排水固结法

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，单纯的使用排水固结法往往要很长时间才能固结。因此，排水固结法的发展过程也使改善软土竖向排水能力的沙井、排水板能工艺的发展过程。竖向排水方法先后发展了两种，即沙井法和排水板法。

堆载联合真空预压排水固结法加固沿海软弱地地基

王必卫 范伟 霍广勇

[摘要] 堆载预压法和真空预压法同属排水固结法，二者各有优缺点。本文结合工程实例，详细论述了堆载预压和真空预压联合加固软基的原理和施工要点。

[关键词]堆载预压：联合；真空预压；加固；软基。

一、概述

沿海地区广泛分布着含水量高、透水性差、压缩性大、强度低的海相沉积软弱粘士层，其地基承载力和稳定性很差，在荷载作用下会产生相当大的沉降和沉降差，影响建筑物的正常使用，因此，这种地基通常需要加固处理。排水固结法中的真空预压法和堆载预压法就是处理软弱地基的常用方法，二者加固地基的原理相同，只不过是施加预压的加载方式不同。真空预压法与常规的堆载预压法相比，具有加荷速度快、无需堆载材料、加荷中不出现地基失稳现象等优点，其最大缺点是预压荷载偏小（不超过100KPA）；而堆载预压法工期相对较长，需大量的预压材料，但其优点是最大预压荷载不受限制。若能将真空预压与堆载预压联合加载就刚好可以发挥二者的优点，而理论分析和工程实践都已证明真空预压法与常规的堆载预压法是可以联合使用的，这两种方法在加固软土时分别产生的负超静水压力（真空预压）和正超静水压力（堆载预压）是可以迭加的，由此产生的有效应力迭加在一起，最终使土体产生垂直压缩变形、强度增长。

堆载预压法有个特例就是用建筑物的自身重量（比如路堤土等）作为预压荷载，加固结束后不再卸载，从而节约投资、缩短工期。为和常规堆载法区分，这里称之为自载预压法。在用排水固结法加固软基过程中，为了加快施工进度、提高加固效果，把自载预压法作主要荷载，而把真空预压当作超载来进行联合加载时，我们称之为自载联合真空预压法。

二、自载联合真空预压法在沿海公路建设中的应用

在深厚软弱地基上修建公路，通常采用自载（路堤土）预压法处理地基，但其往往面临两方面的问题：

1、 工后沉降量过大问题

在公路设计与施工时，虽然对桥头和路堤的工后沉降量提出了明确要求，但却难以做到。一是因为估算的沉降量本身就不易准确控制；二是因为预压期往往是在没有施加路面荷载的情况下确定的，因此当铺上了路面之后，路基在路面荷载的作用下又会产生新的沉降，从而使工后沉降达不到要求。有的地方为此对路堤或桥头采取了等载预压的措施，即用与路面荷载相当的堆载先对地基预压一定时期后，再将此堆载卸掉修建路面，但是这就有一个寻找土源、重新移弃堆载土的问题，既不经济，又不环保。

２００６年第１期（总第４０期）　山西艇强与节艟　ＳＨＡＮＸＩ　ＥＮＥＲＣＹ　ＡＮＤ　ＣＯＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮ　２００６年３月出版　

