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1、33应用排水固结法的主要目的应用排水固结法的主要目的应用排水固结法的主要目的包括三个方面：应用排水固结法的主要目的包括三个方面：减减减减少少少少建建建建筑筑筑筑地地地地基基基基沉沉沉沉降降降降，使使使使地地地地基基基基的的的的沉沉沉沉降降降降在在在在加加加加载载载载预预预预压压压压期期期期间间间间大大大大部部部部或或或或基基基基本本本本完完完完成成成成，使使使使建建建建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差；筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差；筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差；筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差；通通通通过过过过排排排排水水水水固固固固结结结结，加加加加速
2、速速速地地地地基基基基土土土土的的的的抗抗抗抗剪剪剪剪强强强强度度度度的的的的增增增增长长长长，提提提提高高高高建建建建筑筑筑筑地地地地基基基基强强强强度度度度及及及及稳稳稳稳定定定定性；性；性；性；消消消消除除除除欠欠欠欠固固固固结结结结软软软软土土土土地地地地基基基基中中中中桩桩桩桩承承承承受受受受的的的的负负负负摩摩摩摩阻阻阻阻力力力力，并并并并可可可可消消消消除除除除竣竣竣竣工工工工后后后后地地地地基基基基的的的的不不不不均均均均匀匀匀匀沉降等。沉降等。沉降等。沉降等。第1页/共56页排排水水固固结结加加加加压压压压系系系系统统统统：为为为为地地地地基基基基提提提提供供供供固固固固结结
3、结结压压压压力力力力，使使使使地地地地基基基基产产产产生生生生附附附附加加加加压压压压力力力力而而而而发发发发生生生生排排排排水水水水固固固固结结结结(给给给给地地地地基基基基提提提提供供供供排排排排水水水水固固固固结结结结动力动力动力动力)排排排排水水水水系系系系统统统统：为为为为改改改改善善善善原原原原地地地地基基基基天天天天然然然然排排排排水水水水系系系系统统统统的的的的边边边边界界界界条条条条件件件件，增增增增加加加加孔孔孔孔隙隙隙隙水水水水排排排排出出出出路路路路径径径径、缩缩缩缩短短短短排排排排水水水水距距距距离离离离(加加加加速地基土排水固结进程速地基土排水固结进程速地基土排水固
4、结进程速地基土排水固结进程)竖竖向向排排水水体体(普普通通砂砂井井；袋袋装装砂砂井井；塑料排水板，其它排水方式塑料排水板，其它排水方式)水平排水体水平排水体砂垫层。砂垫层。加载法：加载法：(堆载预压法；超载预压法；堆载预压法；超载预压法；建筑物自重分级加载法建筑物自重分级加载法)真空预压法；真空预压法；降水预压法；降水预压法；电渗法；电渗法；联合法；联合法；关键是排水通道便关键是排水通道便于施工、透水性好于施工、透水性好关键是提高压力场关键是提高压力场梯度值梯度值排水固结法由排水系统与加压系统组成排水固结法由排水系统与加压系统组成44排水固结系统的组成排水固结系统的组成第2页/共56页pp 加
5、加加加压压压压系系系系统统统统是是是是地地地地基基基基实实实实现现现现排排排排水水水水固固固固结结结结的的的的基基基基本本本本保保保保证证证证，排排排排水水水水系系系系统统统统是是是是实实实实现现现现地地地地基基基基内内内内水水水水体体体体顺顺顺顺利利利利排排排排出的一种有效手段。出的一种有效手段。出的一种有效手段。出的一种有效手段。pp 二二二二者者者者关关关关系系系系：如如如如没没没没有有有有加加加加压压压压系系系系统统统统，孔孔孔孔隙隙隙隙中中中中的的的的水水水水没没没没有有有有压压压压力力力力差差差差就就就就不不不不会会会会自自自自然然然然排排排排出出出出，地地地地基基基基也也也也就就
6、就就得得得得不不不不到到到到加加加加固固固固；如如如如果果果果只只只只增增增增加加加加固固固固结结结结压压压压力力力力，不不不不缩缩缩缩短短短短土土土土层层层层的的的的排排排排水水水水距距距距离离离离，则则则则不不不不能能能能在在在在预预预预压压压压期期期期间尽快地完成设计所要求的沉降量，强度不能及时提高，加载也不能顺利进行。间尽快地完成设计所要求的沉降量，强度不能及时提高，加载也不能顺利进行。间尽快地完成设计所要求的沉降量，强度不能及时提高，加载也不能顺利进行。间尽快地完成设计所要求的沉降量，强度不能及时提高，加载也不能顺利进行。5 5、排水系统与加压系统的关系、排水系统与加压系统的关系加压
