软基处理排水固结法新.pptx

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1、序：土的固结相关问题第1页/共124页土的压缩性土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性是指土在压力作用下体积缩小的特性压缩量的组成压缩量的组成n固体颗粒的压缩固体颗粒的压缩n土中水的压缩土中水的压缩n空气的排出空气的排出n水的排出水的排出占总压缩量的占总压缩量的1/400不到，忽不到，忽略不计略不计压缩量主要组压缩量主要组成部分成部分说明：说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果无粘性土无粘性土粘性土粘性土透水性好，水易于排出透水性好，水易于排出压缩稳定很快完成压缩稳定很快完成透水性差透水性差，水不易排出水不易排出压缩稳定需要很长一段时间压缩稳

2、定需要很长一段时间土的固结土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程土的压缩性第2页/共124页研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律Vve0Vs1H0/(1+e0)H0VveVs1H1/(1+e)pH1s土样在压缩土样在压缩前后变形量前后变形量为为s，整个过，整个过程中土粒体程中土粒体积和底面积积和底面积不变不变土粒高度在受土粒高度在受压前后不变压前后不变根据不同压力根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制，绘制e-p曲线，为曲线，为压缩曲线压缩曲线pe-p曲线曲线第3页/共1

3、24页e0eppee-p曲线曲线压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压力增压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈高量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈高根据压缩曲线可以得到三根据压缩曲线可以得到三个压缩性指标个压缩性指标n1.1.压缩系数压缩系数an2.2.压缩模量压缩模量Es n3.3.变形模量变形模量E0曲线曲线A曲线曲线B曲线曲线A压缩性压缩性曲线曲线B压缩性压缩性压缩性指标第4页/共124页压缩系数压缩系数a土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应应力增量的比值力增

4、量的比值p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲线曲线pe利用单位压力增量利用单位压力增量所引起得孔隙比改所引起得孔隙比改变表征土的压缩性变表征土的压缩性高低高低在压缩曲线中，实际采用在压缩曲线中，实际采用割线斜率表示土的压缩性割线斜率表示土的压缩性规范规范用用p1100kPa、p2200kPa对应的压缩系数对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性评价土的压缩性n a1-20.1MPa-1低压缩性土低压缩性土n0.1MPa-1a1-20.5MPa-1中压缩性土中压缩性土n a1-20.5MPa-1高压缩性土高压缩性土第5页/共124页pe弹性变形弹性变形塑性变形塑性变形adbcb 压缩曲线压缩曲线

5、回弹曲线回弹曲线再压缩曲线再压缩曲线n1.1.土的卸荷回弹曲线不与原土的卸荷回弹曲线不与原压缩曲线重合，说明土不是完压缩曲线重合，说明土不是完全弹性体，其中有一部分为不全弹性体，其中有一部分为不能恢复的塑性变形能恢复的塑性变形n2.2.土的再压缩曲线比原压缩土的再压缩曲线比原压缩曲线斜率要小得多，说明土经曲线斜率要小得多，说明土经过压缩后，卸荷再压缩时，其过压缩后，卸荷再压缩时，其压缩性明显降低压缩性明显降低粘性土沉降的三个组成部分粘性土沉降的三个组成部分n1.1.sd 瞬时沉降瞬时沉降n2.2.sc 固结沉降固结沉降n3.3.ss 次固结沉降次固结沉降土的回弹与再压缩第6页/共124页土的应

6、力历史对土的压缩性的影响土的应力历史对土的压缩性的影响土的应力历史：土的应力历史：土体在历史上曾经受到过的应力状态土体在历史上曾经受到过的应力状态先期固结压力先期固结压力pc：土在其生成历史中曾受过的最大有土在其生成历史中曾受过的最大有效固结压力效固结压力讨论：讨论：对试样施加压力对试样施加压力p时，压缩曲线形状时，压缩曲线形状ppc正常压缩曲线，斜率陡，土体压缩量大正常压缩曲线，斜率陡，土体压缩量大 土层的先期固结压力对其固结程度和压缩性有明土层的先期固结压力对其固结程度和压缩性有明显的影响，用先期固结压力显的影响，用先期固结压力pc与现时的土压力与现时的土压力p0的比的比值描述土层的应力历

