排水固結(jié)法地基處理工藝

第4章排水固結(jié)法

Chapter4Consolidation

4.1概述排水固結(jié)法（Consolidation）是處理軟粘土地基的有效方法之一。該法是對(duì)天然地基，或先在地基中設(shè)置砂井等豎向排水體，然后利用建筑物本身重量分級(jí)逐漸加載，或是在建筑物建造以前，在場地先行加載預(yù)壓，使土體中的孔隙水排出，逐漸固結(jié)，地基發(fā)生沉降，同時(shí)強(qiáng)度逐步提高的方法。

塑料排水板插板機(jī)塑料排水板地基處理真空預(yù)壓地基處理真空預(yù)壓管網(wǎng)鋪設(shè)排水板真空預(yù)壓處理剖面示意圖

排水固結(jié)法可解決以下兩個(gè)問題：（1）沉降問題。使地基的沉降在加載預(yù)壓期間大部分或基本完成，使建筑物在使用期間不致產(chǎn)生不利的沉降和沉降差。（2）穩(wěn)定問題。加速地基土的抗剪強(qiáng)度的增長，從而提高地基的承載力和穩(wěn)定性。排水固結(jié)法適用于處理淤泥質(zhì)土、淤泥和沖填土等飽和粘性土地基。排水固結(jié)法是由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分共同組合而成。（1）排水系統(tǒng)水平排水墊層和豎向排水體構(gòu)成。豎向排水體可選用普通砂井、袋裝砂井或塑料排水板。（2）加壓系統(tǒng)即是起固結(jié)作用的荷載，它使地基土的固結(jié)壓力增加而產(chǎn)生固結(jié)。工程上廣泛使用且行之有效的增加固結(jié)壓力的方法是堆載法，此外，還有真空法、降低地下水位法、電滲法和聯(lián)合法。排水固結(jié)法的設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)上部結(jié)構(gòu)荷載的大小、地基土的性質(zhì)以及工期要求、確定豎向排水體的直徑、間距、深度和排列方式；確定預(yù)壓荷載的大小和預(yù)壓時(shí)間，使通過預(yù)壓，地基能滿足建筑物對(duì)變形和穩(wěn)定性的要求。4.2堆載預(yù)壓法設(shè)計(jì)計(jì)算

4.2DesignProcedureofPreloading一、堆載預(yù)壓的計(jì)算步驟因軟粘土地基抗剪強(qiáng)度較低，無論直接建造建筑物還是進(jìn)行堆載預(yù)壓往往都不可能快速加載，而必須分級(jí)逐漸加荷，待前期荷載下地基強(qiáng)度增加到足以加下一級(jí)荷載時(shí)才可加下一級(jí)荷載。具體計(jì)算步驟是，首先用簡便的方法確定一個(gè)初步的加荷計(jì)劃，然后校核這一加荷計(jì)劃下地基的穩(wěn)定性和沉降，其步驟如下：1利用地基的天然地基土抗剪強(qiáng)度計(jì)算第一級(jí)容許施加的荷載p1，對(duì)飽和軟粘土可采用下列公式估算：2計(jì)算第一級(jí)荷載下地基強(qiáng)度增長值。在p1荷載作用下，經(jīng)過一段時(shí)間預(yù)壓地基強(qiáng)度會(huì)提高，提高以后的地基強(qiáng)度為cu1：

3計(jì)算p1作用下達(dá)到所確定固結(jié)度所需要的時(shí)間。目的在于確定第一級(jí)荷載停歇的時(shí)間，亦即第二級(jí)荷載開始施加的時(shí)間。4根據(jù)第二步所得到的地基強(qiáng)度cu1計(jì)算第二級(jí)所能施加的荷載p2。p2可近似地按下式估算：

同樣，求出在p2作用下地基固結(jié)度達(dá)70％時(shí)的強(qiáng)度以及所需要的時(shí)間，然后計(jì)算第三級(jí)所能施加的荷載，依次可計(jì)算出以后的各級(jí)荷載和停歇時(shí)間。5按以上步驟確定的加荷計(jì)劃進(jìn)行每一級(jí)荷載下地基的穩(wěn)定性驗(yàn)算。如穩(wěn)定性不滿足要求，則調(diào)整加荷計(jì)劃。6計(jì)算預(yù)壓荷載下地基的最終沉降量和預(yù)壓期間的沉降量。這一項(xiàng)計(jì)算的目的在于確定預(yù)壓荷載卸除的時(shí)間。二、超載預(yù)壓

對(duì)沉降有嚴(yán)格限制的建筑，應(yīng)采用超載預(yù)壓法處理地基。經(jīng)超載預(yù)壓后，如受壓土層各點(diǎn)的有效豎向應(yīng)力大于建筑物荷載引起的相應(yīng)點(diǎn)的附加總應(yīng)力時(shí)，則今后在建筑物荷載作用下地基土將不會(huì)再發(fā)生主固結(jié)變形，而且將減小次固結(jié)變形，并推遲次固結(jié)變形的發(fā)生。4.3砂井排水固結(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算

