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1、排水固结法排水固结法 排水固结法排水固结法 n排水固结法是目前土木工程广为采用的地基排水固结法是目前土木工程广为采用的地基处理方法，通过国内外众多专家学者近处理方法，通过国内外众多专家学者近5050年的年的共同努力，在排水系统、水荷载预压、水下真共同努力，在排水系统、水荷载预压、水下真空预压、真空井点降水、真空联合堆载预压加空预压、真空井点降水、真空联合堆载预压加固等方面均取得了大量有较高水平和实用价值固等方面均取得了大量有较高水平和实用价值的成果并在工程中得到广泛的应用。的成果并在工程中得到广泛的应用。n在堆载排水预压法的应用方面，我国已有大在堆载排水预压法的应用方面，我国已有大量成功经验与
2、应用成果（如广东的高速公路、量成功经验与应用成果（如广东的高速公路、深圳湾填海等大型堆载预压加固项目）。深圳湾填海等大型堆载预压加固项目）。深圳河真空预压全貌深圳河真空预压全貌深圳河真空预压全貌深圳河真空预压全貌深圳美视妈湾油库海上抛石围堤、海上铺设土工布、深圳美视妈湾油库海上抛石围堤、海上铺设土工布、回填砂和插板并堆载预压竣工后使用现场回填砂和插板并堆载预压竣工后使用现场四航研究院进行的交通部综合地基加固现场试验（在潮四航研究院进行的交通部综合地基加固现场试验（在潮间带插铺土工布、回填砂垫层、插排水板，并用真空气间带插铺土工布、回填砂垫层、插排水板，并用真空气体、水荷载流体和堆砂固体进行三相
3、体联合预压）体、水荷载流体和堆砂固体进行三相体联合预压）四航研究院珠海前山水荷载预压加固示意图四航研究院珠海前山水荷载预压加固示意图四航研究院深圳妈湾潮间带真空预压一角（退潮时）四航研究院深圳妈湾潮间带真空预压一角（退潮时）排水固结排水固结n加固机理加固机理 n设计与计算设计与计算 n施工工艺施工工艺 n质量检验质量检验 排水固结排水固结n排水固结法是对天然地基，或先在地排水固结法是对天然地基，或先在地基中设置砂井基中设置砂井(袋装砂井或塑料排水带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；或在建筑物建造重量分级逐渐加载；或在建筑物建
4、造前在场地先行加载预压，使土体中的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。降，同时强度逐步提高的方法。排水固结排水固结n常用于解决常用于解决软粘土地基软粘土地基的沉降和稳定的沉降和稳定问题，可使地基的沉降在加载预压期问题，可使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成，使建筑物间基本完成或大部分完成，使建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉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降差。同时，可增加地基土的抗剪强度，从而提高地基的承载力和稳定性。度，从而提高地基的承载力和稳定性。排水固结
5、排水固结n排水固结法是由排水系统和加压系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统两部分共同组合而成的适用范围适用范围n适用于处理各类淤泥、淤泥质土及冲填土等适用于处理各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和粘性土地基。饱和粘性土地基。n砂井法特别适用于存在连续薄砂层的地基。砂井法特别适用于存在连续薄砂层的地基。但砂井只能加速主固结而不能减少次固结，但砂井只能加速主固结而不能减少次固结，对有机质土和泥炭等次固结土，不宜只采用对有机质土和泥炭等次固结土，不宜只采用砂井法。克服次固结可利用超载的方法。砂井法。克服次固结可利用超载的方法。n真空预压法适用于能在加固区形成真空预压法适用于能在加固区
6、形成(包括采取包括采取措施后形成措施后形成)稳定负压边界条件的软土地基。稳定负压边界条件的软土地基。降低地下水位法、真空预压法和电渗法由于降低地下水位法、真空预压法和电渗法由于不增加剪应力，地基不会产生剪切破坏，所不增加剪应力，地基不会产生剪切破坏，所以它适用于很软弱的粘土地基。以它适用于很软弱的粘土地基。排水固结法分类n根据加压和排水两个系统的不同，根据加压和排水两个系统的不同，派生出多种固结加固地基的方法：派生出多种固结加固地基的方法：n美国跨越金山湾南端的美国跨越金山湾南端的Dumbarton桥东侧引道路桥东侧引道路堤场地，路堤下淤泥的抗剪强度小于堤场地，路堤下淤泥的抗剪强度小于5kpa
