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1、地基处理新技术排水第1页，本讲稿共62页1 1 概概 述述 排水固结法能解决软粘土地基的沉降和稳定问题。可使地基的沉降在预压期间基本完成或大部分完成，保证建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。同时可增加地基土的抗剪强度，提高地基的承载力和稳定性。排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。第2页，本讲稿共62页排水系统加压系统第3页，本讲稿共62页 根据排水系统和加压系统的不同，排水固结法可分为堆载预压法、砂井(包括袋装砂井、塑料排水板等)堆载预压法、真空预压法、降低地下水位法和电渗法。排水固结法的种类 堆载预压法和砂井堆载预压法唯一的区别在于：前者的排水系统以天然地基土层本身
2、为主；而后者在天然地基中还人为地增设了诸如砂井等排水系统。第4页，本讲稿共62页1.1 1.1 排水固结法的原理排水固结法的原理 加 固 软 土 层竖 向 排 水 体排水垫层水平排水盲沟第5页，本讲稿共62页堆载预压法就是用填上等外加荷载来增加总应力并使超静孔隙水压力u消散从而增加有效应力的方法。降低地下水位和电渗排水法是总应力不变,减少孔隙水压力来增加有效应力的方法。排水固结法的原理排水固结法的原理第6页，本讲稿共62页1.3 1.3 排水固结法的应用范围排水固结法的应用范围用于处理软粘土地基，是十分有效的方法。按照使用目的可以解决两个问题沉降问题 稳定问题 第7页，本讲稿共62页沉降问题(
3、settlement problems)第8页，本讲稿共62页采用竖向排水固结与不采用竖向排水固结的实测沉降-时间曲线对比第9页，本讲稿共62页采用竖向排水固结与不采用竖向排水固结的实测沉降-时间曲线对比第10页，本讲稿共62页不排水-等载预压排水-超载预压排水的沉降曲线第11页，本讲稿共62页稳定问题 (stabilization problems)地基间歇式加荷的应力路径第12页，本讲稿共62页竖向排水提高边坡稳定性第13页，本讲稿共62页系统组成排水系统 第14页，本讲稿共62页系统组成排水系统 材料 Wick Drainssandgravel第15页，本讲稿共62页系统组成排水系统 V
4、ertical Wick Drains第16页，本讲稿共62页Vertical Wick Drains第17页，本讲稿共62页Horizontal Drains水平排水体第18页，本讲稿共62页Horizontal Drains水平排水体第19页，本讲稿共62页系统组成加压系统 堆载桥头高填土堆载预压场地高填土堆载预压第20页，本讲稿共62页临时填土堆载预压第21页，本讲稿共62页Vacuum Consolidation系统组成加压系统 真空预压FLASH第22页，本讲稿共62页 预压法是以事先完成的沉降和由于固结使地基强度增长的两个要素为目标的，这种加固方法成立的背景，是以具有饱和粘性土地基
5、由于固结而增加强度，以及所谓一旦地基固结沉降，即使卸掉荷载实际上也不恢复原来状态这两种条件而构成的。第23页，本讲稿共62页2 堆载预压法设计计算堆载预压法设计计算 2.1 堆载预压的计算步骤堆载预压的计算步骤 1.利用地基的天然抗剪强度计算第一级容许施加的荷载p1。对长条梯形填土，可根据Fellenius公式估算，即：2.计算第一级荷载下地基强度增长值。通常假设地基的固结度为70，然后计算出强度增长量；为考虑剪切蠕变的强度折减系数。第24页，本讲稿共62页3.计算p1作用下达到所定固结度所需要的时间。达到某一固结度所需时间可根据固结度与时间的关系求得。这一步计算的目的是确定第一级荷载停歇的时
6、间，亦即第二级荷载开始施加的时间。4.根据第2步所得到的地基强度f1计算第二级所能施加的荷载p2，即 同样求出在p2作用下地基固结度达70时的强度以及所需时间，然后计算第三级所能施加的荷载。依次可计算出以后各级荷载和停歇时间，初步的加荷计划也就确定下来。第25页，本讲稿共62页 5.对按以上步骤确定的加荷计划进行每一级荷载下地基的稳定性验算。如稳定性不满足，则调整加荷计划。6.计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉降量。这一项计算的目的在于确定预压荷载卸除的时间，这时地基在预压荷载下所完成的沉降量已达设计要求，所剩留的沉降为建筑物所允许。第26页，本讲稿共62页2.2 超载预压超载预压
7、实际工程中还往往采用超载预压方法来消除主固结沉降，以缩短预压时间。预压期间任一时刻地基沉降量可表示为：上式可用于：(1)确定所需的超载压力值ps以保证在使用荷载pf作用下预期的总沉降量在给定的时间内完成；(2)确定在给定超载下达到预定沉降量所需要的时间。第27页，本讲稿共62页 为了消除永久性荷载下的固结沉降，只要将超载保持到时间tsR时刻，以使超载作用下，地基的固结沉降量等于永久荷载下的最终固结沉降，即ssRsf，为了消除超载卸除以后继续发生的主固结沉降，超载应维持到使上层中间部位的固结度Uz（f+s）达到下式要求：超载预压的标准第28页，本讲稿共62页 该方法要求将超载保持到pf作用下所有
