地基处理-排水固结法剖析
排水固结法的原理
排水固结法的原理排水固结法是一种通过排水来加速土壤固结并降低地基沉降的工程处理方法。
它的原理是通过有效排水将地下水位降低，使土壤颗粒间的水分压力减小，从而引起土壤的固结。
在土壤中存在两种主要的水分：排水介质和吸力水。
排水介质是土壤中间隙的水分，它能够排除土壤中的多余水分，并通过排水系统排出。
吸力水则是被土壤颗粒固定的水分，它对土壤的稳定性和固结性质有重要影响。
排水固结法的原理可以分为排水阶段和固结阶段。
在排水阶段，采用合理的排水系统将排水介质从土壤中排出，降低土壤中的含水率和地下水位。
此时，土壤颗粒间的吸力水通过毛细作用逐渐被抽离，土壤颗粒之间的接触力得到增加，土壤团粒变得更加紧密。
排水过程中也会带走一部分颗粒与水经过筛网，这种淘洗作用将土壤中的粉状颗粒带走，使土壤结构的稳定度增加。
随着排水的进行，土壤中吸力水的减少使得土壤的孔隙压缩，颗粒之间的接触力增大，土壤的固结效应逐渐显现。
在水分排出后，土壤中存在若干气体和颗粒间的有机物、胶体物等杂质。
这些物质在排水后容易与土壤颗粒结合并沉积，从而进一步增加土壤的密实度。
在固结阶段，土壤的有效应力逐渐增加，土壤的压实程度也逐渐增大。
土壤的孔隙随着颗粒之间的接触而消失，土壤的导水能力进一步减小，使地下水位进一步下降。
同时，土壤的体积也逐渐减小，从而引起地基的沉降。
排水固结法的原理是基于排水和土壤固结之间的紧密联系。
通过排水可以有效地减小土壤中的水分压力，改变土壤的物理性质，使土壤颗粒间的接触力增大，从而加快土壤的固结过程。
通过控制排水的速度和水位的降低，可以实现对土壤的有效固结和地基沉降的控制。
需要注意的是，排水固结法的应用需要充分考虑地下水对地基的保护作用。
如果地下水起到承压支撑地基的作用，过快地排水可能会导致地基下沉和破坏。
因此，在进行排水固结处理时，需进行合理的排水方案设计和施工监控，以确保地基的安全稳定。
地基处理工程施工—排水固结法(地基与基础工程施工)
知识点4.3.2排水固结法分类一、按照荷载施加方法的不同，可分为一、按照荷载施加方法的不同，可分为::堆载预压、真空预压排水固结法分类堆载预压真空预压在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出，孔隙体积随之减少，地基发生固结变形，土体的密实度和强度提高。
加载预压加水预压是在软土地基表面先铺设砂垫层、埋设垂直排水竖井，再用不透气的封闭膜使之与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过埋设的排水竖井，用真空装置进行抽气。
真空--堆载联合预压法真空加压系统砂垫层塑料排水带袋装砂井普通砂井水平排水体竖向排水体降低地下水法真空法堆载法电渗法排水固结法排水系统在堆载预压法和真空预压法，都需要设置竖向排水体。
普通砂井普袋装砂井大样塑料排水板4.3.3施工工艺流程知识点4.3.3知识点1铺设水平排水砂垫层3施加固结压力目录2竖向排水体施工施工工艺流程要保证排水固结法的加固效果，从施工角度考虑，主要应重视以下三个环节虑，主要应重视以下三个环节:: Array➢铺设水平垫层➢设置竖向排水体➢施加固结压力01铺设水平排水砂垫层输入文本一、铺设水平排水砂垫层（一）材料：渗水好的砂料、常用级配良好的中粗砂厚度。
30~50cm厚度。
（二）厚度：一般应选用30~50cm（二）厚度：一般应选用：机械分堆摊铺、堆成若干砂堆然后用推土（三）垫层施工（三）垫层施工：机或人工摊平02竖向排水体施工输入文本二、竖向排水体施工03施加固结压力输入文本三、施加固结压力（一）堆载加压注意事项：1.堆载预压的材料2.堆载面积3.超软地基的堆载预压4.加荷速率4.3.1排水固结法的概念和知识点4.3.1知识点适用范围1排水固结法概念3应用目录2适用范围排水固结法的概念和适用范围依据土的固结理论，黏性士固结所需时间与排水距离的平方成正比。
