地基处理 4排水固结法

2砂井直径和间距
减小砂井间距较之增大井距对加速固结的效果更显著。因此 应以“细而密”的原则选择井径和间距，并以粘性土层的固 结特性、灵敏度、上部荷载大小以及施工期等为依据进行设 计。一般井径可为300～400mm。但还受施工方法制约。有些 施工方法砂井直径过小，易出现灌砂量不足，缩颈或砂井不 连续等质量问题。砂井间距通常按井径比n确定。一般n=6～ 8,n<5时，沉管施工法对周围土体扰动大，有破坏土体结构 的可能。n>9时，砂井排水效果变差。
等边三角形排列：
de
2 3

4
l 1.05l
正方形排列
de

l 1.13l
图5.4 沙井排列方式
（a）等边三角形（b）正方形
4砂井材料和灌砂量
砂井用的砂料宜用中粗砂，含泥量应小于3%。
砂井灌砂量应按井孔容积和砂的中密状态时 的干密度计算，其实际灌砂量不得小于计算 值的95%。
超载预压： 作用：对沉降有严格限制的建(构)筑物，应采用超载预压法处理 地基。今后在建(构)筑物荷载作用下地基土将不会再发生主固结 变形，而且将减小次固结变形，并推迟次固结变形的发生。 小知识： 建筑地基在长期荷载作用下产生的沉降，其最终沉降量可划分为 三个部分：初始沉降（或称瞬时沉降）、主固结沉降（简称固结 沉降）及次固结沉降。 初始沉降：又称瞬时沉降，是指外荷加上的瞬间，饱和软土中孔 隙水尚来不及排出所发生的沉降，此时土体只发生形变而没有体 变，一般情况下把这种变形称之为剪切变形，按弹性变形计算。 主固结:在荷载作用下，饱和土体随着孔隙水的排出，导致土体 积逐渐减小的过程。 次固结:土体在主固结完成后，土体积随时间减小的现象。
5.52Cu1 p2 K

Cu 2 (Cu1 C )
' u2
5按以上步骤确定的加荷计划进行每一级荷载下地基的稳定 性验算。如稳定性不满足要求，则调整加荷计划。 6计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉降量。 这一项计算的目的在于确定预压荷载卸除的时间。





真空预压即是在总压力不变的情况下，
通过减小孔隙水压力来增加有效应力的 方法。真空顶压和降水预压是在负超静 水压力下排水固结，称为负压固结。
三 设计与计算 堆载预压法加压系统设计

堆载预压的计算步骤 1 利用地基的天然地基土抗剪强度计算第一级容许施加 的荷载p1。一般饱和软粘土可根据斯开普顿极限荷载的半 经验公式作为初步估算，即：
2 垫层厚度 排水砂垫层的厚度首先应满足地基对其排水能力的 要求，其次，当地基表面承载力很低时，砂垫层还 具备持力层的功能，以承担施工机械荷载。满足排 水要求的砂垫层厚度以不小于500mm为宜。为满足 一定的承载力要求，可用厚的砂垫层或用砂与其他 粒料形成混合料持力层，具体厚度按承载力大小或 有关规定确定。 在预压区内宜设置与砂垫层相连的排水盲沟，并把 地基中排出的水引出预压场地。
为在P1作用下地基因固结而增长的 强度。它与土层的固结度有关，一般可 先假定一固结度，通常可假设为70%，然 后求出强度增量； η为考虑剪切蠕动的强度折减系数。


3 计算作用下达到所确定固结度所需要的时间。达到某一固 结度所需要的时间可根据固结度与时间的关系求得。这一步 计算的目的在于确定第一级荷载停歇时间，亦即第二级荷载 开始施加的时间。 4 根据第二步所得到的地基强度计算第二级所能施加的荷载
超载预压可缩短预压时间，在预压过程中，任一时间地基的 沉降量可表示为：
2Tv 8 U t 1 2 exp( ) 4
Cv KE (1 v) w (1 v)(1 2v)
H 2Tv t Cv
路基侧滑塌方
竖向排水体
水平排水体
堆载预压法排水系统设计
竖向排水体 水平排水体
3砂井排列 砂井平面布置可采用正三角形或正方形排列，其 相应的有效排水范围分别为正六边形和正方形参 见图5.4。为简化计算，将其均化为等效圆.


