排水固结法

压加载速率。
地基中某一点在某时刻的抗剪强度τf可表示为：
f f 0 fc f
f f 0 fc f
式中 τf0——地基中某点在加荷之前的天然地基 抗剪强度。用十字板或无侧限抗压强 度试验、三轴不排水剪切试验测定； △τfc——由于排水固结而增长的抗剪强度； △τfτ——由于剪切蠕动而引起的抗剪强度衰 减量。
8 Ch
2C v
8 2
8Ch 2 F(n )d e 2C v 4H 2
——续表
序号 条件 平均固结度计算公式 α β 备注
L LH
4
砂井未贯穿 受压土层
U U rz (1 )U z 1 8 e 2
8 Ch F ( n )d e t 2
8 2
式中
△σz——预压荷载引起的该点的竖向附 加应力。
排水固结的设计理论着重于：
（1）逐渐加载条件下固结度的修正计算；
（2）地基强度增长的预计和与其相应的稳定性
分析方法；
（3）最终沉降量与沉降随时间发展的推算以及
根据现场观测资料反算土的力学性质指标等。
（二）真空预压加固机理 真空预压法是以大气压力作为预压荷载。先在
的排出使由于形成了超孔隙水压力使得水得以排出，地
基产生固结，因而称为正固结。
2.地基土抗剪强度增长值的预估 当软弱地基天然强度较低时，必须限制加载速
率以利用前期荷载使地基排水固结，提高强度来适
应下一级加载，避免由于荷载过大地基强度不足引
起地基土失稳。因此，在进行设计时，需要预测抗
剪强度在加载过程中的增长情况，以便合理确定预
加固机理2——提高土体强度：
预压后，土体
抗剪强度τf
处于超固结状态，
d
f b a c
其抗剪强度要比处
于正常固结状态时
的强度高。
固结压力σc′
o
1.堆载方式 堆载预压处理地基有两种方法。
（1）等载预压：预压荷载与永久荷载相等。
此时，地基的最终沉降量由两部分组成：
s st sr
式中 st——预压期所产生的沉降或被消除的沉降； sr——残留沉降。
第4章
排水固结法
§4－1 概述
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。 利用此种方法处理软弱地基，可以使相对于预压荷载 的地基沉降，在处理期间部分消除或基本消除，使建筑物 在使用期间不会产生过大的沉降或沉降差。同时通过排水 固结，加速地基土的抗剪强度的增长，提高建筑地基强度
8 2 U 1exp(T ) z 4 v 2
如果考虑逐级加荷，则时间t从加荷历时的一半起算。
2.根据Barron的解法计算径向平均固结度Ur
8 U 1 exp T r F H
式中
CH t TH ——水平向固结时间因数，TH = 2 de
CH ——水平固结系数， C
而提高地基强度和减少建筑
物建成后的沉降量。
孔隙比e
加固机理1——
减小地基工后沉降：
△e
a
初次加载曲线，
在外加荷载△σ′＝ σ1′－σ0′作用下， 土样孔隙比减小了△e； 卸荷再压缩之后，孔
b
f △e′ d c
隙比减小量为
σ0′
σ1′
固结压力σc′
△e′，远小于△e，表明大部分压缩变形（ △e－ △e′） 都在预先施压过程中消除了。
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。
（一）瞬间加荷条件下固结度计算
对于在土层内设置了砂井等竖向排水体的地基，它在 荷载作用下，地基的固结属于三维固结中的轴对称问题。
求解地基的固结度时，先分别求解在指定时间内地基垂直
向固结度和水平向固结度，然后加以综合得出地基的总固 结度。 1. 竖向平均固结度Uz可按太沙基固结理论计算。
后者由于不会增加剪应力，地基不会产生剪切破坏，因而适
用于很软弱的粘土地基的排水固结处理。 排水固结法适用范围：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。
§4－2
排水固结法加固原理
一、排水系统加固机理
根据太沙基固结理论
Tv · H2 t Cv
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的目的就是为
隙水压力下排水固结，因而称为负压固结。
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。
2.堆载预压与真空预压在加固机理方面区别
堆载预压法，土体中的总应力是增加的，真空预压，总应力保持不变；
堆载预压法中，土体孔隙中形成的孔隙水压力增量是正值，即超静水压
力是正值；真空预压法中，土体孔隙中形成的孔隙水压力增量是负值。 堆载预压法中，土体有效应力的增长是通过正的超静孔隙水压力的消散
8Ch 2 L—砂井长度 F(n )d e
H—砂井以下压 缩土层厚度
5
外径向 排水固结 （Uz>60％）
U 1 0.692e