01排水固结法概念输入文本一、排水固结法概念排水固结法亦称预压法，是利用地基土排水固结的特性，通过增设各种排水体（排水垫层、砂井、塑料排水带等），并施加预压荷载，以加速饱和软黏土固结过程的一种软土地基处理方法。
[建筑]特殊地基处理_排水固结法
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排水固结法的应用实例摘要：文章通过对某工程区基础地质分析，结合浅滩试验堤实例，介绍了基础处理设计方案，塑料排水板间距、布置和材料选取，提出了排水板插打工艺施工的注意事项。
根据原位沉降变形观测成果，初步评价了排水固结法处理地基方法实践应用效果。
关键词：排水结固法；塑料排水板；地基处理设计；软土地基软土地基处理一直是广大科研、建设者关心研究的课题，地基问题的处理恰当与否，关系到整个工程质量、投资和进度。
本文旨在结合工程实践，共同探讨分析排水固结法在工程中应用效果。
一、工程概况温州半岛工程浅滩试验堤位于温州瓯江口外霓屿岛侧滩涂上，堤坝总长度2000m，建设工期四年。
堤坝上部结构为斜坡式抛石堤，堤顶路面标高6m（吴淞高程），堤顶宽度9.2m （原设计8.5m），护坡两侧为混凝土灌砌块石，坡比1∶2；下部结构为抛石镇压层，宽度为15m，表面埋砌，抛石护底。
设计典型断面如图1所示：二、工程地质根据地质勘察报告中土层分析和各土层物理力学性质按成因时代，岩性特征、埋藏条件、分布规律及物理力学性质，地层划分，见表1：第1淤泥：出露涂面，青灰色，厚2～5m，土质差，呈饱和、流塑状态；第2层淤泥粉砂互层：冲—海积土层，青灰～灰黄色，顶板高程-5.0m～-2.1m，局部出露涂面，近霓屿岛1km左右（即试验堤）地段缺失，厚0～6.1m，一般厚2.5～5m，土质不均匀，呈饱和、松软状态，固结排水条件较好；第3层淤泥：海相淤泥土层，青灰色，顶板高度-15.1m～-3m，厚2～9m，近霓屿岛2km 范围厚度增大，为6.5m～9.0m，土质差，呈饱和、软塑状态；第4层淤泥：海相淤泥土层，青灰色，土质与第2层基本相似，仅粘性变好，顶板高度-15.1m～-6.4m，厚度大，一般大于14m，土质均匀，呈饱和、软塑状态；第5层淤泥质粘土：冲-海积土层，青灰色，顶板高度-27.6～-25.8m，揭露最大厚度29.3m，土质较上覆土层变好，呈饱和、软塑状态，局部夹薄砂层或砂团。
地基处理讲义——排水固结
4.2.2 排水固结1、概述排水固结法是对天然地基，或先在地基中设置砂井(袋装砂井或塑料排水带)等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载；或在建筑物建造前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，同时强度逐步提高的方法。
该法常用于解决软粘土地基的沉降和稳定问题，可使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成，使建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。
同时，可增加地基土的抗剪强度，从而提高地基的承载力和稳定性。
实际上，排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。
排水系统是一种手段，如没有加压系统，孔隙中的水没有压力差就不会自然排出，地基也就得不到加固。
如果只增加固结压力，不缩短土层的排水距离，则不能在预压期间尽快地完成设计所要求的沉降量，强度不能及时提高，加载也不能顺利进行。
所以上述两个系统，在设计时总是联系起来考虑的。
排水固结法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。
