5.1排水固结法(地大版)

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1、第五章排水固结法第一节概述1.排水固结法排水固结法是在建筑物建造前，对天然地基或已设置竖向排水体的地基加载预压，使土体固结沉降基本结束或完成大部分，从而提高地基土强度的一种地基加固方法。2.加载方法主要包括：直接堆载法、真空预压法、降低地下水法以及电渗法。⑴真空预压法在粘土层上铺设砂垫层，然后用不透气薄膜密封砂垫层，用真空泵对砂垫层和砂井抽气，使土体和砂垫层以及砂井之间形成压力差，发生渗流，使土中孔隙水压力不断降低，有效应力不断增强，促使土体固结沉降。⑵降低地下水位法⑶电渗法在土中插入金属电极并通以直流电，由于电场作用，土中水从阳极流向阴极。

2、如将阴极积聚的水排走，土体中孔隙水就会减少，有效应力增大导致沉降固结。3.排水系统的作用改变地基的排水边界条件，缩短排水距离和增加孔隙水排出的途径；4.加压系统的作用起固结作用，使地基土的固结压力增加而产生固结；5.排水系统和加压系统是联合使用的。6.适用范围：饱和软粘土地基，应用于路堤、仓库。罐体、飞机跑道等第二节排水固结的原理1.固结机理饱和软粘土地基在荷载作用下，孔隙中的水被慢慢排出，孔隙体积慢慢减小，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，地基土的强度逐渐增长。abc为压缩曲线、cef为卸荷曲线、fgc’为再

3、压缩曲线固结理论公式固结时间与排水距离的平方成正比，缩短排水距离可大大缩短固结时间。在地基中设置砂垫层及砂井等的目的就是为了增加排水途径，缩短排水距离，从而加快软弱土层的排水固结。第三节排水固结法设计计算一、设计前应取得的资料⑴进行岩土工程勘察，查明场地的工程地质和水文地质条件；⑵室内土工试验，确定土的固结系数、孔隙比和固结压力关系、三轴试验强度等；⑶进行原位十字板剪切试验，确定各土层十字板抗剪强度。二、加载预压法设计其设计内容包括：①选择竖向排水体，确定其尺寸、间距、排列方式和深度；②确定预压荷载的大小、范围、速率和预压时间；③计算地基的固

4、结度、强度增长；④进行稳定性和变形计算。(一)预压荷载计算通常预压荷载大小取建筑物的基底压力值；采用超载预压法时，其预压荷载大于基底压力值。1.加载预压的计算步骤⑴利用天然地基土的抗剪强度，计算第一级容许施加荷载p1。①斯开普顿极限荷载半经验公式②对于饱和软粘土③对于长条形填土⑵计算p1作用下地基强度增长值⑶计算p1作用下达到设计要求的固结度所需时间，并确定p2加载时间⑷根据p1作用下的地基强度，计算p2值并求出p2下地基固结度达70％时的强度即所需时间，然后依次计算各级荷载。⑸对每一级荷载进行稳定性验算⑹地基最终沉降量和预压沉降量计算，并满

5、足容许沉降量要求2.超载预压⑴优点：①可以缩短预压时间；②在建筑物荷载作用下地基不会产生主固结变形；③而且可减少次固结变形。⑵超载值的确定①一般情况下②粘土层③有机质粘土、泥炭土(二)砂井排水固结的设计计算1.砂井设计其设计内容包括：砂井的直径、间距、深度、排列方式和砂料的选择。⑴砂井的直径和间距可由井径比来确定普通砂井井径比一般取6～8，袋装砂井或塑料排水带井径比一般取15～20。⑵砂井深度的一般原则①压缩层不厚时，砂井应贯穿压缩土层；②压缩土层较厚但有砂层或砂透镜体时，应达到砂层或透镜体；③无砂层或透镜体的深厚压缩层，根据地基稳定性及建筑

6、物在地基中的附加应力与自重应力之比确定；⑶砂井排列④对以地基抗滑稳定性控制的工程，砂井深度应超过最危险滑动面2m。等效圆柱体的直径de与砂井间距S的关系：⑷砂井布置范围及砂垫层一般应比建筑物外缘扩大2～4m或更大，砂垫层水上施工可取0.3～0.5m，水下施工可取0.8~1.0m.2.砂井地基固结度计算⑴瞬时加载条件下砂井地基固结度计算固结微分方程：Kv≠Kh时在五个假设条件下可分解为：一维固结2.砂井地基固结度计算⑴瞬时加载条件下砂井地基固结度计算固结微分方程：对于一次性骤然施加外荷载，且孔隙水仅沿竖向渗透的地基，其竖向平均因结度可按下式计算

7、(Uz＞30％时)2、径向平均固结度：三维固结：径向固结方程：考虑在直径为de、高度H的圆柱体的土层中插入直径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深度变化；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式：3、总固结度计算由径向、竖向共同排水引起的总平均固结度表达式为：⑵砂井地基固结度计算修正①砂井未打穿软土层时固结度计算②逐渐加载条件下地基固结度计算a.改进的太沙基法3.影响砂井固结度的因素⑴砂井中的砂料对渗流有阻力，会产生水头损失，应考虑井阻作用。⑵采用机械施

8、工方式，会对周围土产生扰动，对井壁产生涂抹作用而降低径向渗透性。三、真空预压法设计(一)竖向排水体设计一般采用袋装砂井和塑料排水带，竖向排水体将负压由砂垫层传到土体