土木工程施工排水固结法.pptx

《土木工程施工排水固结法.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土木工程施工排水固结法.pptx（86页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 排水固结法可使地基的沉降在加载预压期间基本完排水固结法可使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成，确保建筑物在使用期间不致产生过大的成或大部分完成，确保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，从而提沉降和沉降差。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。高地基的承载力和稳定性。排水固结法分为加载预压法和真空预压法两类。加排水固结法分为加载预压法和真空预压法两类。加载预压法就是在建筑物建造之前，在建筑场地进行加载预载预压法就是在建筑物建造之前，在建筑场地进行加载预压，使地基的固结沉降基本完成，地基土强度提高。对于压，使地基的固结沉降基本

2、完成，地基土强度提高。对于在持续荷载下体积发生根大的压缩和强度会增长的土，而在持续荷载下体积发生根大的压缩和强度会增长的土，而又有足够时间进行压缩时，这种方法特别适用。又有足够时间进行压缩时，这种方法特别适用。第1页/共86页 排水固结法由排水系统和加压系统两大部分组成。排排水固结法由排水系统和加压系统两大部分组成。排水系统由竖向排水体和水平向排水体构成。竖向排水体有水系统由竖向排水体和水平向排水体构成。竖向排水体有普通砂井、袋装砂井和塑料排水板，水平排水体为砂垫层。普通砂井、袋装砂井和塑料排水板，水平排水体为砂垫层。第2页/共86页1 1、排水固结法可解决的问题、排水固结法可解决的问题 （1

3、 1）沉降问题，使地基的沉降在加载预压期间大部）沉降问题，使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成，使建分或基本完成，使建 构构 筑物在使用期间不致产生不利的筑物在使用期间不致产生不利的沉降和沉降差；沉降和沉降差；（2 2）稳定问题，加速地基土的抗剪强度的增长，从）稳定问题，加速地基土的抗剪强度的增长，从而提高地基的承载力和稳定性。而提高地基的承载力和稳定性。第3页/共86页第4页/共86页 如果地基内某点的总应力为，有效应力为，孔隙水压力为u，则三者的关系为 =-u此时的固结度U表示为则加荷后土的固结过程表示为：t=0时,u,=0,U=00t时,u+=0,0U80%U80%，所需的时间要几

4、年至十几年之久。为，所需的时间要几年至十几年之久。为了加速固结，最有效的方法是在天然土层中增加排水途径，缩短排水距离，了加速固结，最有效的方法是在天然土层中增加排水途径，缩短排水距离，在天然地基中设置排水体。在天然地基中设置排水体。第7页/共86页 当软土层不厚、底部有透水层时，排水体应尽可能穿透当软土层不厚、底部有透水层时，排水体应尽可能穿透软土层。软土层。当深厚的高压缩性土层间有砂层或砂透镜体时，排水体当深厚的高压缩性土层间有砂层或砂透镜体时，排水体应尽量能打至砂层或砂透镜体。而采用真空预压时应尽量应尽量能打至砂层或砂透镜体。而采用真空预压时应尽量避免排水体与砂层相连接，以免影响真空效果。

5、避免排水体与砂层相连接，以免影响真空效果。对于无砂层的深厚地基则可根据其稳定性，从建筑物在对于无砂层的深厚地基则可根据其稳定性，从建筑物在地基中造成的附加应力与自重应力之比值确定（一般为地基中造成的附加应力与自重应力之比值确定（一般为0.10.10.20.2）。）。按稳定性控制的工程，如路堤、土坝、岸坡、堆料等，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析确定，排水体深度至少应超过排水体深度应通过稳定分析确定，排水体深度至少应超过最危险滑动面最危险滑动面2m2m。第8页/共86页对以沉降控制的建筑物，如压缩土层厚度不大，排水体对以沉降控制的建筑物，如压缩土层厚度不大

6、，排水体贯穿压缩土层；对深厚的压缩土层，排水体深度应根据在贯穿压缩土层；对深厚的压缩土层，排水体深度应根据在限定的预压时间内消除的变形量确定，若施工设备条件达限定的预压时间内消除的变形量确定，若施工设备条件达不到设计深度，则可采用超载预压等方法来满足工程要求。不到设计深度，则可采用超载预压等方法来满足工程要求。若砂层中有承压水，因承压水的长期作用，砂层上部的若砂层中有承压水，因承压水的长期作用，砂层上部的土层中就存在着超孔隙水压力，这对动性土固结和强度增土层中就存在着超孔隙水压力，这对动性土固结和强度增长都不利。为此，宜将砂井排水体打到砂层，利用砂井加长都不利。为此，宜将砂井排水体打到砂层，利