7、史，将粘性土进行分类值描述土层的应力历史，将粘性土进行分类n1.1.正常固结土正常固结土先期固结压力等于现时的土压力先期固结压力等于现时的土压力pcp0n2.2.超固结土超固结土先期固结压力大于现时的土压力先期固结压力大于现时的土压力pcp0n3.3.超固结土超固结土先期固结压力小于现时的土压力先期固结压力小于现时的土压力pcp0第7页/共124页饱和土的渗流固饱和土的渗流固结结一、有效应力原理一、有效应力原理无粘性土地基无粘性土地基上的建筑物上的建筑物土的透水性强，压土的透水性强，压缩性低缩性低沉降很快完成沉降很快完成粘性土地基上粘性土地基上的建筑物的建筑物土的透水性弱，压土的透水性弱，压缩

8、性高缩性高达到沉降稳定所达到沉降稳定所需时间十分漫长需时间十分漫长n饱饱和和土土的的压压缩缩主主要要是是由由于于土土的的外外荷荷作作用用下下孔孔隙隙水水被挤出，以致孔隙体积减小所引起的被挤出，以致孔隙体积减小所引起的n饱饱和和土土孔孔隙隙中中自自由由水水的的挤挤出出速速度度，主主要要取取决决于于土土的渗透性和土的厚度的渗透性和土的厚度第8页/共124页饱和土体渗流固结理论饱和土体渗流固结理论 1、物理模型物理模型ppp附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压:u=z=p有效应力有效应力:z=0附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压:u 0附加应力附加应力:z=p超静孔压超静孔压:u=0有效应

9、力有效应力:z=p第9页/共124页土体中由孔隙水土体中由孔隙水所传递的压力所传递的压力n有效应力有效应力是指是指由土骨架所传递的压力，由土骨架所传递的压力，即颗粒间接触应力即颗粒间接触应力模型演示得到：模型演示得到：饱和土的渗透固结过程就饱和土的渗透固结过程就是孔隙水压力向有效力应力转化的过程，是孔隙水压力向有效力应力转化的过程，在任一时刻，有效应力在任一时刻，有效应力和孔隙水压力和孔隙水压力u之和始终等于饱和土体的总应力之和始终等于饱和土体的总应力饱和土体有饱和土体有效应力原理效应力原理n孔隙水压力孔隙水压力u是指是指外荷外荷p在土孔隙水中所引起的在土孔隙水中所引起的超静水压力超静水压力H

10、岩层岩层pu0=puzz有效应力原理有效应力原理u0起始孔隙水压力起始孔隙水压力在可压缩层厚度为在可压缩层厚度为H的饱和土的饱和土层上面施加无限均布荷载层上面施加无限均布荷载p，土，土中附加应力沿深度均匀分布，中附加应力沿深度均匀分布，土层只在竖直方向发生渗透和土层只在竖直方向发生渗透和变形变形第10页/共124页1 1 概述概述是处理软粘土地基的有效办法之一。是处理软粘土地基的有效办法之一。是对地下水位以下的天然地基，或先在地基中设置砂井等竖向排水体，利用建筑物本身是对地下水位以下的天然地基，或先在地基中设置砂井等竖向排水体，利用建筑物本身重量分级逐渐加载；或在建筑物建造前在场地先行加载预压

11、，使土体中的孔隙水排出，重量分级逐渐加载；或在建筑物建造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降，同时强度逐步提高的方法。逐渐固结地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。常用于解决软粘土地基的沉降和稳定问题，使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大常用于解决软粘土地基的沉降和稳定问题，使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成，使建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。可增加地基土的抗剪强部分完成，使建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。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。第11页/共124页解决两问题解决两

12、问题沉降问题沉降问题 使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成，使建筑物在使用期间不致产生不利的沉降和使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成，使建筑物在使用期间不致产生不利的沉降和沉降差沉降差稳定问题稳定问题 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。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。第12页/共124页排水固结法适用于处理淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和粘性土地基。排水固结法适用于处理淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和粘性土地基。含水量、压缩含水量、压缩性高，强度、渗透性低。性高，强度、渗透性低。对沉降要求较高的建筑物如机场跑到等，常采用超载预压法处理地基

13、。待预压期间的沉降对沉降要求较高的建筑物如机场跑到等，常采用超载预压法处理地基。待预压期间的沉降达到设计要求后，移去预压荷载在建造建筑。达到设计要求后，移去预压荷载在建造建筑。对主要应用排水固结法来加速地基土抗剪强度的增长、缩短工期的工程，如路基、土坝等，对主要应用排水固结法来加速地基土抗剪强度的增长、缩短工期的工程，如路基、土坝等，则可利用本身的重量分级逐渐施加，使地基土的强度提高适应上部荷载的增加，最后达到则可利用本身的重量分级逐渐施加，使地基土的强度提高适应上部荷载的增加，最后达到设计荷载。设计荷载。第13页/共124页排水排水固结固结堆载预压堆载预压降低地下水位法降低地下水位法真空预压