7、加压与与排水排水这两个系统，在设计时总是联系起来考虑的。这两个系统，在设计时总是联系起来考虑的。第3页/共56页6 6、各种预压法简介、各种预压法简介 荷载作用下，地基土层的固结过程实质上就是孔隙水压力不断消荷载作用下，地基土层的固结过程实质上就是孔隙水压力不断消散和有效应力不断增长的过程。散和有效应力不断增长的过程。排水和加压系统就是改变地基应力场中的总应力排水和加压系统就是改变地基应力场中的总应力和孔隙水压和孔隙水压力力u u来达到增大有效应力来达到增大有效应力、实现压缩土层的目的。、实现压缩土层的目的。其中其中其中其中1)1)1)1)堆载预压法。堆载预压法。堆载预压法。堆载预压法。是用填
8、土等外荷对地基预压而增加地基总应力是用填土等外荷对地基预压而增加地基总应力是用填土等外荷对地基预压而增加地基总应力是用填土等外荷对地基预压而增加地基总应力，使孔隙水压力使孔隙水压力使孔隙水压力使孔隙水压力u u u u消散来增加有效应力消散来增加有效应力消散来增加有效应力消散来增加有效应力；2)2)2)2)真空预压法。真空预压法。真空预压法。真空预压法。是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜内外形是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜内外形是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜内外形是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，使膜内外形成气压差成气压差成气压差成气压差(总压力不变总压力不变总压力不变总压
9、力不变,仍为大气压及土体自重压力仍为大气压及土体自重压力仍为大气压及土体自重压力仍为大气压及土体自重压力)、减少孔隙水压、减少孔隙水压、减少孔隙水压、减少孔隙水压力，增加有效应力的过程。力，增加有效应力的过程。力，增加有效应力的过程。力，增加有效应力的过程。土层在负的超静水压力下排水固结，称土层在负的超静水压力下排水固结，称土层在负的超静水压力下排水固结，称土层在负的超静水压力下排水固结，称为负压固结；为负压固结；为负压固结；为负压固结；第4页/共56页3)3)3)3)降降降降水水水水预预预预压压压压法法法法、电电电电渗渗渗渗排排排排水水水水预预预预压压压压法法法法。是是是是在在在在总总总总应
10、应应应力力力力不不不不变变变变的的的的情情情情况况况况下下下下，通通通通过过过过减减减减小小小小地地地地基基基基内内内内孔孔孔孔隙隙隙隙水水水水压压压压力力力力来来来来增增增增加加加加有有有有效效效效应应应应力力力力的的的的方方方方法法法法。其其其其中中中中，降降降降水水水水预预预预压压压压也也也也是土层在负的超静水压力下排水固结，属于负压固结。是土层在负的超静水压力下排水固结，属于负压固结。是土层在负的超静水压力下排水固结，属于负压固结。是土层在负的超静水压力下排水固结，属于负压固结。真真真真空空空空预预预预压压压压、降降降降水水水水预预预预压压压压和和和和电电电电渗渗渗渗排排排排水水水水预
11、预预预压压压压方方方方法法法法由由由由于于于于不不不不增增增增加加加加剪剪剪剪应应应应力力力力，地地地地基基基基不不不不会会会会产产产产生生生生剪剪剪剪切切切切破破破破坏坏坏坏，适适适适用用用用于于于于很很很很软软软软弱弱弱弱的的的的黏黏黏黏土土土土地地地地基基基基的的的的排排排排水水水水固固固固结结结结处处处处理理理理，而且也不需要控制加载速率。而且也不需要控制加载速率。而且也不需要控制加载速率。而且也不需要控制加载速率。4 4）电渗排水预压法。电渗排水预压法。是在土中插入金属电极、通以直流电是在土中插入金属电极、通以直流电,借助于电借助于电场作用使土中水从阳极流向阴极排走场作用使土中水从阳
12、极流向阴极排走,且不让水在阳极附近补充，从且不让水在阳极附近补充，从而降低土中的含水量或地下水位而降低土中的含水量或地下水位,加速固结。加速固结。第5页/共56页图图4-2-14-2-1排水固结法增大地排水固结法增大地基土密度的原理基土密度的原理 亦即大部分压缩变形亦即大部分压缩变形()在预压阶在预压阶段已经消除段已经消除(再压缩曲线再压缩曲线fgcfgc )。一、堆载预压加固机理一、堆载预压加固机理c c点点卸卸压压 (卸卸荷荷曲曲线线cefcef)，孔孔隙隙比比增增大大 值值,土土体体抗抗剪剪强强度度下下降降 。由于由于1 1、预压力学变化过程、预压力学变化过程第二节：加固机理第二节：加固
