1、一、概述二、排水固结法加固机理三、砂井堆载预压法设计计算6.4 排水固结法一、概 述是在建筑物建造前,对天然地基或对 已设各种排水体的地基施加预压荷载,使土体固结沉降基本完成或大部 分完成,从而提高地基土强度的一种地基处理方法。又称为预压法。 排水固结法定义6.4 排水固结法 系统组成一、概述6.4 排水固结法普通砂井袋装砂井塑料排水带砂垫层竖向水平水:统向排系堆载堆载法: 真空法降地下水位法电渗法联合加压 统法系(正压)(负压 )砂井、袋装砂井、塑料排水带真空泵抽气砂垫层主要适用于处理 淤泥、淤泥质土 及其他 饱和软黏土 ,但具体方法又各有差异: 砂井预压法 : 特别适用有薄砂层地基。但若土
2、太软,则荷载加不上。此外,因砂井只增大主固结,故对有 机质土和泥炭等次固结土不宜,此时可用超载处理。 真空预压法 : 适合大面积均匀深厚软土地基加固。即使地基土很软,也可使用。一、概述6.4 排水固结法 适用范围二、排水固结法加固机理6.4 排水固结法 堆载预压法加固机理 砂井预压法加固机理 真空预压法加固机理对地基土预压加载。随着 u 消散,孔隙水排出,地基固结, e , s固完成,地基强度增大。2Hp砂垫层饱和软黏土透水层6.4 排水固结法 堆载预压法加固机理二、排水固结法加固机理6.4 排水固结法二、排水固结法加固机理pp堆载预压法 砂井堆载预压法砂井预压加固机理基本与前述相同,唯一不同
3、是 改善了排水条件 ,即通过设置竖向排水体(砂井、塑料排水带),增 加了排水途径、缩短了排水距离,从而加速固结沉降。 下图给出了设与不设竖向砂井的排水固结情况。 砂井预压法加固机理6.4 排水固结法二、排水固结法加固机理 抽气前,地基土体中的气压为 Pa,但当抽气后, 砂井 气压 Pv,这样在压差 (PaPv)的作用下; 土体 中水向砂井中渗流, u 减小, 增大,土固结,直到压差趋近于 0。 地下水位降低,相应增加附加应力 。设抽气前,地下水位为 H1,抽气后为 H2,水位下降了 (H1H2),在此范围内土体从 浮重度 湿重度 ,此时土骨架增大约 ( H1H2) 水柱高的压力。 封闭气泡排出
4、,土的渗透性加大 。在饱和土体中通常含有少量封闭气泡,在正压作用下,该气泡堵塞孔,使土 的渗透性降低,固结过程减慢。但在真空吸力下,封闭气泡被吸出 ,土体渗透性增大,固结加快。 真空预压法加固机理6.4 排水固结法三、砂井堆载预压法的设计计算设计要求合理制定 加载计划 ,使地基在逐级加载中完成排水固结,强度逐渐增长,并在尽可能短的时间内完成预期沉降要求。0T1=10 T2=30 T3=40t (d)p (kPa)60100t =120T0沉降t1t2t3S1S2S3SSt=120dSS 排水系统设计选择砂垫层、竖向排水体 (普通砂井、袋装砂井、塑料排水带 ),确定其断面尺寸、间距、排列方式和深
5、度; 每级加载设计计算预估加载级数;确定每级的加载大小、加载速率、预压时间 ; 计算每级加载达到预定固结度时地基强度增长和地基承 载力;验算每级加载地基稳定性。 计算各级预压荷载下地基平均固结度 Ut、沉降 St,最终沉降 S。三、砂井堆载预压法的设计计算 设计内容6.4 排水固结法 砂井直径和间距:普通砂井 dw=3050cm,间距一般是直径的 6 8倍 ;袋装砂井直径 dw=712cm,间距一般为 1 2m。塑料排水带:厚度 宽度 =(3.57.5)mm100mm。 砂井深度与排列:深度多为 1020m;按正方形或梅花形布置。 排水砂垫层:顶面应铺设排水砂垫层,层厚 0.5m,水下施工时为
6、 1.0m左右。三、砂井堆载预压法的设计计算6.4 排水固结法 砂井布置原则 :任何情况下所加的荷载均不得超过 当时 软土层的承载力。具体步骤 : 利用地基的天然抗剪强度计算第一级容许施加的荷载; 计算第一级荷载下地基强度增长值, 并以此增长值确定第二级所施加的荷载; 计算第一级荷载下达到指定固结度所 需的时间,并以此时间为第二级荷载开始施加的时间; 以此类推(第 3,4. 级荷载)完成整个加载过程。三、砂井堆载预压法的设计计算6.4 排水固结法 制定预加荷载计划 砂井预压地基平均固结度计算 2284211 1812rz r z = VhneCCHFtdUUUe 223114nln( ) ,
7、ewdnnFn n三、砂井堆载预压法的设计计算思路 :按土力学中的渗透固结理论计算。6.4 排水固结法 地基强度增长预估 (有效固结压力法)通常有: 有效固结压力法 、 有效应力法 、 Skempton法等。三、砂井堆载预压法的设计计算式中:f0为加固前土抗剪强度;fc为土体固结引起的强度增长;f为因剪切蠕动扰动土体而引起的强度降低。 加固后,地基中某一点在某时刻的抗剪强度 ft表示为: 由于 f很难确定,将它并入前两项考虑,则有:式中:为折减系数,按国内经验反算 0.80 1.0。6.4 排水固结法ft f0 fc f ft f f0 czcuuzzccuzt cuf ( ) (1 )tan
8、tanta ntn auuU 三、砂井堆载预压法的设计计算6.4 排水固结法正常固结饱和软黏土抗剪强度表达式:ft f0 fc f0 zt cutanU zcf utan 地基强度增长预估 (有效固结压力法)增量形式 表达:地基强度增长值:三、砂井堆载预压法的设计计算6.4 排水固结法 预压地基任意时刻 t 沉降计算 地基最终沉降计算: 工后沉降验算:ttctst ( 1) SpSUtpp , 为 时间的累计荷载 堆载预压 s = 1.11.4 真空预压 s= 0.80.9 真空 +堆载 s= 0.9。0i 1ii10ic1niSeehes cS S tSS S S 总沉降瞬时沉降 Sd固结沉降 Sc次固结沉降 Ss忽略Ss 监测项目 沉降观测: 推算 s,估算 Ut,评价对邻近建筑物的影响; 水平位移观测: 监视地基稳定性,控制加载速率; 孔隙水压力: 推求该点 Ut,推算 u。 深层沉降和水平位移观测 (有条件时) 。监测要求 沉降观测 : 对称轴线上设置至场外 10m, 10 20mm/天; 水平位移: 堆载坡脚外加 2 3排观测点, 4mm/天; u 观测: 布置在堆载中心线和边线附近地基中不同深度处。三、砂井堆载预压法的设计计算 现场监测设计6.4 排水固结法