固結法處理地基課件

1、南京工業(yè)大學交通學院3 排水固結法 排水固結法是使天然地排水固結法是使天然地基在建筑物投入使用之前完基在建筑物投入使用之前完成大部分固結沉降，從而減成大部分固結沉降，從而減少建筑物或構筑物使用期的少建筑物或構筑物使用期的沉降，保證建筑物的沉降和沉降，保證建筑物的沉降和沉降差在允許的范圍內沉降差在允許的范圍內,提高提高承載力承載力。 室內壓縮試驗說明排水固結法原理室內壓縮試驗說明排水固結法原理a) e-a) e-曲線曲線 b) -b) -曲線曲線主要用于主要用于處理軟弱粘性土地基處理軟弱粘性土地基。 排水固結法加固軟土地基是一種比較成熟、應用廣泛的方法，它可以解決以下兩個方面問題： 1沉降問題：

2、使地基的沉降在加載預壓期間大部分或基本完成，使建筑物在使用期間不致產(chǎn)生較大的沉降。 原理：在建筑場地上先加一個和上部結構相同的壓力進行加載預壓使土層固結，然后卸除荷載，再施工建筑物，可以使地基沉降減少，如進行超載預壓(預壓荷載大于建筑物荷載)效果將更好，但預壓荷載不應大于地基土的容許承載力。 2穩(wěn)定問題：加速地基土抗剪強度的增長，從 而提高地基的承載力和穩(wěn)定性。 原理：飽和軟粘土地基在荷載作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙體積慢慢地減小，地基發(fā)生固結變形。同時，隨著超靜孔隙水壓力逐漸消散，有效應力逐漸提高，地基土的強度逐漸增長。 土層的排水固結效果和它的排水邊界條件有關，粘性土固結所需的時間與排

3、水距離的平方成正比，土層越厚，加固延續(xù)的時間越長。為加速土層的固結，最有效的方法是先增加土層的排水途徑，縮短排水距離。然后分級加載預壓(也可利用建筑物本身重)，使軟土中孔隙加快排出水，地基土固結沉降加快完成，強度也得到相應提高，當土質條件較好時，也可在天然地基上直接加載預壓。一、砂井堆載預壓法一、砂井堆載預壓法二、袋裝砂井和塑料排水板預壓法二、袋裝砂井和塑料排水板預壓法三、天然地基堆載預壓法三、天然地基堆載預壓法四、真空預壓法和降水位預壓法四、真空預壓法和降水位預壓法五五、真空和堆載聯(lián)合預壓法、真空和堆載聯(lián)合預壓法六六、質量檢測與監(jiān)測、質量檢測與監(jiān)測一、砂井堆載預壓法一、砂井堆載預壓法 軟粘土

4、滲透系數(shù)很低，為了縮短加載預壓后排水固結的歷時，對較厚的軟土層，常在地基中設置排水通道，使土中孔隙較快排出水?？稍谲浾惩林性O置一系列的豎向排水通道(砂井、袋裝砂井或塑料排水板)，在軟土頂層設置橫向排水砂墊層如下圖所示，借此縮短排水途程，增加排水通道，改善地基滲透性能。 砂井堆載預壓 1.砂井1）砂井的直徑和間距： 砂井的直徑和間距主要取決于土的固結特性和施工期的要求。從原則上講，為達到相同的固結度，縮短砂井間距比增加砂井直徑效果要好，即以“細而密”為佳，不過，考慮到施工的可操作性，普通砂井的直徑為300-500mm。砂井的間距可根據(jù)地基土的固結特征和預定時間內所要求達到的固結度確定，間距可按為

5、直徑的6-8倍選用。砂井的間距可按井徑比（n）選用，n按下式確定： n=de/dw2）砂井深度： 砂井深度主要根據(jù)土層的分布、地基中的附加應力大小、施工期限和條件及地基穩(wěn)定性等因素確定。當軟土不厚（一般為10-20m）時，盡量要穿過軟土層達到砂層；當軟土過厚（超過20m）,不必打穿粘土，可根據(jù)建筑物對地基的穩(wěn)定性和變形的要求確定。對以地基抗滑穩(wěn)定性控制的工程，豎井深度應超過最危險滑動面2.0m以上。3 3）砂井排列：）砂井排列： 砂井的平面布置可采取砂井的平面布置可采取正方形或等邊三角形，每個正方形或等邊三角形，每個砂井平面上的排水影響面積砂井平面上的排水影響面積以等面積的圓來代替，可得以等面

6、積的圓來代替，可得一根砂井的有效排水圓柱體一根砂井的有效排水圓柱體的直徑的直徑de和砂井間距和砂井間距l(xiāng)的關系的關系按下式考慮：按下式考慮：等邊三角形布置等邊三角形布置 llde05. 132正方形布置正方形布置 llde128. 14砂井的平面布置及固結滲透途徑砂井的平面布置及固結滲透途徑4）砂井的布置范圍：由于在基礎以外一定的范圍內仍然存在壓應力和剪應力，所以砂井的布置范圍應比基礎范圍大為好，一般由基礎的輪廓線向外增加2-4m。 5）砂料：砂料宜用中、粗砂，必須保證良好的透水性，含泥量不應超過3%，滲透系數(shù)應大于10-3cm/s。2.砂墊層 為了使砂井有良好的排水通道，砂井頂部應鋪設砂墊層