7、用砂井加速承压水的消散。速承压水的消散。第9页/共86页2 2、排水固结法设计要求、排水固结法设计要求 排水固结法的设计，实质上在于根据上部结构荷载排水固结法的设计，实质上在于根据上部结构荷载的大小，地基土的性质及工期要求，合理安排排水系统和的大小，地基土的性质及工期要求，合理安排排水系统和加压系统的关系，确定竖向排水体的直径、间距、深度和加压系统的关系，确定竖向排水体的直径、间距、深度和排列方式，确定所压荷载的大小和预压时间。排列方式，确定所压荷载的大小和预压时间。要求做到：要求做到：（1 1）加固期限尽量短；（）加固期限尽量短；（2 2）固结沉降要快；）固结沉降要快；（3 3）充分增加强度

8、；）充分增加强度；（4 4）注意安全。）注意安全。第10页/共86页 瞬间加荷条件下砂井地基固结度的计算 砂井地基固结度的计算是建立在太沙基固理论和巴伦固结理论基础上的。如果软粘土是单面排水的，在一定压力作用下，土层中的固结渗流水沿径向和竖向流动，所以砂井地基属于三维固结问题。若以圆柱坐标表示，设任意点（r、Z）处的孔隙水压力为u,则固结微分方程为：第11页/共86页当水平向渗透系数kh和竖向渗透系数kv不等时，则上式应为：式中 t时间Cv竖向固结系数 Ch径向固结系数（或称水平向固结系数）第12页/共86页 砂井固结理论中作如下假定：（1）每个砂井的有效影响范围为一圆柱体；（2）砂井地基表面

9、受连续均不荷载作用下，地基中的附加应力分布不随深度而变化，故地基土仅产生竖向的压密变形；（3）荷载是一次施加上去的，加荷开始时，外荷载全部由孔隙水压力负担；（4）在整个压密过程中，地基土的渗透系数保持不变；（5）井壁土面受砂井施工所引起的涂抹作用（可使渗透性发生变化）的影响不计。第13页/共86页 上式可用分离变量法求解为 以及分为竖向固结和径向固结两个微分方程，从而根据起始条件和边界条件分别解得竖向排水的孔隙水压力分量uz和径向排水固结的空隙水压力分量ur。第14页/共86页根据N.卡里罗（Carri110）理论证明：任意一点的孔隙水压力有如下关系：式中u0为起始的空隙水压力。整个砂井影响范

10、围内土桩体的平均孔隙水压力也有同样的关：或以固结度表达为:(1-)=(1-)(1-)第15页/共86页（1 1）竖向排水平均固结度）竖向排水平均固结度 根据一维固结理论，对于一次性骤然施加荷载，且根据一维固结理论，对于一次性骤然施加荷载，且孔隙孔隙水仅沿竖向渗透的地基，其竖向平均固结度可按下式计算：水仅沿竖向渗透的地基，其竖向平均固结度可按下式计算：=1-当 30%时，可采用下式计算第16页/共86页（2）径向排水平均固结度 考虑在直径为de、高度为H的圆柱体土层中插入直径为dw的 砂井，假定砂井地基表面荷载均匀分布，且附加应力的分布不随身度变化；不考虑固结过程中固结系数变化和砂井施工中涂抹作

11、用的影响，且只考虑径向排水效果，则有径向平均固结度计算公式：第17页/共86页 F与n的关系 n45678910121416F0.7410.9401.0971.2401.3641.4681.5721.7521.9042.034n182022242628304050F2.152.2542.3482.3432.5132.5872.6552.9413.164第18页/共86页（3 3）总平均固结度）总平均固结度 的总平均固结度为的总平均固结度为第19页/共86页 当砂井间距较密或软土层很厚或ChCV时，竖向平均固结度 的影响很小，常可忽略不计，可只考虑径向固结度计算，这样计算工作可大为简化。随着砂井

12、、袋装砂井及塑料排水带的广泛使用，人们逐渐意识到井阻和涂抹作用对固结效果的影响是不可忽视的。考虑涂抹和井阻作用时，地基平均固结度可按以下简化解进行计算。第20页/共86页G为井阻因子第21页/共86页（4）地基固结度的修正 1）多级等速加荷时固结度的计算 在上述固结度计算中，假设荷载是一次骤然施加的，而实际上荷载是分级逐渐施加的，以保证地基的稳定性。因此需根据加荷进度对固结度计算进行修正。对多级等速加荷，修正式如下：第22页/共86页Tn-1,Tn分别为每级等速加荷的起点和终点时间（从时间0点起算）。当计算某一级荷载加荷期间t时刻的固结度时，则Tn改为t。第n级荷载增量，为时间()时的一次骤然

13、加荷的总平均固结度，如果t在某级加荷过程中，则该级加荷的终点Tn改为t。第23页/共86页2）砂井未打穿受压软土层时固结度计算 在实际工程中，往往遇到软土层较厚，而砂井又没有穿过整个受压土层。在这种情况下，整个受压土层的平均固结度可按下式计算：Q 砂井打入深度与整个受压层厚度之比，即为：第24页/共86页（5）地基固结度计算通式 对于在一级或多级等速加荷条件下，t时刻对应总荷载的地基平均固结度，规范推荐用下列正式计算：第25页/共86页式中：t时间地基的平均固结度(%)；各级荷载的累计值；qn 第n级荷载的平均加荷速率(kpa/d)；Tn-1,Tn分别为各级等速加荷的起点和终点时间（从零点起算

