第4章排水固结法(NXPowerLite)讲述
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排水固结法地大
03
排水固结法的实施步骤
准备工作
现场调查
对施工场地进行详细调查，了 解地质条件、水文气象等环境
因素。
制定方案
根据调查结果，制定详细的排 水固结法施工方案。
清理场地
对施工区域内的杂物、障碍物 进行清理，确保施工顺利进行 。
设备与材料准备
根据方案需要，准备相应的排 水固结法施工设备和材料。
布置排水系统
对土质有一定要求
对于一些渗透性较差的土质，排水固结效果可能不太理想。
可能引起地面隆起或侧向变形
在排水过程中，如果土体中的水压力过大，可能会导致地面隆起或侧 向变形。
改进方向
优化排水系统设计
通过优化排水系统的设计，提高排水效率， 减少排水通道堵塞的可能性。
采用复合排水固结法
将排水固结法与其他地基处理方法相结合， 以提高处理效果。
案例二：某建筑工地的地基处理
总结词：有效加固
详细描述：某建筑工地在施工前对软弱地基进行处理，采用排水固结法进行加固，显著提高了地基的承载力和稳定性，保证 了建筑工程的安全和质量。
案例三：某工业园区的土壤改良
总结词
改善土壤质量
详细描述
某工业园区为了改善土壤质量，采用排水固结法进行土壤改良，有效提高了土壤的渗透性和强度，为 园区的可持续发展提供了保障。
排水固结法的应用领域
软土地基处理
排水固结法广泛应用于软土地基 处理，如河流、湖泊、沼泽等地
区的土体加固。
填海工程
在填海工程中，由于填海材料的压 缩性较大，排水固结法可以有效地 提高填海区域的承载力和稳定性。
地下工程
在地下工程中，如地铁、隧道等， 排水固结法可以用于提高地基的承 载力和稳定性。
第4讲 排水固结法
②地面沉降水平位移：堆载坡脚外加2～3排观测点， ≤4mm/天；
③ u 观测：布置在堆载中心线和边线附近地基中不同深度 处。
4.3.3 超载预压法设计
超载预压法与堆载预压法不同的是如何确定超载预压荷载。
超载预压适合对s有严格控制的工程，σ超载，附加>σ建筑荷载，附加
时，固结后，无 s主，且降低了 s次。
真空预压法：适合大面积均匀深厚软土地基。
此外，由于降低地下水位法、真空预压法、电渗法 不增加剪应力，地基不会产生剪切破坏，所以很软 的粘性地基土也适用。
§4.2 排水固结法加固机理
§4.2.1 堆载预压加固机理
堆载预压是在建筑物建造之前，对地基土进行预 压加载，使其固结沉降基本完成，增大 fk。
（2）改进的高木俊介法
该法是根据砂基固结度计算的巴隆理论推导出来 的，可直接求出修正后的：
∑ ( ) ( ) U
′
t
=
n i =1
qi ∑ Δp
⎡ ⎢⎣
T2i−1 − T2i−2
− α e−βt β
e − e βT2i−1
β T2 i−2
⎤ ⎥⎦
式中， qi —第 i 级荷载的平均加速度率（kPa/d）；
α、β 见表1。
T2i-1, T2i-2的单位为天（d）。
3、影响砂井固结度的几个因素
（1）地基中应力分布及初始孔隙水压力：上述公式
中，均假定u0＝p地面，同时认为整个地基中附加应力σ
相同。一般达不到要求，但当荷载面的宽度等于砂井 的长度时，误差可忽略不计。
（2）关于砂料的阻力：砂料对渗流也有阻力，通常 中粗砂井阻很小，细砂大些；从巴隆理论解知：井径 比n＝7～15，de< H 砂井时，阻力影响很小。
③ u 观测：布置在堆载中心线和边线附近地基中不同深度 处。
4.3.3 超载预压法设计
超载预压法与堆载预压法不同的是如何确定超载预压荷载。
超载预压适合对s有严格控制的工程，σ超载，附加>σ建筑荷载，附加
时，固结后，无 s主，且降低了 s次。
真空预压法：适合大面积均匀深厚软土地基。
此外，由于降低地下水位法、真空预压法、电渗法 不增加剪应力，地基不会产生剪切破坏，所以很软 的粘性地基土也适用。
§4.2 排水固结法加固机理
§4.2.1 堆载预压加固机理
