地基處理第八章排水固結(jié)法課件

第八章排水固結(jié)法8.1概述排水固結(jié)法是在建筑物建造前，對天然地基或?qū)σ言O(shè)置豎向排水體的地基加載預(yù)壓，使土體固結(jié)沉降基本完成或完成大部分，從而提高地基土強(qiáng)度的一種地基加固方法。12

排水系統(tǒng)由豎向排水體和水平排水體構(gòu)成,主要作用是改變地基的排水邊界條件,縮短排水距離和增加孔隙水排出的途徑。當(dāng)軟土層靠近地表且較薄或土的滲透性好且施工周期較長時(shí),可僅在地面鋪設(shè)一定厚度的砂墊層而不設(shè)豎向排水通道,使土中的孔隙水在荷載作用下向上排至砂墊層而產(chǎn)生固結(jié)沉降。若軟土層較厚時(shí),為加快排水固結(jié),應(yīng)在地基中設(shè)置砂井等豎向排水體,與水平砂墊層一起構(gòu)成排水系統(tǒng)。

38.2排水固結(jié)的原理

排水固結(jié)法的關(guān)鍵在于排出孔隙水，使孔隙減少及有效應(yīng)力增加，從而產(chǎn)生沉降固結(jié)。根據(jù)固結(jié)理論，粘性土固結(jié)所需時(shí)間為式中t為固結(jié)時(shí)間，Tv為時(shí)間因數(shù)，Cv為固結(jié)系數(shù)，H為排水距離）。固結(jié)時(shí)間與排水距離的平方成正比，縮短排水距離可大大縮短固結(jié)時(shí)間。在地基中設(shè)置砂墊層及砂井等（見圖8.2-2）的目的就是為了增加排水途徑，縮短排水距離，從而加快軟弱土層的排水固結(jié)。5排水固結(jié)法的加荷方式既可采用上述的直接堆載法，也可采用真空抽吸、預(yù)壓，降低地下水位及電滲法。真空預(yù)壓法是將不透氣的薄膜設(shè)在需要加固的軟土地基表面的砂墊層上，通過土體中設(shè)置的豎向排水體及埋設(shè)于砂墊層中的濾水管道，將薄膜下土體中的水、氣抽出，從而在土體與砂墊層及砂井等豎向排水體之間形成壓差,發(fā)生滲流,使土中孔隙壓力不斷降低,有效應(yīng)力不斷增加,促使土體固結(jié)沉降。678.3排水固結(jié)法設(shè)計(jì)計(jì)算一、設(shè)計(jì)前應(yīng)取得的資料（1）進(jìn)行場地勘察，查明土層在水平和豎直方向的分布和變化、透水層的位置及水源補(bǔ)給條件、地下水深度等。（2）進(jìn)行室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)，確定土的固結(jié)系數(shù)、孔隙比和固結(jié)壓力關(guān)系、三軸試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度等。（3）進(jìn)行原位十字板剪切試驗(yàn)，確定各土層十字板抗剪強(qiáng)度。9二、堆載預(yù)壓法設(shè)計(jì)

