排水固结法地基处理施工工艺
排水固结法施工(地大版)
砂井或塑料排水板施工
定位放线
根据方案确定砂井或塑料排水板的间距和位 置，进行定位放线。
砂井或塑料排水板安装
将砂井或塑料排水板插入孔中，确保其位置 准确、垂直度符合要求。
钻孔
使用钻机按定位放线的位置钻孔，孔径和深 度应符合设计要求。
填充滤料
在砂井或塑料排水板周围填充滤料，以保持 排水通道的畅通。
砂井材料应进行质量检验，确保符合 相关标准和设计要求。
砂井材料的粒径和级配应符合设计要 求，以保证排水通道的畅通和排水效 果。
塑料排水板材料
塑料排水板是排水固结法中常用的材料，其材质、规格和质量应符合设计要求。
塑料排水板的抗拉强度、耐久性和耐腐蚀性等性能指标应符合相关标准和设计要求。
在使用过程中，应定期检查塑料排水板的完好性和功能性，及时更换损坏或失效的 排水板。
排水固结法的历史与发展
历史
排水固结法的起源可以追溯到20世纪初，但直到20世纪中叶 ，随着土力学和工程地质学的发展，该方法才逐渐得到广泛 应用。
发展
近年来，随着新型排水材料的研发和施工技术的改进，排水 固结法的应用范围和效果得到了进一步拓展和提升。同时， 数值模拟和信息化施工技术的应用也为排水固结法的发展提 供了有力支持。
其他辅助材料
其他辅助材料包括滤布、砂垫层、 粘土等，其质量和性能应符合设
计要求。
辅助材料应存放在干燥、通风的 地方，避免潮湿、霉变和污染。
在使用前应对辅助材料进行检查， 确保无破损、变质或污染等情况。
施工设备与工具
施工设备包括打桩机、振动沉 桩机、挖掘机、压实机等，应 根据工程需要进行选择和配置。
施工工具包括铁锹、铁锤、测 量仪器等，应具备足够的强度 和精度，以确保施工质量和安 全。
排水固结法
流程
1、砂垫层施工
砂垫层的功能就是在预压施工中，从土体进入垫层的渗透水快速排出，达到土层固结的作用。砂垫层质量将 对加固效果与预压时间起到决定性的作用。选用级配相应的中粗砂，作为砂垫层材料，可确保砂垫层具有良好的 渗透性。在施工应用中，应确保其含泥量在5%以下，不能混入杂质与有机质。在确定砂垫层厚度时，应及时排出 土层内的渗透水，一般控制在30厘米到50厘米之间，可以起到持力层的作用。
一般情况是预压荷载与建筑物荷载相等，但有时为了减少再次固结产生的障碍，预压荷载也可大于建筑物荷 载，一般预压荷载的大小约为建筑物荷载的1.3倍，特殊情况则可根据工程具体要求来确定。
为了加速堆载预压地基固结速度，常与砂井法同时使用，称为砂井堆载预压法。
沙井法适用于渗透性较差的软弱粘性土，对于渗透性良好的砂土和粉土，无需用砂井排水固结处理地基；含 水平夹砂或粉砂层的饱和软土，水平向透水性良好，不用砂井处理地基也可获得良好的固结效果。
即通过电渗作用可逐渐排出土中水。在土中插入金属电极并通以直流电，由于直流电场作用，土中的水从阳 极流向阴极，然后将水从阴极排除，而不让水在阳极附近补充，借助电渗作用可逐渐排除土中水。在工程上常利 用它降低粘性土中的含水量或降低地下水位来提高地基承载力或边坡的稳定性。
降水预压法和电渗排水法目前应用还比较少。
排水固结法适用于处理饱和和软弱土层，但对渗透性极Байду номын сангаас的泥炭土要慎重对待。
按照采用的各种排水技术措施的不同，排水固结法可分为以下几种方法。
方法
堆载预压法 真空预压法
降水预压法 电渗排水法
在建筑场地临时堆填土石等，对地基进行加载预压，使地基沉降能够提前完成，并通过地基土固结提高地基 承载力，然后卸去预压荷载建造建筑物，以消除建筑物基础的部分均匀沉降，这种方法就成为堆载预压法。
排水固结法
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
(精品)4.排水固结法
系统组成——排水系统
系统组成——排水系统
Wick Drains
材料
sand
gravel
系统组成——排水系统
Vertical Wick Drains
Vertical Wick Drains
降低地下水位能使: 1）土的性质得到改善； 2）地基发生附加沉降； 3）降低地基中的地下水位，使地基中的软土 承受了相当于水位下降高度水柱的重量而固 结。
适用于: 砂土或软粘土层中存在砂或粉土的土层。
为加速其固结，往往设置砂井。
（a）天然面地下水； （b）有压地下水