13、机理第二节：加固机理第二节：加固机理 土体经预压之后，压缩变形量得以提前土体经预压之后，压缩变形量得以提前完成完成 假假定定土土体体天天然然固固结结压压力力 0 0 对对应应的的孔孔隙隙比为比为e eo o(对应对应a a点点)。压压力力增增加加 ，孔孔隙隙比比减减小小e e，固固结结终终止止于于c c点点(压压缩缩曲曲线线abcabc)，对对应应抗抗剪剪强强度增加度增加。第6页/共56页 如如果果对对地地基基施施加加的的荷荷载载大大于于建建(构构)筑筑荷荷载载，如如图图4-2-1中中的的d点点所所对对应应的的压压力力，则则会会进进一一步步增增大大地地层层的的固固结结程程度度，大大大大减减少少
14、地地基基的的沉沉降降量量，该该方方法法称称为为超超载载预预压压排排水水固结法固结法。图图4-2-14-2-1排水固结法增大地基土密排水固结法增大地基土密度的原理度的原理 第7页/共56页 根根据据土土力力学学，地地基基内内某某点点总总应应力力、有有效效应应力力、及及孔孔隙隙水压力水压力u u 之间的关系为之间的关系为:=-u u;固结度固结度U 可表示为：可表示为：加载的固结过程可表示为：加载的固结过程可表示为：；，固结完成。固结完成。显然，显然，U 随有效应力随有效应力的增加而增大并趋向于的增加而增大并趋向于1。2 2、加载的固结过程、加载的固结过程第8页/共56页 根根根根据据据据固固固固
15、结结结结理理理理论论论论，固固固固结结结结所所所所需需需需时时时时间间间间和和和和排排排排水水水水距距距距离离离离的的的的平平平平方方方方成成成成正正正正比比比比，土土土土层层层层越厚，固结延续的时间越长。越厚，固结延续的时间越长。越厚，固结延续的时间越长。越厚，固结延续的时间越长。a a a a 竖向双面排水竖向双面排水 bb砂砂井地基排井地基排水水 图图4-2-24-2-2排水法的原理排水法的原理排排排排水水水水系系系系统统统统(竖竖竖竖向向向向、水水水水平平平平排排排排水水水水体体体体)作作作作用用用用:改改改改善善善善地地地地基基基基排排排排水水水水边边边边界界界界条条条条件件件件，增
16、增增增强强强强土土土土层的排水固结效果。层的排水固结效果。层的排水固结效果。层的排水固结效果。33、固结所需时间、固结所需时间 为为为为加加加加快快快快土土土土层层层层的的的的固固固固结结结结速速速速度度度度，最最最最有有有有效效效效的的的的方方方方法法法法是是是是增增增增加加加加土土土土层层层层的的的的排水途径，缩短排水距离排水途径，缩短排水距离排水途径，缩短排水距离排水途径，缩短排水距离。具具具具体体体体排排排排水水水水手手手手段段段段：设设设设置置置置竖竖竖竖向向向向排排排排水水水水体体体体(砂砂砂砂井井井井、塑塑塑塑料料料料排排排排水水水水板板板板(袋袋袋袋)+)+)+)+水平排水体水
17、平排水体水平排水体水平排水体(砂垫层砂垫层砂垫层砂垫层)第9页/共56页第10页/共56页二、真空预压加固机理二、真空预压加固机理 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层；垫层；当当抽抽真真空空时时，先先后后在在地地表表砂砂垫垫层层及及竖竖向向排排水水通通道道内内逐逐步步形形成成负负压压，使使土土体体内内部部与与排排水水通通道道、垫垫层层之之间间形形成成压压差差。在在此此压压差差作作用用下下，土土体体中中的的孔孔隙隙水水不不断断由由排排水水通通道道排排出出，从从而而使土体固结。使土体固结。然后埋设垂直排水管道；然后埋设垂直排水管道；再再用
18、用不不透透气气的的封封闭闭膜膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中；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，用真空装置进行抽气，使其形成真空，增加地基的有效应力，见图图4-2-34-2-3。第11页/共56页a真空预压过程示意图;b增压的有效应力图图4-2-34-2-3真空预压原理真空预压原理第12页/共56页真空预压的原理主要反映在以下三个方面：真空预压的原理主要反映在以下三个方面：1)薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载。2)地下水位降低，相应增加附加应力。3)封闭气泡排出，土的渗透性加大。真真空空预预压压是是将将覆覆盖盖于于地地面面密密封封膜膜下下的的地地基基通通过过抽抽
