第4章排水固结法

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1、Ground Treatment Techniques第4 4章 排水固结法排水固结法 Chapter 4 Chapter 4 ConsolidationConsolidation 4.1 4.1 概概 述述 排水固结法（排水固结法（ConsolidationConsolidation）是处）是处理软粘土地基的有效方法之一。该法是理软粘土地基的有效方法之一。该法是对天然地基，或先在地基中设置砂井等对天然地基，或先在地基中设置砂井等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载，或是在建筑物建造以前，分级逐渐加载，或是在建筑物建造以前，在场地先行加载预压，使土体

2、中的孔隙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，同水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。时强度逐步提高的方法。深圳河真空预压全貌深圳美视妈湾油库海上抛石围堤、海上铺设土工布深圳美视妈湾油库海上抛石围堤、海上铺设土工布、回填砂和插板并堆载预压竣工后使用现、回填砂和插板并堆载预压竣工后使用现场 堆水预压堆水预压四航研究院进行的交通部综合地基加固现场试验（在潮四航研究院进行的交通部综合地基加固现场试验（在潮间带插铺土工布、回填砂垫层、插排水板，并用真空气间带插铺土工布、回填砂垫层、插排水板，并用真空气体、水荷载流体和堆砂固体进行三相体联合预压）体、水荷载流

3、体和堆砂固体进行三相体联合预压）四航研究院珠海前山水荷载预压加固示意图四航研究院珠海前山水荷载预压加固示意图四航研究院深圳妈湾潮间带真空预压一角（退潮时）四航研究院深圳妈湾潮间带真空预压一角（退潮时） 塑料排水板插板机塑料排水板插板机塑料排水板地基处理塑料排水板地基处理真空预压地基处理真空预压地基处理 真空预压管网铺设真空预压管网铺设排水板真空预压处理剖面示意图排水板真空预压处理剖面示意图 排水固结法可解决以下两个问题：排水固结法可解决以下两个问题： （1 1）沉降问题沉降问题。使地基的沉降在加载预。使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成，使建筑物在使压期间大部分或基本完成，使建筑物在使用

4、期间不致产生不利的沉降和沉降差。用期间不致产生不利的沉降和沉降差。 （2 2）稳定问题稳定问题。加速地基土的抗剪强度。加速地基土的抗剪强度的增长，从而提高地基的承载力和稳定性。的增长，从而提高地基的承载力和稳定性。 排水固结法排水固结法适用于适用于处理淤泥质土、淤泥和处理淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和粘性土地基。冲填土等饱和粘性土地基。排水固结法是由排水固结法是由排水系统排水系统和和加压系统加压系统两部两部分共同组合而成。分共同组合而成。（1 1）排水系统排水系统 由水平排水垫层和竖向排由水平排水垫层和竖向排水体构成。竖向排水体可选用普通砂井、水体构成。竖向排水体可选用普通砂井、袋装砂井或塑料排

5、水板。袋装砂井或塑料排水板。（2 2）加压系统加压系统 即是起固结作用的荷载，即是起固结作用的荷载，它使地基土的固结压力增加而产生固结。它使地基土的固结压力增加而产生固结。 工程上广泛使用且行之有效的增加固结压工程上广泛使用且行之有效的增加固结压力的方法是力的方法是堆载法堆载法，此外，还有，此外，还有真空法真空法、降低地下水位法降低地下水位法、电渗法电渗法和和联合法联合法。 排水固结法的设计，主要是根据上部排水固结法的设计，主要是根据上部结构荷载的大小、地基土的性质以及工结构荷载的大小、地基土的性质以及工期要求、确定竖向排水体的直径、间距、期要求、确定竖向排水体的直径、间距、深度和排列方式；确

6、定预压荷载的大小深度和排列方式；确定预压荷载的大小和预压时间，使通过预压，地基能满足和预压时间，使通过预压，地基能满足建筑物对变形和稳定性的要求。建筑物对变形和稳定性的要求。适用范围适用范围适用于处理各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和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。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。次固结可利用超载的方法。真