④电渗法 在土中插入金属电极并通以直流电，由于直流 电场作用，土中的水分从阳极流向阴极，这种现 象称为电渗。 如将水在阴极排除而在阳极不予补充的情况下土 就会固结，引起土层的收缩。 适用于: 饱和粉土和粉质粘土
2. 超载预压 实际工程中还往往采用超载预压方法来消除主固 结沉降，以缩短预压时间。预压期间任一时刻地 基沉降量可表示为：
st sdUtscss
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。
典型工程真空预压工艺设备平面和剖面图
用真空方法增加的有效应力
1983年开展了真空-堆载联合预压法，开发了一 套先进的工艺和优良的设备，取得了良好的效 果。该法得到国外专家的好评。
系统组成——加压系统
真空预压
Vacuum Consolidation
③降低地不水位法
利用井点抽水降低地下水位以增加土的自重 应力，达到预压加固的目的。
排水固结的工程施工方案
一、工程概况本工程位于某城市新建住宅区，占地面积约10万平方米，地下水位较高，土壤主要为软土地基，地基承载能力较差。
为确保地基的稳定性和安全性，需进行排水固结处理。
本方案针对该工程特点，制定如下排水固结工程施工方案。
二、施工目标1. 确保地基稳定性，降低地基沉降；2. 提高地基承载能力；3. 确保施工质量，缩短施工周期；4. 降低施工成本，提高施工效益。
三、施工方法1. 排水系统布置（1）在施工场地四周设置排水沟，将地表水排至指定位置；（2）在场地内设置排水管网，连接排水沟，确保地表水顺利排出；（3）在软土地基内设置排水板，形成排水通道。
2. 固结施工（1）根据地基情况，选择合适的排水板，如塑料排水板、土工布等；（2）采用垂直排水法，将排水板插入地基，确保排水板与地基紧密接触；（3）在排水板周围设置砂垫层，提高排水效果；（4）采用真空预压法，通过真空泵将软土地基内的空气抽出，形成负压，加速地基固结。
四、施工步骤1. 施工准备（1）熟悉工程图纸，了解工程特点；（2）组织施工人员，进行技术交底；（3）准备好施工材料、设备，确保施工顺利进行。
2. 排水系统施工（1）按照设计要求，开挖排水沟，确保排水沟深度和宽度符合要求；（2）铺设排水管网，连接排水沟；（3）设置排水板，确保排水板与地基紧密接触。
3. 固结施工（1）采用垂直排水法，将排水板插入地基；（2）设置砂垫层，提高排水效果；（3）启动真空泵，进行真空预压。
五、质量控制1. 施工过程中，严格控制排水板的质量，确保排水板与地基紧密接触；2. 确保砂垫层厚度和密实度符合设计要求；3. 对真空预压过程进行监测，确保真空度达到设计要求；4. 施工完成后，对地基进行沉降观测，确保地基稳定性。
六、安全措施1. 施工人员必须穿戴安全帽、安全带等个人防护用品；2. 施工现场设置安全警示标志，确保施工安全；3. 严格执行施工操作规程，确保施工质量。
七、施工进度安排根据工程特点，制定以下施工进度安排：1. 施工准备：5天；2. 排水系统施工：10天；3. 固结施工：15天；4. 施工验收：5天。
地基处理-排水固结法p(1)
地基处理-排水固结法p(1)地基处理-排水固结法地基处理是指对土壤进行加固、稳定处理的工程技术。
在土建工程中，土壤的性质是非常重要的因素，不同的土壤在面对荷载和环境条件的时候，表现不尽相同。
为了确保工程的稳定和安全，需要对地基进行适当的处理，而排水固结法则是广泛应用的一种实用方法。
一、排水固结法概述排水固结法是一种通过控制土壤水分来实现地基加固的方法。
其主要原理在于，通过排除土壤内部的多余水分，来使土壤达到一定的稳定状态。
通俗地说，就是把水分“挤出来”。
在土壤水分减少的情况下，土壤粘结力增大，地基的荷载能力也随之提高。
二、排水固结法的作用排水固结法的主要作用在于提高地基的荷载能力和稳定性。
同时，通过排除土壤中的多余水分，还能改善土壤的工程性质，增加土壤的压缩性和稠度，有效地控制地基沉降，提高土壤的强度和稳定性。
三、排水固结法的分类排水固结法可以根据不同的排水方式，分为水平排水法和垂直排水法。
水平排水法适用于需降低水位的区域，其目的是迫使地下水自然流动，达到降低水位的效果。
而垂直排水法则通过在土壤中设置垂直排水系统，将土壤内的多余水分排泄到地表，以实现排水固结的目的。
四、排水固结法的实施实施排水固结法时，首先需要确定工程所在的区域土壤性质和含水情况。
然后根据实际情况，选择合适的排水方式和排水系统，并在土壤中设置相应的排水材料和设备。