7、，其固，其固结时间将需要结时间将需要3040年，为了支撑路堤和加速所年，为了支撑路堤和加速所预计的预计的2m沉降量沉降量,采用如下方案：采用如下方案：n1、采用土工聚合物以分布路堤荷载和减小不均、采用土工聚合物以分布路堤荷载和减小不均匀沉降；匀沉降；n2、使用轻质填料以减轻荷载；、使用轻质填料以减轻荷载；n3、采用竖向排水体使固结时缩短到一年以内；、采用竖向排水体使固结时缩短到一年以内；n4、设置土工聚合物滤网以防排水层发生污染等。、设置土工聚合物滤网以防排水层发生污染等。加固机理加固机理 n(1)(1)堆载预压加固机理堆载预压加固机理 n(2)(2)真空预压加固机理真空预压加固机理 (1)(
8、1)堆载预压加固机理堆载预压加固机理n预预压压法法：在在建建筑筑物物建建造造以以前前，在在建建筑筑场场地地进进行行加加载载预预压压，使使地地基基的的固固结结沉沉降降基基本本完完成成并并提高地基土强度的方法。提高地基土强度的方法。n 在在饱饱和和软软土土地地基基上上施施加加荷荷载载后后，孔孔隙隙水水被被缓缓慢慢排排出出，孔孔隙隙体体积积随随之之逐逐渐渐减减少少，地地基基发发生生固固结结变变形形。同同时时随随着着超超静静水水压压力力逐逐渐渐消消散散，有效应力逐渐提高，地基土强度逐渐增长。有效应力逐渐提高，地基土强度逐渐增长。n 在荷载作用下，土层的固结过程就是超静在荷载作用下，土层的固结过程就是超
9、静孔隙水压力孔隙水压力(简称孔隙水压力简称孔隙水压力)消散和有效应消散和有效应力增加的过程。力增加的过程。堆载预压固结法示意图堆载预压固结法示意图(2)(2)真空预压加固机理真空预压加固机理n真空预压法真空预压法：在需要加固的软土地基表面先：在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后埋设垂直排水管道，再用铺设砂垫层，然后埋设垂直排水管道，再用不透气的封闭膜使其与大气隔绝，薄膜四周不透气的封闭膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过砂垫层内埋设的吸水管道，埋入土中，通过砂垫层内埋设的吸水管道，用真空装置进行抽气，使其形成真空，增加用真空装置进行抽气，使其形成真空，增加地基的有效应力。地基的有效应
10、力。n真空预压的原理主要反映在以下几个方面：真空预压的原理主要反映在以下几个方面：1)1)薄膜上承受等于薄膜内外压差的荷载。薄膜上承受等于薄膜内外压差的荷载。2)2)地下水位降低，相应附加应力增加。地下水位降低，相应附加应力增加。3)3)封闭气泡排出，土的渗透性加大。封闭气泡排出，土的渗透性加大。真空预压法示意图n真空预压法真空预压法设计设计与与计计算算 n排水固结法的设计，实质上就是进行排水固结法的设计，实质上就是进行排水系统和加压系统的设计，使地基排水系统和加压系统的设计，使地基在受压过程中排水固结、强度相应增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加以满足逐渐加荷
11、条件下地基稳定性的要求，并加速地基的固结沉降，缩的要求，并加速地基的固结沉降，缩短预压的时间。短预压的时间。设计与计算设计与计算 n堆载预压法处理地基的设计应包括下堆载预压法处理地基的设计应包括下列内容：列内容：n1 1 选择塑料排水带或砂井，确定其断选择塑料排水带或砂井，确定其断面尺寸、间距、排列方式和深度；面尺寸、间距、排列方式和深度；n2 2 确定预压区范围。预压荷载大小、确定预压区范围。预压荷载大小、荷载分级、加载速率和预压时间；荷载分级、加载速率和预压时间；n3 3 计算地基土的固结度、强度增长、计算地基土的固结度、强度增长、抗滑稳定性和变形。抗滑稳定性和变形。设计与计算设计与计算
12、n加载预压法设计包括加压系统和排水加载预压法设计包括加压系统和排水系统的设计。系统的设计。n加加压压系系统统主主要要指指堆堆载载预预压压计计划划以以及及堆堆载材料的选用；载材料的选用；n排排水水系系统统包包括括竖竖向向排排水水体体的的材材料料选选用用、排水体长度、断面、平面布置的确定。排水体长度、断面、平面布置的确定。设计与计算设计与计算 n一、加压系统设计一、加压系统设计n目目前前采采用用的的加加压压方方法法包包括括：堆堆载载法法、利利用用建建筑筑物物自自重重法法、降降水水法法、真真空空法法以及联合法等。以及联合法等。设计与计算设计与计算 n1 1、堆载预压法、堆载预压法n堆载预压是在建筑施