堆载预压是在建筑物建造之前，对地基土进行预 压加载，使其固结沉降基本完成，增大 fk。
（2）改进的高木俊介法
该法是根据砂基固结度计算的巴隆理论推导出来 的，可直接求出修正后的：
∑ ( ) ( ) U
′
t
=
n i =1
qi ∑ Δp
⎡ ⎢⎣
T2i−1 − T2i−2
− α e−βt β
e − e βT2i−1
β T2 i−2
⎤ ⎥⎦
式中， qi —第 i 级荷载的平均加速度率（kPa/d）；
α、β 见表1。
T2i-1, T2i-2的单位为天（d）。
3、影响砂井固结度的几个因素
（1）地基中应力分布及初始孔隙水压力：上述公式
中，均假定u0＝p地面，同时认为整个地基中附加应力σ
相同。一般达不到要求，但当荷载面的宽度等于砂井 的长度时，误差可忽略不计。
（2）关于砂料的阻力：砂料对渗流也有阻力，通常 中粗砂井阻很小，细砂大些；从巴隆理论解知：井径 比n＝7～15，de< H 砂井时，阻力影响很小。
地基处理之排水固结法
•18
• (5) 加载速率应根据地基土的强度确定。 当天然地基土的强度满足预压荷载下地 基的稳定性要求时，可一次性加载，否 则应分级逐渐加载，待前期预压荷载下 地基土的强度增长满足下一级荷载下地 基的稳定性要求时方可加载。
•19
• (6) 计算预压荷载下饱和粘性土地基中某点的抗剪 强度时，应考虑土体原来的固结状态。对正常固结 饱和粘性土地基，某点某一时间的抗剪强度可按下 式计算：
•8
• 二、堆载预压法设计 • • 堆载预压法处理地基的设计应包括下列内容： • (一） 选择塑料排水带或砂井，确定其断面尺寸、
间距、排列方式和深度； （二） 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； • （三） 计算地基土的固结度、强度增长、抗滑
稳定性和变形
•9
• （一）选择塑料排水带或砂井，确定其断面尺寸、 间距、排列方式和深度；
•3
• 8.2 排水固结的原理
•
排水固结法的关键在于排出孔隙水，使孔隙减
少及有效应力增加，从而产生沉降固结。
•
根据固结理论，粘性土固结所需时间为
•
式中t为固结时间，Tv为时间因数，Cv为固结系
数，H为排水距离）。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结时间。在地
基中设置砂垫层及砂井等（见图8.2-2）的目的就是
•13
• (3) 加载速率应根据地基土的强度确定。 当天然地基土的强度满足预压荷载下地 基的稳定性要求时，可一次性加载，否 则应分级逐渐加载，待前期预压荷载下 地基土的强度增长满足下一级荷载下地 基的稳定性要求时方可加载。
•14
• （三） 计算地基土的固结度、强度增长、抗滑稳定 性和变形
• (5) 加载速率应根据地基土的强度确定。 当天然地基土的强度满足预压荷载下地 基的稳定性要求时，可一次性加载，否 则应分级逐渐加载，待前期预压荷载下 地基土的强度增长满足下一级荷载下地 基的稳定性要求时方可加载。
•19
• (6) 计算预压荷载下饱和粘性土地基中某点的抗剪 强度时，应考虑土体原来的固结状态。对正常固结 饱和粘性土地基，某点某一时间的抗剪强度可按下 式计算：
•8
• 二、堆载预压法设计 • • 堆载预压法处理地基的设计应包括下列内容： • (一） 选择塑料排水带或砂井，确定其断面尺寸、
间距、排列方式和深度； （二） 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； • （三） 计算地基土的固结度、强度增长、抗滑
稳定性和变形
•9
• （一）选择塑料排水带或砂井，确定其断面尺寸、 间距、排列方式和深度；
•3
• 8.2 排水固结的原理
•
排水固结法的关键在于排出孔隙水，使孔隙减
少及有效应力增加，从而产生沉降固结。
•
根据固结理论，粘性土固结所需时间为
•
式中t为固结时间，Tv为时间因数，Cv为固结系
