專題地基處理方法_排水固結(jié)法.ppt

地基處理方法排水固結(jié)法,主題,主講教師：袁海平 (副教授、博士后),合肥工業(yè)大學(xué)土木工程系列講座,2,一、概述 二、排水固結(jié)法的原理 三、排水固結(jié)法的設(shè)計與計算 四、施工工藝 五、效果檢驗及加荷速率的控制 六、工程實例,地基處理方法排水固結(jié)法,內(nèi)容提要,3,一,概述,排水固結(jié)法是對天然地基，或先在地基設(shè)置砂井（袋裝砂井或塑料排水帶）等豎向排水體，然后利用建筑物本身重量分級逐漸加載，或在建筑物建造前在場地先行加載預(yù)壓，使土體中的孔隙水排出，逐漸固結(jié)，地基發(fā)生沉降時，同時強度逐漸提高的方法。,海相沉積,河相沉積,我國廣泛分布著海相、湖相、河相沉積的軟弱黏性土層： 含水量大 壓縮性高 強度低 透水性差 不少情況埋藏深厚,湖相沉積,4,一,概述,5,一,概述,排水固結(jié)法由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩個主要部分組成。 加壓系統(tǒng)：為地基提供必要的固結(jié)壓力而設(shè)置的，地基土層因產(chǎn)生附加壓力而發(fā)生排水固結(jié)。 排水系統(tǒng)：為了改善地基原有的天然排水系統(tǒng)的邊界條件，增加孔隙水排出路徑，縮短排水距離，從而加速地基土的排水固結(jié)進程。,適用條件： 淤泥質(zhì)土、淤泥和沖填土等飽和粘性土地基。,6,一,概述,堆載預(yù)壓,7,真空預(yù)壓,一,概述,8,真空預(yù)壓,一,概述,9,一、概述 二、排水固結(jié)法的原理 三、排水固結(jié)法的設(shè)計與計算 四、施工工藝 五、效果檢驗及加荷速率的控制 六、工程實例,地基處理方法排水固結(jié)法,內(nèi)容提要,10,二,排水固結(jié)法的原理,飽和軟黏土地基在荷載作用下，孔隙中的水被慢慢排出，孔隙體積慢慢減小，地基發(fā)生固結(jié)變形，同時，隨著超靜水壓力逐漸消散，有效應(yīng)力逐漸提高，地基土的強度逐漸增長。,壓縮曲線,卸荷膨脹曲線,abc,cef,fgc,11,二,排水固結(jié)法的原理,加載，卸載，再加載過程說明：,12,二,排水固結(jié)法的原理,土層的排水固結(jié)效果與排水邊界條件有關(guān),豎向排水固結(jié)： 土層中的孔隙水向上、下面透水層排出而使土層發(fā)生固結(jié)。,根據(jù)固結(jié)理論，黏性土固結(jié)所需的時間和排水距離的平方成正比。 土層越厚，固結(jié)時間越長,13,二,排水固結(jié)法的原理,14,二,排水固結(jié)法的原理,堆載預(yù)壓,真空預(yù)壓,降水預(yù)壓,15,一、概述 二、排水固結(jié)法的原理 三、排水固結(jié)法的設(shè)計與計算 四、施工工藝 五、效果檢驗及加荷速率的控制 六、工程實例,地基處理方法排水固結(jié)法,內(nèi)容提要,16,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,設(shè)計目的：,設(shè)計前的準備：,17,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,18,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,1、豎井排水法,典型的砂井地基工程剖面圖,19,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,1、豎井排水法,20,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,1、豎井排水法豎井的類型,普通砂井,袋裝砂井,塑料排水帶,21,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,1、豎井排水法豎井的直徑和間距,砂井直徑和間距主要取決于：黏性土層的固結(jié)特性、工期要求 原則上以采用“細而密”的方案為好 工程上常用的普通砂井直徑為3050cm 普通大直徑砂井，工程上常用間距一般為砂井直徑的6-8倍 袋裝砂井我國常用7cm，井距11.5m，等邊三角形布置 塑料排水帶設(shè)計計算方法與砂井相同，一般換算成圓柱體,22,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,1、豎井排水法豎井的深度,砂井深度主要取決于：土層分布、地基中附加應(yīng)力大小、建筑物對地基變形和穩(wěn)定性的要求、工期要求 軟黏土層不厚時應(yīng)貫穿 軟黏土層厚但間有砂層或砂透鏡體時，應(yīng)盡可能打到砂體中 