14、真空预压排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组成成排水系统排水系统加压系统加压系统竖向竖向横向横向联合预压联合预压普通砂井普通砂井袋装砂井袋装砂井塑料排水板（带）塑料排水板（带）电渗法电渗法砂垫层砂垫层第14页/共124页设置排水系统的目的主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的途设置排水系统的目的主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离。当软土层较薄或土的渗透性较好而施工期较长时，可仅在地面径，缩短排水距离。当软土层较薄或土的渗透性较好而施工期较长时，可仅在地面铺设一定厚度的砂垫层，然后加载，土层中的

15、水竖向流入砂垫层而排出。当工程上铺设一定厚度的砂垫层，然后加载，土层中的水竖向流入砂垫层而排出。当工程上遇到深厚的、透水性很差的软粘土层时，可在地基中设置砂井或塑料排水带等竖向遇到深厚的、透水性很差的软粘土层时，可在地基中设置砂井或塑料排水带等竖向排水体，地面连以排水砂垫层，构成排水系统。排水体，地面连以排水砂垫层，构成排水系统。第15页/共124页加压系统即起固结作用的荷载，是在地基中产生水力梯度，从而使地基中的自由水排出加压系统即起固结作用的荷载，是在地基中产生水力梯度，从而使地基中的自由水排出而孔隙比减小。（它使地基土的固结压力增加而产生固结）。而孔隙比减小。（它使地基土的固结压力增加而

16、产生固结）。工程上广泛使用且行之有效的增加固结压力的方法是堆载法，此外，还有真空法、降低工程上广泛使用且行之有效的增加固结压力的方法是堆载法，此外，还有真空法、降低地下水位法、电渗法和联合法。采用真空法、降低地下水位法、电渗法不会像堆载法那地下水位法、电渗法和联合法。采用真空法、降低地下水位法、电渗法不会像堆载法那样有可能引起地基土的剪切破坏，所以较为安全，但操作技术比较复杂。样有可能引起地基土的剪切破坏，所以较为安全，但操作技术比较复杂。第16页/共124页排水系统排水系统加压系统加压系统第17页/共124页系统组成系统组成排水系统排水系统 第18页/共124页系统组成系统组成排水系统排水系

17、统 材料材料 Wick Drainssandgravel第19页/共124页系统组成系统组成排水系统排水系统 Vertical Wick Drains第20页/共124页Vertical Wick Drains第21页/共124页塑料排水板插板机塑料排水板插板机第22页/共124页排水塑料板排水塑料板第23页/共124页第24页/共124页Horizontal Drains水平排水体第25页/共124页系统组成系统组成加压系统加压系统 堆载堆载桥头高填土堆载预压场地高填土堆载预压场地高填土堆载预压第26页/共124页第27页/共124页临时填土堆载预压临时填土堆载预压第28页/共124页Vac

18、uum Consolidation系统组成系统组成加压系统加压系统 真空预压真空预压第29页/共124页排水固结法应根据预压目的选择加压方法：排水固结法应根据预压目的选择加压方法：如果预压如果预压是为了减少建筑的沉降，则应采用预先堆载加压，使是为了减少建筑的沉降，则应采用预先堆载加压，使地基沉降产生在建筑物建造之前；若预压目的主要是地基沉降产生在建筑物建造之前；若预压目的主要是增加地基强度，则可用自重加压，即放慢使地基增长增加地基强度，则可用自重加压，即放慢使地基增长与建筑物荷重的增加相适应。与建筑物荷重的增加相适应。排水固结法应用条件：排水固结法应用条件：除要有排水系统的施工机械和除要有排水

19、系统的施工机械和材料外（如砂井的施工机械和材料）外，还必须有材料外（如砂井的施工机械和材料）外，还必须有（1 1）预压荷载；（）预压荷载；（2 2）预压时间；（）预压时间；（3 3）适用的土类）适用的土类等。其中预压荷载是关键问题，因为施加预压荷载后等。其中预压荷载是关键问题，因为施加预压荷载后才能引起地基土的排水固结。而施加一个与建筑物自才能引起地基土的排水固结。而施加一个与建筑物自重相当的荷载并非易事，少则几千吨，大则数万吨，重相当的荷载并非易事，少则几千吨，大则数万吨，许多工程因无条件施荷而不宜采用砂井预压处理，此许多工程因无条件施荷而不宜采用砂井预压处理，此时可考虑真空预压、降水预压或

