第5章 排水固结

第五章排水固结一、概述排水固结加固地基是通过对地基施加预压荷载，使软黏土地基土体中的孔隙水排出，土体产生排水固结，土体孔隙体积减小、抗剪强度提高，达到减小地基工后沉降和提高地基承载力的目的。太沙基一维固结理论：固结度(30%时）：竖向固结时间因素：竖向固结系数：)4exp(8122vZTU2HtCTvvaekCwv)1(排水固结法包括：①排水系统：水平向排水体（砂垫层或砂垫层加土工合成材料复合而成），竖向排水体（普通砂井、袋装砂井、塑料排水带等)堤密封沟塑料排水板抽真空装置(潜水泵等)密封膜滤管砂垫层排水管小堤②加压系统：真空预压法（vacuumpreloading)、堆载预压法（preloading）、降低地下水位法、电渗法、联合法（真空堆载联合预压法、真空预压联合电渗法）。通常，当软土地基厚度小于4.0m时，可采用天然地基堆载预压法处理;当软土地基厚度超过4.0m时，为加速预压过程，应采用塑料排水带、砂井等竖向排水预压法处理。真空-堆载联合预压法：工程实践表明，真空预压和堆载效果可以叠加，条件是两种预压必须同时进行。对真空预压工程，必须在地基内设置排水竖井。适用范围：淤泥质土、淤泥、泥炭土和充填土等饱和黏性土地基。对超固结土，只有当土层的有效上覆压力与预压荷载所产生的应力水平明显大于土的先期固结压力时，土层才发生明显的固结。对泥炭土、有机质土和其它次固结变形占很大比例的土效果较差。二、加固机理(p76)1、堆载预压加固机理在饱和软土上施加荷载（堆载）后，孔隙水被缓慢排出，孔隙体积随之减少，地基发生固结变形。同时随着超孔隙水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增加。2、真空预压加固机理在加固地基中预埋排水管道，表面铺设砂垫层，用封闭薄膜使其与大气隔绝，抽气，形成真空，增加地基的有效应力，提高地基的强度。三、堆载预压法设计计算1、设计包括的内容：1）选择塑料排水带或砂井，确定其断面尺寸、间距和深度；2）确定预压范围、预压荷载大小、加荷速率和预压时间。3）计算地基土的固结度、强度增长和变形等。塑料排水带构造插板机2、堆载预压法的设计:1）排水竖井分普通砂井、袋装砂井和塑料排水带。竖向排水体长度超过20m，建议采用普通砂井普通砂井直径为300-500mm;袋装砂井直径为70--120mm，宜用风干砂，含泥量应小于3%。塑料排水带的当量直径：塑料排水带施工所用套管应采用菱形断面或出口扁矩形断面，不应全长都采用圆形断面，以防止塑料排水带扭曲。)(2bDp2）竖井的有效排水直径与间距的关系（p88图）：等边三角形排列：de=1.05L正方形排列：de=1.13L竖井的间距可按井径比选用：n=de/dw(dw竖井的直径)，普通砂井n=6-8；袋装砂井和塑料排水带n=15-22。3）预压荷载的大小：应根据设计要求确定，对沉降有严格要求时，采用超载预压法。预压荷载的范围：应等于或大于基础外缘的范围。预压荷载的速率(p88验算)：根据地基土强度确定，每级荷载下应满足地基的稳定要求方可加下级荷载。4）预压荷载下地基的最终沉降量：式中：e0i—第i层自重应力所对应的孔隙比；e1i—第I层中自重应力与附加应力之和所对应的孔隙比。ξ—经验系数：对正常固结粘性土取1.1-1.45）施工地表应铺设与砂井相连的砂垫层，厚度大于500mm；预压区边缘应设置排水沟；砂井的砂料采用中粗砂，粘粒含量不宜大于3%，渗透系数宜大于1x10-2cm/s。iniiiifheees101016）现场监测设计（p90）一般包括地面沉降、地表水平位移观测和地基土中孔隙水压力观测。一般情况下，沉降速率应控制在10~20mm/d。水平位移应控制在4mm/d。四、真空预压法•竖井的断面尺寸、间距、深度；预压区面积；真空预压工艺；要求达到的真空度和固结度；预压后地基强度的增长计算等。•砂井的设计基本同堆载预压法，渗透系数应大于1x10-2cm/s；•膜下的真空度应保持在650mmHg以上。•竖井范围内土层的平均固结度应大于90%。•真空预压法能取得相当于78～92kPa的等效荷载堆载预压法的效果。•建筑物对地基变形有严格要求时，可采用真空—堆载联合预压法，其总压力应超过建筑物荷载。•堆载预压荷载应分级逐渐施加，确保每级荷载下地基的稳定性，而对真空预压工程，可一次连续抽真空至最大压力。•真空膜宜铺设3层，膜周边可采用挖沟埋膜、平铺并用黏土覆盖压边、围埝沟内及膜上覆水等方法进行密封。射流真空泵工程实例（武钢工业港软基处理工程）：工艺流程：1.清淤整平场地抽水清淤，然后填筑整平；原地面应清除杂草、树根等杂物，对于场地中的粗大石块等影响插板作业的障碍应予以清除；该工序是第一道，但可以分块与其他工序交叉作业。作业前要测绘大比例尺地形图，以利工程计量的准确。造地平台要达到设计高程，才能保证效果。2.砂垫层铺筑砂垫层铺筑须做到厚度均匀，先铺设30cm厚中粗砂垫层，打设塑料排水板后再铺设20cm中粗砂垫层；摊铺砂垫层时应尽量减少对地基的扰动，尽量避免泥土、杂物等混入砂层，厚度的误差不能太大。3.塑料排水板施工采用插板机将塑料排水板打设到设计规定深度，并做好详细记录；铺设第二层20cm砂垫层前将打设好的塑料排水板端部回折入砂垫层中。4.布置抽真空主滤管5.铺设无纺土工布抽真空管道铺设完毕后，应拣除砂垫层表面的尖棱小石子、尖锐贝壳及其它杂物；埋设完真空表测头及其它观测仪器后，在砂垫层上铺设无纺土工布一层，以保护密封膜。土工布要求采用克重不小于250g/m2的无纺土工布；加固区边缘预留一定宽度的土工布，使其能在周边密封沟处起到保护密封膜作用；6.铺设密封膜将二层聚氯乙烯真空密封膜敷设于场地地表，加固区四周各伸出5m左右，铺设完成后应做好防风措施；将膜体周边埋入密封沟内，用土回填密封沟并压实；铺设密封膜铺设密封膜铺设密封膜7.出膜连接及抽真空系统安装抽真空设备主要包括出膜装置和真空射流泵。真空主管通过钢丝胶管和阀门与射流真空泵连接；出膜部位的连接必须牢固，密封可靠；7.出膜连接及抽真空系统安装抽真空设备主要包括出膜装置和真空射流泵。真空主管通过钢丝胶管和阀门与射流真空泵连接；出膜部位的连接必须牢固，密封可靠；