軟黏土層厚且無砂透水層時按建筑物對地基變形與穩(wěn)定性要求,深淺管交錯布置，淺管貫穿淤泥層,皖江城市帶某市政道路,23,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,1、豎井排水法豎井的排列,24,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,1、豎井排水法排水砂墊層,在豎井頂面應(yīng)鋪設(shè)一定厚度的排水砂墊層以連通豎井，引出從土層排入井中的滲流水 砂墊層應(yīng)有足夠的厚度和良好的透水性，以減小對水流的阻力 砂墊層的厚度一般為0.4m左右（水下砂墊層厚1m左右） 當砂墊層面積較大時，應(yīng)在砂墊層底部設(shè)置縱橫向排水盲溝，使?jié)B流水盡快排出預(yù)壓區(qū)外,25,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,1、豎井排水法豎井地基固結(jié)度的計算,固結(jié)度的計算是豎井地基設(shè)計中的一個很重要內(nèi)容，知道各級荷載下不同時間的固結(jié)度，就可推算地基土強度的增長，從而可進行各級荷載下地基的穩(wěn)定性分析，并確定相應(yīng)的加載計劃。 由固結(jié)度可推算加荷預(yù)壓期間地基的沉降量，確定預(yù)壓的期限 豎井地基的固結(jié)理論假設(shè)荷載是瞬時施加的,26,可以分解成兩個方向的固結(jié)問題疊加（ Carrillo ）,三維滲流固結(jié)問題,其中,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,1、豎井排水法豎井地基固結(jié)度的計算,27,求解，得到,其中,固結(jié)度,井徑比,查表5-7,增加井徑dw與減小間距de哪個有效？,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,1、豎井排水法豎井地基固結(jié)度的計算,28,固結(jié)度計算（砂井）,dw,排水板,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,1、豎井排水法豎井地基固結(jié)度的計算,29,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,1、豎井排水法豎井地基固結(jié)度的計算,30,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,1、豎井排水法豎井地基固結(jié)度的計算,31,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,1、豎井排水法豎井地基固結(jié)度的計算,32,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,1、豎井排水法豎井地基固結(jié)度的計算,33,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,2、預(yù)壓法之堆載預(yù)壓,34,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,2、預(yù)壓法之堆載預(yù)壓,35,飽和軟黏土地基在荷載作用下，孔隙中的水被慢慢排出，孔隙體積慢慢減小，地基發(fā)生固結(jié)變形，同時，隨著超靜水壓力逐漸消散，有效應(yīng)力逐漸提高，地基土的強度逐漸增長。,壓縮曲線,卸荷膨脹曲線,abc,cef,fgc,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,2、預(yù)壓法之堆載預(yù)壓強度增長,36,1,2,豎向排水砂井、塑料排水板 水平排水墊層 分級堆載,堆載過快易失穩(wěn),真空預(yù)壓不會失穩(wěn),三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,2、預(yù)壓法之堆載預(yù)壓強度增長,37,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,2、預(yù)壓法之堆載預(yù)壓強度增長,38,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,2、預(yù)壓法之堆載預(yù)壓沉降計算,39,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,2、預(yù)壓法之堆載預(yù)壓沉降計算,固結(jié)試驗,40,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,2、預(yù)壓法之堆載預(yù)壓沉降計算,41,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,3、預(yù)壓法之真空預(yù)壓,42,-u,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,3、預(yù)壓法之真空預(yù)壓,43,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,3、預(yù)壓法之真空預(yù)壓,44,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,3、預(yù)壓法之 