排水固结新学习.pptx

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1、 排水固结法4.1.概述4.2.排水固结法加固机理4.3.预压 排水固结设计计算4.4.真空预压法4.5.排水固结法施工4.6.效果检验第1页/共61页4.1.概述 1.排水固结法 是对天然地基，或先在地基中设置竖向排水体，再利用建筑物本身重量逐渐加载；或在建筑物建造前在场地上先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，强度逐步提高的方法。该法常用于解决软粘土地基的沉降和稳定问题，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，从而提高地基的承载力和稳定性。第2页/共61页2.排水固结法的构成 由排水

2、系统和加压系统两部分共同组成。排水固结排水系统加压系统竖向排水体水平排水系统普通砂井袋装砂井塑料排水带砂垫层堆载法真空法降低地下水位法电渗法联合法第3页/共61页3.竖向排水材料类型(1).(1).塑料排水带塑料排水带的宽度一般为100mm100mm，厚度3.53.54mm.4mm.(2).(2).砂井 砂柱为软土提供了排水通道。塑料排水带第4页/共61页Vertical Wick Drains截面：芯板为并联十字型而组成口琴状。滤膜：长纤热扎无纺布，渗水性能极为优良 芯板：聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)混合掺配制 第5页/共61页袋装砂井第6页/共61页第7页/共61页插板机第8页/共61页

3、3.排水固结的适用范围 适用于各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和粘性土地基。4.排水固结的应用条件v必须有预压荷载v有足够的预压时间v有适用的土类第9页/共61页4.2.加固机理4.2.1.堆载预压加固机理1.什么是堆载预压：在软粘土地基上，先施工加荷载，使土层产生相当的压缩固结，然后将预压荷载卸掉，进行建筑物施工，即可增加地基强度，减少建筑物建成后的沉降量。2、土的固结过程：土层的固结过程就是孔隙水压力消散和有效应力增加的过程。即：也是土体密度和强度随时间而增长的过程。第10页/共61页4.2.加固机理3、总应力、有效应力、孔隙水压力三者间关系 什么是有效应力 当荷载作用于饱和土体时，这些荷载

4、是由土颗粒和孔隙水共同承担的。通过土粒间接触点传递的粒间应力称有效应力；通过孔隙水传递的应力称为孔隙水压力。此时的固结度U表示为：U 0 u=1 完全固结第11页/共61页饱和土加荷后其固结过程可分三种情况（1）、荷载施工加开始瞬间：0时，0，U0（2）、渗流过程中：0时，0U1（3）、渗流终止时：时，0，U1（固结完成）第12页/共61页 为了加速固结，在天然地基中设计垂向排水体。在实际的工程中设置砂井，包括袋装砂井、塑料排水带等。竖向排水情况砂井地基排水情况水平砂垫层砂井第13页/共61页堆载预压法堆载排水砂垫层排水砂井软土层砂井堆载预压排水固结示意图堆载产生超静水压力堆载产生超静水压力第

5、14页/共61页排水固结法的原理 加 固 软 土 层竖 向 排 水 体排水垫层水平排水盲沟第15页/共61页系统组成排水系统 第16页/共61页 4.2.2.真空预压加固机理 1.真空预压概念设砂垫层垂直排水管道封闭膜水平吸水管道 抽真空2.加固机理：通过抽真空，在膜的内外形成压差，使土体中的孔隙水不断排出，从而使土体固结。第17页/共61页 真空预压原理主要表现在三个方面；(1).薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载。(2).地下水位下降，附加应力相应增加。抽气前后地下水位降低，此范围内土体由浮重度变为湿重度，土体固结压力增加。v(3).封闭气泡排出，土的渗透性加大。第18页/共61页铺设滤水

6、管 第19页/共61页第20页/共61页第21页/共61页竖向与水平排水管的连接方式第22页/共61页第23页/共61页第24页/共61页1.理论上,真空预压法可产生的最大荷载为：(A)50kPa (B)75kPa (C)80kPa (D)100kPa (E)120kPa【解】理论上，当地基达到完全真空时，可产生1个大气压即100kPa的预压荷载。2.工程实际中,真空预压法可产生的最大荷载约为：(A)50kPa (B)70kPa (C)85kPa (D)100kPa【解】理论上，当地基达到完全真空时，可产生1个大气压即100kPa的预压荷载。但在实际工程中，根据目前的技术能力，使地基达到完全真