20、电渗排水等。时可考虑真空预压、降水预压或电渗排水等。第30页/共124页堆堆载载预预压压法法和和砂砂井井堆堆载载预预压压法法唯唯一一的的区区别别在在于于：前前者者的的排排水水系系统统以以天天然然地地基基土土层层本本身身为为主主；而而后后者者在在天天然然地地基基中中还还人人为为地地增增设设了了诸诸如如砂砂井井等等排排水水系统。系统。第31页/共124页真空预压法真空预压法适用于能在加固区形成适用于能在加固区形成(包包括采取措施后形成括采取措施后形成)稳定负压边界条件稳定负压边界条件的软土地基。降低地下水位法、真空的软土地基。降低地下水位法、真空预压法和电渗法由于不增加剪应力，预压法和电渗法由于不

21、增加剪应力，地基不会产生剪切破坏，所以它适用地基不会产生剪切破坏，所以它适用于很软弱的粘土地基。于很软弱的粘土地基。第32页/共124页2 2 加固机理加固机理第33页/共124页一、堆载预压加固机理一、堆载预压加固机理预压法是在建筑物建造以前，在建筑场地进行加载预压法是在建筑物建造以前，在建筑场地进行加载预压，使地基的固结沉降基本完成并提高地基土强预压，使地基的固结沉降基本完成并提高地基土强度的方法。度的方法。在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出，在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出，孔隙体积随之逐渐减少，地基发生固结变形。同时孔隙体积随之逐渐减少，地基发生固结变形。同时随着

22、超静水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地随着超静水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土强度就逐渐增长。基土强度就逐渐增长。在荷载作用下，土层的固结过程就是超静孔隙水压在荷载作用下，土层的固结过程就是超静孔隙水压力力(简称孔隙水压力简称孔隙水压力)消散和有效应力增加的过程。消散和有效应力增加的过程。如地基内某点的总应力增量为如地基内某点的总应力增量为，三者满足以下关，三者满足以下关系：系：第34页/共124页加 固 软 土 层竖 向 排 水 体排水垫层水平排水盲沟第35页/共124页用填土等外加荷载对地基进行预压，是通过增加总应力并使孔隙水压力消散而增加有效用填土等外加荷载对地基进行预压，是通

23、过增加总应力并使孔隙水压力消散而增加有效应力的方法。堆载预压是在地基中形成超静水压力的条件下排水固结，称为正压固结。应力的方法。堆载预压是在地基中形成超静水压力的条件下排水固结，称为正压固结。地基土层的排水固结效果与它的排水边界有关。地基土层的排水固结效果与它的排水边界有关。对沉降有严格限制的建筑物，应采用超载预压法处理地基，超载预压可缩短预压时间。对沉降有严格限制的建筑物，应采用超载预压法处理地基，超载预压可缩短预压时间。第36页/共124页二、真空预压加固机理二、真空预压加固机理真空预压法是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫真空预压法是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

24、管道，再用不透气的封闭膜使层，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，薄膜四周埋入土中，通过砂垫层内埋其与大气隔绝，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，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。增加地基的有效应力。当抽真空时，先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐当抽真空时，先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐步形成负压，使土体内部与排水通道、垫层之间形成步形成负压，使土体内部与排水通道、垫层之间形成压差。在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水压差。在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，从而使土体固结

25、。通道排出，从而使土体固结。真空预压作用下土体的固结过程，是在总应力基本保真空预压作用下土体的固结过程，是在总应力基本保持不变的情况下，孔隙水降低，有效应力增长的过程。持不变的情况下，孔隙水降低，有效应力增长的过程。第37页/共124页第38页/共124页排水板真空预压剖视图排水板真空预压剖视图第39页/共124页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)薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载。薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载。2)2)地下水位降低，相应增加附加应力。地下水位降低，相应增加附加应力。3)3)封闭气泡排出，土的渗透性加大。封闭气泡排出，土的

26、渗透性加大。真空预压是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空，真空预压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，使粘土层产生固结压力。使膜内外形成气压差，使粘土层产生固结压力。即是在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压即是在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加有效应力的方法。真空预压和降水预压力来增加有效应力的方法。真空预压和降水预压是在负超静水压力下排水固结，称为负压固结。是在负超静水压力下排水固结，称为负压固结。第40页/共124页堆载法与真空预压法加固原理比堆载法与真空预压法加固原理比较较堆载法堆载法真空预压法真空预压法加载方式加载方式堆重：土、水、堆重：土、水、油油稳定负压