19、气气泵泵抽抽为为真真空空状状态，使膜内外形成气压差。态，使膜内外形成气压差。地地基基达达到到完完全全真真空空时时，理理论论上上可可产产生生一一个个大大气气压压(100kPa)(100kPa)的的预预压压荷荷载载(实实际际只只能能达达到到85-90kPa)85-90kPa)，从从而而使使土土层层产产生生固固结结压压力力。即即在在总应力不变情况下，通过减小孔隙水压力来增加有效应力的方法。总应力不变情况下，通过减小孔隙水压力来增加有效应力的方法。真真空空预预压压和和降降水水预预压压是是在在负负超超静静水水压压力力下下排排水水固固结结，故故称称为为负负压压固结。固结。第13页/共56页二、预压加固机理
20、总结二、预压加固机理总结形象比喻形象比喻形象比喻形象比喻：u堆堆载载预预压压是是一一种种“推推车车”排排水水法法，直直接接通通过过增增加加外外荷荷载载对对地地基基施施压压，达达到到提提高空隙水压力的目的，进而对水体实施高空隙水压力的目的，进而对水体实施“强行挤出强行挤出”；u真真空空预预压压是是一一种种“拉拉车车”排排水水法法，即即通通过过人人为为降降低低“出出水水口口”的的压压力力，使使得得地基中的水体获得高水头差，并实现水体的排出；地基中的水体获得高水头差，并实现水体的排出；u两者两者都是形成相对强的水力梯度场，从而达到都是形成相对强的水力梯度场，从而达到“驱水驱水”的目的。的目的。第14
21、页/共56页第三节第三节第三节第三节 设计与计设计与计设计与计设计与计算算算算 一、设计的关键一、设计的关键仅仅设设置置排排水水系系统统，无无加加压压系系统统，孔孔隙隙中中的的水水就就没没有有压压力力差差，水水难难以以排排出，出，地基无法得到加固；地基无法得到加固；只只增增加加固固结结压压力力，土土层层的的排排水水距距离离不不缩缩短短，不不能能在在预预压压期期间间完完成成设设计计要求的沉降量，要求的沉降量，强度不能及时提高，加载也不能顺利进行。强度不能及时提高，加载也不能顺利进行。排排水水固固结结法法设设计计的的关关键键：合合理理布布置置排排水水系系统统和和加加压压系系统统两两者者之之间间的的
22、关关系系，使使地地基基在在受受压压过过程程中中顺顺利利实实现现排排水水固固结结，并并增增加加一一部部分分强强度度，以以满满足足逐逐渐渐加加荷荷条条件件下下地地基基的的稳稳定定性性，并并加加速速地地基基的的沉沉降降，最最终终实实现现满满足足建建筑物对沉降的要求。筑物对沉降的要求。排水系统是一种手段：排水系统是一种手段：目标：目标：加固期限尽量短；固结沉降快；强度增加充分；加固期限尽量短；固结沉降快；强度增加充分；施工过程施工过程安全安全第15页/共56页完完善善设设计计预预备备工工作作由钻探及土工试验结果估算天然地基承载力由钻探及土工试验结果估算天然地基承载力上部建筑物所要求的承载力与沉降量或稳
23、定性的安全系数上部建筑物所要求的承载力与沉降量或稳定性的安全系数确定砂井直径与深度，假定砂井有效间距确定砂井直径与深度，假定砂井有效间距预压荷载的设计预压荷载的设计预压荷载的分级，固预压荷载的分级，固结度及强度增大计算结度及强度增大计算预压荷载引起的预压荷载引起的沉降量计算沉降量计算承载力或稳定性分析承载力或稳定性分析验算剩余沉降与沉降差验算剩余沉降与沉降差验算工期验算工期初初步步设设计计竖向固结与强度增长计算竖向固结与强度增长计算满足满足不满足不满足承载力或稳定性核算承载力或稳定性核算沉降核算沉降核算确定砂井布置与加荷方案确定砂井布置与加荷方案不不满满足足设计完成交付施工设计完成交付施工设计
24、完成交付施工设计完成交付施工图图图图4-3-14-3-1具体设计计算及流程图框具体设计计算及流程图框具体设计计算及流程图框具体设计计算及流程图框第16页/共56页二二 堆载预压法设计计算堆载预压法设计计算堆堆载载物物：填填土土、砂砂石石等等散散粒粒材材料料。油油罐罐地地基基：实实施施对对地地基基的的预预压压；堤堤坝：坝：以其本身重量有控制地分级加载，直至设计标高。以其本身重量有控制地分级加载，直至设计标高。超超载载预预压压：为为了了加加速速压压缩缩过过程程，可可采采用用比比建建(构构)筑筑物物重重量量大大的的荷荷载载进进行预压。行预压。堆载预压法的设计内容主要包括：堆载预压法的设计内容主要包括