7、空是不可能的，一般能达到8590kPa。第25页/共61页4.3、设计与计算 设计预压固结的方法的基本要求：（1）、加固期限量短；（2）、固结沉降要快；（3）、充分增加强度；（4）、注意安全：第26页/共61页第27页/共61页 预压排水固结设计与计算 一、加压系统设计 土质情况：单级加荷和多级加荷；堆载材料：自重预压、加荷预压和加水预压。计算步骤：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的地基的稳定性和沉降。第28页/共61页1、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p1。据斯开普顿极限荷载的半经验公式作为初步估算，即：对饱和软粘土也可采用下列公式计算：对

8、条形填土，可根据下面公式估算：Cu-天然地基不排水抗剪强度K-安全系数；1.11.5 土的重度D基础的埋深第29页/共61页2、计算第一级荷载下地基强度增长值 在荷载作用下，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：3、计算作用下达到所确定固结度所需要的时间。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。-强度折减系数第30页/共61页4、根据第二步所得到的地基强度计算第二级所能施加的荷载。同样，求出在作用下地基固结度达70%时的强度以及所需要的时间，然后计算第三级所能施加的荷载，依次可计算出以后各级荷载和停歇时间。这样，初步的加荷计划也就确定下来了。第31页/共61页5

9、、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。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，所留的沉降是建筑物所允许的。第32页/共61页二、排水系统设计1、竖向排水体选择 普通砂井、袋装砂井和塑料排水带。若深度超过20m，采用普通砂井，井径可取200500mm。袋装砂井直径多用70100mm，砂的含泥量3%。塑料排水板的当量换算直径可按下式计算：式中 dp塑料排水板的当量换算直径，mm；b塑料排水袋宽度，mm；塑料排水袋厚度，mm。第33页/共

10、61页【例题11】某塑料排水板的宽度为100mm，厚度为5mm，则其当量直径为()。A、105mm;B、95mm;C、66.9mm;D、25.2mm;答案：C第34页/共61页2、竖向排水体深度设计 P109(1).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；(2).当深厚的软土层间有砂层或砂透镜体时，排水体应尽可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；(3).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(一般为0.10.2)竖向排水体长度一般为1025m。第35页/共61页3、竖向排水体的平面

11、布置形式与范围 竖向排水体的平面布置可采用等边三角形或正方形排列。竖向排水体的有效直径de与间距 l 的关系为：等边三角形排列正 方 形 排 列 竖向排水体的布置范围一般比建筑物基础范围稍大些。扩大的范围可由基础的轮廓线向外增大约24m。第36页/共61页1.排水竖井的直径为200mm，采用间距为1.5m的等边三角形布置，则竖井的有效排水直径是多少?解：等边三角形布置公式为：解：等边三角形布置公式为：2.塑料排水带的宽度为100mm，厚度为5mm，采用间距为2.0m的正方形布置，则其有效排水直径是多少?解：正方形布置公式为：第37页/共61页4、竖向排水体的间距 竖向排水体的间距可按井径比 n

12、 选用，井径比 n 的表达式为：式中 de竖向排水体影响圆的直径；dw竖向排水体的直径，对塑料排水袋dw=dp(换算后的直径)。设计时，普通砂井的井径比n=68；袋装砂井或塑料排水带的井径比n=1522。第38页/共61页5、砂料设计砂井的砂宜用中粗砂，洁净，不含草根杂物，含泥量不能超过3%。6、地表排水砂垫层设计（水平排水体设计）砂井顶部的砂垫层采用中粗砂，含泥量应小于3%。厚度0.5m左右；在砂料贫乏地区，可采用连通砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层。第39页/共61页7、现场监测设计 堆载预压法现场监测一般包括地面沉降观测、水平位移观测和孔隙水压力观测。据工程经验：对竖井地基，最大竖向变形量每

13、天不应超过15mm。对天然地基，最大竖向变形量每天不应超过l0mm；边桩水平位移每天不应超过5mm；地基中孔压不得超过预压荷载的5060%。预压荷载的卸荷时间一般控制在固结度为85%左右。第40页/共61页 4.3.5.4.3.5.真空预压法设计1.先铺设水平排水砂垫层、塑料排水沟或排水垫层；2.在砂垫层上按一定间距打设竖向排水体；3.薄膜铺盖在砂垫层上，并将膜埋入周边密封沟或墙内；4.借助埋设在砂垫层中的管道，真空泵对膜下土体的水气抽出，土体固结。第41页/共61页4.4.排水固结法施工排水固结法施工堆载预压施工铺水平排水垫层，设置竖向排水体，施加固结压力。施工：（1）若地基承载力较好，采用