13、工前通过临时堆堆载预压是在建筑施工前通过临时堆填土、砂、石、砖等散料对地基加载填土、砂、石、砖等散料对地基加载预压，使地基土的沉降大部分或分基预压，使地基土的沉降大部分或分基本完成，并因固结而提高地基承载力，本完成，并因固结而提高地基承载力，然后除去堆载，再行建筑施工的一种然后除去堆载，再行建筑施工的一种处理方法。该法适用于各种软粘土地处理方法。该法适用于各种软粘土地基。基。设计与计算设计与计算 n（1 1）堆载预压的计算步骤）堆载预压的计算步骤n由于软粘土地基抗剪强度较低，无论直接由于软粘土地基抗剪强度较低，无论直接建造建筑物还是进行堆载预压往往都不可建造建筑物还是进行堆载预压往往都不可能快
14、速加载，而必须分级逐渐加荷，待前能快速加载，而必须分级逐渐加荷，待前期荷载下地基强度增加到足以加下一级荷期荷载下地基强度增加到足以加下一级荷载时方可加下一级荷载。载时方可加下一级荷载。n计算步骤：先用简便的方法确定一个初步计算步骤：先用简便的方法确定一个初步的加荷计划，然后校核这一加荷计划下地的加荷计划，然后校核这一加荷计划下地基的稳定性和沉降。基的稳定性和沉降。设计与计算设计与计算 n1 1）利用地基的天然地基土抗剪强度）利用地基的天然地基土抗剪强度计算第一级容许施加的荷载计算第一级容许施加的荷载p p1 1。n一般可根据斯开普顿极限荷载的半经一般可根据斯开普顿极限荷载的半经验公式作为初步估
15、算验公式作为初步估算 设计与计算设计与计算 n斯开普顿极限荷载斯开普顿极限荷载设计与计算设计与计算 n饱和软粘土饱和软粘土n条形填土，可根据公式估算：条形填土，可根据公式估算：设计与计算设计与计算 n2 2）计算第一级荷载下地基强度增长值）计算第一级荷载下地基强度增长值p p1 1。n在在p p1 1荷载作用下，经过一段时间预压地基荷载作用下，经过一段时间预压地基强度会提高，提高以后的地基强度为强度会提高，提高以后的地基强度为C Cu1u1,n其中其中CuCu为为p p1 1作用下地基因固结而增长的作用下地基因固结而增长的强度。一般可先假定一固结度，通常可假强度。一般可先假定一固结度，通常可假
16、设为设为70%70%，然后求出强度增量，然后求出强度增量，为考虑为考虑剪切蠕动的强度折减系数。剪切蠕动的强度折减系数。设计与计算设计与计算 n3 3）计算）计算p p1 1作用下达到所确定固结度所作用下达到所确定固结度所需要的时间。需要的时间。n达到某一固结度所需要的时间可根据达到某一固结度所需要的时间可根据固结度与时间的关系求得。此步计算固结度与时间的关系求得。此步计算目的在于确定第一级荷载停歇时间，目的在于确定第一级荷载停歇时间，即第二级荷载开始施加的时间。即第二级荷载开始施加的时间。设计与计算设计与计算 n4 4）根根据据第第二二步步所所得得到到的的地地基基强强度度计计算第二级所能施加的
17、荷载算第二级所能施加的荷载p p2 2。n同同样样，求求出出在在p p2 2作作用用下下地地基基固固结结度度达达70%70%时时的的强强度度以以及及所所需需要要的的时时间间，然然后后计计算算第第三三级级所所能能施施加加的的荷荷载载，依依次次可可计算出以后各级荷载和停歇时间。计算出以后各级荷载和停歇时间。设计与计算设计与计算 n5 5）按按以以上上步步骤骤确确定定的的加加荷荷计计划划进进行行每每一一级级荷荷载载下下地地基基的的稳稳定定性性验验算算。如如稳稳定性不满足要求，则调整加荷计划。定性不满足要求，则调整加荷计划。n6 6）计计算算预预压压荷荷载载下下地地基基的的最最终终沉沉降降量量和和预预
18、压压期期间间的的沉沉降降量量。即即确确定定预预压压荷荷载载卸卸除除的的时时间间，这这时时地地基基在在预预压压荷荷载载下下所所完完成成的的 沉沉降降量量已已达达设设计计要要求求，所所留的沉降是建筑物所允许的留的沉降是建筑物所允许的 。设计与计算设计与计算 n2 2、超载预压、超载预压 n对对沉沉降降有有严严格格限限制制的的建建筑筑，应应采采取取超超载预压法处理地基。载预压法处理地基。n经经超超载载预预压压后后，如如受受压压土土层层各各点点的的有有效效竖竖向向应应力力大大于于建建筑筑物物荷荷载载引引起起的的相相应应点点的的附附加加总总应应力力时时，则则今今后后在在建建筑筑物物荷荷载载作作用用下下地
19、地基基土土将将不不会会再再发发生生主主固固结结变变形形，而而且且将将减减小小次次结结变变形形，并并推迟次固结变形的发生。推迟次固结变形的发生。设计与计算设计与计算 n在在预预压压过过程程中中，任任意意时时间间地地基基的的沉沉降降量量可可表示为：表示为：n可用于：可用于：a a确定所需的超载压力值确定所需的超载压力值p ps s，以保证使用（或以保证使用（或永久）荷载永久）荷载p pf f作用下预期的总沉降量在给定时间完成；作用下预期的总沉降量在给定时间完成；b b确定在给定超载下达到预定沉降所需要的时间。确定在给定超载下达到预定沉降所需要的时间。设计与计算设计与计算 n3 3、真空预压法、真空