14、），当计算某一级等速加荷过程中时间t的固结度时，则 Tn改为t；d 第26页/共86页不同条件下的固结度计算公式序号条件平均固结度计算公式备注1竖向排水固结 太沙基解2向内径向排水固结1巴隆解3竖向和向内径向排水固结（砂井地基平均固结度）4砂井未贯穿受压土层的平均固结度H1-砂井长度H2-砂井以下压缩层厚度第27页/共86页4砂井未贯穿受压土层的平均固结度H1-砂井长度H2-砂井以下压缩层厚度5径向排水固结0.692R-土柱体半径6普通表达式第28页/共86页二、堆载预压法二、堆载预压法 加载预压法就是在建筑物建造之前，在建筑场地进加载预压法就是在建筑物建造之前，在建筑场地进行加载预压，使地基

15、的固结沉降基本完成，地基土强度提行加载预压，使地基的固结沉降基本完成，地基土强度提高。对于在持续荷载下体积发生根大的压缩和强度会增长高。对于在持续荷载下体积发生根大的压缩和强度会增长的土，而又有足够时间进行压缩时，这种方法特别适用。的土，而又有足够时间进行压缩时，这种方法特别适用。为了加速压缩过程，可采用比建筑物重量为大的所为了加速压缩过程，可采用比建筑物重量为大的所谓超载进行预压。谓超载进行预压。第29页/共86页19251925年美国工程师提出砂井堆载预压法并获得专利；年美国工程师提出砂井堆载预压法并获得专利；19341934年继杰尔曼发明纸质排水板；年继杰尔曼发明纸质排水板；197119

16、71维格提出聚氯乙烯支撑的透水芯带，外套由无纺维格提出聚氯乙烯支撑的透水芯带，外套由无纺 布制成。布制成。19801980年河海大学研制出我国第一块塑料排水板；年河海大学研制出我国第一块塑料排水板；19811981年天津港湾工程研究所研制成功我国第一台专用年天津港湾工程研究所研制成功我国第一台专用 塑料排水板插板机，同年在天津塘沽新港码头堆塑料排水板插板机，同年在天津塘沽新港码头堆 场软基加固工程中开始应用。场软基加固工程中开始应用。第30页/共86页第31页/共86页第32页/共86页 1 1、设计内容、设计内容 堆载预压法设计包括加压系统和排水系统的设计。堆载预压法设计包括加压系统和排水系

17、统的设计。主要设计内容有：主要设计内容有：确定预压荷载的大小、范围、速率和预压时间。确定预压荷载的大小、范围、速率和预压时间。选择竖向排水体，确定其尺寸、间距、排列方式选择竖向排水体，确定其尺寸、间距、排列方式和深度。和深度。计算地基的固结度、强度增长。计算地基的固结度、强度增长。进行稳定性和变形计算。进行稳定性和变形计算。第33页/共86页第34页/共86页第35页/共86页第36页/共86页第37页/共86页2 2、计算步骤、计算步骤 软粘土地基抗剪强度较低，无论直接建造建软粘土地基抗剪强度较低，无论直接建造建(构构)筑筑物还是进行堆载预压物还是进行堆载预压(Preloading)(Pre

18、loading)往往都不可能快速加往往都不可能快速加载，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裁时才可加下一级荷载。具体计算步骤是足以加下一级荷裁时才可加下一级荷载。具体计算步骤是首先用简便的方法确定一个初步的加荷计划，然后校核这首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基的稳定性和沉陷。一加荷计划下地基的稳定性和沉陷。（1 1）利用地基的天然地基土抗剪强度计算第一级容）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许施加的荷载p1p1，对饱和软粘土可采用下列公式估算：，对饱和软粘土可采用下列公

19、式估算：第38页/共86页式中：式中：K K安全系数，建议采用安全系数，建议采用1.1-1.51.1-1.5；CuCu天然地基的不排水抗剪强度天然地基的不排水抗剪强度(kPa)(kPa)；基底标高以上土的重度基底标高以上土的重度(kN(kNm3)m3)；D D基础埋深基础埋深(m)(m)。（2 2）计算第一级荷载下地基强度增长值。在）计算第一级荷载下地基强度增长值。在P1P1荷载作用下，荷载作用下，经过一段时间预压，地基强度会提高，提高以后的地经过一段时间预压，地基强度会提高，提高以后的地基基 强度为强度为cu1cu1：式中：式中：考虑剪切蠕动及其他因素的强度折减系数；考虑剪切蠕动及其他因素的

20、强度折减系数；cucup1p1作用下地基因固结而增长的强度。作用下地基因固结而增长的强度。第39页/共86页（3 3）计算）计算p1p1作用下达到所确定固结度所需要的时间。目的作用下达到所确定固结度所需要的时间。目的在于确定第一级荷载停歇的时间，亦即第二级荷载开始施在于确定第一级荷载停歇的时间，亦即第二级荷载开始施加的时间。加的时间。（4 4）根据第（）根据第（2 2）步所得的地基强度）步所得的地基强度cu1cu1计算第二级所能施计算第二级所能施加的荷载加的荷载p2p2，p2p2可近似地按下式可近似地按下式 求出在求出在p2p2作用下地基因结度达作用下地基因结度达7070时的强度以及所时的强度