27、稳定负压土中总应力土中总应力增加增加 正压固结正压固结不变不变 负压固结负压固结排水系统水压力排水系统水压力接近静水压力接近静水压力小于静水压力小于静水压力土中水压力土中水压力超孔压至静水压超孔压至静水压静水压至稳定负静水压至稳定负压压土中水流特征土中水流特征挤水挤水吸水吸水加载速率加载速率严格控制（失稳）严格控制（失稳）不需要不需要第41页/共124页堆载预压堆载预压1 12 2 分级堆载分级堆载 竖向排水砂井、塑料排水板竖向排水砂井、塑料排水板 水平排水垫层水平排水垫层堆载过快易失稳堆载过快易失稳真空预压不会失稳真空预压不会失稳 第42页/共124页排水固结法的设计，实质上在于根据上部结构

28、载荷的大小，地基土的性质及工期要求，合排水固结法的设计，实质上在于根据上部结构载荷的大小，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，使地基在受压过程中快速排水固结，增加一部分强度理安排排水系统和加压系统的关系，使地基在受压过程中快速排水固结，增加一部分强度以满足逐渐加荷条件下地基稳定性的要求，并加速地基的固结沉降，缩短预压的时间；以满足逐渐加荷条件下地基稳定性的要求，并加速地基的固结沉降，缩短预压的时间；确定竖向排水体的直径、间距、深度和排列方式；确定竖向排水体的直径、间距、深度和排列方式；确定预压载荷的大小和预压时间，要求做到：确定预压载荷的大小和预压时间，要求做到：加固期限

29、尽量短；加固期限尽量短；固结沉降要快；固结沉降要快；充充分增加强度；分增加强度；注意安全。注意安全。第43页/共124页设计内容设计内容排水固结法的设计，实质上在于根据上部结构排水固结法的设计，实质上在于根据上部结构载荷的大小，地基土的性质及工期要求，合理安载荷的大小，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，使地基在受压过排排水系统和加压系统的关系，使地基在受压过程中快速排水固结，增加一部分强度以满足逐渐程中快速排水固结，增加一部分强度以满足逐渐加荷条件下地基稳定性的要求，并加速地基的固加荷条件下地基稳定性的要求，并加速地基的固结沉降，缩短预压的时间；结沉降，缩短预压的时间；

30、确定竖向排水体的直径、间距、深度和排列方式；确定竖向排水体的直径、间距、深度和排列方式；确定预压载荷的大小和预压时间，要求做到：确定预压载荷的大小和预压时间，要求做到：加固期限尽量短；加固期限尽量短；固结沉降要快；固结沉降要快；充分增充分增加强度；加强度；注意安全。注意安全。第44页/共124页33 设计与计算设计与计算排水固结法的设计，实质上就是进行排水系统和加压系统的设计，使地基在受压过程中排排水固结法的设计，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的要求，并加速地基的固结沉降，水固结、强度相应增加以满足逐渐加荷条件下地

31、基稳定性的要求，并加速地基的固结沉降，缩短预压的时间。缩短预压的时间。一、堆载预压法设计一、堆载预压法设计 堆载预压法设计包括加压系统和排水系统的设计。加压系统主要指堆载预压计划以及堆堆载预压法设计包括加压系统和排水系统的设计。加压系统主要指堆载预压计划以及堆载材料的选用；排水系统包括竖向排水体的材料选用、排水体长度、断面、平面布置的确载材料的选用；排水系统包括竖向排水体的材料选用、排水体长度、断面、平面布置的确定。定。第45页/共124页一、堆载预压法设计一、堆载预压法设计1 1、选择砂井或塑料排水带，确定其断面尺寸、间距、排列方式和深度；、选择砂井或塑料排水带，确定其断面尺寸、间距、排列方

32、式和深度；2 2、确定排水砂垫层材料和厚度；、确定排水砂垫层材料和厚度；3 3、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；、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；4 4、计算地基土的固结度、强度增长、抗滑稳定性和变形、计算地基土的固结度、强度增长、抗滑稳定性和变形第46页/共124页1、加压系统设计、加压系统设计堆载预压应根据土质情况分为单级加荷和多级加荷；堆载预压应根据土质情况分为单级加荷和多级加荷；根据堆载材料分为自重预压、加荷预压和加水预压。根据堆载材料分为自重预压、加荷预压和加水预压。堆载一般用填土、砂石等散粒材料；油罐通常利用罐堆载一般用填土、

33、砂石等散粒材料；油罐通常利用罐体充水对地基进行预压。对堤坝等以稳定为控制的工体充水对地基进行预压。对堤坝等以稳定为控制的工程，则以其本身的重量有控制地分级逐渐加载，直至程，则以其本身的重量有控制地分级逐渐加载，直至设计标高。设计标高。由于软粘土地基抗剪强度低，无论直接建造建筑物还由于软粘土地基抗剪强度低，无论直接建造建筑物还是进行堆载预压往往都不可快速加载，而必须分级逐是进行堆载预压往往都不可快速加载，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渐加荷，待前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。荷载时方可加下一级荷载。第47页/共124页2、排水系统设计、排水

