地基处理-排水固结

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1、4.2.2　排水固结1、概述　排水固结法是对天然地基，或先在地基中设置砂井(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。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。　　实际上，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。　　排水系统是一种手段，如没有加压系统，

2、孔隙中的水没有压力差就不会自然排出，地基也就得不到加固。如果只增加固结压力，不缩短土层的排水距离，则不能在预压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。所以上述两个系统，在设计时总是联系起来考虑的。　　排水固结法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。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，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。真空预压法适用于能在加固区形成(包括采取措施后形成)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

3、法由于不增加剪应力，地基不会产生剪切破坏，所以它适用于很软弱的粘土地基。2、加固机理(1)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，使地基的固结沉降基本完成并提高地基土强度的方法。　　在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出，孔隙体积随之逐渐减少，地基发生固结变形。同时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。在荷载作用下，土层的固结过程就是超静孔隙水压力(简称孔隙水压力)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，有效应力增量为，孔隙水压力增量为，则三者满足以下关系：用填土等外加荷载对地基

4、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。根据固结理论，在达到同一固结度时，固结所需的时间与排水距离的长短平方成正比。软粘土层越厚，一维固结所需的时间越长。如果淤泥质土层厚度大于10～20m，要达到较大固结度>80%，所需的时间要几年至几十年之久。为了加速固结，最为有效的方法是在天然土层中增加排水途径，缩短排水距离，在天然地基中设置垂向排水体。这时土层中的孔隙水主要通过砂井和部分从竖向排出。所以砂井(袋装砂井或塑料排

5、水带)的作用就是增加排水条件。为此，缩短了预压工程的预压期，在短期内达到较好的固结效果，使沉降提前完成；加速地基土强度的增长，使地基承载力提高的速率始终大于施工荷载的速率，以保证地基的稳定性，这一点无论从理论和实践上都得到了证实。(2)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。　　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

6、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。真空预压的原理主要反映在以下几个方面：　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。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是在负超静水压力下排水固结，称为负压固结。3、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水固结、强度相应增加以满足

7、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。(1)计算理论1)瞬时加荷条件下固结度计算不同条件下平均固结度计算公式见表4.2.2-1。表4.2.2-1不同条件下平均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(>30%)Tezaghi解2内径向排水固结1Barron解3竖向和内径向排水固结(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5普遍表达式表中：——竖向固结系数，　　　——径向固结系数(或称水平向固结系数),　　　——每一个砂井有效影响范围的直径；　　　——砂井直径。2)逐渐加荷条件下地基固结度的

8、计算以上计算固结度的理论公式都是假设荷载是一次瞬间加足的。实际工程中，荷载总是分级逐渐施加的。