排水固结法地基处理技术的应用　

高峰闵佳华　

（浙江省水利疏浚工程公司湖州地区公司，浙江湖州３１３０ＯＯ）　

摘要：排水固结法地基加固处理技术是适合饱和软黏地基加固的有效方法，介绍了在东苕溪导流港　

东大堤加高加固工程中的应用情况及实际效果。　

关键词：排水固结；ｔ￣４ｉ真空预压；密封层　

中图分类号：ＴＶ５　文献标识码：Ａ　

东西苕溪导流港东大堤加高加固及拓浚工程是治理太　

湖流域的国家十大重点工程之一。导流港东大堤承担着保护　

杭嘉湖平原约６７　ｈＩＩｌ２农田的重任。根据地质勘探资料，导流　

港沿线堤基局部地段分布着湖相及河相沉积的软弱黏性土　

层。这种土的特点是含水量大、压缩性高、透水性差，在堤防　

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。会对堤防的稳定造成较大的影响。因此，对地基薄　

弱的地段必须采取一定的地基处理措施，以保证堤防的稳定　

性，从而确保导流港东大堤真正发挥防汛、防洪，保护农田的　

作用。　

１　地基处理技术的选择　

地基处理的方法很多，按照加固地基的原理主要有换土　

法、排水固结、换土法和宕渣填筑法相结合、土工布铺设法、　

松木桩桩基法、预制桩桩基法、水泥粉喷桩桩基法共七大类。　

综合地质勘探资料、设计要求及施工条件分析，导流港东大　

堤地基处理宜采用排水固结法。　

２排水固结法的原理及主要处理方法　

排水固结法的原理是饱和软黏土地基在荷载作用下，孔　

隙中的水被慢慢排出，孔隙体积慢慢地减小，地基发生固结　

变形，同时，随着超静水压力的逐渐消散，有效应力逐渐提　

高，地基上的强度逐渐增长。　

排水固结法由排水系统和加压系统两部分组成。排水系　统的主要作用是改变原有地基的排水边界条件，增加孔隙排　

水的通道，缩短排水距离。加压系统的主要作用是使土中的　

孔隙水产生压差而渗排使土固结。　

工程技术　！　Ｑ：　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　浅谈地基处理中的排水固结法　王高永．　（东盟营造工程有限公司　吕小超　陕西西安　７１　０１１　９）　摘要：本文介培了排水固蛄法在地处理中的作用机理，应用及设计。　关键词：地基处理　拂水固蛄　砂井直径　中图分类号：ＴＵ９　２　２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—０９８Ｘ（２０１０）Ｏ７（ｂ）一００８９—０１　土木工程建设中，当天然地基很软，　因其强度和变形不能满足建筑物对其地　基的要求时，需要对天然地基进行加固　处理以满足建筑物对地基的要求，这种　地基加固称之为地基处理。在路基施工当　中，最常见的是软土路基处理的问题，软　土路基的处理是道路整体施工的基础，　处理的是否得当会关系到道路整体的质　量。为此，本文介绍了地基处理中排水固　结法。　１排水固结法的作用机理　排水固结法通常由排水系统和加压系　统两部分组成。　其中，加压系统是起固结作用的荷载，　它使地基的固结压力增加而产生固结；排　水系统主要在于改变地基原有的排水边界　条件，增加孔隙排出的路径，缩短排水间　距，该系统由水平排水垫层和树向排水体　构成。　饱和软土地基在天然固结压力　＝　＋缸　作用下，其空隙比为　，相应的强度为　，如图　２的ａ点所示。当施加荷载Ｐ后，软基承受的总　应力增加，形成超静孔隙水压力（简称孔隙　水压力），随孔隙水压力逐渐消散，有效应　力增加△　’，固结终了时，变为Ｃ点，地基土　的孔隙比减小Ａ　ｅ，曲线ａｂｃ称为压缩曲线，　同时抗剪强度与固结压力成比例地由ａ到ｂ　点。所以，土体在受压固结时，一方面孔隙　比减小产生压缩，另一方面抗剪强度得到　提高。如从Ｃ点卸除载荷，有效应力减小　△　。，则土样发生膨胀，图ｌ中ｃｅｆ为卸荷膨　胀曲线，如从ｆ点再施加载荷Ｐ，固结压力又　增长了Ａｏ－’，土样发生再压缩，沿虚线变化　Ｎｃ’，相应的强度包线如图２Ｎ示。从再压　缩曲线ｆｇｃ’可清楚地看出，固结压力同样从　△　增加Ａｏ－‘，而孔隙比减小值Ａｅ。则比△　ｅ小得多，说明如果在建筑场地先施加一个　与上部建筑物相同的载荷进行预压，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（相当干膨胀曲线上由ｃ点　变化到ｆ点）再建造建筑物（相当于在压缩曲　线上从ｆ点变化到ｃ’点），这样，建筑物所引　起的沉降就会大大减小。