需要注意的是，在排水固结的过程中，还需要进行周期性监测，以保证加固效果的稳定和可持续性。
五、排水固结法的适用范围排水固结法适用于以下情况：1. 土壤含水率较高，需要排水以提高土壤的稳定性和荷载能力。
2. 土壤性质较弱，需要采取加固措施以确保地基的安全稳定。
3. 工程面积较大，需要采用较为经济的加固方案。
4. 工程施工周期较长，需要采用可持续性的加固方法。
综上所述，排水固结法是一种简单、经济而有效的地基处理方法，可以在保证工程稳定和安全的同时达到节约成本、提高工程效率等多重效果。
地基处理——排水固结法
地基处理——排水固结法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，通过加压和排水的共同作用,使饱和软土排水固结,消除大部分沉降,提高土体密实度和强度一种加固方法。
它由排水系统和加压系统组成。
常用的排水系统、加压系统见下图：堆载预压是传统的排水固结加固软土地基的方法,是依靠大量的堆载料的荷载达到排水的作用。
真空预压法广泛采用塑料排水板作为竖向排水通道,以砂垫层、砂沟和排水滤管作为横向排水通道,铺膜,采用真空泵将土体中的水、气混合物抽出,达到软土加固的效果。
真空联合堆载预压法是在真空预压的基础上,在密封膜上加铺堆载料,以增加外荷的方法,加快软土的固结,增加地基的承载力。
真空预压与堆载预压相比,它不需要堆载料,施工简便且快,可降低工程造价三分之一、节约能源三之一、缩短加固时间三分之一。
在港口工程中,从20 世纪80 年代后期开始,主要采用的加压系统是真空预压、真空联合堆载预压，其次是堆载预压。
2.加固机理排水固结法加固软土地基的机理是设排水系统,改善排水边界条件,缩短排水路径,加速排水,在加压系统作用下，孔隙水排出,孔隙水压力降低并转化为有效应力的增加,土体固结,消除大部分沉降而提高密实度和强度,而且卸除预压荷载后,虽会产生些微回弹,但大部分压缩变形为不可逆的塑性变形,土体相对加固前处于超密实状态,从而可有效提高地基的承载能力和减少沉降量。
土体的排水固结是一个复杂的过程。
其固结度和固结速度与固结压力大小、作用时间长短、排水距离、土的渗透系数等因素有关,其中土的工程性质取决于土的颗粒组成和土同水相互作用的性质。
软粘土的工程性质主要与次生矿物中粘土矿物(它粒径一般小于0.005mm,俗称粘粒)有关。
而由粘土矿物不同的晶体构造和排列形式形成的土颗粒与水的相互作用将引起土颗粒周围结合水的复杂变化,并对土的塑性、压缩性、膨胀性、渗透性和强度等产生重要影响。
颗粒很细的粘粒使土的比表面积增大、粒间隙小、渗透性差。
地基处理之排水固结技术详解(112页,附图丰富)
水平排水体
Horizontal Drains
水平排水体
Horizontal Drains
系统组成——加压系统
堆载
桥头高填土堆载预压
场地高填土堆载预压加压系统
真空预压
Vacuum Consolidation
FLASH
（二）、排水固结法的设计与计算
在设计以前，应该进行详细的岩土工程勘察和土工试 验，以取得必要的设计资料。对以下各项资料应特别 加以重视：
堆载预压与真空预压法加固原理对比
编号 1 2 3 4 5 6
对比方面 加载方式 地基中的总应力 排水系统中的水压力 地基中的水压力 地基土水流特性 加载速率
堆载预压法 堆重 增加，正压固结 近似静水压力 由超孔压至静水压力 向四周流动－挤水 严加控制
真空预压法 抽真空 不变，负压固结 小于静水压力 由静水压消散至负压 由四周流来－吸水 不需控制
实际工程中还往往采用超载预压方法来消除主固结沉降，以缩短预压 时间。预压期间任一时刻地基沉降量可表示为：
st sd Ut 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。
稳定问题 (stabilization problems)
地基间歇式加荷的应力路径
竖向排水提高边坡稳定性
系统组成——排水系统
系统组成——排水系统
材料
Wick Drains sand
gravel
系统组成——排水系统 Vertical Wick Drains
Vertical Wick Drains
对饱和的软黏土，可按下式估算，即：
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4.2 排水固结法的加固机理
(1)堆载预压加固机理