数，H为排水距离）。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结时间。在地
基中设置砂垫层及砂井等（见图8.2-2）的目的就是
•13
• (3) 加载速率应根据地基土的强度确定。 当天然地基土的强度满足预压荷载下地 基的稳定性要求时，可一次性加载，否 则应分级逐渐加载，待前期预压荷载下 地基土的强度增长满足下一级荷载下地 基的稳定性要求时方可加载。
•14
• （三） 计算地基土的固结度、强度增长、抗滑稳定 性和变形
地基处理4 排水固结法
37
（3）竖向排水体的布置范围 （4）地表排水砂垫层设计
38
4.4 4.4.1
真空预压法作用原理 真空预压法与堆载预压法不同的是加压系统， 两者排水系统基本相同。真空预压法是通过在砂 垫层和竖向排水体中形成负压区，在土体内部与 排水体间所形成的压差，迫使软土地基中水排出，
39
40
4.4.2 1 2 3 4
4 排水固结法
本章教学要求 了解排水固结法的概念及适用范围；了解排水 固结法的加固原理和计算理论;掌握堆载预压法、真 空预压法的设计计算及其施工方法；熟悉排水固结 法的现场检验与竣工质量检验的目的、方法、内容 和操作要求。
1
4.1 4.1.1 4.1.2
排水固结法系统构成 排水固结法由排水系统和加压系统两大部分 组成。排水系统由竖向排水体和水平向排水体构 成。竖向排水体有普通砂井、袋装砂井和塑料排 水板，水平排水体为砂垫层。
20
2 一般预压荷载大小取建筑物的基底压力值。 超载预压法时，其预压荷载大于基底压力值。 （1）正常加载预压的计算
21
22
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（2）超载预压的计算
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4.3.3 1）竖向排水体材料选择
33
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2 3 (1)竖向排水体直径
35
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(2)竖向排水体排列形式与间距
真空预压法计算内容
41
4.4.3
真空-堆载联合预压法设计
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4.5 4.5.1 1 （1）砂井施工 （2）袋装砂井施工
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（3）塑料排水带施工
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2 3
第四章 排水固结法
排水固结法的适用条件，除了要有砂 井 (袋装砂井或塑料排水带)的施工机械 和材料外，还必须要有:1)预压荷载;2)预 压时间;3)通用的土类等条件。预压荷载 是其中的关键问题。
第四节 施工方法（施工自学，后有录像观看）
一、堆载预压施工方法 主要做好以下三个环节:铺设水平排水垫ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ、 设置竖向排水体和施加固结压力。 1 水平排水垫层的施工 l）垫层材科2）垫层尺寸3）垫层施工 二、竖向排水体施工 要求：1)保持砂井连续和密实，并不出现 缩颈现象2)尽量减小对周围土砂井施工的扰 动3)砂井的长度、直径和间距应满足设计要 求
软基堆载预压
现场打塑料排水板
真空预压法地基处理
真空联合堆载法
排水固结法是由排水系统和 加压系统两部分共同组成。
• 排水系统主要在于改变地基原有的排水边
界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排 水距离。
• 加压系统指对地基施行预压的荷载，它使