若预压荷载大干　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　大干使用荷载下的固结压力时，原来的正　常固结黏土层将，处于超载固结状态，而使　土层在使用荷载下的变形大为减小。　软土地基的变形及稳定性与施工加荷　速率有密切的关系。加荷过程中，一方面地　基土的强度因固结而提高另一方面应力也　在增大。　２排水固结法的应用和设计　２．１排水固结法在工程上的应用　对于以变形控制设计的建筑物，例如：　房屋建筑，机场跑道和高速公路，利用排水　固结法达到减少地基工后沉降和不均匀沉　降；对于以稳定性控制的建筑，例如：堤坝、　油罐（同时也控制变形）等，利用排水固结法　加速软弱层土强度的增长，提高地基的承　载力，控制加荷速率，满足施加建筑物荷载　对地基的要求。此外，也可利用排水系统消　散打桩引起的孔隙水压力，提高单桩承载　力。因此排水固结地基设计方法主要分为　两类，预压设计和稳定控制设计。两者的设　计既有共同的问题，又有各自的要求。　２．２排水固结法的设计内容　２．２．１排水系统的设计　（１）砂井直径和间距。　砂井直径和间距主要取决与土的固结　特性和施工期限的要求。砂井截面大小只　要能及时排水固结就行，由于软土渗透性　比砂性土为小，所以砂井的理论直径可以　很小。但直径过小会造成施工困难，直径过　大对增加固结速率并不显著。从原则上讲，　为达到同样的固结度，缩短砂井间距比增　大砂井直径更好，既井径和井间距关系是　“细而密“比“粗而稀”更好。砂井直径一般　为ｏ．３～ｏ．４ｍ｝护管砂井直径可小到Ｏ．１５ｍ，　袋装砂井直径可小到７０～１２Ｏｍｍ。　（２）砂井长度。　对于按稳定性控制的工程，如路堤，土　坝，岸坡，堆料等，砂井深度应通过稳定分　析确定，砂井长度应大干最危险滑动面的　深度。对于按沉降控制的工程，砂井长度可　从压载后的沉降量满足上部建筑物容许的　沉降量来确定。砂井长度一般为ｌｏ～２ｏｒｅ。　（３）砂井地基土强度增长的预测。　在荷载作用下，由于砂井地基的排水　固结，地基土强度相应提高，同时由于荷载　产生的剪应变和剪切速率的减缓，又引起　地基土强度的衰减。因此，我们可以用下式　进行计算：　（　＋△『ｃ　（１）　其中：ｆ　为荷载作用下历时ｔ地基土的　抗剪强度；Ｔｏ为天然地基土的抗剪强度；　△　为地基固结引起的强度增长；ｒ／是由于　剪切蠕变和剪切速率减慢引起强度衰减的　衰减系数。　为简化计算，也可用如下公式得到接　近实际的结果：　＝　＋　：　ｆｇ　（２）　和　１　１　摩擦角？’　其中：　为固结不排水剪内摩擦角。　３工程案例　昆明地区东南片某地拟建中学，占地　面积１２００００ｍ　，占地面积内现存大部分为松　散弃土，建造以前需要重新翻填碾压；场地　内约１８０００ｍ２存在较厚泥炭质土和软粘土，　回填碾压前需对此地基土进行处理。原设　计采用清除原地面杂草、腐质物后回填至　原地面天然标高，设置碎石桩砂井，上铺　５０ｃｍ水平碎石滤层后填土碾压至设计标高　（填土１．５～２．０ｍ）。碎石桩按正方形布置，桩　径４０ｃｍ，桩长５．０～８．５ｍ。　该原设计从固结时间较短出发首先采　用了间距１．５ｍ正方形布置砂井，但因为井距　过小容易产生的负作用，而且从该项目总工　期来看，间距增大延长的固结时间应予以调　整。故经过综合考虑，选择了间距２．５ｍ等边　三角形布置，既符合工程上常用的间距一般　为砂井直径的６～８倍（６．２５倍）的原则，又为　建设单位实现较高经济效益。　４结语　排水固结法是根据三维排水固结理论　形成的加固软土路基的施工方法，理论相　对比较成熟，施工工具及工艺简单，便于就　地取材，成本较低，施工不受天气影响，是　砂料丰富地区的首选方案。所以，设置砂井　竖向排水井时，砂井直径和间距的择对地　基固结沉降、强度提高和经济性至为重要；　设置竖向排水井平面布置可采用等边三角　和正方形，等边三角形排列紧凑且实际效　果优干方形排列。　参考文献　【１］王海明，叶佰建．软土路基施工技术探　讨［Ｊ】．山西建筑，２００７，３３（１）　【２］《地基处理手册》（第２版）编写委员会．地　基处理手册（第２版）．北京：中国建筑工　业出版社，２０００．　科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