堆載預(yù)壓法處理地基的設(shè)計(jì)應(yīng)包括下列內(nèi)容：(一）選擇塑料排水帶或砂井，確定其斷面尺寸、間距、排列方式和深度；（二）確定預(yù)壓區(qū)范圍、預(yù)壓荷載大小、荷載分級、加載速率和預(yù)壓時(shí)間；（三）計(jì)算地基土的固結(jié)度、強(qiáng)度增長、抗滑穩(wěn)定性和變形10（一）選擇塑料排水帶或砂井，確定其斷面尺寸、間距、排列方式和深度；（1）排水豎井分普通砂井、袋裝砂井和塑料排水帶。普通砂井直徑可取300~500mm，袋裝砂井直徑可取70~120mm。塑料排水帶的當(dāng)量換算直徑可按下式計(jì)算：式中dp———塑料排水帶當(dāng)量換算直徑（mm）；b———塑料排水帶寬度（mm）；δ———塑料排水帶厚度（mm）。11（4）排水豎井的深度應(yīng)根據(jù)建筑物對地基的穩(wěn)定性、變形要求和工期確定。(A)對以地基抗滑穩(wěn)定性控制的工程，豎井深度至少應(yīng)超過最危險(xiǎn)滑動(dòng)面2.0m。(B)對以變形控制的建筑，豎井深度應(yīng)根據(jù)在限定的預(yù)壓時(shí)間內(nèi)需完成的變形量確定。豎井宜穿透受壓土層。13（二）確定預(yù)壓區(qū)范圍、預(yù)壓荷載大小、荷載分級、加載速率和預(yù)壓時(shí)間；(1)預(yù)壓荷載大小應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定。對于沉降有嚴(yán)格限制的建筑，應(yīng)采用超載預(yù)壓法處理，超載量大小應(yīng)根據(jù)預(yù)壓時(shí)間內(nèi)要求完成的變形量通過計(jì)算確定，并宜使預(yù)壓荷載下受壓土層各點(diǎn)的有效豎向應(yīng)力大于建筑物荷載引起的相應(yīng)點(diǎn)的附加應(yīng)力。(2)預(yù)壓荷載頂面的范圍應(yīng)等于或大于建筑物基礎(chǔ)外緣所包圍的范圍。14(3)加載速率應(yīng)根據(jù)地基土的強(qiáng)度確定。當(dāng)天然地基土的強(qiáng)度滿足預(yù)壓荷載下地基的穩(wěn)定性要求時(shí)，可一次性加載，否則應(yīng)分級逐漸加載，待前期預(yù)壓荷載下地基土的強(qiáng)度增長滿足下一級荷載下地基的穩(wěn)定性要求時(shí)方可加載。1517(2)當(dāng)排水豎井采用擠土方式施工時(shí)，應(yīng)考慮涂抹對土體固結(jié)的影響。當(dāng)豎井的縱向通水量qw與天然土層水平向滲透系數(shù)kh的比值較小，且長度又較長時(shí)，尚應(yīng)考慮井阻影響。(3)對排水豎井未穿透受壓土層之地基，應(yīng)分別計(jì)算豎井范圍土層的平均固結(jié)度和豎井底面以下受壓土層的平均固結(jié)度，通過預(yù)壓使該兩部分固結(jié)度和所完成的變形量滿足設(shè)計(jì)要求。18(4)預(yù)壓荷載大小應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定。對于沉降有嚴(yán)格限制的建筑，應(yīng)采用超載預(yù)壓法處理，超載量大小應(yīng)根據(jù)預(yù)壓時(shí)間內(nèi)要求完成的變形量通過計(jì)算確定，并宜使預(yù)壓荷載下受壓土層各點(diǎn)的有效豎向應(yīng)力大于建筑物荷載引起的相應(yīng)點(diǎn)的附加應(yīng)力。預(yù)壓荷載頂面的范圍應(yīng)等于或大于建筑物基礎(chǔ)外緣所包圍的范圍。19(6)計(jì)算預(yù)壓荷載下飽和粘性土地基中某點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)考慮土體原來的固結(jié)狀態(tài)。對正常固結(jié)飽和粘性土地基，某點(diǎn)某一時(shí)間的抗剪強(qiáng)度可按下式計(jì)算：τft=τf0+⊿σz·Uttancu