真空預(yù)壓,堆載預(yù)壓 和真空預(yù)壓的比較,45,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,3、預(yù)壓法之真空預(yù)壓真空預(yù)壓設(shè)計,最低膜內(nèi)真空度：膜內(nèi)真空度一般可維持在600mm汞柱，以上，相當于80kPa的真空壓力 加固區(qū)要求達到的平均固結(jié)度：一般可采用80%的固結(jié)度，如工期許可，可適當提高固結(jié)度設(shè)計要求 豎向排水井的尺寸：對塑料排水帶或7cm直徑的袋裝砂井，間距一般可在1-1.5m范圍內(nèi)選用 沉降計算：,46,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,3、預(yù)壓法之真空預(yù)壓真空預(yù)壓設(shè)計,47,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,4、預(yù)壓法之降低地下水位預(yù)壓,48,設(shè)計坑底,坑底降水深度,D,坑底降水線,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,4、預(yù)壓法之降低地下水位預(yù)壓,49,z,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,4、預(yù)壓法之降低地下水位預(yù)壓,50,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,4、預(yù)壓法之降低地下水位預(yù)壓,51,三,排水固結(jié)法的設(shè)計與計算,4、預(yù)壓法之降低地下水位預(yù)壓,降低地下水位預(yù)壓法可和真空法或堆載預(yù)壓法聯(lián)合使用 對于隨著填土荷載增高，地基有可能破壞時，限制堆載高度，采用降低地下水位聯(lián)合堆載預(yù)壓法優(yōu)越性更為顯著,52,一、概述 二、排水固結(jié)法的原理 三、排水固結(jié)法的設(shè)計與計算 四、施工工藝 五、效果檢驗及加荷速率的控制 六、工程實例,地基處理方法排水固結(jié)法,內(nèi)容提要,53,四,施工工藝,按設(shè)計做好排水系統(tǒng)的施工，即鋪設(shè)水平排水砂墊層、打設(shè)豎向排水井 嚴格做好施加預(yù)壓荷載的施工，確保在預(yù)壓加全過程均勻穩(wěn)定 做好對工程起控制作用的監(jiān)測和加固效果檢驗,從工程施工角度分析，保證排水固結(jié)法的加固效果三個主要環(huán)節(jié)：,54,四,施工工藝,1、水平排水砂墊層的施工工藝,55,四,施工工藝,1、水平排水砂墊層的施工工藝-排水墊層材料的選擇,56,四,施工工藝,1、水平排水砂墊層的施工工藝-排水墊層的厚度,57,四,施工工藝,1、水平排水砂墊層的施工工藝-排水墊層的施工,58,四,施工工藝,2、豎向排水井的施工,59,四,施工工藝,2、豎向排水井的施工-砂井的施工工藝,我國、日本及歐美等國家常用砂井施工方法： 套管法：根據(jù)工藝可分靜壓、錘擊聯(lián)合沉管法和振動沉管法 水沖成孔法 螺旋鉆成孔法,水沖成孔,60,四,施工工藝,2、豎向排水井的施工-袋裝砂井施工,下砂袋,61,施工前應(yīng)清理場地，排除積水，并將路基范圍內(nèi)原地面上淤泥、樹根、草皮、腐殖土等全部挖除。在路基范圍內(nèi)按設(shè)計要求填筑土拱，碾壓密實，其上按設(shè)計要求鋪設(shè)砂墊層。機具按設(shè)計樁位就位后，塑料排水板經(jīng)導(dǎo)管內(nèi)穿出底部，與樁尖連接、拉緊，與管靴口貼緊，并對準樁位，沉入導(dǎo)管至設(shè)計深度，然后拔出導(dǎo)管，切斷塑料排水板。將頂部露出地面的塑料排水板埋入砂墊層中，埋入長度應(yīng)大于03m或符合設(shè)計要求。,四,施工工藝,2、豎向排水井的施工-袋裝砂井施工,62,四,施工工藝,2、豎向排水井的施工-塑料排水帶施工,63,四,施工工藝,2、豎向排水井的施工-塑料排水帶施工,64,塑料排水板,四,施工工藝,2、豎向排水井的施工-塑料排水帶施工,65,四,施工工藝,3、預(yù)壓荷載,施加固結(jié)壓力的荷載，依據(jù)施加工藝的不同一般可分為三大類： 堆載預(yù)壓：實體荷載或以建筑物自身重量作為預(yù)壓荷載 真空預(yù)壓：對被加固軟基抽真空形成大氣壓差作為預(yù)壓荷載 降水預(yù)壓：降低被加固軟基范圍地下水位以重度差為預(yù)壓荷載,66,四,施工工藝,3、預(yù)壓荷載-真空預(yù)壓荷載工藝,補現(xiàn)場照片,67,四,