7、，墊層砂料粒度和砂井砂料相同，厚度一般為0.5 m-1.0 m。 3.地基固結度在雙面排水或者固結土層中應力均勻分布的單面排水條件下，土層豎向平均固結度可按下式計算：zU22281exp()4vzCtUH 如果考慮逐級加荷，則時間t 從加荷歷時的一半起算；如為雙面排水，H 取土層厚度的一半。 一維固結理論一維固結理論太沙基固結理論假設太沙基固結理論假設: 土是均質的、各向同性且完全飽和的土是均質的、各向同性且完全飽和的. 土中的壓縮完全由孔隙體積的減小引起，土粒和水都是不可壓縮的土中的壓縮完全由孔隙體積的減小引起，土粒和水都是不可壓縮的. 土中附加應力沿水平面無限均勻分布，土的壓縮和滲流僅在豎

8、直方向發(fā)土中附加應力沿水平面無限均勻分布，土的壓縮和滲流僅在豎直方向發(fā)生。生。 孔隙水的滲流符合達西定律孔隙水的滲流符合達西定律. 在整個滲流估計過程中，土的滲透系數(shù)、壓縮系數(shù)均視為常數(shù)在整個滲流估計過程中，土的滲透系數(shù)、壓縮系數(shù)均視為常數(shù).1. 地面上作用著無限連續(xù)均布荷載并且是一次施加的地面上作用著無限連續(xù)均布荷載并且是一次施加的.一維固結微分方程一維固結微分方程 根據(jù)滲流的連續(xù)條件和達西定律一維固結微分方程如下:初始條件和邊界條件如下: t = 0和 0 z H 時, u =u0=p 0 t 和 z = 0 時, u = 0 0 t 和 z = H 時, t = 和 0 z H 時, u

9、=0式中 Cv 固結系數(shù), coefficient of consolidation a 土的壓縮系數(shù) k 土的滲透系數(shù) 應用傅立葉級數(shù)，可求得滿足初始條件和邊界條件的解答如下：tuzuCv220zuwvaekC)1 (11)4(,222sin14mTmtzveHzmmpu（time factor） ： H土層最遠的排水距離，當土層為單面(上面或下面)排水時，H取土層厚度；雙面排水時，水由土層中心分別向上下兩方向排出，此時H應取土層厚度之半。2HtCTvv(Degree of consolidation) 在某一固結應力作用下，經(jīng)某一時間 t 后，土體發(fā)生固結或孔隙水應力消散的程度。對于土層任

10、一深度 z 處經(jīng)時間 t 后的固結度：0,0,0,1uuuuuUtztztzpHudzdzuudzUHHHt000011)91(81)4(9)4(222vvTTteeUssUtt(average degree of consolidation) )91(81)4(9)4(222vvTTteeUUt Tv砂井地基的固結度計算。 一級或多級等速加載條件下，當固結時間為一級或多級等速加載條件下，當固結時間為t時，對應總時，對應總荷載的地基平均固結度可按下式計算：荷載的地基平均固結度可按下式計算：(規(guī)范規(guī)范5.2.7）ii 1ntii 1i 1()()TTtqUTTeeep4預壓荷載下地基土體的抗剪強

11、度驗算 計算預壓荷載下飽和黏性土地基中某點的抗剪強度時，計算預壓荷載下飽和黏性土地基中某點的抗剪強度時，應考慮土體原來的固結狀態(tài)，對正常固結飽和黏性土地基，應考慮土體原來的固結狀態(tài)，對正常固結飽和黏性土地基，某點某一時間的抗剪強度可按下式計算：（規(guī)范某點某一時間的抗剪強度可按下式計算：（規(guī)范5.2.11） 0ftztcutanfU 5預壓荷載下地基的最終豎向變形量計算預壓荷載下地基的最終豎向變形量可按下式計算：規(guī)范預壓荷載下地基的最終豎向變形量可按下式計算：規(guī)范5.2.12n0i1ifii 10i1eeshe二、袋裝砂井和塑料排水板預壓法二、袋裝砂井和塑料排水板預壓法 用砂井法處理軟土地基如地