21、以及所需要的时间，然后计算第三级所能施加的荷载，依次可计需要的时间，然后计算第三级所能施加的荷载，依次可计算出以后的各级荷载和停歇时间。算出以后的各级荷载和停歇时间。（5 5）按以上步骤确定的加荷计划进行每一级荷载下地基的）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。如稳定性不满足要求，则调整加荷计划。稳定性验算。如稳定性不满足要求，则调整加荷计划。（6 6）计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉降）计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉降量。量。第40页/共86页 涂抹效应：地基设置砂井时，施工操作将不可避免涂抹效应：地基设置砂井时，施工操作将不可避免地扰动井壁周围

22、的土体，使其渗透性降低，这是涂抹效应；地扰动井壁周围的土体，使其渗透性降低，这是涂抹效应；井阻效应：砂井中的材料对水的垂直渗流有阻力，井阻效应：砂井中的材料对水的垂直渗流有阻力，使砂井内不同深度的孔压不全等于大气压，这是井阻效应；使砂井内不同深度的孔压不全等于大气压，这是井阻效应；这两种效应都会造成地基地固结速率减慢。这两种效应都会造成地基地固结速率减慢。第41页/共86页3、砂井设计、砂井设计第42页/共86页第43页/共86页 1925 1925年，美国人丹尼尔年，美国人丹尼尔莫兰将垂直砂井法用于费城莫兰将垂直砂井法用于费城奥克兰海湾大桥公路软土地基的加固，奥克兰海湾大桥公路软土地基的加固

23、，19261926年获得年获得专利。专利。砂井法问世以后，因缺乏理论根据而按经验设计。砂井法问世以后，因缺乏理论根据而按经验设计。1940194019421942年，巴隆（年，巴隆（BarronBarron）根据太沙基的固结理论，）根据太沙基的固结理论，提出砂井法的设计计算方法。我国从提出砂井法的设计计算方法。我国从2020世纪世纪5050年代起，年代起，开始应用砂井法。开始应用砂井法。砂井法主要适用于没有较大集中荷载的大面积荷重砂井法主要适用于没有较大集中荷载的大面积荷重或堆土荷重工程，例如水库土坝、油罐、仓库、铁路路堤、或堆土荷重工程，例如水库土坝、油罐、仓库、铁路路堤、储矿场以及港口的水

24、工建（构）筑物等工程。储矿场以及港口的水工建（构）筑物等工程。第44页/共86页 砂井设计包括砂井直径、间距、深度、排列方式、砂井设计包括砂井直径、间距、深度、排列方式、范围、砂料选择和砂垫层厚度选取等。范围、砂料选择和砂垫层厚度选取等。（1 1）普通砂井）普通砂井 1 1）砂井直径和间距）砂井直径和间距 砂井直径砂井直径 主要取决于土的固结特性和施工期限的要求。主要取决于土的固结特性和施工期限的要求。“细细而密而密”比比“粗而稀粗而稀”效果好。砂井直径一般为效果好。砂井直径一般为300300400 400 mmmm；袋装砂井直径为；袋装砂井直径为7070120 mm120 mm。工程上常用的

25、井距，一般为砂井直径的工程上常用的井距，一般为砂井直径的6 68 8倍，倍，n5n9n9时，砂井排水效果变差。时，砂井排水效果变差。第45页/共86页 砂井间距的确定砂井间距的确定 井距系指的砂井中心的间距：井距直接关系着排水井距系指的砂井中心的间距：井距直接关系着排水固结速度，并距愈小，固结愈快。采用小的井距，在理论固结速度，并距愈小，固结愈快。采用小的井距，在理论上是合理的。曾有人通过理论计算得到，砂井有效间距缩上是合理的。曾有人通过理论计算得到，砂井有效间距缩短一半，可使地基固结度达短一半，可使地基固结度达9090所需时间缩短为所需时间缩短为1 16 6；而砂井直径增大而砂井直径增大20

26、20倍，只能使固结度达倍，只能使固结度达9090所需时间减所需时间减少为少为l l4 4。这说明砂井设计应采取小而密的原则；井距要。这说明砂井设计应采取小而密的原则；井距要保证在给定的施工期限内达到要求的地基固结度，使结构保证在给定的施工期限内达到要求的地基固结度，使结构物安全施工。井距的大小由固结理论计算确定，一般为井物安全施工。井距的大小由固结理论计算确定，一般为井径的径的8-108-10倍，常用倍，常用2 24m4m。砂井平平面上的布置有等边三。砂井平平面上的布置有等边三角形（梅花形）和正方形两种排列方式，以等边三角形较角形（梅花形）和正方形两种排列方式，以等边三角形较好。好。第46页/