堆载预压是指先在地基中设置砂井、塑料排 水带等竖向排水体，后利用建筑物本身重量分级 逐渐加载，或建筑物建造前，在场地先行加载预 压，使土体中的孔隙水缓慢排出，土层逐渐固结， 地基发生沉降，同时强度逐步提高的过程。
真空预压法示意图
真空预压法
抽真空设备 真空压力表
出膜管
双层薄膜
一层土工布 双层真空薄膜 中粗砂垫层及抽真空管道
集水沟
抽真空滤管 淤泥
边坡开挖线 塑料排水板或袋装砂井
粘土
深圳河真空预压加固软基示意图
(3) 降水预压加固机理
降水预压法是借助于井点抽水降低地下水位， 以增加土的有效自重应力，从而达到预压的目的。
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 由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。
(2)真空预压加固机理
真空预压指在软土地基中打设竖向排水体后， 在地面铺设排水用砂垫层和抽气管线，然后在砂 垫层上铺设不透气的封闭膜使其与大气隔绝，再 用真空泵抽气，使排水系统维持较高的真空度， 利用大气压力作为预压荷载，增加地基的有效应 力，以利于土体排水固结。
真空预压适用于均质粘性土及含薄粉砂夹层粘 性土等，尤其适用于新吹填土地基的加固。对于 在加固范围内有足够补给水源的透水层，而又没 有采取隔断措施时，不宜采用该法。
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。
抽水井管
抽水前水位线
抽水后水位降落线
滤水管
降水预压原理
(4) 电渗预压加固机理
电渗预压是在土中插入金属电极并通以直流电， 由于直流电场作用，土中的水分从阳极流向阴极， 将水在阴极排除且无补充水源的情况下，引起土层 的压缩固结。电渗预压与降水预压一样，是在总应 力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加土的 有效应力作为固结压力的，所以不需要用堆载作为 预压荷载，也不会使土体发生破坏。
水力坡 降线 A
B
预压法的设计，实质上是根据上部结构 荷载的大小、地基土的性质及工期要求合理安 排加压系统与排水系统，使地基在预压过程中 快速排水固结，缩短预压时间，从而减小建筑 物在使用期间的沉降量和不均匀沉降，同时增 加一部分强度，以满足逐级加荷条件下地基的 稳定性。
4.3 堆载预压法设计计算 4.3 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：
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。
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。
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。
排水固结法分类
根据加压和排水两个系统的不同，派生出多种固结加 固地基的方法：
美国跨越金山湾南端的Dumbarton桥东侧引道路 堤场地，路堤下淤泥的抗剪强度小于5kpa，其固 结时间将需要30—40年，为了支撑路堤和加速所 预计的2m沉降量,采用如下方案：
砂井堆载预压法
基本方法：砂井堆载预压法系在软弱地基中通过采用 钢管打孔、灌砂，设置砂井作为竖向排水通道，并在 砂井顶部设置砂垫层作为水平排水通道，形成排水系 统；在砂垫层上部堆载，以增加软弱土中附加应力， 使土体中孔隙水在较短的时间内通过竖向砂井和水平 砂垫层排出，达到加速土体固结、提高软弱地基土承 载力之目的 。 主要用于道路路堤、土坝、机场跑道、工业建筑油罐、 码头、岸坡等工程的地基处理，对于泥炭等有机沉积 地基则不适用。
1、采用土工聚合物以分布路堤荷载和减小不均 匀沉降；
2、使用轻质填料以减轻荷载；
3、采用竖向排水体使固结时缩短到一年以内；
4、设置土工聚合物滤网以防排水层发生污染等 。
4.2 排水固结法的加固机理
土在某一荷载作用下，孔隙水逐渐排出，土体 随之压缩，土体的密实度和强度随时间逐步增长， 这一过程称之为土的固结过程。亦即孔隙水压力消 散、有效应力增长的过程。
深圳河真空预压全貌
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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。