34、系统设计1）竖向排水体材料选择）竖向排水体材料选择 竖向排水体可采用普通砂井、袋装砂井和塑料排竖向排水体可采用普通砂井、袋装砂井和塑料排水带。若设置的竖向排水体长度超过水带。若设置的竖向排水体长度超过20m,建议采建议采用普通砂井。用普通砂井。2）竖向排水体深度设计）竖向排水体深度设计主要根据土层的分布、地基中附加应力大小、施工期限主要根据土层的分布、地基中附加应力大小、施工期限和条件、建筑物对地基的稳定性、变形要求确定。（反和条件、建筑物对地基的稳定性、变形要求确定。（反复试算）复试算）至少应超过最危险滑动面至少应超过最危险滑动面2m。一般为。一般为101025 m25 m第48页/共124

35、页(1)(1)当软土层不厚、底部有透水层时，砂井应尽可当软土层不厚、底部有透水层时，砂井应尽可能穿透软土层。能穿透软土层。(2)(2)当深厚的压缩土层问有砂层或砂透镜体时，砂当深厚的压缩土层问有砂层或砂透镜体时，砂井应尽可能打至砂层或砂透镜体，而采用真空预压井应尽可能打至砂层或砂透镜体，而采用真空预压时应尽可能避免砂井与砂层相连，以免影响真空效时应尽可能避免砂井与砂层相连，以免影响真空效果。果。(3)(3)对于无砂层的深厚地基，则可根据其稳定性及对于无砂层的深厚地基，则可根据其稳定性及建建(构构)筑物在地基中造成的附加应力筑物在地基中造成的附加应力与自重应力之比值确定与自重应力之比值确定(一般

36、为一般为O.1O.1O.2)O.2)。(4)(4)若砂层中存在承压水，由于承压水的长期作用，若砂层中存在承压水，由于承压水的长期作用，粘土中就存在着超孔隙水压力，这对粘性土固结和粘土中就存在着超孔隙水压力，这对粘性土固结和强度增长都是不利的，所以宜将砂井打到砂层，利强度增长都是不利的，所以宜将砂井打到砂层，利用砂井加速承压水的消散。用砂井加速承压水的消散。第49页/共124页 (5)(5)按稳定性控制的工程，如路堤、土坝、岸坡、堆料等，砂井深度应通过稳定分析按稳定性控制的工程，如路堤、土坝、岸坡、堆料等，砂井深度应通过稳定分析确定，砂井深度应大于最危险滑动面的深度。确定，砂井深度应大于最危险滑

37、动面的深度。(6)(6)按沉降控制的工程，砂井深度可由压载后的沉降量满足上部建按沉降控制的工程，砂井深度可由压载后的沉降量满足上部建(构构)筑物容许的沉筑物容许的沉降量来确定。降量来确定。第50页/共124页3）竖向排水体平面布置设计）竖向排水体平面布置设计砂井直径和间距主要取决于土的固结特性和施工期限的砂井直径和间距主要取决于土的固结特性和施工期限的要求。要求。“细而密细而密”比比“粗而稀粗而稀”效果好。效果好。普通砂井直径普通砂井直径 200200500mm500mm；袋装砂井直径袋装砂井直径 7070100mm100mm。塑料排水带塑料排水带 当量直径当量直径工程上常用的井距，一般为砂井

38、直径的工程上常用的井距，一般为砂井直径的6 68 8倍，袋装砂倍，袋装砂井井距一般为砂井直径的井井距一般为砂井直径的15153030倍。设计时，可先假定倍。设计时，可先假定井距，再计算地基固结度，若不能满足要求，则可缩小井距，再计算地基固结度，若不能满足要求，则可缩小井距或延长工期。井距或延长工期。竖向排水体的布置范围一般比建筑基础范围稍大为好，竖向排水体的布置范围一般比建筑基础范围稍大为好，扩大范围一般可由基础的轮廓线向外延伸约扩大范围一般可由基础的轮廓线向外延伸约24 m。第51页/共124页4）砂井的排列）砂井的排列砂井平面布置的等边三角形和正方形两种形式，以等砂井平面布置的等边三角形和

39、正方形两种形式，以等边三角形排列较为紧凑和有效。当砂井为正方形排列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。通过位于其中的砂井排出。在实际进行固结计算时，由于多边形作为边界条件求在实际进行固结计算时，由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围由多边形改解很困难，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，等效圆的直为由面积与多边形面积相等的

