第4章地基处理备课讲义(排水固结)

土的有效应力原理
∆σ ' = ∆σ − ∆u
∆σ ' ∆σ ∆u
—有效应力增量 —总应力增量 —孔隙水压力增量
∆σ ∆u
增加 （预压）
增加
增加排水渠道（砂井）
u
∆σ '
增加 强度增加
固结沉降
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二、排水固结体系结构
一、堆载预压法设计内容
堆载预压法设计包括加压系统和排水系统的设计。使 地基在受压过程中排水固结、强度相应增加以满足逐渐加 荷条件下地基稳定性的要求，并加速地基的固结沉降，缩 短预压的时间 堆载预压计划 堆载材料的选用 材料选用 v排水系统 （竖向排水体） 排水体长度 断面 平面布置
v加压系统
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一、排水固结法原理
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。
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二、加压系统设计
v根据土质情况 单级加荷 多级加荷 自重预压 v根据堆载材料 加荷预压 加水预压 堆载一般用填土、 砂石等散粒材料 油罐通常利用灌体充 水对地基进行预压
对堤坝等以稳定为控制 的工程，则以其本身的 重量有控制地分级逐渐 加载，直至设计标高
自重预压 加荷预压
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4. 砂料设计 制作砂井的砂宜用中粗砂，砂的粒径必须能保证砂井 具有良好的透水性。砂井粒度要不被粘土颗粒堵塞。砂应 是洁净的，不应有草根等杂物，其含泥量不能超过3%。
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5. 地表排水砂垫层设计 为了使砂井排水有良好的通道，砂井顶部应铺设砂垫层，以连 通各砂井将水排到工程场地以外，砂垫层应形成一个连续的、有 一定厚度的排水层，以免地基沉降时被切断而使排水通道堵塞。 v材料：采用中粗砂，含泥量应小于3%。 水下施工，一般为1m左右 v厚度 陆上施工，一般取0.5m左右 大于堆载宽度或建筑物的底宽 v宽度 伸出砂井区外边线2倍砂井直径
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第二节 排水固结法设计
v堆载预压法 v真空预压法 v降低地下水法 v袋装砂井 v塑料排水板
预压
排水
可以有六 种组合
我们这里以 堆载预压+ 砂井为例
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加水预压
三、排水系统设计
1. 竖向排水体材料选择 v普通砂井 v袋装砂井 v塑料排水带
若需要设置竖向排 水体长度超过20m， 建议采用普通砂井
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2. 竖向排水体深度设计影响因素 v土层的分布 v地基中附加应力大小 v施工期限 v施工条件 v地基稳定性
物理 特点
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我手里的钱很少！ 我的工期很短！ 所以我想……
多快好省奔浦 东国际机场
浦东国际机场
吴详明：教授，同济大学博士生导师 吴详明： 教授，同济大学博士生导师 v上海浦东国际机场总指挥 v上海市磁悬浮快速列车工程指挥部总指挥 v上海大小三洋深水港总指挥 v国家磁浮工程技术研究中心（筹）主任、 国家磁浮工程技术研究中心（筹）主任、 v国家“十五”863高速磁浮重大专项总体专家组组长 国家“十五”863高速磁浮重大专项总体专家组组长
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一、排水垫层的施工
排水砂垫层的四种施工方法： v地基表层有一定厚度的硬壳层，采用机械或人工摊平 v硬壳层承载力不足，采用顺序推进摊铺 v软弱地基表面铺设铺设竹排，以承载垫层等荷载引起的拉力 v超软弱地基，用轻型皮带机推进回填
在砂料贫乏地区，可采用连通砂井 的纵横砂沟代替整片砂垫层。
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第三节 排水固结法施工
铺设水平排水垫层 三个环节 设置竖向排水体 施加固结压力
排水砂垫层施工时，应避免对软士表 层的过大扰动，以免造成砂和淤泥混合， 影响垫层的排水效果。另外，在铺设砂垫 层前，应清除干净砂井顶面的淤泥或其它 杂物，以利砂井排水。
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一、竖向排水体的施工
1. 普通砂井施工要求 v保持砂井连续和密实，并且不出现颈缩现象 质量 要求 v尽量减小对周围土的扰动 v砂井的长度、直径和间距应满足设计要求 为了避免砂井断颈或缩颈 现象，可用灌砂的密实度来 控制灌砂量。灌砂时可适当 灌水，以利密实。
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200？年的某一天，某国际机场……
本图与浦东国际机场无关
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第三章、排水Leabharlann 结法v淤泥 饱和粘性 土地基 v淤泥质土 v冲填土
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二、预压荷载的施工
1. 利用建筑物自重加压 以地基的稳定性为控制条件 能适应较大变形
路堤、土坝、贮矿 场、油罐、水池
v前提条件
v采用严格控制加荷速率，逐层填筑的方法以确保地基的稳定性。 v利用建筑物自重预压处理地基，应考虑给建筑物预留沉降高 度，保证建筑物预压后，其标高满足设计要求。
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预压法
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超载预压法
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3. 竖向排水体平面布置设计 v v v 砂井布置：三角形，正方形 普通砂井：D=200-500mm，井径比为6～8。 袋装砂井：D=70-100mm，井径比为15～30。
三角形
正方形
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固结试验
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固结加载/卸载试验过程
加载过程 卸载过程 再加载过程 压缩 变形 回弹再压 缩变形
a c f
v加载系统 使土中孔隙水产生压差而渗流固结 v排水系统 改变地基中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。
排水系统是手段，没有加载系统，孔隙中 水没有压力差就不会排出；只有加载系统， 就不能在预压期内完成所要求的沉降量。
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v真空预压法 用真空装置进行抽气，使其形成真空，在地表砂垫层及竖向排水通道 内逐步形成负压，使土体内部与排水通道、垫层之间形成压差。在此压 差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，从而使土体固结。
膜上覆水密封 真空膜 排水抽真空管路系统 砂＋砂砾垫层 围堰 围堰 原地面标高 回填粘土 回填粘土
三、排水固结加固地基方法
1. 预压方法
v堆载预压法 预压法是在建筑物建造以前，在建筑场地进行加载预 压，使地基的固结沉降基本完成并提高地基土强度的方法。 在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出，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。
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2. 堆载预压 v一般以散料为主，如石料、砂、砖等 v大面积施工时通常采用自卸汽车与推土机联合作业 v对超软地基的堆载预压，第一级荷载宜用轻型机械或人工作业。
自卸汽车
推土机
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地基处理
教师：魏焕卫 电话：13181718169
Email:weihuanwei@
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《绪论》：地基处理的对象
1、软粘土
（1）常见的软粘土种类 v淤泥：e>1.5,W>WL v淤泥质粘土：1.0<e<1.5,W>WL （2）软粘土的特点 v天然含水量高 v天然孔隙比大 v抗剪强度低 v渗透系数小 v承载力低 力学 特点 v沉降大 v容易产生不均匀沉降
2. 排水方法
v袋装砂井 袋装砂井是用具有一定伸缩性 和抗拉强度很高的聚丙烯或聚乙烯 编织袋装满砂子，它基本上解决了 大直径砂井中所存在的问题，保证 了砂井的连续性，比较适应在软弱 地基上施工。
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v塑料排水板 塑料带排水法是将带状塑料排水带用插带机将其插入软 土中，然后在地基面上加载预压(或采用真空预压)，土中水沿 塑料带的通道逸出，从而使地基土得到加固的方法。