27、共86页2 2）砂井深度）砂井深度 砂井深度即砂井长度，根据地基土层情况而定。当砂井深度即砂井长度，根据地基土层情况而定。当软土层较薄时，砂井应贯穿整个软土，尤其是当其下为透软土层较薄时，砂井应贯穿整个软土，尤其是当其下为透水层时，砂井贯穿软土层与透水层连通，井底将成为一个水层时，砂井贯穿软土层与透水层连通，井底将成为一个良好的排水面，可以获得更好的排水效果。当软土层较厚良好的排水面，可以获得更好的排水效果。当软土层较厚时，砂井不必贯穿软土，其长度通过稳定计算确定。时，砂井不必贯穿软土，其长度通过稳定计算确定。主要根据土层的分布、地基中附加应力大小、施工主要根据土层的分布、地基中附加应力大小、

28、施工期限和条件及地基稳定性等因素确定，一般为期限和条件及地基稳定性等因素确定，一般为l0l025m25m。第47页/共86页3 3）砂井排列）砂井排列 下图为砂井平面布置的等边三角形和正方形两种形下图为砂井平面布置的等边三角形和正方形两种形式，以等边三角形排列较为紧凑和有效。当砂井为正方形式，以等边三角形排列较为紧凑和有效。当砂井为正方形排列时，砂井的有效排水范围为正方形；当为等边三角形排列时，砂井的有效排水范围为正方形；当为等边三角形排列时则为正六边形，并认为在该有效范围内的水系通过排列时则为正六边形，并认为在该有效范围内的水系通过位于其中的砂井排出。在实际进行固结计算时，对于多边位于其中的

29、砂井排出。在实际进行固结计算时，对于多边形作为边界条件求解很困难，巴隆建议每个砂井的影响范形作为边界条件求解很困难，巴隆建议每个砂井的影响范围由多边形改为由面积与多边形面积相等的圆来求解，等围由多边形改为由面积与多边形面积相等的圆来求解，等效圆的直径效圆的直径dede与砂井间距与砂井间距l的关系如下：的关系如下：第48页/共86页正方形排列时正方形排列时 等边三角形排列时等边三角形排列时 式中：式中：de砂井的有效直径；砂井的有效直径；l砂井间距砂井间距第49页/共86页4 4）砂井布置范围）砂井布置范围 砂井的布置范围一般可由基础的轮廓线向外延伸约砂井的布置范围一般可由基础的轮廓线向外延伸约

30、2 24m4m。5 5）砂料和灌砂量）砂料和灌砂量 宜选用中粗砂，其含泥量不能超过宜选用中粗砂，其含泥量不能超过3 3。其中密状态的。其中密状态的干密度不小于干密度不小于1.55t/m1.55t/m3 3。砂井灌砂量应按井孔容积和砂的。砂井灌砂量应按井孔容积和砂的中密状态时的干密度计算，其实际灌砂量不得小于计算值中密状态时的干密度计算，其实际灌砂量不得小于计算值的的95%95%。6 6）砂垫层）砂垫层 砂井顶部铺设砂垫层，可使砂井排水有良好的通道，砂井顶部铺设砂垫层，可使砂井排水有良好的通道，将水排到工程场地以外般取将水排到工程场地以外般取0.5m0.5m左右。左右。第50页/共86页（2）袋

31、装砂井 袋装砂井是由普通砂井改进而产生的一项新技术。与普通砂井相比，它主要有以下几方面的优点。1）可在更大程度上体现“细而密”的原则，其排水固结效果更好。2）砂井质量易保证，不会出现缩颈、或砂井不连续等质量问题。3）设备轻便，可以在更软弱的地基上施工出质量稳定的砂井。4）节省砂料，施工进度快，工程造价低。第51页/共86页 袋装砂井直径一般为70100mm。具体视排水量大小和施工工艺要求确定。砂井间距可按n=1520选用，一般砂井间距在1.52.0m。砂袋材料应选用透水性好、抗拉强度高，且具较好的抗老化、耐腐蚀性能的材料。目前国内普遍采用聚丙烯编织布。第52页/共86页（3）塑料排水带 塑料排

32、水带是一种人工排水体，它是在早期的纸板排水法基础上改正和发展起来的。塑料排水带有芯板和滤膜组成。芯板多由不易产生压缩变形且有较高强度的聚乙烯或聚丙烯塑料制成两面有间隔槽的板体，滤膜则由渗水性好且耐腐蚀的涤纶衬布制成，亦有带排水孔或不带排水孔的无纺布取代芯板制成柔性排水带结构。第53页/共86页第54页/共86页 塑料排水带设计计算方法与砂井相同。其当量换算直径DP可按下式计算：换算系数，无试验资料时可取=0.751.00；b塑料排水带宽度；塑料排水带厚度。塑料排水带间距亦可按井径比n=de/dp确定，一般n=1520。第55页/共86页三、真空预压法三、真空预压法1、概述、概述 真空预压法与堆