20、预压法n真真空空预预压压法法是是在在需需要要加加固固的的软软土土地地基基表表面面先先铺铺设设砂砂垫垫层层，然然后后埋埋设设竖竖向向排排水水体体，竖竖向向排排水水体体常常采采用用袋袋装装砂砂井井、或或塑塑料料排排水水带带。再再用用不不透透气气的的封封闭闭膜膜使使其其与与大大气气隔隔绝绝，薄薄膜膜四四周周埋埋入入土土中中，通通过过砂砂垫垫层层埋埋设设的的吸吸水水管管道道，用用真真空空装装置置进进行行抽抽气气，使使其其形形成成真真空空，使使土土中水排出，增加地基的有效应力。中水排出，增加地基的有效应力。设计与计算设计与计算 n为为了了满满足足某某些些使使用用荷荷载载大大，承承载载力力要要求求高高的的
21、建建筑筑物物的的需需要要，19831983年年开开展展了了真真空空和和堆堆载载联联合合预预压压法法的的研研究究，实实践践证证明明，真真空空预预压压和和堆堆载载预预压压的的效效果果是是可可以以叠叠加加的的。采采用用真真空空和和堆堆载载联联合合预预压压法法已已获获得得过过相相当当130kpa130kpa等效荷载的预压效果。等效荷载的预压效果。设计与计算设计与计算 n（1 1）真空预压的设计）真空预压的设计n设设计计内内容容除除排排水水系系统统外外，主主要要包包括括：密密封封内内的的真真空空度度，加加固固土土层层要要求求达达到到的的平平均均固固结结度度，竖竖向向排排水水体体的的尺尺寸寸，加加固固后后
22、的的沉沉降降和工艺设计等。和工艺设计等。设计与计算设计与计算 nA.A.膜内真空度膜内真空度n真真空空预预压压效效果果和和封封闭闭膜膜内内所所达达到到的的真真空空度度大大小小关关系系极极大大。根根据据国国内内一一些些工工程程的的经经验验，当当采采用用合合理理的的工工艺艺和和设设备备，膜膜内内真真空空度度一一般般可可维维持持600mmHg600mmHg左左右右，相相当当于于80kpa80kpa的的真真空压力，此值可作为最大膜内设计真空度。空压力，此值可作为最大膜内设计真空度。设计与计算设计与计算 nB.B.加固区内要求达到平均固结度加固区内要求达到平均固结度n一一般般可可采采用用80%80%的的
23、固固结结度度。如如工工期期许许可可，也也可可采采用用更更大大一一些些的的固固结结度度作作为为设设计计要要求求达到的固结度。达到的固结度。设计与计算设计与计算 nC.C.竖向排水体竖向排水体n一般采用袋装砂井或塑料排水带。一般采用袋装砂井或塑料排水带。n真真空空预预压压处处理理地地基基时时，必必须须设设置置竖竖向向排排水水体体，由由于于砂砂井井（袋袋装装砂砂井井或或塑塑料料排排水水带带）能能将将真真空空度度从从砂砂垫垫层层中中传传至至土土体体，并并将将土土体体中中的的水水抽抽至至砂砂垫垫层层然然后后排排出出。若若不不设设置置砂井等就起不到上述的作用和加固目的。砂井等就起不到上述的作用和加固目的。
24、n抽抽真真空空的的时时间间与与土土质质条条件件和和竖竖向向排排水水体体的的间间距距密密切切有有关关。达达到到相相同同的的固固结结度度，间间距距越小，则所需的时间越短越小，则所需的时间越短.设计与计算设计与计算 n袋装砂井间距与所需时间关系袋装砂井间距与所需时间关系 设计与计算设计与计算 nD.D.沉降计算沉降计算n先先计计算算加加固固前前建建筑筑物物荷荷载载下下天天然然地地基基的的沉沉降降量量，然然后后计计算算真真空空预预压压期期间间所所完完成成的的沉沉降降量量，两两者者之之差差即即为为预预压压后后在在建建筑筑物物使使用用荷载下可能发生的沉降。荷载下可能发生的沉降。n预预压压期期间间的的沉沉降
25、降可可根根据据设设计计要要求求达达到到固固结结度推算加固区所增加的平均有效应力。度推算加固区所增加的平均有效应力。设计与计算设计与计算 n4 4、真空、真空堆载联合预压法堆载联合预压法n对对承承载载力力要要求求高高，沉沉降降限限制制严严的的建建筑筑物物，可可采采用用真真空空堆堆载载联联合合预预压压法法。真真空空是是负负压压，堆堆载载是是正正压压，通通过过实实际际工工程程测测出出的的效效果是可以叠加的。果是可以叠加的。真空真空堆载联合预压法示意图堆载联合预压法示意图n4 4、真空、真空堆载联合预压法堆载联合预压法设计与计算设计与计算 n真真空空预预压压的的总总面面积积不不得得小小于于基基础础外外