地基土的固结压力增加而产生固结。 • 其材料有固体（土石料等）、液体 （水等） 真空负压力荷载等。 • 排水固结法一般根据预压目的选择 加压方法：1)减少沉降;2)提高承载力
2 袋装砂井施工 (1)施工机具 (2)砂袋材料的选择 (3)施工要求 3 塑料排水带施工 (1)塑料排水带材料 (2)塑料排水带性能 (3)塑料排水带施工 1)插带机械 2)塑料排水带导管靴与械尖
二、真空预压施工方法
(一)真空预压 1 加固区划分 2 工艺设备 3密封系统 4抽气阶段施工要求与质量要求
排水系统和加压系统相辅相成
排水系统中如没有加压系统，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，强 度不能及时提高，加载也不能顺利 进行。
排水固结法
1. 排 水 固 结 法 设 计 流 程 图
2 堆载预压法设计计算
预压法是以事先完成的沉降和由于固结使地基强度增长的 两个要素为目标的，这种加固方法成立的背景，是以具有饱和 粘性土地基由于固结而增加强度，以及所谓一旦地基固结沉降， 即使卸掉荷载实际上也不恢复原来状态这两种条件而构成的。 设计内容：
法、真空预压法、降低地下水位法和电渗法。
堆载预压法和砂井堆载预压法唯一的区别在于：前者 的排水系统以天然地基土层本身为主；而后者在天然地基
中还人为地增设了诸如砂井等排水系统。
适用范围
主要用于处理淤泥质土、淤泥和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地基； 真空预压法适用于能在加固区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都适用于加固很软
2 堆载预压法设计计算
逐级加载条件下固结度计算
改进太沙基法假定： (4)在加荷停止以后, 在恒载作用期间的固结 度，即时间t大于Ti，(此处Ti为pi的加载期)时 的固结度和在Ti/2时瞬时加荷pi后经过时(tTi/2)时的固结度相同； (5)所算得的固结度仅是对本级荷载而言，对 总荷载还要按荷载的比例进行修正。
水、稳定控制、沉降控制量等）一般10~25米。 （1 ）根据建筑物对地基的
稳定性、变形和工期要求定。 （ 2 ）对以地基抗滑稳定性
控制的工程，应取至危险滑
动面以下2m； （ 3 ）对以变形控制的建筑 工程，应以限定的预压时间 内完成的变形量确定，宜穿 透受压土层。
3．砂井排列
正三角形排列
正方形排列
st sd U t sc ss
上式可用于：(1)确定所需的超载压力值ps以保证在使用荷载 pf作用下 预期的总沉降量在给定的时间内完成； (2)确定在给定超载下达到预 定沉降量所需要的时间。
4.排水固结n1-精选文档
土层固结效果与其排水边界条件的关系： (a) 根据固结理论，在达到同一固结度时，固结所需时间与排 水距离的平方成正比。(b)加速固结的最有效方法是增加排水途 径，缩短排水距离，在天然地基中设置竖向排水体，如图4-2(b) 所示。
排水固结法适用条件：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地基，但只能加速主 固结，而不能减少次固结，且不适于有机质土和泥碳等次固 结土。 真空预压法：适用于能在加固区形成稳定负压边界条件的软 土地基。 电渗 法：适用于饱和粉土和粉质粘土，正常固结土和孔隙 水电解浓度低的情况下是经济有效的。
对饱和软粘土可采用下式
5 .14 c u p D (4-4) 1 K
对长条形填土，可根据Fellenius 公式估算
552 . cu p1 K
(4-5)
2．计算第一级荷载下地基强度增长值
( c c ' ) (4-6) 提高后的地基强度Cu1： c u 1 u u
式中 cu’ —在 p1作用下地基强度增长值，通过假定固结度为 70%来求得。(见 4.3.3节) —考虑剪切蠕动的强度折减系数。
