排水固结法(武汉理工版）

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1、4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

2、水从阳极流向阴极。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

3、压缩曲线、cef为卸荷曲线、fgc’为再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

4、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

5、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；

6、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：a.竖向排水水平平均固结度：当U

7、z＞30％，可简化为：b.径向固结度计算：c.总固结度计算：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，将土体的水抽至砂垫层后排出。(二)真空度及平均固结度真空预压的膜下真空度应保持在600mmHg(约80

8、kPa)以上；压缩土层的平均固结度应大于80％。(三)预压面积及分块大小真空预压的总面积不得小于基础外缘所包围的面积，一般边缘应超出建筑物基础外缘2～3m；每块预压的面积应尽可能大，并要求彼此有搭接。(四)地基变形计算根据土层的固结度计算出有效应力，然后从室内固结试验得到的e－p关系曲线查出相应的孔隙比利用分层总和法