33、载预压法不同的是加压系统，两者真空预压法与堆载预压法不同的是加压系统，两者排水系统基本相同。真空预压法是通过在砂垫层和竖向排排水系统基本相同。真空预压法是通过在砂垫层和竖向排水体中形成负压区，在土体内部与排水体间所形成的压差，水体中形成负压区，在土体内部与排水体间所形成的压差，迫使软土地基中水排出，完成地基土固结。迫使软土地基中水排出，完成地基土固结。真空预压法适用于饱和均质粘性土及台薄层砂夹层真空预压法适用于饱和均质粘性土及台薄层砂夹层的钻性土，特别适用于新吹填土、超软地基的加固，但不的钻性土，特别适用于新吹填土、超软地基的加固，但不适用于在加固范围内有足够水源补给的透水土层，以及无适用于在

34、加固范围内有足够水源补给的透水土层，以及无法堆载的倾斜地面和施工场地狭窄等场合。法堆载的倾斜地面和施工场地狭窄等场合。第56页/共86页 真空预压在抽气后薄膜内气压逐渐下降，薄膜内外真空预压在抽气后薄膜内气压逐渐下降，薄膜内外形成一个压力差（称为真空度），由于土体与砂垫层和塑形成一个压力差（称为真空度），由于土体与砂垫层和塑料排水板间的压差，从而发生渗流，使孔隙水沿着砂井或料排水板间的压差，从而发生渗流，使孔隙水沿着砂井或塑料排水板上升而流入砂垫层内，被排出塑料薄膜外；地塑料排水板上升而流入砂垫层内，被排出塑料薄膜外；地下水在上升的同时，形成塑料板附近的真空负压，使土体下水在上升的同时，形成塑

35、料板附近的真空负压，使土体内的孔隙水压形成压差，促使土中的孔隙水压力不断下降，内的孔隙水压形成压差，促使土中的孔隙水压力不断下降，地基有效应力不断增加，从而使土体固结，直至加固区土地基有效应力不断增加，从而使土体固结，直至加固区土体与徘水体中压差趋向于零，此时渗流停止，土体固结完体与徘水体中压差趋向于零，此时渗流停止，土体固结完成。成。第57页/共86页 真空预压的面积不得小于基础外缘所包围的面积，一真空预压的面积不得小于基础外缘所包围的面积，一般真空的边缘应比建筑基础外缘超出不小于般真空的边缘应比建筑基础外缘超出不小于3m3m，另外，每，另外，每块预压的面积应尽可能大，根据加固要求彼此间可搭

36、接或块预压的面积应尽可能大，根据加固要求彼此间可搭接或有一定间距。加固面积越大，加固面积与周边长度之比也有一定间距。加固面积越大，加固面积与周边长度之比也越大，气密性就越好，真空度就越高。越大，气密性就越好，真空度就越高。第58页/共86页第59页/共86页第60页/共86页第61页/共86页第62页/共86页第63页/共86页第64页/共86页第65页/共86页第66页/共86页 采用具空预压法处理地基必须设置砂井或塑料排水采用具空预压法处理地基必须设置砂井或塑料排水带。竖向排水体可采用直径为带。竖向排水体可采用直径为70mm70mm的袋装砂井，也可采的袋装砂井，也可采用普通砂井或塑料排水带

37、。砂井或塑料排水带的间距可按用普通砂井或塑料排水带。砂井或塑料排水带的间距可按照堆载预压法设计的砂井或塑料排水带间距选用。照堆载预压法设计的砂井或塑料排水带间距选用。砂井深度应根据设计要求在预压期间完成的沉降量，砂井深度应根据设计要求在预压期间完成的沉降量，和拟建建筑物地基稳定性的要求，通过计算确定。砂井的和拟建建筑物地基稳定性的要求，通过计算确定。砂井的砂粒应采用中粗砂，其渗透系数砂粒应采用中粗砂，其渗透系数k k宜大于宜大于lx10lx10-2-2cm/scm/s。第67页/共86页第68页/共86页 真空预压区边缘应大于建筑物基础轮廓线，每山增真空预压区边缘应大于建筑物基础轮廓线，每山增

38、加量不得小于加量不得小于3m3m。单块预舱面积宜尽可能大且呈方形，仅。单块预舱面积宜尽可能大且呈方形，仅不宜超过不宜超过30000m30000m2 2，这样可加快工程进度和消除更多的沉，这样可加快工程进度和消除更多的沉降量。两个预压区的间隔尺寸也不宜过大，带根据工程要降量。两个预压区的间隔尺寸也不宜过大，带根据工程要求和土质决定，一般以求和土质决定，一般以2 26m6m较好。较好。真空预压的膜下真空度应稳定地保持在真空预压的膜下真空度应稳定地保持在600mmHg600mmHg；以上，且应均匀分布，竖井深度范围内土层的平均固结；以上，且应均匀分布，竖井深度范围内土层的平均固结度应大于度应大于90