14、机械分堆摊铺法，即先堆成若干砂堆，然后用推土机或人工摊平。（2）当硬壳层承载力不足时，可采用顺序推进铺筑法。（3）若地基表面非常软，先要改善地基表面的持力条件，可先在地基表面铺设筋网层，再铺砂垫层。第42页/共61页(1).砂井施工要求：连续和密实，防止颈缩；减小扰动；长度直径间距满足。砂井的灌砂量：实际灌砂量需达95%。位置允许偏差：直径；垂直度：1.5%。第43页/共61页砂井成孔典型方法简介套管法：水冲成孔法：螺旋钻成孔法：爆破成孔法：第44页/共61页(2).袋装砂井施工 用砂量大为减少；施工速度加快、工程造价降低在同一工程中，加固每平方米地基的袋装砂经费用是普通砂井的50%左右。砂袋

15、材料：砂：砂袋长度应较砂井孔长50cm 直径70120，间距1.52.0m，井径比为1525。第45页/共61页袋装砂井第46页/共61页(3)塑料排水带的施工由芯板和滤膜组成。性能：具有良好的透水性和强度。整个排水带应反复对折5次不断裂才认为合格。施工：定位；将塑料带通过导管从管靴穿出；将塑料带与桩尖连接贴近管靴并对准桩位；插入塑料带；拔管剪断塑料带等。第47页/共61页 包装外型：采用中心收卷成圆型 的饼状，200米/卷，直径约0.8M 1.3M，高度0.1M。第48页/共61页第49页/共61页处理前的淤泥第50页/共61页真空预压第51页/共61页预压荷载的施工(1).利用建筑物自重加

16、压(2).堆载预压施工时应注意以下几点：1).堆载面积要足够大。顶面积不小于建筑物底面积。2).严格控制加荷速率，避免部分堆载过高引起局部破坏。3).对超软粘性土地基，应避免对土的扰动和破坏。第52页/共61页真空预压系统设置1、埋设竖向排水系统与水平向滤水管。2、铺设密封膜。3、设置抽气系统。真空预压法施工第53页/共61页真空预压施工方法(2)真空预压加固区-每块面积宜大不宜小。一般加固面积600010000m2为宜。抽气阶段施工要求与质量要求a.冬季抽气，应避免过长时间停泵；b.密封膜宜铺设三层，以确保自身密封性能。d.加工完毕的密封膜应堆放在阴凉通风处；其间适当撒放滑石粉，防止粘连；第

17、54页/共61页e.在铺设滤水管时，滤水管之间要连接牢固。f.抽气时膜内真空80kPa；停止预压时地基固结度要求大于80%；g.预压的沉降稳定标准为连续5d，实测沉降速率不大于2mm/d。第55页/共61页4.5.施工质量检验1施工质量检验(1).塑料排水带应测定其纵向通水量、抗拉强度、滤膜渗透系数和等效孔径等。(2).砂井和砂垫层砂料，应做颗粒分析和渗透性试验。(3).对预压工程，应进行地基竖向变形、侧向位移和孔隙水压力等项目的监测。(5).真空预压工程应进行膜下真空度和地下水位的量测。第56页/共61页（二）预压法竣工验收检验应符合下列规定：1.排水竖并处理深度范围内和竖井底面以下受压土层

18、，经预压所完成的竖向变形和平均固结度应满足设计要求。2.应对预压的地基土进行原位十字板剪切试验和室内土工试验。必要时，尚应进行现场载荷试验，试验数量不应少于3 点。第57页/共61页思考题1.砂井和砂桩都是以砂作为填料的桩体，两者区别；2.堆载预压和真空预压在加固机理上的区别3.何种排水固结方法可不控制加荷速率4.排水固结法的适用范围？5.预压法加固哪些地基时可不设置竖向排水体？6.排水竖井的直径为200mm，采用间距为1.5m的等边三角形布置，则竖井的有效排水直径为？7.真空预压的原理主要有哪些方面?8.工程实际中,真空预压法可产生的最大荷载约为？9.什么是涂抹作用，井阻？在什么情况下要考虑

19、？10.砂井地基固结度包含以下哪几个部分?11.塑料排水带和袋装砂井埋入砂垫层的长度不应小于多少?12.对加载预压工程，加载速率的控制，对竖井地基，最大竖向变形量每天不应超过多少?对天然地基，最大竖向变形量每天不应超过多少?边桩水平位移每天不应超过多少?13.砂井可能产生的质量事故有？14.堆载预压砂井灌砂量至少为计算值的多少？第58页/共61页练习题1.排水固结法由哪几个部分组成?(A)加压系统 (B)砂桩 (C)排水系统 (D)填土 (E)量测系统2.在排水系统中，属于水平排水体的有：（A）普通砂井 （B）袋装砂井 (C)塑料排水带 (D)砂垫层第59页/共61页第60页/共61页感谢您的观看。第61页/共61页