40、圆来求解，等效圆的直径径d d。与砂井间距。与砂井间距l l 的关系的关系 如图示如图示第52页/共124页砂井砂井dwdedw第53页/共124页b b、间距间距L L 可按井径比可按井径比n n选用。选用。n nd de e/d/dw w塑料排水带或袋装砂井塑料排水带或袋装砂井n n15152222；普通砂井普通砂井n n6 68 8第54页/共124页 4 4）确定排水砂垫层材料和厚度）确定排水砂垫层材料和厚度a a、材料：中粗砂，粘粒含量不宜大于、材料：中粗砂，粘粒含量不宜大于3 3，砂料中可混有少量粒径小于，砂料中可混有少量粒径小于50mm50mm的砾石，的砾石，渗透系数大于渗透系数

41、大于10102 cm2 cm/s/s。b b、厚度：不小于、厚度：不小于500mm500mm。第55页/共124页井阻和涂抹作用井阻和涂抹作用在实际砂井施工中，由于沉管对周围土体的扰动和重塑作用，在砂井周围形成了一个在实际砂井施工中，由于沉管对周围土体的扰动和重塑作用，在砂井周围形成了一个“涂涂抹区抹区”，使该区内土渗透性降低，压缩性增大。，使该区内土渗透性降低，压缩性增大。在土中水向砂井渗流过程中，砂料对渗流产生的阻力也会影响土层的固结速率。在土中水向砂井渗流过程中，砂料对渗流产生的阻力也会影响土层的固结速率。井阻和涂抹作用对固结速率的影响有时十分显著。比如宁波机场袋装砂井场地，在堆载井阻和

42、涂抹作用对固结速率的影响有时十分显著。比如宁波机场袋装砂井场地，在堆载205205天后，考虑井阻与涂抹作用影响的地基实际平均固结度仅为按理想砂井地基计算的固天后，考虑井阻与涂抹作用影响的地基实际平均固结度仅为按理想砂井地基计算的固结度结度0.810.81倍。倍。第56页/共124页4 4 施工方法施工方法一、堆载预压施工方法一、堆载预压施工方法三个缓解：铺设水平排水垫层、设置竖向排水体和施加固结压力。三个缓解：铺设水平排水垫层、设置竖向排水体和施加固结压力。（一）水平排水垫层的施工（一）水平排水垫层的施工排水垫层的作用是使在预压过程中，从土体进入垫层的渗流水迅速地排除，使土层的排水垫层的作用是

43、使在预压过程中，从土体进入垫层的渗流水迅速地排除，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果和预压时间的长短。果和预压时间的长短。第57页/共124页（一）水平排水垫层的施工（一）水平排水垫层的施工1 1、垫层材料、垫层材料垫层材料应采用透水性好的砂料，其渗透系数一般不低于垫层材料应采用透水性好的砂料，其渗透系数一般不低于10-3cm/s10-3cm/s，同时能起到一定，同时能起到一定的反过滤作用。通常采用级配良好的中、粗砂，含泥量不大于的反过滤作用。通常采用级配良好的中、粗砂，

44、含泥量不大于3%3%。一般不宜采用粉、。一般不宜采用粉、细砂。细砂。第58页/共124页2 2、垫层尺寸、垫层尺寸（1 1）一般情况下，水上排水垫层厚度为）一般情况下，水上排水垫层厚度为0.5m0.5m左右，水下垫层为左右，水下垫层为1.0m1.0m左右。对新吹填不久左右。对新吹填不久的或无硬壳层的软黏土及水下施工的特殊条件，应采用厚的或混合粒排水垫层。的或无硬壳层的软黏土及水下施工的特殊条件，应采用厚的或混合粒排水垫层。（2 2）排水砂垫层宽度等于铺设场地宽度，砂料不足时，可用砂沟代替砂垫层。）排水砂垫层宽度等于铺设场地宽度，砂料不足时，可用砂沟代替砂垫层。（3 3）砂沟的宽度为）砂沟的宽度

45、为2 23 3倍砂井直径，一般深度为倍砂井直径，一般深度为404060cm60cm。第59页/共124页3 3、垫层施工、垫层施工不论采用何种施工方法，都应避免对软土表层的过大扰动，以避免造成砂和淤泥混合，不论采用何种施工方法，都应避免对软土表层的过大扰动，以避免造成砂和淤泥混合，影响垫层的排水效果。另外，在铺设砂垫层前，应清楚干净砂井顶面的淤泥或其他杂物，影响垫层的排水效果。另外，在铺设砂垫层前，应清楚干净砂井顶面的淤泥或其他杂物，以利砂井排水。以利砂井排水。（二）竖向排水体施工（二）竖向排水体施工1 1、砂井施工、砂井施工砂井施工要求：砂井施工要求：保持砂井连续和密实，并且不出保持砂井连续