7、空预压法适用于能在加固区形成真空预压法适用于能在加固区形成( (包括采取措施包括采取措施后形成后形成) )稳定负压边界条件的软土地基。降低地下稳定负压边界条件的软土地基。降低地下水位法、真空预压法和电渗法由于不增加剪应力水位法、真空预压法和电渗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，地基不会产生剪切破坏，所以它适用于很软弱的粘土地基。的粘土地基。排水固结法分类排水固结法分类根据加压和排水两个系统的不同，派生出多种固结加根据加压和排水两个系统的不同，派生出多种固结加固地基的方法：固地基的方法：美国跨越金山湾南端的美国跨越金山湾南端的DumbartonDumbarton桥东侧

8、引道路桥东侧引道路堤场地，路堤下淤泥的抗剪强度小于堤场地，路堤下淤泥的抗剪强度小于5kpa5kpa，其固，其固结时间将需要结时间将需要30403040年，为了支撑路堤和加速所年，为了支撑路堤和加速所预计的预计的2m2m沉降量沉降量, ,采用如下方案：采用如下方案：1 1、采用土工聚合物以分布路堤荷载和减小不均、采用土工聚合物以分布路堤荷载和减小不均匀沉降；匀沉降；2 2、使用轻质填料以减轻荷载；、使用轻质填料以减轻荷载；3 3、采用竖向排水体使固结时缩短到一年以内；、采用竖向排水体使固结时缩短到一年以内；4 4、设置土工聚合物滤网以防排水层发生污染等、设置土工聚合物滤网以防排水层发生污染等。

9、uuuU10tu00U时， t0u10U时，t0u1U 时， 土在某一荷载作用下，孔隙水逐渐排出，土体土在某一荷载作用下，孔隙水逐渐排出，土体随之压缩，土体的密实度和强度随时间逐步增长，随之压缩，土体的密实度和强度随时间逐步增长，这一过程称之为土的固结过程。亦即孔隙水压力消这一过程称之为土的固结过程。亦即孔隙水压力消散、有效应力增长的过程。散、有效应力增长的过程。4.2 4.2 排水固结法的加固排水固结法的加固机理机理 (1)(1)堆载预压加固机理堆载预压加固机理 堆载预压是指先在地基中设置砂井、塑堆载预压是指先在地基中设置砂井、塑料排水带等竖向排水体，后利用建筑物本身重量料排水带等竖向排水体

10、，后利用建筑物本身重量分级逐渐加载，或建筑物建造前，在场地先行加分级逐渐加载，或建筑物建造前，在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水缓慢排出，土层逐渐载预压，使土体中的孔隙水缓慢排出，土层逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的过程。固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的过程。4.2 4.2 排水固结法的加固排水固结法的加固机理机理 砂井堆载预压法砂井堆载预压法 基本方法：基本方法：砂井堆载预压法系在软弱地基中通过采用砂井堆载预压法系在软弱地基中通过采用钢管打孔、灌砂，设置砂井作为竖向排水通道，并在钢管打孔、灌砂，设置砂井作为竖向排水通道，并在砂井顶部设置砂垫层作为水平排水通道，形成排水系砂井

11、顶部设置砂垫层作为水平排水通道，形成排水系统；在砂垫层上部堆载，以增加软弱土中附加应力，统；在砂垫层上部堆载，以增加软弱土中附加应力，使土体中孔隙水在较短的时间内通过竖向砂井和水平使土体中孔隙水在较短的时间内通过竖向砂井和水平砂垫层排出，达到加速土体固结、提高软弱地基土承砂垫层排出，达到加速土体固结、提高软弱地基土承载力之目的载力之目的 。主要用于道路路堤、土坝、机场跑道、工业建筑油罐、主要用于道路路堤、土坝、机场跑道、工业建筑油罐、码头、岸坡等工程的地基处理，对于泥炭等有机沉积码头、岸坡等工程的地基处理，对于泥炭等有机沉积地基则不适用。地基则不适用。 (2)(2)真空预压加固机理真空预压加固