26、边边缘缘所所包包围围的的面面积积，一一般般真真空空的的边边缘缘应应比比建建筑筑物物基基础础外外缘缘超超出出2 23m3m，另另外外，每每块块预预压压的的面面积积尽尽可可能能大大，彼彼此此间间可可搭搭接接或或有有一一定定间间距距。加加固固面面积积越越大大，加加固固面面积积与与周周边边长长度度之之比比也也越越大大。气气密密性性也也越越好好，真真空空度度也也越越高高。根根据据现现有有的的材材料料和和工工艺艺设设备备，每每块块面面积积已已达达3 3万。万。n当当在在加加固固区区发发现现有有透透气气层层和和透透水水层层时时，一一般般可可在在塑塑料料薄薄膜膜周周边边采采用用另另加加水水泥泥土土搅搅拌拌桩的
27、壁式密封措施。桩的壁式密封措施。真空度与加固面真空度与加固面积积的关系的关系 设计与计算设计与计算 n5 5、降低地下水位预压法、降低地下水位预压法 n降降低低地地下下水水位位法法是是指指利利用用井井点点抽抽水水降降低低地地下下水水位以增加土的自重应力，达到预压加固的目的。位以增加土的自重应力，达到预压加固的目的。n最最适适用用于于砂砂性性土土或或在在软软粘粘土土层层中中存存在在砂砂或或粉粉土土的情况。的情况。n对对于于深深度度的的软软粘粘土土层层，为为加加速速其其固固结结，往往往往设设置置砂砂井井并并采采用用井井点点法法降降低低地地下下水水位位。当当应应用用真真空空装装置置降降水水时时，地地
28、下下水水位位约约可可降降低低5 56m6m，产产生生的的预预压压荷荷载载为为505060kpa60kpa，相相当当于于3m3m左左右右的的砂砂石石堆堆载载。若若需需要要更更深深的的降降水水时时，则则需需要要用用高高扬扬程程的井点法。的井点法。设计与计算设计与计算 n各类井点的适用范围各类井点的适用范围 轻型井点降水轻型井点降水n轻型井点降水轻型井点降水 喷射井点降水喷射井点降水n喷射井点降水喷射井点降水 电渗井点降水电渗井点降水n电渗井点降水电渗井点降水 二级井点降水二级井点降水n二级井点降水二级井点降水 滤管及沉管滤管及沉管n滤管及沉管滤管及沉管 设计与计算设计与计算 n6 6、利用建筑物自
29、重加压法、利用建筑物自重加压法 n直直接接利利用用建建筑筑物物自自身身重重量量，分分期期施施工工，使使地地基基在在前前期期荷荷载载下下固固结结，强强度度提提高高到到满满足足下下一一级级荷荷载载再再继继续续施施工工，如如此此反反复复，直直至至建建筑筑物物竣竣工工，达达到到使使用用荷荷载载。由由于于在在施施工工过过程程中中，地地基基逐逐渐渐发发生生固固结结沉沉降降，至至建建筑筑物物使使用用时时沉沉降降大大部部分分完完成。该法不需要另外的加载系统，经济有效。成。该法不需要另外的加载系统，经济有效。n适适用用于于某某些些对对沉沉降降要要求求不不严严格格（能能够够适适应应较较大大变变形形），而而以以地地
30、基基稳稳定定性性为为控控制制条条件件的的建建筑筑物物，如路堤、土坝、油罐等。如路堤、土坝、油罐等。设计与计算设计与计算 n二、排水系统设计二、排水系统设计n1 1）竖向排水体材料选择）竖向排水体材料选择 n2)2)砂井或塑料排水带直径砂井或塑料排水带直径n3)3)砂井或塑料排水带间距砂井或塑料排水带间距n4)4)砂井排列方式砂井排列方式n5)5)竖向排水体深度设计竖向排水体深度设计n6 6）地表排水砂垫层设计）地表排水砂垫层设计 设计与计算设计与计算 n二、排水系统设计二、排水系统设计n1 1）竖向排水体材料选择）竖向排水体材料选择 n竖向排水体可采用普通砂井、袋装砂竖向排水体可采用普通砂井、
31、袋装砂井和塑料排水带。若竖向排水体长度井和塑料排水带。若竖向排水体长度超过超过20m20m，建议采用普通砂井。制作砂，建议采用普通砂井。制作砂井的砂宜用中粗砂，不应有草根等杂井的砂宜用中粗砂，不应有草根等杂物，其含泥量不能超过物，其含泥量不能超过3%3%。设计与计算设计与计算 n2)2)砂井或塑料排水带直径砂井或塑料排水带直径n普通砂井直径可取普通砂井直径可取300-500mm300-500mm，井径比为，井径比为6 68 8；袋装砂井直径可取；袋装砂井直径可取70-100mm;70-100mm;井径比为井径比为15152020；塑塑料料排排水水带带尺尺寸寸一一般般为为100mm4mm100m
32、m4mm，井井径径比比为为15153030。n塑料排水带的当量换算直径塑料排水带的当量换算直径设计与计算设计与计算n3)3)砂井或塑料排水带间距砂井或塑料排水带间距n可根据地基土的固结特性和预定时间内可根据地基土的固结特性和预定时间内所要求达到的固结度确定。所要求达到的固结度确定。n通常砂井的间距可按井径比通常砂井的间距可按井径比n n确定。确定。（n=dn=de e/d/dw w,d,de e为砂井的有效排水圆柱体为砂井的有效排水圆柱体直径，直径，d dw w为砂井直径）为砂井直径）n普通砂井的间距可按普通砂井的间距可按n=6-8 n=6-8 选用；袋装选用；袋装砂井或塑料排水带的间距可按砂