4.3 排水固结法的设计及计算 设计内容：合理安排排水系统和加压系统，确定竖向排水体的 直径、间距、深度和排列方式，确定荷载大小和预压时间。 要求：1．尽量缩短加固期；2．固结沉降要快；3．充分增加 强度；4．注意安全。 4,3.1 预 压 法 ( Preloading ) 一、堆载预压： 加载方法：按土质情况— 单级加荷和多级加荷按堆 载材料分—自重预压、加 荷预压和加水预压。 堆载：填土、砂石等散 粒材料；油罐—充水预压 堤坝—以身重量分级逐渐 加载，有时采用超载预压 减少使用期间沉降。
(4-9)
排水固结法适用条件：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地基，但只能加速主 固结，而不能减少次固结，且不适于有机质土和泥碳等次固 结土。 真空预压法：适用于能在加固区形成稳定负压边界条件的软 土地基。 电渗 法：适用于饱和粉土和粉质粘土，正常固结土和孔隙 水电解浓度低的情况下是经济有效的。
对饱和软粘土可采用下式
5 .14 c u p D (4-4) 1 K
对长条形填土，可根据Fellenius 公式估算
552 . cu p1 K
(4-5)
2．计算第一级荷载下地基强度增长值
( c c ' ) (4-6) 提高后的地基强度Cu1： c u 1 u u
式中 cu’ —在 p1作用下地基强度增长值，通过假定固结度为 70%来求得。(见 4.3.3节) —考虑剪切蠕动的强度折减系数。
4.3 排水固结法的设计及计算 设计内容：合理安排排水系统和加压系统，确定竖向排水体的 直径、间距、深度和排列方式，确定荷载大小和预压时间。 要求：1．尽量缩短加固期；2．固结沉降要快；3．充分增加 强度；4．注意安全。 4,3.1 预 压 法 ( Preloading ) 一、堆载预压： 加载方法：按土质情况— 单级加荷和多级加荷按堆 载材料分—自重预压、加 荷预压和加水预压。 堆载：填土、砂石等散 粒材料；油罐—充水预压 堤坝—以身重量分级逐渐 加载，有时采用超载预压 减少使用期间沉降。
(4-9)
(整理)第四章排水固结法
第四章排水固结法第一节概述我国沿海地区和内陆湖泊和河流谷地分布着大量软弱粘性土。
这种土的特点含水量大、压缩性高、强度低、透水性差、很多情况埋藏较深。
在软土地基上直接建造建筑物或进行填土时，地基将由于固结和剪切变形会产生很大的沉降和沉降差异，而且沉降的延续时间长，因此有可能影响建筑物的正常使用。
另外，由于其强度低，地基承载力和稳定性往往不能满足工程要求而产生地基土破坏。
所以这类软土地通常需要采取加固处理，排水固结法就是处理软粘土地基的有效方法之一。
排水固结法是对天然地基，或先在地基设置沙井（袋装沙井或塑料排水带）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，地基发生沉降时，同时强度逐渐提高的方法。
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。
排水固结法是由排水系统和加压系统两个主要部分组成。
加压系统，是为地基提供必要的固压力而设置的，它是地基土层因产生附加压力而发生排水固结。
设置排水系统则是为了改善地基原有的天然排水系统的边界条件，增加孔隙水排出路径，缩短排水距离，从而加速地基土的排水固结进程。
如果没有加压系统，排水固结就没有动力，既不能形成超静水压力，即使有良好的排水系统，孔隙水仍然难以排出，也就谈不上土层的固结。
反之，若没有排水系统，土层排水途径少，排水距离长，即使有加压系统，孔隙水排出速度仍然慢，预压期间难以完成设计要求的固结沉降量，地基强度也就难以及时提高，进一步的加载也就无法顺利进行。
因此，加压和排水系统是相互配合、相互影响的。
当软土层较薄，或土的渗透性较好而施工期允许较长时，可仅在地面铺设一定厚度的砂垫层，然后加载，土层中水沿竖向流入砂垫层而排出。
当工程遇到透水性很差的深厚软土层时，可在地基中设置砂井等竖向排水体，地面连以排水砂垫层，构成排水系统。
第四章 排水固结法(全面)
第四章排水固结法第一节概述我国沿海地区和内陆湖泊和河流谷地分布着大量软弱粘性土。