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。
真空预压法适用于能在加固区形成(包括采取措施后形成)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，地基不会产生剪切破坏，所以它适用于很软弱的粘土地基。
2、加固机理(1)堆载预压加固机理预压法是在建筑物建造以前，在建筑场地进行加载预压，使地基的固结沉降基本完成并提高地基土强度的方法。
在饱和软土地基上施加荷载后，孔隙水被缓慢排出，孔隙体积随之逐渐减少，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，地基土强度就逐渐增长。
在荷载作用下，土层的固结过程就是超静孔隙水压力(简称孔隙水压力)消散和有效应力增加的过程。
如地基内某点的总应力增量为∆σ，有效应力增量为∆'σ，孔隙水压力增量为∆u，则三者满足以下关系：σσu∆∆∆'=-用填土等外加荷载对地基进行预压，是通过增加总应力∆σ并使孔隙水压力∆u消散而增加有效应力∆'σ的方法。
地基处理方法之排水固结法
孔隙比 e
孔隙体 积 颗粒体积
n re de rw dw —井径比
查表5-7
24
三 排水固结法的设计与计算
1、竖井排水法－竖井地基固结度的计算
25
三 排水固结法的设计与计算
1、竖井排水法－竖井地基固结度的计算
固结度计算（砂井）
排水板
dw
2(b
)
dw
dw
de
26
27
三 排水固结法的设计与计算
1、竖井排水法－竖井地基固结度的计算
土层越厚，固结时间越长
10
二 排水固结法的原理
11
二 排水固结法的原理
堆载预压
真空预压
12
降水预压
12
地基处理方法－排水固结法
内容提要
一、概述 二、排水固结法的原理 三、排水固结法的设计与计算 四、施工工艺 五、效果检验及加荷速率的控制 六、工程实例
13
三 排水固结法的设计与计算
设计目的： 设计前的准备：
荷载下不同时间的固结度，就可推算地基土强度的增长，从而 可进行各级荷载下地基的稳定性分析，并确定相应的加载计划。 ➢ 由固结度可推算加荷预压期间地基的沉降量，确定预压的期限 ➢ 竖井地基的固结理论假设荷载是瞬时施加的
1、竖井排水法－竖井地基固结度的计算
三维渗流固结问题
cvz
kz (1 e0 )
wa
孔隙比 e
孔隙体 积 颗粒体积
加载 卸载 再加载，e比e小得多
abc
浅谈地基处理中的排水固结法
摘 要： 本文介 培 了排水 固蛄法在地 处理 中的作 用机理 ， 用及设 计。 应 关键 词 ： 地基 处理 拂水 固蛄 砂井直径 中图分类号 ： Ｕ ２ Ｔ ９ ２ 文献标 识 码 ： Ａ 文章编 号 ： ６ ４ ０ ８ （ ０ ０ Ｏ （） ０ ９ １ １ ７ — ９ Ｘ ２ １ ） ７ｂ一０ ８ —０ 基土 的 强 度 因 固结 而 提 高 另 一 方面 应 力也 近 实 际 的 结 果 ： 在增 大。 ＝ ＋ ｆ ： ｇ （） ２ 因 其 强 度 和 变 形 不 能 满 足 建 筑 物 对 其 地 和 １ １ 基 的 要 求 时 ， 要 对 天 然 地 基 进 行 加 固 需 处 理 以 满 足 建 筑 物 对 地 基 的 要 求 ， 种 ２排水 固结法的应用和设计 这 １ 摩擦角 地 基加 固 称 之 为 地 基 处 理 。 路 基 施 工 当 ２． 排水 固结 法在 工 程上 的应 用 在 土 木工 程建 设 中 ， 天然 地 基很 软 ， 当 中 ， 常见的是 软土 路基处 理的 问题 ， 最 软 对 于 以 变 形 控 制 设计 的建 筑 物 ， 如 ： 例 土 路 基 的 处 理 是 道 路 整 体 施 工 的 基 础 ， 房 屋 建 筑 ， 场 跑 道 和 高速 公路 ， 用 排 水 ３工程案例 机 利 昆明地 区东南片某 地拟建 中学 ， 占地 处 理 的 是 否 得 当会 关 系 到 道 路 整 体 的 质 固结 法 达 到 减 少 地 基 工后 沉 降和 不 均 匀 沉
