳定，而且施工速度快、费用低。弥补了砂井排水的一些不足。1952年，瑞典皇家地质学院的研究人员提出了真空预压法加固软弱地基技术。该法无需堆载，利用

排水固结法原理

排水固结法原理，方法及适用范围什么？ 3.排水固结法其基本原理是软土地基在附加荷载的作用下，逐渐排出孔隙水，使孔隙比减小，产生固结变形。在这个过程中，随着土体超静孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力增加，地基抗剪强度相应增加，并使沉降提前完成或提高沉降速率。 排水固结法主要由排水和加压两个系统组成。排水可以利用天然土层本身的透水性，尤其是上海地区多夹砂薄层的特点，也可设置砂井、袋装砂井和塑料排水板之类的竖向排水体。加压主要是地面堆载法、真空预压法和井点降水法。为加固软弱的粘土，在一定条件下，采用电渗排水井点也是合理而有效的。 (1)堆载预压法在建造建筑物以前，通过临时堆填土石等方法对地基加载预压，达到预先完成部分或大部分地基沉降，并通过地基土固结提高地基承载力，然后撤除荷载，再建造建筑物。 临时的预压堆载一般等于建筑物的荷载，但为了减少由于次固结而产生的沉降，预压荷载也可大于建筑物荷载，称为超载预压。 为了加速堆载预压地基固结速度，常可与砂井法或塑料排水带法等同时应用。如粘土层较薄，透水性较好，也可单独采用堆载预压法。 适用于软粘土地基。 (2)砂井法(包括袋装砂井、塑料排水带等) 在软粘土地基中，设置一系列砂井，在砂井之上铺设砂垫层或砂沟，人为地增加土层固结排水通道，缩短排水距离，从而加速固结，并加速强度增长。砂井法通常辅以堆载预压，称为砂井堆载预压法。 适用于透水性低的软弱粘性土，但对于泥炭土等有机质沉积物不适用。 (3)真空预压法在粘土层上铺设砂垫层，然后用薄膜密封砂垫层，用真空泵对砂垫层及砂井抽气，使地下水位降低，同时在大气压力作用下加速地基固结。 适用于能在加固区形成(包括采取措施后形成)稳定负压边界条件的软土地基。 (4)真空-堆载联合预压法当真空预压达不到要求的预压荷载时，可与堆载预压联合使用，其堆载预压荷载和真空预压荷载可叠加计算。 适用于软粘土地基。 (5)降低地下水位法通过降低地下水位使土体中的孔隙水压力减小，从而增大有效应力，促进地基固结。 适用于地下水位接近地面而开挖深度不大的工程，特别适用于饱和粉、细砂地基。 (6)电渗排水法在土中插入金属电极并通以直流电，由于直流电场作用，土中的水从阳极流向阴极，然后将水从阴极排除，而不让水在阳极附近补充，借助电渗作用可逐渐排除土中水。在工程上常利用它降低粘性土中的含水量或降低地下水位来提高地基承载力或边坡的稳定性。 适用于饱和软粘土地基。

排水固结法工程实例若干

排水固结法工程实例若干 工程实例 （一）堆载预压法加固油罐地基工程实例 ⒈工程概要 某炼油厂建造在沿海地区，其中有1万m 3油罐数个，罐体是钢制焊接，考虑到地基 不均匀沉降，采用固定拱顶的结构形式，其倾斜度(周边最大沉降与最小沉降的差值和直 径之比)控制在l ％。 建筑场地是近年新淤积的海滩。土的柱状图和主要物理力学指标如图1和表1。该场地含水量高(普遍大于30％，最大达50％)，压缩性大，抗剪强度低。天然地基承载力小(约60～70kPa)，远不能满足油罐荷载的要求。可认为第1～4土层(深度在17．5m 以上的淤泥质黏土层)对油罐稳定和沉降具有决定性影响。 表1 各层土的主要物理力学性质指标 固结系数采用加权平均值。根据表1计算第l ～4层平均固结系数32v c 1.110cm s -=?，32h c 3.0410cm s -=?。