这种土的特点含水量大、压缩性高、强度低、透水性差、很多情况埋藏较深。
在软土地基上直接建造建筑物或进行填土时，地基将由于固结和剪切变形会产生很大的沉降和沉降差异，而且沉降的延续时间长，因此有可能影响建筑物的正常使用。
另外，由于其强度低，地基承载力和稳定性往往不能满足工程要求而产生地基土破坏。
所以这类软土地通常需要采取加固处理，排水固结法就是处理软粘土地基的有效方法之一。
排水固结法是对天然地基，或先在地基设置沙井（袋装沙井或塑料排水带）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，地基发生沉降时，同时强度逐渐提高的方法。
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。
排水固结法是由排水系统和加压系统两个主要部分组成。
加压系统，是为地基提供必要的固压力而设置的，它是地基土层因产生附加压力而发生排水固结。
设置排水系统则是为了改善地基原有的天然排水系统的边界条件，增加孔隙水排出路径，缩短排水距离，从而加速地基土的排水固结进程。
如果没有加压系统，排水固结就没有动力，既不能形成超静水压力，即使有良好的排水系统，孔隙水仍然难以排出，也就谈不上土层的固结。
反之，若没有排水系统，土层排水途径少，排水距离长，即使有加压系统，孔隙水排出速度仍然慢，预压期间难以完成设计要求的固结沉降量，地基强度也就难以及时提高，进一步的加载也就无法顺利进行。
因此，加压和排水系统是相互配合、相互影响的。
当软土层较薄，或土的渗透性较好而施工期允许较长时，可仅在地面铺设一定厚度的砂垫层，然后加载，土层中水沿竖向流入砂垫层而排出。
当工程遇到透水性很差的深厚软土层时，可在地基中设置砂井等竖向排水体，地面连以排水砂垫层，构成排水系统。
第四章 排水固结法PPT优质课件
预压时间、预压加载范围等。
具体步骤如下：
（1）根据天然地基的抗剪强度确定第一级加载p1
一般的浅基础可采用斯开普顿极限荷载的半经验公式初步
估算：
p1
1 K
Nccu
(1
0.2
b l
)(1
0.2
d b
)
0d
式中
cu —— 天然地基不排水抗剪强度；
Nc —— 承载力因数；矩形基础取5.52，圆形基础取6;
提高以后的地基强度为cu1，
cu1 (cu cu )
式中 △cu′——p1作用下地基因固结而增长的强度， cu z Uttgcu
一般可先假定一固结度，工程上常要求Ut＝70％～80％ （即让地基在荷载p1作用下达到相应固结度后再施加下一 级荷载），计算出强度增量后再求出cu1。
排水系统
竖向排水体
袋装砂井 塑料排水带
水平向排水体
砂垫层
排水固结
加压系统
堆载法 真空法 降水法 电渗法 联合法
加压系统
排水系统
排水固结组成系统
堆载预压法
堆载
排水 砂垫层
软土层
堆载产生超静水压力
排水砂井
砂井堆载预压排水固结示意图
系统组成——排水系统
堆水预压
塑料排水板插板机
塑料排水板地基处理
K —— 安全系数，K=1.3~1.5；
l、b —— 基础的长边和短边；
p1
5.14cu K
d
饱和软粘土
d —— 基础的埋置深度； γ0—— 地基土的重度。
p1
5.52cu K
长条形填土 （Fellenius公式）
具体步骤如下：
（1）根据天然地基的抗剪强度确定第一级加载p1
一般的浅基础可采用斯开普顿极限荷载的半经验公式初步
估算：
p1
1 K
Nccu
(1
0.2
b l
)(1
0.2
d b
)
0d
式中
cu —— 天然地基不排水抗剪强度；
Nc —— 承载力因数；矩形基础取5.52，圆形基础取6;
提高以后的地基强度为cu1，
cu1 (cu cu )
式中 △cu′——p1作用下地基因固结而增长的强度， cu z Uttgcu
一般可先假定一固结度，工程上常要求Ut＝70％～80％ （即让地基在荷载p1作用下达到相应固结度后再施加下一 级荷载），计算出强度增量后再求出cu1。