33、井或塑料排水带的间距可按n=15-n=15-2020（3030）选用。选用。设计与计算设计与计算n3)3)砂井砂井设计与计算设计与计算n4)4)砂井排列方式砂井排列方式n砂井的平面布置可采用等边三角形或正方形排列。砂井的平面布置可采用等边三角形或正方形排列。以正三角形排列较为紧凑和有效。以正三角形排列较为紧凑和有效。n 正方形排列时：正方形排列时：d de e=1.13s =1.13s n 正三角形排列时：正三角形排列时：d de e=1.05s =1.05s n 式中式中d de e每一个砂井有效影响范围的直径每一个砂井有效影响范围的直径;n s s砂井间距。砂井间距。n竖向排水体的布置范围
34、一般由基础的轮廓线向外竖向排水体的布置范围一般由基础的轮廓线向外增大大约增大大约2 24m4m。设计与计算设计与计算n5)5)竖向排水体深度设计竖向排水体深度设计 n竖竖向向排排水水体体深深度度主主要要根根据据土土层层分分布布、附附加加应应力力大大小小、施工期限和施工条件及地基稳定性等因素确定。施工期限和施工条件及地基稳定性等因素确定。n(a)(a)当当软软土土层层不不厚厚、底底部部有有透透水水层层时时，排排水水体体应应尽尽可可能能穿透软土层；穿透软土层；n(b)(b)当当深深厚厚的的高高压压缩缩性性土土层层间间有有砂砂层层或或砂砂透透镜镜体体时时，排排水水体体应应尽尽可可能能打打至至砂砂层层
35、或或砂砂透透镜镜体体。而而采采用用真真空空预预压压时时应应尽尽量量避避免免排排水水体体与与砂砂层层相相连连接接，以以免免影影响响真真空空效效果；果；n(c)(c)对于无砂层的深厚地基则可根据其稳定性及建筑物对于无砂层的深厚地基则可根据其稳定性及建筑物在地基中造成的附加应力与自重应力之比值确定在地基中造成的附加应力与自重应力之比值确定(一般一般为为0.10.10.2)0.2)；设计与计算设计与计算n(d)(d)按稳定性控制的工程，如路堤、土坝、按稳定性控制的工程，如路堤、土坝、岸坡、堆料等，排水体深度应通过稳定分岸坡、堆料等，排水体深度应通过稳定分析确定，排水体长度应大于最危险滑动面析确定，排水
36、体长度应大于最危险滑动面2m2m的深度。的深度。n(e)(e)按按沉沉降降控控制制的的工工程程，排排水水体体长长度度可可从从压压载载后后的的沉沉降降量量满满足足上上部部建建筑筑物物容容许许的的沉沉降降量来确定。量来确定。n竖向排水体长度一般为竖向排水体长度一般为101025m25m。设计与计算设计与计算n6 6）地表排水砂垫层设计）地表排水砂垫层设计n砂砂井井顶顶部部应应铺铺设设砂砂垫垫层层，以以连连通通各各砂砂井井将将水水排排到工程场地以外。到工程场地以外。n砂砂垫垫层层应应形形成成一一个个连连续续的的、有有一一定定厚厚度度的的排排水水层，以免地基沉降时被切断而使排水通道堵塞。层，以免地基沉
37、降时被切断而使排水通道堵塞。n陆陆上上施施工工时时，砂砂垫垫层层厚厚度度一一般般取取0.5m0.5m左左右右；水水下施工时，一般为下施工时，一般为1m1m左右。左右。n砂砂垫垫层层的的宽宽度度应应大大于于堆堆载载宽宽度度或或建建筑筑物物的的底底宽宽，并伸出砂井区外边线并伸出砂井区外边线2 2倍砂井直径。倍砂井直径。n在在砂砂料料贫贫乏乏地地区区，可可采采用用连连通通砂砂井井的的纵纵横横砂砂沟沟（2-3D2-3D，40-60cm40-60cm）深）深代替整片砂垫层。代替整片砂垫层。设计与计算设计与计算n现场监测设计现场监测设计 n监监测测项项目目一一般般包包括括地地面面沉沉降降观观测测、水水平平
38、位位移移观观测测和和孔孔隙隙水水压压力力观观测测，如如有有条条件件可可进进行行地地基基中中深层沉降和水平位移观测。深层沉降和水平位移观测。n控控制制要要求求：竖竖井井地地基基，最最大大竖竖向向变变形形量量每每天天不不应应超超过过15mm15mm，天天然然地地基基，最最大大竖竖向向变变形形量量每每天天不不应应超超过过l0mml0mm；边边桩桩水水平平位位移移每每天天不不应应超超过过5mm5mm；地地基基中中孔孔压压不不得得超超过过预预压压荷荷载载的的505060%60%，并并应应根根据据上上述述观观察察资资料料综综合合分分析析、判判断断地地基基的的稳稳定定性性。预预压压荷荷载载的的卸卸荷荷时时间