式中τft—t時(shí)刻，該點(diǎn)土的抗剪強(qiáng)度（kPa）；τf0—地基土的天然抗剪強(qiáng)度（kPa）；⊿σz—預(yù)壓荷載引起的該點(diǎn)的附加豎向應(yīng)力（kPa）；Ut—該點(diǎn)土的固結(jié)度；cu—三軸固結(jié)不排水壓縮試驗(yàn)求得的土的內(nèi)摩擦角（0）；21(7)預(yù)壓荷載下地基的最終豎向變形量可按下式計(jì)算：式中sf———最終豎向變形量（m）；e0i———第i層中點(diǎn)土自重應(yīng)力所對應(yīng)的孔隙比，由室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)e-p曲線查得；e1i———第i層中點(diǎn)土自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和所對應(yīng)的孔隙比，由室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)e-p曲線查得；hi———第i層土層厚度（m）；ξ—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)數(shù)，對正常固結(jié)飽和粘性土地基可取ξ=1.1~1.4。荷載較大、地基土較軟弱時(shí)取較大值，否則取較小值。變形計(jì)算時(shí)，可取附加應(yīng)力與土自重應(yīng)力的比值為01的深度作為受壓層的計(jì)算深度。22(8)預(yù)壓法處理地基必須在地表鋪設(shè)與排水豎井相連的砂墊層，砂墊層厚度不應(yīng)小于500mm。砂墊層砂料宜用中粗砂，粘粒含量不宜大于3%，砂料中可混有少量粒徑小于50mm的礫石。砂墊層的干密度應(yīng)大于15g/cm3，其滲透系數(shù)宜大于110-2cm/s。在預(yù)壓區(qū)邊緣應(yīng)設(shè)置排水溝，在預(yù)壓區(qū)內(nèi)宜設(shè)置與砂墊層相連的排水盲溝。23設(shè)計(jì)要點(diǎn)：（1）排水豎井的間距可按堆載法選用。（2）砂井的砂料應(yīng)選用中粗砂，其滲透系數(shù)應(yīng)大于1×10-2cm/s。（3）真空預(yù)壓區(qū)邊緣應(yīng)大于建筑物基礎(chǔ)輪廓線，每邊增加量不得小于30m。每塊預(yù)壓面積宜盡可能大且呈方形。（4）真空預(yù)壓的膜下真空度應(yīng)穩(wěn)定地保持在650mmHg以上，且應(yīng)均勻分布，豎井深度范圍內(nèi)土層的平均固結(jié)度應(yīng)大于90%。25（5）當(dāng)建筑物的荷載超過真空預(yù)壓的壓力，且建筑物對地基變形有嚴(yán)格要求時(shí)，可采用真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法，其總壓力宜超過建筑物的荷載。（6）對于表層存在良好的透氣層或在處理范圍內(nèi)有充足水源補(bǔ)給的透水層時(shí)，應(yīng)采取有效措施隔斷透氣層或透水層。（7）真空預(yù)壓地基最終豎向變形同前，其中ξ可取0.8~0.9。真空—堆載聯(lián)合預(yù)壓法以真空預(yù)壓為主時(shí)，ξ可取0.9。（8）真空預(yù)壓所需抽真空設(shè)備的數(shù)量，可按加固面積的大小和形狀、土層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以一套設(shè)備可抽真空的面積為1000~1500m2確定。261、加載預(yù)壓的計(jì)算步驟由于軟粘土地基抗剪強(qiáng)度低，不能快速加載，必須分級施加，待上一級荷載作用下地基強(qiáng)度可隨下一級荷載時(shí)，才能施加下一級荷載。在進(jìn)行具體計(jì)算時(shí)，可先擬定一個(gè)初步加載計(jì)劃，然后校核這一加荷計(jì)劃下地基的穩(wěn)定性和沉降。（1）利用天然地基土的抗剪強(qiáng)度，計(jì)算第一級容許施加的荷載p1。一般可采用以下幾個(gè)公式估算：27②對飽和軟粘土，可采用下式：

③對長條形填土，可采用Fellenius公式：（2）計(jì)算第一級荷載作用下地基強(qiáng)度增長值；29式中：τf1——p1作用下，經(jīng)過一段時(shí)間，地基中某點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度；τf0——地基土的天然抗剪強(qiáng)度，由十字板剪切試驗(yàn)測定；?τfc——該點(diǎn)由于固結(jié)而增長的強(qiáng)度，通常取固結(jié)度為70%；η——土體由于剪切蠕動(dòng)而引起強(qiáng)度衰減的折減系數(shù)，可取0.75~0.9,剪切力大取低值，反之取高值。30（3）計(jì)算p1作用下達(dá)到設(shè)計(jì)要求的固結(jié)度所需時(shí)間。達(dá)到某一固結(jié)度所需要的時(shí)間可根據(jù)固結(jié)度與時(shí)間的關(guān)系求得（見本節(jié)有關(guān)部分），時(shí)間求出來后，就可確定第二級荷載開始施加的時(shí)間。3132333435363738本章重點(diǎn)：

一、簡述排水固結(jié)系統(tǒng)及排水固結(jié)法分類。39二、試述排水固結(jié)法的設(shè)計(jì)內(nèi)容。（一）堆載預(yù)壓法處理地基的設(shè)計(jì)應(yīng)包括下列內(nèi)容：(1）選擇塑料排水帶或砂井，確定其斷面尺寸、間距、排列方式和深度；（2）確定預(yù)壓區(qū)范圍、預(yù)壓荷載大小、荷載分級、加載速率和預(yù)壓時(shí)間；（3）計(jì)算地基土的固結(jié)度、強(qiáng)度增長、抗滑穩(wěn)定性和變形。40（二）真空預(yù)壓法處理地基必須設(shè)置排水豎井。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：（1）豎井?dāng)嗝娉叽?、間距、排列方式和深度的選擇；（2）預(yù)壓區(qū)面積和分塊大小；真空預(yù)壓工藝；（3）要求達(dá)到的真空度和土層的固結(jié)度；（4）真空預(yù)壓和建筑物荷載下地基的變形計(jì)算；（5）真空預(yù)壓后地基土的強(qiáng)度增長計(jì)算等。41三、

1、排水固結(jié)法的基本原理？

2、要取得良好的預(yù)壓固結(jié)效果，與什么條件有關(guān)？1、排水固結(jié)法是在建筑物建造前，對天然地基或?qū)σ言O(shè)置豎向排水體的地基加載預(yù)壓，使土體固結(jié)沉降