39、90。对于表层存在良好的透气层或在处理范围内有充对于表层存在良好的透气层或在处理范围内有充足水源补给的透水层，应采取有效措施隔断透气层或透水足水源补给的透水层，应采取有效措施隔断透气层或透水层。层。第69页/共86页1 1、膜内真空度、膜内真空度 真空预压效果和密封膜内所能达到的真空度大小关真空预压效果和密封膜内所能达到的真空度大小关系极大。根据国内一些工程的经验，当采用合理的工艺和系极大。根据国内一些工程的经验，当采用合理的工艺和设备，膜内真空度一般可维持设备，膜内真空度一般可维持600mmHB600mmHB左右，相当于左右，相当于80kPa80kPa的其空压力，此值可作为最低膜内设计真空度

40、。的其空压力，此值可作为最低膜内设计真空度。2 2、加固区内要求达到的平均固结度、加固区内要求达到的平均固结度 一般可采用一般可采用8080的固结度，如工期许可采用更大一的固结度，如工期许可采用更大一些的固结度作为设计固结度。些的固结度作为设计固结度。第70页/共86页3 3、竖向排水体、竖向排水体 一般采用袋装砂井或塑料排水带。真空预压处理地一般采用袋装砂井或塑料排水带。真空预压处理地基时，必须设置竖向排水体。因为砂井（袋装砂井或塑料基时，必须设置竖向排水体。因为砂井（袋装砂井或塑料排水带）能将真空度从砂垫层中传至土体，并将土体中的排水带）能将真空度从砂垫层中传至土体，并将土体中的水抽至砂垫

41、层然后排出。若不设置砂井，就起不到上述作水抽至砂垫层然后排出。若不设置砂井，就起不到上述作用，也达不到加固的目的。用，也达不到加固的目的。4 4、沉降计算、沉降计算 先计算加固前在建筑物荷载下天然地基的沉降量，先计算加固前在建筑物荷载下天然地基的沉降量，然后计算真空预压期间所完成的沉降量，两者之差即为预然后计算真空预压期间所完成的沉降量，两者之差即为预压后在建筑物使用荷载作用下可能发生的沉降。压后在建筑物使用荷载作用下可能发生的沉降。第71页/共86页 预压期间的沉降可根据设计所要求达到的固结度，预压期间的沉降可根据设计所要求达到的固结度，推算加固区所增加的平均有效应力，从固结度一有效应力推算

42、加固区所增加的平均有效应力，从固结度一有效应力曲线上查出相应的孔隙比进行计算。曲线上查出相应的孔隙比进行计算。5 5、真空设备的数量确定、真空设备的数量确定 真空预压所需抽气设备的数量，可按加固面积的大真空预压所需抽气设备的数量，可按加固面积的大小和形状、土层结构特点，以一套设备可抽得真空面积为小和形状、土层结构特点，以一套设备可抽得真空面积为1000-1500m1000-1500m2 2。第72页/共86页四、排水固结法的施工四、排水固结法的施工1、水平垫层的施工 排水垫层的作用是使在顶压过程中，从土体进人垫层排水垫层的作用是使在顶压过程中，从土体进人垫层的渗流水迅速地排出，使土层的固结能正

43、常进行，防止土的渗流水迅速地排出，使土层的固结能正常进行，防止土颗粒堵塞排水系统。因而垫层的质量将直接关系到加固效颗粒堵塞排水系统。因而垫层的质量将直接关系到加固效果和预压时间的长短。果和预压时间的长短。1 1）垫层材料）垫层材料 垫层材料应采用透水性好的砂料，同时起到一定的垫层材料应采用透水性好的砂料，同时起到一定的反滤作用。通常采用级配良好的中粗砂，粘粒含量不宜大反滤作用。通常采用级配良好的中粗砂，粘粒含量不宜大于于3 3。一般不宜采用粉、细砂。也可采用连通砂井的砂。一般不宜采用粉、细砂。也可采用连通砂井的砂沟来代替整片砂垫层。沟来代替整片砂垫层。第73页/共86页 2 2）垫层尺寸）垫层

44、尺寸 一般情况下，陆上排水垫层厚度为一般情况下，陆上排水垫层厚度为0.5m0.5m左右，水下左右，水下垫层为垫层为1.0 m1.0 m左右。对新吹填不久的或无硬壳层的软粘土左右。对新吹填不久的或无硬壳层的软粘土及水下施工的特殊条件，应采用厚的排水垫层或混合料排及水下施工的特殊条件，应采用厚的排水垫层或混合料排水垫层。水垫层。排水层兼作持力层时，还应满足承载力的有关要求。排水层兼作持力层时，还应满足承载力的有关要求。对于天然地面承载力较低而不能满足正常施工的地基，可对于天然地面承载力较低而不能满足正常施工的地基，可适当加大砂垫层的厚度。适当加大砂垫层的厚度。排水砂垫层宽度应等于铺设场地宽度，砂料