排水系统
竖向排水体
袋装砂井 塑料排水带
水平向排水体
砂垫层
排水固结
加压系统
堆载法 真空法 降水法 电渗法 联合法
加压系统
排水系统
排水固结组成系统
堆载预压法
堆载
排水 砂垫层
软土层
堆载产生超静水压力
排水砂井
砂井堆载预压排水固结示意图
系统组成——排水系统
堆水预压
塑料排水板插板机
塑料排水板地基处理
K —— 安全系数，K=1.3~1.5；
l、b —— 基础的长边和短边；
p1
5.14cu K
d
饱和软粘土
d —— 基础的埋置深度； γ0—— 地基土的重度。
p1
5.52cu K
长条形填土 （Fellenius公式）
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4.4 施工方法 4.4 Construction Methods
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： 铺设水平垫层、设置竖向排水体和施加 固结压力。 砂井成孔的典型方法有套管法、射水法、 螺旋钻成孔法和爆破法。 袋装砂井成孔的方法有锤击打入法、水 冲法、静力压入法、钻孔法和振动贯入 法五种。
砂井法主要适用于没有较大集中荷载的大 面积荷重或堆土荷重工程，例如水库土坝、油 罐、仓库、铁路路堤、贮矿场以及港口的水工 建筑物等工程。 一、砂井设计 砂井设计包括砂井直径、间距、深度、排列 方式、范围、砂料选择和砂垫层厚度等。 （1）砂井直径和间距 主要取决于土的固结特性和施工期限的要求。 “细而密”比“粗而稀”效果好。砂井直径一 般为300～400mm；袋装砂井直径为70～120mm。
塑料排水板施工工艺流程 图
塑料排水板施工现场
真空管网铺设
真空系统第一层土工布铺设
土工布铺设
土工布缝接
真空系统双层密封土工膜的铺设
真空系统土工膜的密封
出膜连接与真空系统安装
出膜连接
出膜管与真空泵连接
试抽真空
4.5 质量检验 4.5 Quality Verification Test
（2）砂井深度 主要根据土层的分布、地基中附加应力大 小、施工期限和条件及地基稳定性等因素确定。 一般为10～25m。 （3）砂井排列 砂井在平面上可布置成正三角形（梅花 形），以正三角形排列较为紧凑和有效。在实 际进行固结计算时，由于多边形作为边界条件 求解很困难，巴隆建议每个砂井的影响范围由 多边形改为由面积与多边形面积相等的圆来求 解。
排水固结法加固地基施工中经常进行的质量检 验和检测项目有孔隙水压力观测、沉降观测、 侧向位移观测、地基土物理力学指标检测等。 预压法竣工验收检验应符合下列规定： （1）排水竖井处理深度范围内和竖井底面 以下受压土层，经预压所完成的竖向变形和平 均固结度应满足设计要求。 （2）应对预压的地基土进行原位十字板剪 切试验和室内土工试验。必要时，尚应进行现 场载荷试验，试验数量不应少于3点。
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 工期要求、确定竖向排水体的直径、间 距、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 满足建筑物对变形和稳定性的要求。
4.2 堆载预压法设计计算 4.2 Design Procedure of Preloading
一、堆载预压的计算步骤 因软粘土地基抗剪强度较低，无论直接 建造建筑物还是进行堆载预压往往都不可能 快速加载，而必须分级逐渐加荷，待前期荷 载下地基强度增加到足以加下一级荷载时才 可加下一级荷载。具体计算步骤是，首先用 简便的方法确定一个初步的加荷计划，然后 校核这一加荷计划下地基的稳定性和沉降， 其步骤如下：
5 按以上步整加荷计划。
6 计算预压荷载下地基的最终沉降量和 预压期间的沉降量。这一项计算的目的 在于确定预压荷载卸除的时间。