5.78Ch R
2
t
0.692
5.78Ch R2
R—土桩体半 径
6
普遍表达式
U 1 e t
（二）逐渐加荷条件下地基固结度的计算
i q t Ti T i 1 Ut (Ti Ti 1 ) e (e e ) i 1 p
（2）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。
（3）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。
不同条件的固结度计算公式
序号 条件 平均固结度计算公式 α β 备注
1
竖向排水固结 （Uz>30%)
8 Uz 1 2 e

2C v 4H2
抽 气
高真空井点
射流真空泵
射 流 箱
1.加固机理 真空预压法的加固机理主要反映在下面三个方面：
（1）土中水排出：真空预压在抽气前，薄膜内外均承受
一个大气压pa的作用，抽气后薄膜内形成一个压力差：首先使 砂垫层，其次是砂井中的气压降到pv，使薄膜紧贴砂垫层，这 个压差称之为“真空度”。 砂垫层中形成的真空度，通过垂直排水通道逐渐向下延
H
=
K
(1+e) H ,cm 2 /s γ a w
KH ——水平渗透系数(cm/s)， F——与n有关的系数，
n2 3n 2 -1 F= 1n(n)2 n -1 4n 2
n——井径比，n =de/dw ，一般取为4～12。
等效圆柱体的直径de与 砂井间距l 的关系：
正方形排列：d 1.13· l
需加固的软土地基表面铺设一层透水砂垫层，再在
其上覆盖数层不透气的塑料薄膜或橡胶布，四周密
封，与大气隔绝。在砂垫层内埋设排水管道，然后
与真空泵连通，进行抽气，使透水材料保持较高的
真空度，在土体孔隙水中产生负的孔隙水应力，将
土中孔隙水和空气逐渐吸出，从而使土体固结。
真空预压法示意图
砂垫层及滤管
铺 膜
e
正三角形排列：d 1.05· l
e
dw
～ ～～ ～ ～～ ～ ～～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ l
dw
砂井影 响范围
de
l
3.砂井的平均固结度为
Urz 1- (1- Ur )(1- U z )
4.影响砂井固结度的因素
（1）若软粘土层较厚，砂井未能打穿软土层，
应考虑其对固结度的影响；
t
8 2
2C v 4H 2
8Ch 2 F(n )d e
Terzaghi解
2
内径向排水固 结
Ur 1 e

8 Ch F ( n )de
2
t
1
Barron解
U rz 1 (1 U Z )(1 U r )
3
竖向和内径向 排水固结
8 ( F ( n )d e 2 4 H 2 ) t 1 2 e
来实现的，而真空预压法中，土体有效应力的增长是靠负的超静孔隙水
压力的形成来实现的。 堆载预压法中，土体加固后形成的有效应力与上部施加的荷载大小有
实践证明，预压的效果与预压时间有关，时间越长，
消除的沉降st越大，残留沉降sr越小。因此，预压时间取 决于永久荷载对残留沉降的要求而定。
（2）超载预压：预压荷载大于永久荷载的情况。
临时超载 填土 砂垫层
砂井
采用超载预压处理软弱地基，其处理效果更好。
原因：（1）经过超载预压后，当土层所受过的固结 压力大于使用荷载下的固结压力时，原来的正常固结粘 土层将处于超固结状态，其压缩性将进一步降低； （2）采用超载预压还可以达到消除残留沉降和次固 结沉降的目的，使sr=0，即在使用期几乎没有沉降发生。 堆载预压时，是通过增加地基中的总应力σ，并使 孔隙水压力u消散来增加有效应力σ′的，地基中孔隙水
由于剪切蠕动所引起的强度衰减部分目前尚未提出合
适的计算公式，因此实用上地基的抗剪强度可用下式计算：
f ( f 0 fc )
式中 η——考虑剪切蠕变及其它因素对强度影响的一个 综合性折减系数，可取0.9～0.95，若判断
地基土没有强度衰减可能时，则η＝1.0。
强度增量△τfc的计算方法目前常用有以下两种： （1）有效应力法
ห้องสมุดไป่ตู้
隙水压力不断下降，地基有效应力不断增加，从而使土体固结；
同时抽气后土体中水位降落，也会增加有效应力。 （3）封闭气泡排出，土的渗透性加大：当饱和土体中含有 少量封闭气泡时，在正压作用下，封闭气泡会堵塞孔隙，使土 的渗透性降低，固结过程减慢。但在真空吸力下，封闭气泡被 吸出，从而使土体渗透性提高，固结加快。