45、不足时，排水砂垫层宽度应等于铺设场地宽度，砂料不足时，可用砂沟代替砂垫层。可用砂沟代替砂垫层。砂沟的宽度为砂沟的宽度为2 23 3倍砂井直径，一般深度为倍砂井直径，一般深度为404060 60 cmcm。盲沟的尺寸与其布置形式和数量有关，设计时可采盲沟的尺寸与其布置形式和数量有关，设计时可采用达西定律。用达西定律。第74页/共86页 3 3）垫层施工。）垫层施工。排水砂垫层目前有以下四种施工方法。排水砂垫层目前有以下四种施工方法。当地基表层有一定厚度的硬壳层，且其承载力较高，当地基表层有一定厚度的硬壳层，且其承载力较高，能承载机械分堆摊铺法，即先堆成若干砂堆，然后采用机能承载机械分堆摊铺法，即

46、先堆成若干砂堆，然后采用机械或人工摊平。械或人工摊平。当硬壳层承载力不足时，一般采用顺序推进摊铺法。当硬壳层承载力不足时，一般采用顺序推进摊铺法。当软土地基表面很软，如新沉积或新吹填不久的超当软土地基表面很软，如新沉积或新吹填不久的超软地基，首先要改善地基表面的持力条件，使其能承载施软地基，首先要改善地基表面的持力条件，使其能承载施工人员或轻型运输工具。工人员或轻型运输工具。尽管对超软地基表面采取了加强措施，但承载能力尽管对超软地基表面采取了加强措施，但承载能力仍然很差，一般轻型机械上不去时，通常要采用人工或通仍然很差，一般轻型机械上不去时，通常要采用人工或通过轻便机械顺序推进铺设。过轻便机械

47、顺序推进铺设。第75页/共86页2 2、竖向排水体施工、竖向排水体施工 竖向排水体在工程中的应用有：普通砂井、袋装砂井、竖向排水体在工程中的应用有：普通砂井、袋装砂井、塑料排水带。塑料排水带。（1 1）普通砂井施工。）普通砂井施工。砂井施工要求；保持砂井连续和密实，并且不出现砂井施工要求；保持砂井连续和密实，并且不出现缩颈现象；尽量减少对周围土的扰动；砂井的长度、直径缩颈现象；尽量减少对周围土的扰动；砂井的长度、直径和间距应满足设计要求。和间距应满足设计要求。（2 2）袋装砂井施工。）袋装砂井施工。袋装砂井是用具有一定伸缩性和抗拉强度很高的聚袋装砂井是用具有一定伸缩性和抗拉强度很高的聚丙烯或聚

48、乙烯编织袋装满砂子形成砂井，保证了砂井的连丙烯或聚乙烯编织袋装满砂子形成砂井，保证了砂井的连续性，实现了施工设备轻型化，比较适合于在软弱地基上续性，实现了施工设备轻型化，比较适合于在软弱地基上施工。施工。第76页/共86页3 3、塑料排水带施工、塑料排水带施工 在施工中应注意以下几点：在施工中应注意以下几点：1 1）塑料带滤水膜在转盘和打设过程中应避免损坏，）塑料带滤水膜在转盘和打设过程中应避免损坏，防止淤泥进入带芯堵塞辅水孔，影响塑料带酌排水效果；防止淤泥进入带芯堵塞辅水孔，影响塑料带酌排水效果；2 2）塑料带与桩尖连接要牢固，避免提管时脱开，将）塑料带与桩尖连接要牢固，避免提管时脱开，将塑

49、料带拨出；塑料带拨出；3 3）桩尖平端与导管靴配合要适当，避免错缝，防止）桩尖平端与导管靴配合要适当，避免错缝，防止淤泥在打设过程中进入导管，增大对塑料带的阻力，甚至淤泥在打设过程中进入导管，增大对塑料带的阻力，甚至将塑料带拔出；将塑料带拔出；4 4）严格控制间距和深度，如塑料带拔起）严格控制间距和深度，如塑料带拔起2m2m以上者应以上者应补打；补打；5 5）塑料带需接长时，为减小带与导管阻力，应采用）塑料带需接长时，为减小带与导管阻力，应采用滤水膜内乎搭接的连接方法水畅通并有足够的搭接强度，滤水膜内乎搭接的连接方法水畅通并有足够的搭接强度，搭接长度需搭接长度需200 mm200 mm以上。以

50、上。第77页/共86页4 4、预压荷载的施工、预压荷载的施工 1 1）利用建（构）筑物自重加压利用建（构）筑物自重）利用建（构）筑物自重加压利用建（构）筑物自重预压处理地基，应考虑给建（构）筑物预留沉降高度，保预压处理地基，应考虑给建（构）筑物预留沉降高度，保证建（构）筑物预压后其标高满足设计要求。证建（构）筑物预压后其标高满足设计要求。在处理油罐等容器地基时，应保证地基沉陷的均匀在处理油罐等容器地基时，应保证地基沉陷的均匀度，保证罐基中心和四周的沉陷差异在设计许可范围内，度，保证罐基中心和四周的沉陷差异在设计许可范围内，否则应分析原因，在沉降时采取措施进行纠偏。否则应分析原因，在沉降时采取措