8、点都完全固结为止，这时土层的大部分将处于超固结状态。因此，这是一个安全度较大的方法，它预估的ps值或超载时间都大于实际所需的值。对于有机质粘土、泥炭上等，其次固结沉降是重要的，采用超载预压法对减小永久荷载下的次固结沉降有一定效果。第29页，本讲稿共62页超载预压排水与动力置换相结合第30页，本讲稿共62页3 3 砂井排水固结设计计算砂井排水固结设计计算 丹尼尔.莫兰（Daniel.E.Moran）最早（1925年）将垂直砂井用于土的深层加固，1926年获得专利。Sand Drains第31页，本讲稿共62页3.1 3.1 砂井设计砂井设计 砂井地基的设计工作即为选择适当的砂井长度、直径、间距、
9、以及形成有效的砂井排水系统所需的材料、砂垫层厚度等，以随地基在批载预压过程中，在预期的时间内，达到所需要的固结度(通常定为80)。1砂井直径和间距常采用“细而密”原则。一般砂井直径：300400mm；间距：68倍井径。袋装砂井直径：70120mm；间距：1530倍井径。第32页，本讲稿共62页2砂井长度 根据现场各种因素定。（土层厚、有无透水层、压缩层厚度、承压水、稳定控制、沉降控制量等）一般1025米。第33页，本讲稿共62页3砂井排列正三角形排列 正方形排列 排水路径第34页，本讲稿共62页第35页，本讲稿共62页lldede第36页，本讲稿共62页4.砂井的布置范围:大出基础轮廓线24m
10、。5.砂垫层 在砂井顶面应铺设排水砂垫层，以连接砂井，引出从上层排入砂井的渗流水。砂垫层的厚度一股为0.30.5m(水下砂垫层厚度为1.0m左右)。如砂料缺乏，可采用连通砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层。horizontal drain system is installed to collect water squeezed into the crushed stone blanket.jpg第37页，本讲稿共62页 Horizontal drains are installed in sand blanket to collect water to be discharged from ver
11、tical drains.jpg Heavy clay is placed atop vertical and horizontal drain systems to squeeze water out of the bog and compact the soft subsoils第38页，本讲稿共62页3.3 砂井地基固结度的计算砂井地基固结度的计算1瞬时加荷条件下砂井地基固结度的计算 19401942年，巴伦（Barron）根据太沙基固结理论，提出砂井的设计计算方法。固结微分方程：根据卡里罗理论：任意一点的孔隙水压力u有如下关系：第39页，本讲稿共62页用固结度表示为：竖向固结度由太沙基
12、一维理论计算。径向固结度等应变条件下用下式：井径比 第40页，本讲稿共62页总固结度（大于30%时）：故第41页，本讲稿共62页2逐渐加荷条件下地基固结度的计算 目前常用的有太太沙沙基基修修正正法法和曾国熙提出的改改进进的的高高木木俊俊介介法法，理论上可以证明，能者是近似的，而后者是精确的。改进的高木俊介法通常将实际荷载简化为多级等速加荷，最常用的公式为；第42页，本讲稿共62页3.4 地基抗剪强度增长的预计地基抗剪强度增长的预计曾国熙1975，198l年提出：式中为考虑剪切蠕变及其他因素对强度影响的折减系数。第43页，本讲稿共62页4 真空预压法第44页，本讲稿共62页真空膜第45页，本讲稿
13、共62页水气收集管道系统水气收集管道系统第46页，本讲稿共62页水气收集管道系统水气收集管道系统第47页，本讲稿共62页工作原理第48页，本讲稿共62页处理效果数据第49页，本讲稿共62页真空预压模型试验第50页，本讲稿共62页真空预压处理现场鸟瞰第51页，本讲稿共62页排水预压法的其他一些现场施工照片a 95 feet(29 m)long hanging mast installs wick drains underwaterEQUAKE drains are installed for a new hotel in St.Lucia,British West Indies.The drains were tested by a 5.4 magnitude earthquake even before the hotel was finished.jpg第52页，本讲稿共62页第53页，本讲稿共62页第54页，本讲稿共62页第55页，本讲稿共62页第56页，本讲稿共62页第57页，本讲稿共62页第58页，本讲稿共62页第59页，本讲稿共62页第60页，本讲稿共62页第61页，本讲稿共62页第62页，本讲稿共62页