图1 土的柱状图 十字板强度用最小二乘法整理，求得十字板的天然地基抗剪强度为： S=0.92+0.273z(kPa) + 式中z——为离地表面距离。 ⒉地基处理方案选择 1万m3油罐的直径D=31.282m，高度H=14.07m，钢板自重为2214.5kN，由于工艺上要求，油罐底板高出地面2.3m。油罐基础底面荷载为191.4kPa。显然，若罐基不做任何处理，就不能满足罐基的稳定和沉降控制标准。 针对工程和地基具体条件，可能采用的地基处理方案有：⑴桩基；⑵砂垫层预压；⑶砂井预压；⑷井点降水预压；⑸振冲碎石桩。 桩基在技术上比较可靠，但费用昂贵；砂垫层预压在经济上比较合理，但以一个1万m3油罐而言，预压期大于3年；由于井点降水深度有限，土的渗透系数较小，采用井点降 c＜20kPa，若采用振冲碎石桩要起到复合地基的作用，需要耗费大水可能效果不好；由于 u 量的碎石。经综合考虑，权衡利弊，认为采用砂井预压既能满足较大的荷载要求，又能按照100d预计时间完成试水加荷计划，技术上不复杂，经济上也合理。 ⒊确定砂井直径、间距、深度和范围 砂井的直径、间距主要取决于固结特性，根据工程特点，砂井地基基本设计参数和设计剖面见表2和图2。 表2 基本设计参数

砂井排水固结法处理软基[全面]

砂井排水固结法处理软土地基 一、前言 云南省地处高原,地形多为山岭重丘,沟谷切割深,地质变化复杂.不多的平地多为山谷盆地及山间洼地,这些地区是地表水常年汇积的地方,因排水差、冲积物多年淤积及耕种等因素影响而形成软土地基.软土地基因内聚力小、抗剪强度低、天然含水量高、可压缩性大等特点而成为公路修建中令人头疼的问题,处理不好,将会严重影响后续的路面基层和面层的施工,产生路面沉陷、裂缝等病害,严重影响和降低公路的使用性能,造成巨大的经济损失. 近年来,高速公路的建设在云南省得到了长足的发展.因受地形的限制及高速公路本身高标准的技术要求,它将不可避免地通过软土地区.从而使软土处治成为每条高速公路修建中都会遇到的问题,引起了广大建设者的高度重视. 软土处治方法很多,概括地讲,有置换法、强夯法、排水固结法(袋装砂井、塑料排水板)、木桩挤密法、振冲碎石桩、爆扩碎石桩、深层搅拌法等.具体采用哪一种方法,要根据工程实际,结合软土深度、面积大小、当地可用材料、经济适用性等多方面综合比较后,再确定选用方案,以取得最佳使用效果. 本文介绍排水固结法处理地基的原理、设计计算、施工工艺,对砂井抗滑稳定性、一般砂井的施工工艺提出改进措施. 二、排水固结法概述 1、排水固结法的原理 饱和软粘土地基在荷载作用下,孔隙中的水被慢慢地排出,孔隙体积

慢慢地减小 ,地基发生固结变形.同时,随着超静水压力逐渐消散,有效应力逐渐提高,地基土的强度 逐渐增长.现以图1为例作一说明.当土样的天然固结压力为οδ'时,其孔隙比为ο ,在 -οδ'坐标上其对应的点为A 点,当压力增加△δ',固结终了 时变为C 点,孔隙比减小 △ ,曲线ABC 称 正常固结粘土层将处于超固结状态,而使土层在使用荷载下的变形大 为减小 . 土层的排水固结效果和它的排水边界条件有关.根据固结理论,粘性土固结所需的时间和排水距离的平方成正比,土层越厚,固结延续的时间越长.为了 加速土层的固结,最有效的方法是增加土层的排水途径,缩短排水距离.砂井、塑料排水板等竖向排水体就是为此目的而设置的,如图2所示,这时土层中的孔隙水主要从水平向通过砂井和部分从竖向排出.砂井缩短了 排水距离,因而大 大 加速了 地基的固结速率,这一点无论从理论上还是工程实践上都得到了 证实. 在荷载作用下,土层的固结过程就是孔隙水压力消散和有效应力增加的过程.如地基内某点的总应力为δ,有效应力为δ',孔隙水压力为μ,则三者有以下关系: δ'=δ-μ (3—1) 用填土等外加荷载对地基进行预压,是通过增加总应力δ并使孔隙水