25、：1)1)选选择择砂砂井井或或塑塑料料排排水水带带(板板)，确确定定其其断断面面尺尺寸寸、间间距距、排排列列方式和深度。方式和深度。2)2)排水砂垫层材料和厚度。排水砂垫层材料和厚度。3)3)确确定定预预压压区区范范围围、预预压压荷荷载载大大小小、荷荷载载分分级级、加加载载速速率率和和预预压时间。压时间。4)4)计算地基土的固结度、强度增长、稳定性和变形等计算地基土的固结度、强度增长、稳定性和变形等 。第17页/共56页1 1 1 1砂井或塑料排水带砂井或塑料排水带砂井或塑料排水带砂井或塑料排水带(板板板板)尺寸、间距、排列方式和深度尺寸、间距、排列方式和深度尺寸、间距、排列方式和深度尺寸、间
26、距、排列方式和深度1)1)1)1)排水竖井的设置排水竖井的设置排水竖井的设置排水竖井的设置 对对深深厚厚软软粘粘土土地地基基，应应设设置置塑塑料料排排水水带带或或砂砂井井等等排排水水竖竖井井；当当软软土土层层较较薄薄或或含含有有较较多多粉粉砂砂类类层层，且且固固结结速速率率能能满满足足工工期期要要求求时时，可可不不设设置置排排水水竖竖井井。砂砂井井直直径径和和间间距距，主主要要取取决决于于黏黏性性土土层层的的固固结结特特性性和和施施工工期期限限的的要要求求。研研究究表表明明，即即使使砂砂井井直直径径很很小小，如如只只有有3cm3cm的的理理想想井井(不不计计涂涂抹抹作作用用和和砂砂井井阻阻力力
27、作作用用)，对对加加速速固固结结也也是是极极其其有有效效的的。所所以以，原则上砂井以采用原则上砂井以采用“细而密细而密”的方案较好。的方案较好。砂井地基的固结度：砂井地基的固结度：包括包括竖向排水固结度竖向排水固结度与与向内径向排水固结度，向内径向排水固结度，影影响响排排水水固固结结的的因因素素：砂砂井井或或塑塑料料排排水水带带(板板)尺尺寸寸、间间距距、排排列列方方式和深度式和深度第18页/共56页 分三类排水井分三类排水井(带带):):1)1)普通砂井取普通砂井取300300500mm;500mm;2)2)袋装砂井取袋装砂井取7070120mm;120mm;3)3)塑料排水带的当量核算直径
28、塑料排水带的当量核算直径(dp)=b排水带宽度排水带宽度(mm)(mm)；d d 排水带厚度排水带厚度(mm)(mm)。(4-3-1)2)2)2)2)排水井的直径确定排水井的直径确定排水井的直径确定排水井的直径确定第19页/共56页第20页/共56页3)3)3)3)排水竖井的平面布置排水竖井的平面布置排水竖井的平面布置排水竖井的平面布置 正三角形布置正三角形布置正方形布置正方形布置图图4-3-24-3-2竖井排列形式竖井排列形式等边三角形排列：等边三角形排列：正方形排列：正方形排列：可采用等边三角形式或正式方形排列(图图4-3-24-3-2)。其有效排水直径 de与井间距l之关系为：第21页/
29、共56页4)4)4)4)井间距井间距井间距井间距 l 的确定的确定的确定的确定 l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。间距l可按井径比n 选用(n=de/dw，de:有效排水直径;dw:竖井直径，塑料排水带取dw=dp,亦即取竖井直径dw为当量核算直径dp).对普通砂井的间距可按n=68选用，其余两类按n=1522选用。5)5)5)5)排水井深度排水井深度排水井深度排水井深度 依依据据建建筑筑物物对对地地基基的的稳稳定定性性、变变形形要要求求和和工工期期确确定定。对对以以抗抗滑滑稳定性控制的工程，井深至少应超过最危险滑动面稳定性控制的工程，井深至少应超过最危险滑动面2.0
30、m；对对以以变变形形控控制制的的建建筑筑，井井深深应应根根据据在在限限定定的的预预压压时时间间内内需需完完成成的变形量确定。竖井宜穿过受压土层。的变形量确定。竖井宜穿过受压土层。第22页/共56页2 2排水砂垫层材料和厚度排水砂垫层材料和厚度 在在在在竖竖竖竖井井井井顶顶顶顶面面面面应应应应铺铺铺铺设设设设排排排排水水水水砂砂砂砂垫垫垫垫层层层层，以以连连通通砂砂井井、塑塑料料排排水水带带等等竖竖向向排排水水体体，引引出出从土层排入竖向排水体的渗流水。从土层排入竖向排水体的渗流水。建建建建筑筑筑筑地地地地基基基基处处处处理理理理技技技技术术术术规规规规范范范范(JGJ(JGJ(JGJ(JGJ
31、797979792002)2002)2002)2002)规规规规定定定定，砂砂垫垫层层厚厚度度应应小小于于500mm500mm，砂砂垫垫层层砂砂料料宜宜用用中中粗粗砂砂，黏黏粒粒含含量量3%3%，砂砂料料中中可可混混有有少少量量粒粒径径小小于于50mm50mm的的砾砾石石。砂垫层的干密度应大于砂垫层的干密度应大于1.5g1.5gcmcm3 3，其渗透系数宜大于，其渗透系数宜大于110110-2-2cm/scm/s。在在预预压压区区边边缘缘应应设设置置排排水水沟沟，预预压压区区内内宜宜设设置置与与砂砂垫垫层层相相连的排水盲沟。连的排水盲沟。第23页/共56页33预压荷载大小、荷载分级、加载速率和