为防止地基产生过大的侧向变形和防止地基周边 附近地基的剪切破坏，砂井布置范围应适当扩大。 扩大范围可由基础外缘向外增加2～4米。

采用等面积圆表示一个砂井的影响范围。竖向排水 体影响圆直径de与排水体间距L关系如下：


加固机理
一．堆载预压加固机，孔隙体积 随之逐渐减少，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。
此时固结度U表示为
用填土等加荷对地基进行预压，是通过增加总应力 ， 并使孔隙水应力μ消散来增加有效应力 的方法。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。

袋装砂井直径一般为70～120mm。具体视排水
量大小和施工工艺要求确定。砂井间距可按 n=15～30选用，一般砂井间距在1.5～2.0m。 砂袋材料应选用透水性好、抗拉强度高，且 具较好的抗老化、耐腐蚀性能的材料。目前 国内普遍采用聚丙烯编织布。
塑料排水带（板）
塑料排水带是一种人工排水体，它是在早期
第五章 排水固结法—概述

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 在场地先行加载顶压，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。 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。
5.14 p1 Cu D K
长条梯形填土
5.52 p1 Cu K
堆载预压计划设计
拟定的堆载预压计划如下图所示。
2
计算第一级荷载下地基强度增长值， 在荷载作用下，经过一段时间预压地基 强度会提高，提高以后的地基强度为为：
' Cu1 (Cu Cu 1)
' C u1


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）再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，其固结时间将需要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。

真空预压设计
1膜内真空度
2平均固结度 3竖向排水体
真空预压法设计

真空预压法是通 过在砂垫层中和 竖向排水体中形 成负压区，在土 体内部预排水体 间形成压差，迫 使土中水排出， 土体固结。
真空预压法设计

真空预压法设计包括下述几方面： 通常采用袋装砂井或塑料排水带作为竖向排水体，设计 计算同堆载预压法。
真空预压法最早是瑞典皇家地质学院
W.Kjellman教授于1952年提出的 。 我国于50年代末60年代初对该法进行过研究。 1983年开展了真空—堆载联合预压法的研究。
真空预压的原理主要反映在以下几个方面：
1)薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载。 2)地下水位降低，相应增加附加应力。 3)封闭气泡排出，土的渗透性加大。
砂井深度、直径、间距、排列方式和砂井材料 等。这些参数的选择一般要求满足在不太长的 预压时间里，使地基的固结度达到80%以上。
普通砂井


1砂井深度
砂井深度应根据建筑物对地基的稳定和变形要求确定的。一 般为10~25m。 对地表滑动稳定性控制的工程，砂井深度至少应超过最危险 的滑动面2m。 对以沉降控制的建筑物，如果压缩土层的厚度不大，砂井宜 贯穿压缩土层，对深厚的压缩土层，砂井深度根据在限定的 预压时间内应消除的变形量确定。 若施工设备条件达不到设计深度，则可以采取其他途径来满 足工程要求。

2塑料排水带施工设计 塑料排水带设计计算方法与砂井相同。其当量换算直径dP可 按下式计算：
dP
式中
2(b )


b ——塑料排水带宽度； ——塑料排水带厚度。 塑料排水带间距亦可按井径比n=de/dp确定，一般n=15～20。
井阻和涂抹作用
井阻：在地基中设置竖向排水系统，无论普通砂 井、还是袋装砂井、塑料排水带，其本身透水性 虽然很大，但对渗流总有一定阻力，这种阻力称 为井阻。 涂抹作用：在地基中设置竖向排水系统过程中对 地基土的扰动会降低砂井周围土体的渗透性，这 种作用称为涂抹作用。
射流真空泵：利用流体来传递能量和质量的获得真空的装置，采用有一定压力的 水流通过对称均布成一定侧斜度的喷咀喷出，聚合在一个焦点上。
真空预压法设计
（3）真空预压计划设计
真空预压法加固地基过程中，土体中有 效应力不断增加，地基不存在整体稳定问题。 地基土体固结过程中，地基产生沉降，同时 产生向加固中心区方向的水平位移，有利于 地基稳定。由于不存在地基稳定问题，真空 预加抽真空度可一步到位，以缩短真空预压 时间。
（1）排水系统设计
（2）抽气抽水系统设计和密封膜设计 抽气抽水系统由水平向分布滤管、真空管和真空泵组成。 滤管滤水孔一般为ф8mm～10mm，间距50mm，三角形排列。 真空泵多采用射流真空泵。密封膜一般采用密封性聚乙烯薄 膜，通过热合粘结，形成500m2～5000m2密封膜，在四周埋 入地基中一定深度。若加固区有水平透水性较好的土层，尚 需设置止水帷幕。
袋装砂井
袋装砂井是由普通砂井改进而产生的一项新技术。 与普通砂井相比，它主要有以下几方面的优点。 1可在更大程度上体现“细而密”的原则，其排水 固结效果更好。 2砂井质量易保证，不会出现缩颈、或砂井不连续 等质量问题。 3设备轻便，可以在更软弱的地基上施工出质量稳 定的砂井。 4节省砂料，施工进度快，工程造价低。