Ｓｃｅ ｃ ｎ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ｆｎ ｖ ｔ ｎ Ｈ ｒ ｌ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｏ ａ ｉ ｅ ａｄ ｏ
！
Ｑ ：
工 程 技 术
浅 谈 地 基处 理 中 的排 水 固结 法
工程地质知识：淤泥软土地基处理方法之排水固结法.doc
工程地质知识：淤泥软土地基处理方法之排水固结法
排水固结法是解决淤泥软粘土地基沉降和稳定问题有效措施，由排水系统和加压系统两部分组合而成。
排水系统是在地基中设置排水体，利用地层本身的透水性由排水体集中排水的结构体系，根据排水体的不同可分为砂井排水和塑料排水带排水两种。
福建省福清过桥山围垦海堤淤泥软层最深达十余米，采用塑料排水带排水固结处理取得成功。
福建省连江县大官坂海堤则采用砂井排水固结法进行地基加固处理。
下面介绍效益较高塑料排水板处理淤泥软基方法，插入软基排水板，当填筑基础及上部建筑物时，荷载作用软基，地下水由于受挤压和毛细作用沿塑料排水板上升至砂垫层内，由砂层向两侧排出，从而提高基底承载力，塑料排水板要在砂垫层完成后施工，由测量人员测量出需处理范围，标出每根排水板具体位置，插板机对中调平，把排水板在钻头安放好，开动打桩机锤打钻杆，将地面上塑料排水板截断，并留有一定富余长度，在塑料排水板四周填砂后即完成本根施工。
试述排水固结法的原理
试述排水固结法的原理
排水固结法是一种通过排水来改善土壤力学性质的地基处理方法。
其原理基于以下两个主要方面：
1. 排水原理：当土壤中存在过多的水分时，土壤颗粒之间会浸润大量的水分，导致土壤颗粒间隔过近，土壤中的毛细管力和吸力增大，从而引起土壤的吸水能力提高，土壤变得饱和、坚稳度下降。
进一步，饱和土壤中排水困难，水分引起地基下沉，增大了地基沉降的风险。
通过排水，可以将土壤中的过剩水分排除，降低土壤饱和度，减小土壤颗粒间的毛细管力和吸力，进而恢复土壤的坚稳度。
2. 固结原理：当排水降低土壤饱和度时，土壤内部的水分压力会减小，土壤颗粒之间的接触面增大。
此时，排水孔洞的形成使得土壤颗粒能够更好地贴紧在一起，含水量减少，遇到外力时，土壤颗粒直接之间的摩擦力和抗剪强度增大，地基的承载能力提高。
另外，排水也能够减少土壤的压缩性和蠕变性，使土壤变得更加稳定。
通过以上的排水和固结原理，排水固结法能够通过控制土壤中的水分，提高土壤的坚稳度，增加地基的承载能力，以及减少地基的沉降和变形。
在实际工程中，排水固结法常被用于解决土壤条件较差或需要增加承载力的地基处理。
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7、地基土的沉降计算 39
s sd sc ss
14:55
A、瞬时沉降计算
40
Skempton（1955）弹性理论公式
Sd
p0 B E
1-
2
沉降系数ω值
受荷面形状 圆 矩 形 形 L/B —— 1.00 1.5 3.0 6.0 10.0 30.0 100.0 中 点 1.00 1.12 1.36 1.78 2.23 2.53 3.23 4.00 矩形角点， 圆形周边 0.64 0.56 0.68 0.89 1.12 1.27 1.62 2.00
9
加压系统
降水预压 真空预压
联合预压
14:55
z 预加压力 t=(1.2~1.5) z （超载预压法）
e e1
e2
s
z t p
14:55
11
普通砂井 排水 袋装砂井 塑料排水板
UZ 1
Tv
8
2
exp( 2Tv / 4)
14:55
3、塑料排水板
•矩形导管式振动打设机械
45