32、预压时间预压荷载大小、荷载分级、加载速率和预压时间 在软弱地基上堆载预压，必然在地基中产生剪应力。在软弱地基上堆载预压，必然在地基中产生剪应力。当该剪应当该剪应力大于软土地基的抗剪强度时，地基将剪切破坏。力大于软土地基的抗剪强度时，地基将剪切破坏。堆载预压需进行分级加荷，等到前期荷载作用下地基强度增加到足堆载预压需进行分级加荷，等到前期荷载作用下地基强度增加到足以满足下一级荷载时，方可施加下一级荷载，直至加到设计荷载。以满足下一级荷载时，方可施加下一级荷载，直至加到设计荷载。对于地基沉降有严格要求的建筑物，应采取部分超载预压处理地对于地基沉降有严格要求的建筑物，应采取部分超载预压处理地基。超载
33、大小，应视要求的残余沉降量和固结度而定。基。超载大小，应视要求的残余沉降量和固结度而定。首先用简便的方法确定一个初步加荷计划，然后校核该加荷计划首先用简便的方法确定一个初步加荷计划，然后校核该加荷计划下地基稳定性和沉降量，如下地基稳定性和沉降量，如图图4-3-34-3-3所示。所示。第24页/共56页图图图图4-3-3 4-3-3 4-3-3 4-3-3 堆载预压加荷设计与计算流程堆载预压加荷设计与计算流程堆载预压加荷设计与计算流程堆载预压加荷设计与计算流程确定最后加荷计划确定最后加荷计划确定天然地基不排水抗剪强度确定天然地基不排水抗剪强度C Cu u及砂井等设计参数及砂井等设计参数第第i i
34、级加荷荷载计算级加荷荷载计算P Pi i=5.52=5.52C Cuiui1 1K KP Pi i作用下地基固结后强度值计算作用下地基固结后强度值计算 Cu=(C Cuiui-1-1+C+C ui ui)两级荷载间隔时间计算两级荷载间隔时间计算T Ti i-T Ti-i-1 1)每级荷载下地基稳定性验算是否满足强度要求每级荷载下地基稳定性验算是否满足强度要求建筑地基最终沉降量、在预压工期内沉降量及剩余沉建筑地基最终沉降量、在预压工期内沉降量及剩余沉降量的计算，是否满足设计要求降量的计算，是否满足设计要求是否超出设计荷载是否超出设计荷载否否否否是是是是否否是是采用超载采用超载预压预压第25页/共
35、56页2)计算第一级荷载P1作用下地基强度的增长值。地基在P1预压下，经过一段时间强度逐渐提高，地基强度为C Cu u1=(C Cu u+C+C u u1 1 )式中：C u1为P1作用下地基固结增长的强度；为强度折减系数。1)利用地基的天然抗剪强度Cu 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P1=5.52=5.52C Cu uK K。式中：C Cu u天然地基不排水抗剪强度(由无侧限、三轴不排水剪试验或原位十字板剪切试验测定)；K安全系数(建议采用1.11.5)。具体步骤具体步骤:第26页/共56页 3)计计算算P1 作作用用下下达达到到所所定定固
36、固结结度度(一一般般为为70)所所需需要要的的时时间间，即即两两级级荷荷载载(Pi、Pi+1)间间隔隔，目目的的在在于于确确定定第第一一级级荷荷载载停停歇歇的的时时间间，或或第第二二级级荷荷载载开开始始施施加加的的时时间间。地地基基在在Pi 作作用用下下达达到到某某一一固固结结度度所所需需要的时间可根据固结度与时间的关系求得。要的时间可根据固结度与时间的关系求得。4)根根据据第第2步步骤骤得得到到的的地地基基强强度度Cu1,计计算算第第二二级级所所能能施施加加的的荷荷载载P2，即，即 P2=5.52Cu1K 在此基础上，计算在此基础上，计算P2 作用下地基固结后的强度值：作用下地基固结后的强度
37、值：Cu2=(Cu1+C u2)，以以及及P2的的作作用用时时间间(固固结结度度为为70)。依依次次按按上上述述步步骤骤计计算算出出各各级级加荷荷载加荷荷载Pi和加荷时间，直至超出设计荷载。和加荷时间，直至超出设计荷载。第27页/共56页5)上上述述加加荷荷计计划划确确定定后后，对对每每一一级级荷荷载载下下地地基基的的稳稳定定性性进进行行验验算算。当地基稳定性不满足要求时，则调整上述加荷计划。当地基稳定性不满足要求时，则调整上述加荷计划。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、预预压压期期间间的的沉沉降降量量和和剩剩余余沉沉降降量量，以以确确定定预预压压荷荷载载卸卸除