4.3DesignProcedureofSandDrain1925年，丹尼爾.莫蘭將垂直砂井用于費(fèi)城－－奧克蘭海灣大橋公路軟土地基的加固，1926年獲得專利。砂井法問世以后，因缺乏理論根據(jù)而按經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。1940～1942年，巴?。˙arron）根據(jù)太沙基的固結(jié)理論，提出砂井法的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。我國從20世紀(jì)50年代起，開始應(yīng)用砂井法。砂井法主要適用于沒有較大集中荷載的大面積荷重或堆土荷重工程，例如水庫土壩、油罐、倉庫、鐵路路堤、貯礦場以及港口的水工建筑物等工程。一、砂井設(shè)計(jì)砂井設(shè)計(jì)包括砂井直徑、間距、深度、排列方式、范圍、砂料選擇和砂墊層厚度等。（1）砂井直徑和間距主要取決于土的固結(jié)特性和施工期限的要求?！凹?xì)而密”比“粗而稀”效果好。砂井直徑一般為300～400mm；袋裝砂井直徑為70～120mm。

（2）砂井深度主要根據(jù)土層的分布、地基中附加應(yīng)力大小、施工期限和條件及地基穩(wěn)定性等因素確定。一般為10～25m。（3）砂井排列砂井在平面上可布置成正三角形（梅花形），以正三角形排列較為緊湊和有效。在實(shí)際進(jìn)行固結(jié)計(jì)算時(shí)，由于多邊形作為邊界條件求解很困難，巴隆建議每個(gè)砂井的影響范圍由多邊形改為由面積與多邊形面積相等的圓來求解。正方三形排三列時(shí)de＝1.三13l正三三角形三排列三時(shí)de＝1.三05lde為砂三井的三有效三直徑三，l為砂三井間三距。（4）砂三井布三置范三圍砂井三的布三置范三圍一三般可三由基三礎(chǔ)的三輪廓三線向三外增三大約2～4m。（5）砂料宜選三用中三粗砂三，其三含泥三量不三能超三過3％。（6）砂三墊層砂井三頂部三鋪設(shè)三砂墊三層，三可使三砂井三排水三有良三好的三通道三，將三水排三到工三程場三地以三外。二、三沉降三計(jì)算地基三土的三總沉三降一三般包三括瞬時(shí)三沉降、固結(jié)三沉降和次固三結(jié)沉三降三部三分。三瞬時(shí)三沉降三是在三荷載三作用三下由三于土三的畸三變所三引起三，并三在荷三載作三用下三立即三發(fā)生三的。三固結(jié)三沉降三是由三于孔三隙水三的排三出而三引起三土體三積減三小所三造成三的，三占總?cè)两等闹魅咳?。三次固三結(jié)沉三降則三是由三于超三靜水三壓力三消散三后，三在恒三值有三效應(yīng)三力作三用下三土骨三架的三徐變?nèi)隆?.三4施工三方法4.三4三C三on三st三ru三ct三io三n三Me三th三od三s要保三證排三水固三結(jié)法三的加三固效三果，三從施三工角三度考三慮，三主要三應(yīng)重三視以三下三個(gè)三環(huán)節(jié)：鋪三設(shè)水三平墊三層、三設(shè)置三豎向三排水三體和三施加三固結(jié)三壓力三。砂井三成孔三的典三型方三法有套管三法、射水三法、螺旋三鉆成三孔法和爆破三法。袋裝三砂井三成孔三的方三法有錘擊三打入三法、水沖三法、靜力三壓入三法、鉆孔三法和振動(dòng)三貫入三法五種三。塑料三排水三板施三工工三藝流三程圖塑料三排水三板施三工現(xiàn)三場真空三管網(wǎng)三鋪設(shè)真空三系統(tǒng)三第一三層土三工布三鋪設(shè)土工三布鋪三設(shè)土工三布縫三接真空三系統(tǒng)三雙層三密封三土工三膜的三鋪設(shè)真空三系統(tǒng)三土工三膜的三密封出膜三連接三與真三空系三統(tǒng)安三裝出膜三連接出膜三管與三真空三泵連三接試抽三真空4.三5質(zhì)量三檢驗(yàn)4.三5三Q三ua三li三ty三V三er三if三ic三at三io三n三Te三st排水三固結(jié)三法加三固地三基施三工中三經(jīng)常三進(jìn)行三的質(zhì)三量檢三驗(yàn)和三檢測(cè)三項(xiàng)目三有孔隙三水壓三力觀三測(cè)、沉降三觀測(cè)、側(cè)向三位移三觀測(cè)、地基三土物三理力三學(xué)指三標(biāo)檢三測(cè)等。預(yù)壓三法竣三工驗(yàn)三收檢三驗(yàn)應(yīng)三符合三下列三規(guī)定三：（1）排三水豎三井處三理深三度范三圍內(nèi)三和豎三井底三面以三下受