46、和密实，并且不出现缩颈现象；现缩颈现象；尽量减少对周围土的扰动；尽量减少对周围土的扰动；砂井砂井的长度、直径和间距应满足设计要求。的长度、直径和间距应满足设计要求。第60页/共124页先在地基中成孔，再在孔内灌砂形成砂井。先在地基中成孔，再在孔内灌砂形成砂井。必须保证砂井的施工质量以防缩颈、断颈或错位现象。必须保证砂井的施工质量以防缩颈、断颈或错位现象。砂井的灌砂量应按砂在中密状态时的干重度和井管外径所形成的体积计算，其实际砂井的灌砂量应按砂在中密状态时的干重度和井管外径所形成的体积计算，其实际灌砂量按质量控制要求，不得小于计算值的灌砂量按质量控制要求，不得小于计算值的95%95%。灌砂时可适

47、当灌水，以利密实。灌砂时可适当灌水，以利密实。砂井位置的允许偏差为该井的直径，垂直度的允许偏差为砂井位置的允许偏差为该井的直径，垂直度的允许偏差为1.5%1.5%。第61页/共124页2 2、袋装砂井施工、袋装砂井施工袋装砂井施工基本上解决了大直径砂井中所存在的问题，使砂井的设计和施工更加科学化，袋装砂井施工基本上解决了大直径砂井中所存在的问题，使砂井的设计和施工更加科学化，保证了砂井的连续性。施工设备实现了轻型化，比较适合在软弱地基上施工；用砂量大为保证了砂井的连续性。施工设备实现了轻型化，比较适合在软弱地基上施工；用砂量大为减少；施工速度加快、工程造价降低，是一种比较理想的竖向排水体。减少

48、；施工速度加快、工程造价降低，是一种比较理想的竖向排水体。（1 1）施工具和工效）施工具和工效在国内，袋装砂井成孔的方法有锤击打入法、水冲法、静力压入法、钻孔法和振动贯入法在国内，袋装砂井成孔的方法有锤击打入法、水冲法、静力压入法、钻孔法和振动贯入法五种。五种。第62页/共124页（2 2）砂袋材料必须选用抗拉力强、抗腐蚀和抗紫外线能力强、透水性能好、韧性和柔）砂袋材料必须选用抗拉力强、抗腐蚀和抗紫外线能力强、透水性能好、韧性和柔性好、透气并且在水中能起过滤网作用和不外露砂料的材料支座。国内采用过的砂袋材性好、透气并且在水中能起过滤网作用和不外露砂料的材料支座。国内采用过的砂袋材料有麻布袋和聚

49、丙烯编织袋。料有麻布袋和聚丙烯编织袋。（3 3）施工要求）施工要求灌入砂袋的砂宜用干砂，并应灌制密实。砂袋长度应较砂井孔长度长灌入砂袋的砂宜用干砂，并应灌制密实。砂袋长度应较砂井孔长度长50cm50cm，使其放入井，使其放入井孔后能露出地面，一边埋入排水砂垫中。孔后能露出地面，一边埋入排水砂垫中。袋装砂井施工时，所用钢管的内径宜略大于砂井直径，不宜过大以减小施工过程中对地袋装砂井施工时，所用钢管的内径宜略大于砂井直径，不宜过大以减小施工过程中对地基土的扰动。另外，拔管后带上砂袋的长度不宜超过基土的扰动。另外，拔管后带上砂袋的长度不宜超过0.50m0.50m。第63页/共124页3 3、塑料排水

50、带施工、塑料排水带施工塑料排水带法是将塑料排水带用插带机将其插入软土中，然后在地基面上加载预塑料排水带法是将塑料排水带用插带机将其插入软土中，然后在地基面上加载预压（或采用真空预压），土中水沿塑料袋的通道逸出，从而使地基土得到加固的压（或采用真空预压），土中水沿塑料袋的通道逸出，从而使地基土得到加固的方法。方法。第64页/共124页第65页/共124页二、真空预压法技术指标与技术措施二、真空预压法技术指标与技术措施真空预压法设计的主要内容有勘察、设计参数选取、排水系统设计、抽气系统设计、验真空预压法设计的主要内容有勘察、设计参数选取、排水系统设计、抽气系统设计、验证满足设计荷载所需强度、固结时