38、除的的时时间间。如如果果预预压压工工期期内内，地地基基沉沉降降量不满足设计要求，则采用超载预压，重新制定加荷计划。量不满足设计要求，则采用超载预压，重新制定加荷计划。加载速率根据地基土强度确定。加载速率根据地基土强度确定。当天然地基土强度满足预压荷载当天然地基土强度满足预压荷载下地基的稳定性要求时可一次性加载；下地基的稳定性要求时可一次性加载；否则，否则，应分级逐渐加载，待应分级逐渐加载，待前期预压荷载下地基土强度增长满足下一级荷载下地基的稳定性要前期预压荷载下地基土强度增长满足下一级荷载下地基的稳定性要求时方可加载。求时方可加载。第28页/共56页44地基土的固结度计算地基土的固结度计算 可
39、可可可根根根根据据据据各各各各级级级级荷荷荷荷载载载载下下下下不不不不同同同同时时时时间间间间的的的的固固固固结结结结度度度度，推推推推算算算算地地地地基基基基强强强强度度度度的的的的增增增增长长长长值值值值，分分分分析析析析地地地地基基基基的的的的稳稳稳稳定定定定性性性性，确确确确定定定定相相相相应应应应的的的的加加加加荷荷荷荷计计计计划划划划，估估估估算算算算加加加加荷荷荷荷期期期期间间间间地地地地基基基基的的的的沉沉沉沉降降降降量量量量，确定确定确定确定预压荷载的期限预压荷载的期限预压荷载的期限预压荷载的期限等。等。等。等。每每每每个个个个砂砂砂砂井井井井影影影影响响响响范范范范围围围围
40、可可可可用用用用等等等等效效效效面面面面积积积积圆圆圆圆柱柱柱柱体体体体代代代代表表表表（右右图图：处处处处理理理理模模模模型型型型）。该该等等效效柱柱体体直直径径dede，高高度度2 2H H，砂砂井井直直径径d dw w，饱饱和和软软黏黏土土层层上上、下下面面均均为为排排水水面面。加加荷荷条条件件下下，土土层层中中孔孔隙隙水水沿沿径径向向和和竖竖向向渗渗流流，土层固结。地基固结计算公式见表土层固结。地基固结计算公式见表4-3-14-3-1图图4-3-44-3-4砂井地基固结度计算模型砂井地基固结度计算模型1)1)1)1)瞬间加荷条件下地基固结度计算瞬间加荷条件下地基固结度计算瞬间加荷条件下
41、地基固结度计算瞬间加荷条件下地基固结度计算第29页/共56页表表4-3-14-3-1瞬间加荷条件下地基固结计算公式瞬间加荷条件下地基固结计算公式第30页/共56页 w 水水重重度度；kh，kv 水水平平及及竖竖向向渗渗透透系系数数；TV(=Cv t/H2)竖竖向向固固结结时时间间因因数数(无无因因次次)；a土土的的压压缩缩系数。系数。图图4-3-54-3-5竖向排水固结的竖向排水固结的U Uz zT Tv v关系曲线关系曲线第31页/共56页其其中中:为为t时时间间地地基基的的平平均均固固结结度度；为为第第 i 级级荷荷载载的的加加载载速速度度(kPa/d);为为各各级级荷荷载载的的累累加加值
42、值；Ti-1,Ti 分分别别是是第第i级级荷荷载载的的起起始始和和终终止止时时间间(从从零零点点起起算算，单单位位d)，当当计计算算第第i级级荷荷载载加加载载过过程程中中某某时时间间t的的固固结结度度时时，Ti 改改为为t；、见见表表4-3-1。对对坚坚井井地地基基，表表中为不考虑涂沫和井阻影响的参考值。中为不考虑涂沫和井阻影响的参考值。2)2)2)2)逐级加荷下地基固结度计算逐级加荷下地基固结度计算逐级加荷下地基固结度计算逐级加荷下地基固结度计算 实实际际工工程程中中加加荷荷是是逐逐级级进进行行的的，在在一一级级或或多多级级等等速速加加载载条条件件下下，固结时间固结时间t时刻对应总荷载的地基
43、时刻对应总荷载的地基平均固结度平均固结度计算办法为：计算办法为：第32页/共56页3)3)3)3)涂抹与井阻影响下的平均固结度计算涂抹与井阻影响下的平均固结度计算涂抹与井阻影响下的平均固结度计算涂抹与井阻影响下的平均固结度计算 当当排排水水竖竖井井采采用用挤挤土土方方式式施施工工时时，应应当当考考虑虑涂涂抹抹(?)(?)对对土土体体固固结结的的影影响响；当当坚坚井井的的纵纵向向通通水水量量q qww与与天天然然水水平平向向渗渗透透系系数数k kh h的的比比值值较较小，且长度又较长时小，且长度又较长时，尚须考虑，尚须考虑井阻井阻(?)(?)的影响。的影响。涂涂抹抹：指指的的是是在在塑塑料料排排
44、水水带带扦扦带带过过程程或或砂砂井井施施工工过过程程中中，不不可可避避免免会会引引起起地地基基土土的的扰扰动动，并并因因此此在在排排水水带带或或砂砂井井周周围围形形成成一一相相对对不不透透水水的的土土层层，这这种种因因对对地地基基土土扰扰动动引引起起的的透透水水性性降降低低的的作作用用称称为为涂涂抹抹作用。作用。井井阻阻：指指的的是是因因塑塑料料排排水水带带或或砂砂井井的的导导水水能能力力需需要要在在一一定定的的水水头头差差(水水力力梯梯度度)作作用用下下才才能能起起作作用用，以以排排出出从从地地基基土土流流入入的的水水量量，这这种砂井导水能力的有限性可称之为井阻种砂井导水能力的有限性可称之为