39、间一一般般控控制制在在固固结度为结度为85%85%左右。左右。设计与计算设计与计算n三、计算理论三、计算理论 n1)1)地基固结度的计算地基固结度的计算 n2)2)地基土抗剪强度的计算地基土抗剪强度的计算 n3 3）地基的最终竖向变形量）地基的最终竖向变形量设计与计算设计与计算n1)1)地基固结度的计算地基固结度的计算n在一级或多级等速加荷条件下，在一级或多级等速加荷条件下，t t时刻对应时刻对应总荷载的地基平均固结度总荷载的地基平均固结度 设计与计算设计与计算n 、参数参数 设计与计算设计与计算n2)2)地基土抗剪强度的计算地基土抗剪强度的计算n地基中某一点在某一时刻的抗剪强度地基中某一点在
40、某一时刻的抗剪强度 预压荷载下地基的最终竖向变形量预压荷载下地基的最终竖向变形量排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺 n一、铺设水平排水砂垫层；一、铺设水平排水砂垫层；n二、设置竖向排水体；二、设置竖向排水体；n三、施加固结压力。三、施加固结压力。排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺n一、铺设水平排水砂垫层；一、铺设水平排水砂垫层；n垫层材料垫层材料 ：渗水好的砂料，其渗透系数一般不：渗水好的砂料，其渗透系数一般不低于低于1010-3-3cm/scm/s，同时能起到一定的反滤作用。常，同时能起到一定的反滤作用。常用级配良好的中粗砂。也可采用连通砂井的砂用级配良好的中粗砂。也可采用连通砂井的砂沟
41、（沟（2-3D2-3D，40-60cm40-60cm深）代替整片砂垫层。不宜深）代替整片砂垫层。不宜采用粉、细砂。采用粉、细砂。n垫层厚度垫层厚度 ：满足渗流水能及时排出，应起到持：满足渗流水能及时排出，应起到持力层的作用。一般应选用力层的作用。一般应选用303050cm50cm厚度。对新厚度。对新吹填不久的或无硬壳层的软粘土及水下施工的吹填不久的或无硬壳层的软粘土及水下施工的特殊条件，应采用厚的或混合料排水垫层。特殊条件，应采用厚的或混合料排水垫层。n垫层施工垫层施工 ：机械分堆摊铺、堆成若干砂堆，然：机械分堆摊铺、堆成若干砂堆，然后用推土机或人工摊平。后用推土机或人工摊平。排水固结法施工工
42、艺排水固结法施工工艺n二、竖向排水体施工二、竖向排水体施工 n材料：材料：303050cm50cm直径的普通砂井；直径的普通砂井；7 712cm12cm直径的袋装砂井；直径的袋装砂井；10cm 10cm宽的塑料排水带。宽的塑料排水带。n1 1、砂井施工、砂井施工 n2 2、袋装砂井施工、袋装砂井施工 n3 3、塑料排水带施工、塑料排水带施工 排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺n1 1、砂井施工、砂井施工n要求：要求：a a保证砂井连续和密实，并且不保证砂井连续和密实，并且不出现颈缩现象；出现颈缩现象；b b尽量减少对周围土的尽量减少对周围土的扰动；扰动；c c砂井的长度、直径和间距应满砂井的
43、长度、直径和间距应满足设计要求。足设计要求。n先在地基中成孔，再在孔内灌砂形成先在地基中成孔，再在孔内灌砂形成砂井。应尽量选用对周围土扰动小且砂井。应尽量选用对周围土扰动小且施工效率高的方法施工效率高的方法 。n典型方法有套管法、射水法、螺旋钻典型方法有套管法、射水法、螺旋钻成孔法和爆破法。成孔法和爆破法。排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺n振动沉管法：以振动锤为动力，将套振动沉管法：以振动锤为动力，将套管沉到预定深度，灌砂后振动、提管管沉到预定深度，灌砂后振动、提管形成砂井。避免了管内砂随管带上，形成砂井。避免了管内砂随管带上，保证砂井的连续性，同时砂受到振密，保证砂井的连续性，同时砂受到
44、振密，砂井质量较好。砂井质量较好。n射水法：利用高压水通过射水管形成射水法：利用高压水通过射水管形成高速水流的冲击和环刀的机械切削，高速水流的冲击和环刀的机械切削，使土体破坏，并形成一定直径和深度使土体破坏，并形成一定直径和深度的砂井孔，然后灌砂而成砂井。对土的砂井孔，然后灌砂而成砂井。对土质较好且均匀的粘性土地基较适用。质较好且均匀的粘性土地基较适用。排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺n螺旋钻成孔法：用动力螺旋钻钻孔，提钻螺旋钻成孔法：用动力螺旋钻钻孔，提钻后孔内灌砂成形。此法适用于陆上工程、后孔内灌砂成形。此法适用于陆上工程、砂井长度在砂井长度在10m 10m 以内，土质较好，不会出以内
