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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。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。降低地下水位法电渗法 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。如将阴极积聚的水排走，土体中孔隙水就会减少
2、，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
3、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 进行岩土工程勘察，查明场地的工程地质和水文地质条件；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；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：选择竖向排水体，确定其尺寸、间距、排列方式和深度；确定预压荷载的大小、范围、速率和预压时间；计算地基的固结度、强度增长；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
4、于基底压力值。1.加载预压的计算步骤 利用天然地基土的抗剪强度，计算第一级容许施加荷载p1。斯开普顿极限荷载半经验公式,对于饱和软粘土,对于长条形填土,计算p1作用下地基强度增长值,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,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。,对每一级荷载进行稳定性验算,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,优点：可以缩短预压时间；在建筑物荷载作用下地基不会产生主固结变形；而且可减少次固结变形。超载值的确定 一般情况下,粘土层,有机质粘土、泥炭土,(二)
5、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。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68，袋装砂井或塑料排水带井径比一般取1520。,砂井深度的一般原则 压缩层不厚时，砂井应贯穿压缩土层；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；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；,砂井排列,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：,砂井布置范围及砂垫层 一般应比建筑物外缘扩大24m或更大，砂垫层水上施工可取0
6、.30.5m，水下施工可取0.81.0m.,2.砂井地基固结度计算 瞬时加载条件下砂井地基固结度计算 固结微分方程：,KvKh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 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(Uz30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
7、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：,砂井地基固结度计算修正,砂井未打穿软土层时固结度计算,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 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。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80kPa)以上；压缩土层的平均固结度应大于80。,(
8、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23m；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ep关系曲线查出相应的孔隙比利用分层总和法进行计算。,四、地基土强度增长计算地基中某一时刻土的抗剪强度公式,(一)有效应力法,(二)有效固结压力法 由于固结而增长的强度：,五、沉降计算,3.次固结沉降：是由土中骨架在持续荷载作用下，发生蠕变而引起的。一般泥炭土、有机质土或高塑性粘土层次固结沉降较大，其它可以忽略。,1.瞬时沉降：是指荷载施加后立即发生的沉降量，由剪切变形引起。,2.固结沉降：是指地基的排水固结引起的沉降，是地基沉降中最主要的部分。,4.经验计算法,多级沉降任一时刻地基沉降量,5.三点推算法,六、稳定分析 稳定分析可以解决的问题：地基在天然状态下的最大堆载；在各级预压荷载作用下的稳定性；最大许可预压堆载；理想的堆载计划。(一)地基强度沿深度增加时的稳定性分析方法1.确定强度变化规律,