排水固结法

排水固结法在工程中的应用 摘要：由于南京河西新城区位于长江边，分布有较厚的软弱土体，且含水量高，压缩性大，强度低，工程地质性差，因此在进行城市道路建设时需对地基进行处理，地基加固采用排水固结法，降低工后沉降，避免产生不均匀沉降，提高路基强度及稳定性。本文介绍了这种方法的施工过程中的应用及注意事项。 关键词：道路软基塑料排水板堆载预压 本文主要介绍作者在南京河西新城区基础设施建南湖路道路工程施工中对排水固结法加固地基的施工工艺及注意事项。 1、工程简介 （1）地理位置 南湖路道路工程为河西新城区主干道系统南北向的一条主干道，南起雨润路，经纬九路北接纬八路，路长2954.76米。随着河西新城区及全运会场馆建设的开发及启动，南湖路道路工程的建设尤显重要，南湖路将贯通又一条南北向主干道，沟通雨润路、纬九路、纬八路等数条东西向主干道，发挥其在整个路网中的作用，使路网布局更趋于均衡合理。同时对沿线的土地开发利用也起到一定的作用。路段将分南北两段进行招标，其中南段：雨润路—纬九路段，长1025.16米；北段：纬九路—纬八路，长1929.60 米。 （2）工程地质简述 工程勘探结论：本路线沿线普遍分布有较厚的软弱土体，且2-2、2-3层含水量高，压缩性大，强度低，工程地质性差，需对地基进行处理，地基加固采用排水固结法，降低工后沉降，避免产生不均匀沉降，提高路基强度及稳定性。 本工程中的排水固结预压法有两种：排水板- 堆载预压法与排水板- 真空预压法。同时根据设计要求，考虑到整体性，拟全线路段采用塑料排水板+ 堆载预压，堆载时间大于6个月；桥头过渡段及软土巨厚段采用塑料排水板+真空预压，抽真空保持3个月。 交叉口范围路基处理宽度为15 米+ 路幅+15米。 表中排水板长度已经包含交叉口加宽处理及排水板伸入垫层50cm的用量。 工后沉降控制值：路段小于20cm，桥头过渡段小于10cm。 各段塑料排水板长度变化处施工时应注意土层变化，进行合理调整长度。 两种方式交接处堆载范围内渐变段20m，10m 堆载2m，另10m堆载2-1.5m。 2、塑料排水板的打插施工 （1）塑料排水板：C 型执行塑料排水板质量检验标准JTJ/T257-96， （2）施工机械：插板振动机 （3）塑料排水板的设计要求：本标段塑料排水板的布置为梅花形，间距1.5米，打设深度见表1。塑料排水板打设到设计深度后，进入垫层的长度为50cm，顶端弯折平放埋设于砂垫层中。 （4）施工工艺流程：整平场地铺筑下层砂垫层机具就位塑料排水板穿靴插入套管割断塑料排水管机具移位铺设上垫层 3、排水板-堆载预压法的堆载施工 （1）20cm砂垫层：塑料排水板施工完毕后测量放线，准确定出砂垫层的坡脚线，并用石灰标示。采用人工配合自卸车进行分堆摊铺法摊铺。为保证砂垫层的填筑宽度、厚度、轴线等符合设计要求。 （2）埋设沉降观测设备：施工要求同后面介绍的真空预压的沉降观测设备要求一样。 （3）土工布施工：本次采用无纺土工布，选用的土工布质量要满足设计要求，外观无破损，无老化，无污染现象；在平整好的砂垫层上摊铺，摊铺时应拉直平线，紧贴下承层，