二、超载预压 对沉降有严格限制的建筑，应采用 超载预压法处理地基。经超载预压后， 如受压土层各点的有效竖向应力大于建 筑物荷载引起的相应点的附加总应力时， 则今后在建筑物荷载作用下地基土将不 会再发生主固结变形，而且将减小次固 结变形，并推迟次固结变形的发生。
4.3 砂井排水固结设计计算 4.3 Design Procedure of Sand Drain
1925年，丹尼尔 . 莫兰将垂直砂井用于 费城－－奥克兰海湾大桥公路软土地基的加 固，1926年获得专利。 砂井法问世以后，因缺乏理论根据而按 经验设计。1940～1942年，巴隆（Barron） 根据太沙基的固结理论，提出砂井法的设计 计算方法。我国从20世纪50年代起，开始应 用砂井法。
正方形排列时 de＝1.13l 正三角形排列时 de＝1.05l de为砂井的有效直径，l为砂井间距。 （4）砂井布置范围 砂井的布置范围一般可由基础的轮廓线向外增 大约2～4m。 （5）砂料 宜选用中粗砂，其含泥量不能超过3％。 （6）砂垫层 砂井顶部铺设砂垫层，可使砂井排水有良好的 通道，将水排到工程场地以外。
二、沉降计算 地基土的总沉降一般包括瞬时沉降、 固结沉降和次固结沉降三部分。瞬时沉 降是在荷载作用下由于土的畸变所引起， 并在荷载作用下立即发生的。固结沉降 是由于孔隙水的排出而引起土体积减小 所造成的，占总沉降的主要部分。次固 结沉降则是由于超静水压力消散后，在 恒值有效应力作用下土骨架的徐变所致。
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1 利用地基的天然地基土抗剪强度计算第一级容 许施加的荷载p1，对饱和软粘土可采用下列公式估 算： 5.14cu p1 D
K
2 计算第一级荷载下地基强度增长值。在p1荷载 作用下，经过一段时间预压地基强度会提高，提高 以后的地基强度为cu1：
cu1 (cu cu )
第4章 排水固结法 Chapter 4 Consolidation
4.1
概
述
排水固结法（Consolidation）是处 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 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， 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。
塑料排水板插板机
• 塑料排水板地基处理
• 真空预压管网铺设
• 真空预压地基处理
• 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：
（1）沉降问题。使地基的沉降在加 载预压期间大部分或基本完成，使建筑 物在使用期间不致产生不利的沉降和沉 降差。 （2）稳定问题。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。 排水固结法适用于处理淤泥质土、淤泥 和冲填土等饱和粘性土地基。
3 计算p1 作用下达到所确定固结度所需要的时间。 目的在于确定第一级荷载停歇的时间，亦即第二级 荷载开始施加的时间。
4 根据第二步所得到的地基强度cu1计 算第二级所能施加的荷载p2。 p2可近似 地按下式估算：
5.52cu1 p2 K
同样，求出在 p2 作用下地基固结度达70 ％时的强度以及所需要的时间，然后计 算第三级所能施加的荷载，依次可计算 出以后的各级荷载和停歇时间。
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。 （1）排水系统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、袋装 砂井或塑料排水板。 （2）加压系统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。 工程上广泛使用且行之有效的增加固结压 力的方法是堆载法，此外，还有真空法、 降低地下水位法、电渗法和联合法。