45、，土质较好，不会出现缩颈和塌孔现象的软弱地基。设备简单现缩颈和塌孔现象的软弱地基。设备简单而机动，成孔比较规整，但灌砂质量较难而机动，成孔比较规整，但灌砂质量较难掌握，对很软弱的地基也不太适用。掌握，对很软弱的地基也不太适用。n爆破法：先用直径爆破法：先用直径73mm 73mm 的螺纹钻钻成一个的螺纹钻钻成一个砂井所要求设计深度的孔，在孔中放置由砂井所要求设计深度的孔，在孔中放置由传爆线和炸药组成的条形药包，爆破后将传爆线和炸药组成的条形药包，爆破后将孔扩大，然后往孔内灌砂形成砂井。适用孔扩大，然后往孔内灌砂形成砂井。适用于深度为于深度为6-7m 6-7m 的浅砂井。的浅砂井。深圳河打设砂井桩
46、和排水板示意图深圳河打设砂井桩和排水板示意图排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺n砂井可能产生的质量事故砂井可能产生的质量事故排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺n缺点：缺点：n套套管管成成孔孔法法在在打打设设套套管管时时必必将将扰扰动动其其周周围围土土，使使透透水水性减弱（即涂抹作用）；性减弱（即涂抹作用）；n射射水水成成孔孔法法对对含含水水量量高高的的软软土土地地基基施施工工质质量量难难以以保保证证，砂井中容易混入较多的泥砂；砂井中容易混入较多的泥砂；n螺螺旋旋钻钻成成孔孔法法在在含含水水量量高高的的软软土土中中难难做做到到孔孔壁壁直直立立，施工中需排除废土，适用范围受到一定限制。施工中需
47、排除废土，适用范围受到一定限制。n对对含含水水量量很很高高的的软软土土，应应用用砂砂井井易易产产生生缩缩颈颈、断断颈颈或或错位现象。错位现象。n普普通通砂砂井井当当地地面面荷荷载载较较大大时时，软软土土层层便便产产生生侧侧向向变变形形，也可能使砂井错位。也可能使砂井错位。排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺n2 2、袋装砂井施工、袋装砂井施工n袋装砂井是普通砂井的改良和发展。是用具有袋装砂井是普通砂井的改良和发展。是用具有一定伸缩性和抗拉强度很高的聚丙烯或聚乙烯一定伸缩性和抗拉强度很高的聚丙烯或聚乙烯编制袋装满砂子，基本解决了大直径砂井所存编制袋装满砂子，基本解决了大直径砂井所存在的问题，使砂
48、井的设计和施工更加科学化，在的问题，使砂井的设计和施工更加科学化，保证砂井的连续性；施工设备实现了轻型化，保证砂井的连续性；施工设备实现了轻型化，比较适应在软土地基上施工；用砂量大为减少；比较适应在软土地基上施工；用砂量大为减少；施工速度快、工程造价低，是一种比较理想的施工速度快、工程造价低，是一种比较理想的竖向排水体。竖向排水体。排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺n（1 1）施工机具）施工机具 n成孔方式：锤击打入法、水冲法、静力压成孔方式：锤击打入法、水冲法、静力压入法、钻孔法和振动贯入法。入法、钻孔法和振动贯入法。n用于袋装砂井施工的专用设备：导管式振用于袋装砂井施工的专用设备：导管式
49、振动打设机动打设机 。排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺n（2 2）砂袋材料的选择）砂袋材料的选择n砂袋材料必须具有透水、透气、足够的强砂袋材料必须具有透水、透气、足够的强度、韧性和柔性，并且在水中能起耐腐蚀度、韧性和柔性，并且在水中能起耐腐蚀和滤网作用。聚丙烯或聚乙烯编制袋。和滤网作用。聚丙烯或聚乙烯编制袋。n袋装砂井的直径一般采用袋装砂井的直径一般采用7070120120，间距，间距1.51.52.0m2.0m，井径比为，井径比为15152020。袋装砂井的施工过程袋装砂井的施工过程袋装砂井的施工过程袋装砂井的施工过程排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺n3 3、塑料排水带施工、塑料排水
50、带施工 n塑料排水带是用专门插板机将其插入塑料排水带是用专门插板机将其插入地基中。然后在地基表面加载预压地基中。然后在地基表面加载预压（或采用真空预压），土中水沿塑料（或采用真空预压），土中水沿塑料带的通道溢出，从而使地基土得到加带的通道溢出，从而使地基土得到加固方法。固方法。排水固结法施工工艺排水固结法施工工艺n（1 1）塑料排水带材料）塑料排水带材料 n由芯板和滤膜组成。芯板是由聚丙烯和聚乙烯塑料加由芯板和滤膜组成。芯板是由聚丙烯和聚乙烯塑料加工而成的两面有间隔沟槽的板体。土层中的固结渗流工而成的两面有间隔沟槽的板体。土层中的固结渗流水通过滤膜渗入到滤槽内，并通过沟槽从排水垫层中水通过滤膜