施工顺序P87 二、横向排水体施工
考虑地基土条件采用不同施工方法，P88。 三、加压系统施工
通过排水固结，加速地基土抗剪强度的增长，提高地基强度及稳定性；
消除欠固结软土地基中桩的负摩阻力，并可消除竣工后地基的不均匀沉降等。
14:55
8
土的固结就是孔隙水压消散和有效应力不断增加的过程， 这一过程遵循有效应力原理：
u
14:55
堆载预压
u
st u u U 1 s
2
8Cn F(n) d2 e
8Ch π Cv + 2 F(n) de 4H 2
2
Cv —土向固结系数，cm2 /s Ch —土径向排水固结系数， cm2 /s H—土层竖向排水距离，cm uz —双面排水土层或固结应 力 均匀 分布的 单面 排水 土层平均固结度
14:55
井阻和涂抹作用
在实际砂井施工中，由于沉管对周围土体 的扰动和重塑作用，在砂井周围形成了一个“涂 抹区”，使该区内土渗透性降低，压缩性增大。 在土中水向砂井渗流过程中，砂料对渗流产 生的阻力也会影响土层的固结速率。 井阻和涂抹作用对固结速率的影响有时十分 显著。比如宁波机场袋装砂井场地，在堆载205天 后，考虑井阻与涂抹作用影响的地基实际平均 固结度仅为按理想砂井地基计算的固结度0.81倍。
14:55
解：
36
14:55
解：
37
8
2
0.81
8Ch 2Cv 2 Fn d e 4H 2 d e 1.05l 1.47m, n d e / d w 1.47 / 0.07 21 n2 3n 2 1 则Fn 2 ln(n) 2.3 2 n 1 4n 8Ch 2Cv 8 1.8 103 2 1.8 103 2 2 2 Fn d e 4H 2.3 147 4 20002
14:55
n
•规范规定预压固结法地基最终沉降采用 43 经验公式：
e0i e1i sf hi 1 e0i
取值为 1.1～ 1.4
14:55
施工工艺
44
一、竖向排水体施工
1、普通砂井
•沉管法：静压法、锤击法、振动法
•水冲法
•钻孔法
2、袋装砂井
•导管式振动打设机械
施工顺序P86
14:55
17
一、选择砂井或塑料排水带，确定其断面尺 寸、间距、排列方式和深度；
二、确定排水砂垫层材料和厚度；
三、确定预压区范围、预压荷载大小、荷载 分级、加载速率和预压时间； 四、计算地基土的固结度、强度增长、抗滑 稳定性和变形
14:55
18 二、确定排水砂垫层材料和厚度；
1、材料：中粗砂，粘粒含量不宜大于3％， 砂料中可混有少量粒径小于50mm的砾石，渗 透系数大于10－2 cm/s。 2、厚度：小于500mm。
14:55
8 2 u 2u U 1 exp( Tv / 4) cvz 2 Z 2 t26 z u 1 2 u u cvr 2 t r r r
14:55
求解，得到 27
Ut 1 (1 U zt )(1 U rt )
38
n
q1 t t1 t 0 (t1 t0 ) e (e e ) p q2 t t3 t 2 (t3 t 2 ) e (e e ) p 6 0.081 0.0251120 0.025110 0 (10 0) e (e e ) 100 0.0251 4 0.081 0.0251120 0.025140 0.025130 (40 30) e (e e ) 100 0.0251 0.93
14:55
19
三、确定预压区范围、预压荷载大小、 荷载分级、加载速率和预压时间；
14:55
堆 20 载 预 压 加 荷 设 计 与 计 算 流 程
14:55
加荷速率和加荷大小：取决于地基土的强度和稳 21 定性 1、利用地基土的天然抗剪强度—第一级容许施 加的荷载P1。 P1＝5.52cu/k 2、计算第一级荷载P1下地基强度增长值。
2(b )
14:55
15
2、间距l ——可按井径比n选用。 n＝de/dw 塑料排水带或袋装砂井n＝15～22； 普通砂井n＝6～8