12、基土變形較大或施工質量稍差常會出現(xiàn)砂井被擠壓截斷，不能保持砂井在軟土中排水通道的暢通，影響加固效果。近年來普通在砂井的基礎上，出現(xiàn)了以袋裝砂井和塑料排水板代替普通砂井的方法，避免了砂井不連續(xù)缺點，而且施工簡便、加快了地基的固結，節(jié)約用砂，在工程中得到日益廣泛的應用。 (一一)袋裝砂井預壓法袋裝砂井預壓法 目前國內應用的袋裝砂井直徑一般為70-120mm，間距為1.0m-2.0m(井徑比n約取15-22)。砂袋可采用聚丙烯或聚乙烯等長鏈聚合物編織制成，應具有足夠的抗拉強度、耐腐蝕、對人體無害等特點。裝砂后砂袋的滲透系數(shù)不應小于砂的滲透系數(shù)。灌入砂袋的砂應為中、粗砂并振搗密實。砂袋留出孔口長度應保

13、證伸入砂墊層至少300mm，并不得臥倒。 袋裝砂井的設計理論、計算方法基本與普通砂井相同，它的施工已有相應的定型埋設機械，與普通砂井相比，優(yōu)點是：施工工藝和機具簡單、用砂量少；它間距較小，排水固結效率高，井徑小，成孔時對軟土擾動也小，有利于地基土的穩(wěn)定，有利于保持其連續(xù)性。袋裝砂井 (二二)塑料排水板預壓法塑料排水板預壓法 塑料排水板預壓法是將塑料排水板用插板機插入加固的軟土中，然后在地面加載預壓，使土中水沿塑料板的通道逸出，經(jīng)砂墊層排除，從而使地基加速固結。 塑料板排水與砂井比較具有如下優(yōu)點： 1，塑料板由工廠生產(chǎn)，材料質地均勻可靠，排水效果穩(wěn)定； 2塑料板重量輕，便于施工操作； 3施工機械

14、輕便，能在超軟弱地基上施工；施工速度快，工程費用便宜。多孔單一結構型塑料排水板多孔單一結構型塑料排水板 復合結構塑料排水板復合結構塑料排水板 塑料排水板塑料排水板施工施工后的塑料排水板三、天然地基堆載預壓法三、天然地基堆載預壓法 天然地基堆載預壓法是在建筑物施工前，用與設計荷載相等(或略大)的預壓荷載(如砂、土、石等重物)堆壓在天然地基上使地基軟土得到壓縮固結以提高其強度(也可以利用建筑物本身的重量分級緩慢施工)，減少施工后的沉降量，待地基承載力、變形達到設計預期要求后，將預壓荷載撤除，在經(jīng)預壓的地基上修建建筑物。 此方法費用較少，但工期較長。 如軟土層不太厚，或軟土中夾有多層細、粉砂夾層滲透

15、性能較好，不需很長時間就可獲得較好預壓效果時可考慮采用，否則排水固結時間很長，應用就受到限制。此法設計計算可用一維固結理論。四、真空預壓法和降水位預壓法四、真空預壓法和降水位預壓法 真空預壓法實質上是以大氣壓作為預壓荷重的一種預壓固結法。在需要加固的軟土地基表面鋪設砂墊層，然后埋設垂直排水通道(普通砂井、袋裝砂井或塑料排水板)，再用不透氣的封閉薄膜覆蓋軟土地基，使其與大氣隔絕，薄膜四周埋入土中，通過砂墊層內埋設的吸水管道，用真空泵進行抽氣，使其形成真空，當真空泵抽氣時，先后在地表砂墊層及豎向排水通道內逐漸形成負壓，使土體內部與排水通道、墊層之間形成壓力差，在此壓力差作用下，土體中的孔隙水不斷排

16、水，從而使土體固結。 降低水位預壓法是借井點抽水降低地下水位，以增加土的自重應力，達到預壓目的。其降低地下水位原理、方法和需要設備基本與井點法基坑排水相同。地下水位降低使地基中的軟弱土層承受了相當于水位下降高度水柱的重量而固結，增加了土中的有效應力。這一方法最適用于滲透性較好的砂土或粉土或在軟粘土層中存在砂土層的情況，使用前應摸清土層分布及地下水位情況等。 五、真空和堆載聯(lián)合預壓五、真空和堆載聯(lián)合預壓 真空和堆載聯(lián)合預壓：真空和堆載聯(lián)合預壓：當設計地基預壓荷載大當設計地基預壓荷載大于于80kPa,且進行真空預壓不能滿足設計要求時，采且進行真空預壓不能滿足設計要求時，采用。用。六 質量檢驗 對塑料排水板應進行縱向涌水量、復合體抗拉強度、濾膜對塑料排水板應進行縱向涌水量、復合體抗拉強度、濾膜抗拉強度、抗拉強度、濾膜滲透系數(shù)、等效孔徑等性能指標的抽樣測試。濾膜滲透系數(shù)、等效孔徑等性能指標的抽樣測試。 對砂井和砂墊層的砂料應取樣進行顆粒分析和滲透試驗。對砂井和砂墊層的砂料應取樣進行顆粒分析和滲透試驗。 對抗滑穩(wěn)定性控制工程，應在預壓區(qū)預留孔位，在加載的對抗滑穩(wěn)定性控制工程，應在預壓區(qū)預留孔位，在加載