45、井阻。第33页/共56页 瞬瞬时时加加载载条条件件下下，考考虑虑涂涂抹抹和和井井阻阻影影响响时时，竖竖井井地地基基径径向向排排水水平均固结度可按平均固结度可按下式下式计算：计算：式式中中：t 固固结结时时刻刻，坚坚井井地地基基径径向向排排水水平平均均固固结结度度；kh：天天然然土土层层水平向渗透系数水平向渗透系数(cm/s)(cm/s)；ks 涂抹区土的水平向渗透系数，可以涂抹区土的水平向渗透系数，可以取取 (cm/s)(cm/s)；qw 竖井纵向排水量；竖井纵向排水量；L 坚井深度坚井深度(cm);s：涂涂抹抹区区直直径径ds与与竖竖井井直直径径dw之之此此值值，可可取取s=2.03.0(高
46、高灵灵敏敏性性粘粘土取高值，土取高值，中灵敏性中灵敏性者取低值者取低值);s第34页/共56页 在一级或多级等速加载条件下，考虑涂抹和井阻影响时，竖在一级或多级等速加载条件下，考虑涂抹和井阻影响时，竖井穿受压土层地基之平均结度可以按井穿受压土层地基之平均结度可以按t t时间地基的平均固结度时间地基的平均固结度 计算：计算：其中：其中：4)4)4)4)排水竖井未穿透受压土层的地基固结度计算排水竖井未穿透受压土层的地基固结度计算排水竖井未穿透受压土层的地基固结度计算排水竖井未穿透受压土层的地基固结度计算 对对排排水水竖竖井井未未穿穿透透受受压压土土层层的的地地基基，应应当当分分别别计计算算竖竖井井
47、范范围围、竖竖井井底底面面以以下下土土层层的的平平均均固固结结度度。并并通通过过预预压压使使这这两两部部分分土土层层之之固固结度和所完成的变形量满足设计要求。结度和所完成的变形量满足设计要求。第35页/共56页55地基土的抗剪强度增长计算地基土的抗剪强度增长计算 计计算算预预压压荷荷载载下下饱饱和和粘粘性性土土地地基基中中某某点点的的抗抗剪剪强强度度时时，应应考考虑虑土土体体原原来来的的固固结结状状态态。对对正正常常固固结结饱饱和和粘粘性性地地基基，基基本本点点某某一时刻一时刻 t 的抗剪强度的抗剪强度 可按下试计算：可按下试计算：(kPa)式中：式中：地基土天然抗剪强度地基土天然抗剪强度(k
48、Pa);：预压荷载引起的该点的附加竖向应力(kPa);Ut：该点土的固结度；该点土的固结度；：三轴固结：三轴固结不排水压缩试验求得的土的内磨擦角不排水压缩试验求得的土的内磨擦角(o o)第36页/共56页66地基的最终竖向变形量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预压荷载下地基的最终竖向变形量为为 Sf :(m)(m)这这儿儿：eoi 为为第第i层层中中点点土土自自重重应应力力(Pscz)对对应应的的孔孔隙隙比比，由由室室内内固固结结试试验验e-p曲曲线线查查得得;e1i为为第第i层层中中点点土土自自重重应应力力(Pscz)+附附加加应应力力(Pz)对对应应的的孔孔隙隙比比，由由
49、室室内内固固结结试试验验e-p曲曲线线查查得得;hi为为第第i层层土土层层厚厚度度(m);(音音kesei)：经经验验系系数数，对对正正常常因因结结饱饱和和粘粘性性土土=1.11.11.41.4，土质软，载荷小者取小值，反之最大值。，土质软，载荷小者取小值，反之最大值。变变形形计计算算时时，受受压压层层计计算算深深夜夜取取附附加加应应力力与与土土自自重重应应力力之之比比为为（PZ/Pscz=）0.10.1时的深度。时的深度。第37页/共56页三三 真空预压法真空预压法 真空预压法真空预压法是在需要加固的软黏土地基内设置竖向排水体是在需要加固的软黏土地基内设置竖向排水体(如如砂井或塑料排水板于地
50、基土，由此达到排水固结的目的。砂井或塑料排水板于地基土，由此达到排水固结的目的。图图4-3-64-3-6真空预压沙井固结度计算模型真空预压沙井固结度计算模型 设设计计与与计计算算内内容容包包括括：竖竖向向排排水水体体的的断断面面尺尺寸寸、间间距距、排排列列方方式式和和深深度度；预预压压区区面面积积和和分分块块大大小小；真真空空预预压压工工艺艺；要要求求达达到到的的真真空空度度和和土土层层的的固固结结度度；真真空空预预压压和和建建筑筑物物荷荷载载下下地地基基的的变变形形计计算算；真真空空预预压后地基土的压后地基土的强度增长计算强度增长计算等。等。1)1)设计与计算内容设计与计算内容第38页/共5