14:55
16 一、选择砂井或塑料排水带，确定其断面尺 寸、间距、排列方式和深度；
3、深度
应根据建筑物对地基的稳定性、变形要 求和工期确定。（反复试算）
至少应超过最危险滑动面2m。
—固结度 增加井径dw 与减小间距 de哪个有效？
re de —井径比 n rw d w
14:55
其中
U zt f (Tv )
cvz t Tv 2 H cvr t Tr 2 de
查表取值
U rt f (Tr , n)
2、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算
28
14:55
2、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算
平均值 0.85 0.95 1.15 1.52 1.96 2.25 2.88 3.70
刚性基础 0.79 0.88 1.08 1.44 — 2.12 — —
14:55
正 方 形
注：平均值指柔性基础面积范围内各点的平均值
B、固结沉降计算
41
Ai Ai 1 p0 si si si1 ( zi i zi 1 i 1 ) Esi Esi
p
p1
Cu1 (Cu C )
' u1
o
t
14:55
3 、计算P1作用下达到固结度70％所需的时间 22 （可由固结度与时间的关系求得） ——确定第二级荷载开始施加的时间。 4、根据Cu1计算第二级所施加的荷载P2。 P2＝5.52cu1/k 5、计算P2作用下地基固结后强度值Cu2。
p0 s si ( zi i zi 1 i 1 ) i 1 i 1 Esi
14:55
n
n
C、次固结沉降计算
42
次固结段（基本上是一
条直线）的斜率反映土
的次固结变形速率，一 般用Ca表示，称为土的 次固结指数。 次固结沉降量为
t2 ss (hCa lg )i t1 i 1
14:55
排水固结法
3
14:55
真空预压
4
-u
14:55
堆载预压
5
2 1
堆载过快易失稳
分级堆载 竖向排水砂井、塑料排水板
f c tg
水平排水垫层 真空预压不会失稳
14:55
堆载预压的加载速率 6
p
t
14:55
排水固结法的主要目的： 7
减少地基沉降，使地基的沉降在加载预压期间 大部分或基本完成；
31
14:55
3、瞬时加荷条件下砂井地基固结度计算（考虑涂抹和井阻影响）
32
14:55
4、多级逐级加荷条件下砂井地基固结度计算（考虑涂抹和井阻影响）
33
2 dw qw k w 4 qw为砂井竖向通水量，为 每单位水力梯度下单位 时间的排水量；
k w为砂井的渗透系数， 2 10－3 cm / s
1
12.5 排水固结法
12.5.1加固原理与应用条件 12.5.2排水固结法的设计与计算 12.5.3真空预压法及其设计要点
14:55
2
竖向 排水系统
横向
排水加固法
加压系统
堆载预压 降水预压 真空预压 联合预压
适用于饱和软粘土：淤泥及淤泥质土、冲填土、 填海（湖）造田。－－含水量、压缩性 高，强度、渗透性低。
可以分解成两个方向的固结问题叠加（ Carrillo ）
u u k z (1 e0 ) cvz 2 cvz t z wa 2 u u 1 u 其中 kr (1 e0 ) cvr 2 cvr wa t r r r
2
14:55
1 、瞬间加荷条件下砂井地基固结度计算
24
2、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算
3、瞬间加荷条件下砂井地基固结度计算（考虑涂抹和井阻影响）
4、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算（考虑涂抹和井阻影响）
14:55
1、瞬间加荷条件下砂井地基固结度计算 25 三维渗流固结问题
u 1 2u 2u u c 2 2 v t r r r z