第3章 预压法(排水固结法)
真空预压排水固结法设计及计算详细课件-PPT
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 ③ 不需分期加荷，工期短；
预压法竣工验收检验应符合下列规定： 3、砂井的砂料应选用中粗砂，其渗透系数Kw应大于1x10-2 cm/s。 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。 真空预压荷载下地基强度增长值。 灌入砂袋中的砂宜用干砂，并应灌致密实。 当排水竖井采用挤土方式施工时，应考虑涂抹对土体固结的影响。
4 地基固结度的计算
4 地基固结度的计算
4 地基固结度的计算
4 地基固结度的计算
4 地基固结度的计算
4 地基固结度的计算
要求达到的真空度和土层的固结度； ② 场地清洁，噪音小；
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 设计内容包括：竖井断面尺寸、间距、排列方式和深度的选择。 当排水竖井采用挤土方式施工时，应考虑涂抹对土体固结的影响。 设计内容包括：竖井断面尺寸、间距、排列方式和深度的选择；
2、真空预压法处理必须设置排水竖井。设计内容包括：竖井断面尺寸、 间距、排列方式和深度的选择。
3、砂井的砂料应选用中粗砂，其渗透系数Kw应大于1x10-2 cm/s。
4、真空预压竖向排水通道宜穿透 软土层，但不应进入下卧透水层。软 土层较厚、且以地基抗滑稳定性控制的工程，竖向排水通道的深度至少 应超过最危险滑动面2.0m。
排水固结法
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：
2 堆载预压法设计计算
2.1 堆载预压的计算步骤
1. 利用地基的天然抗剪强度计算第一级容许施加的荷载p1。 一般可按斯开普顿极限荷载的半经验公式作初步估算：
p1
1 K
5 cu (1
0.2
B)(1 0.2 A
D) D
B
对饱和的软黏土，可按下式估算，即：
3．砂井排列
正三角形排列
正方形排列
排水路径
l
de
l
de
正方形排列时： de
4 l 1.13l
4. 砂井的布置范围:
不小于建筑物基础外缘的范围。
5. 砂垫层 在砂井顶面应铺设排水砂垫层，以连接砂井，引出从上层排入砂井的 渗流水。砂垫层的厚度不小于0.5m(水下砂垫层厚度为1.0m左右)。如砂 料缺乏，可采用连通砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层。预压区边缘应设 排水沟，预压区内应设与砂垫层相连的排水盲沟，间距不宜大于20m
2 堆载预压法设计计算
预压期间沉降量的计算：
sT Ut s f
其中 Ut 为地基平均固结度在竖向排水情况下，采用太
沙基固结理论计算；对于布置竖向排水体的地基，采用 沙井固结理论。
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： （1）每一级荷载所引起的固结过程是独立 的，与上一级荷载引起的固结度无关；
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。
排水固结法原理,方法及适用范围什么
排水固结法原理，方法及适用范围什么排水固结法原理，方法及适用范围什么？3,排水固结法其基本原理是软土地基在附加荷载的作用下，逐渐排出孔隙水，使孔隙比减小，产生固结变形。
在这个过程中，随着土体超静孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力增加，地基抗剪强度相应增加，并使沉降提前完成或提高沉降速率。
排水固结法主要由排水和加压两个系统组成。
排水可以利用天然土层本身的透水性，尤其是##地区多夹砂薄层的特点，也可设置砂井、袋装砂井和塑料排水板之类的竖向排水体。
加压主要是地面堆载法、真空预压法和井点降水法。
为加固软弱的粘土，在一定条件下，采用电渗排水井点也是合理而有效的。
(1)堆载预压法在建造建筑物以前，通过临时堆填土石等方法对地基加载预压，到达预先完成部分或大部分地基沉降，并通过地基土固结提高地基承载力，然后撤除荷载,再建造建筑物。
临时的预压堆载一般等于建筑物的荷载，但为了减少由于次固结而产生的沉降，预压荷载也可大于建筑物荷载，称为超载预压。
为了加速堆载预压地基固结速度，常可与砂井法或塑料排水带法等同时应用。
如粘土层较薄，透水性较好，也可单独采用堆载预压法。
适用于软粘土地基。
(2)砂井法(包括袋装砂井、塑料排水带等)在软粘土地基中，设置一系列砂井，在砂井之上铺设砂垫层或砂沟,人为地增加土层固结排水通道，缩短排水距离，从而加速固结，并加速强度增长。
砂井法通常辅以堆载预压，称为砂井堆载预压法。
适用于透水性低的软弱粘性土，但对于泥炭土等有机质沉积物不适用。
(3)真空预压法在粘土层上铺设砂垫层，然后用薄膜密封砂垫层，用真空泵对砂垫层及砂井抽气，使地下水位降低，同时在大气压力作用下加速地基固结。
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。
(4)真空-堆载联合预压法当真空预压达不到要求的预压荷载时，可与堆载预压联合使用，其堆载预压荷载和真空预压荷载可叠加计算。
适用于软粘土地基。
(5)降低地下水位法通过降低地下水位使土体中的孔隙水压力减小，从而增大有效应力，促进地基固结。
排水预压法
有时候几个方法会联合使用，如真空堆载联合预压 方法，可以提高预压效果。
（3）排水固结法分类汇总
竖向排水体 排水系统
普通砂井 袋装砂井 塑料排水板 砂垫层 （碎石垫层）
水平排水层
排水固结法 堆载法 预压系统
真空法 降低地下水位法
联合法 一般预压（无竖向排水体）
（4）排水固结法kPa时，可与堆载预压联
合使用，称为“真空联合堆载预压排水固结法”。
真空联合堆载预压法
1）真空预压法施工步骤：
⑴ 铺设50cm厚砂砾垫层，并打设塑料排水板； ⑵ 在砂砾垫层中埋设主、滤管； ⑶ 填10cm厚细砂垫层； ⑷ 铺设复合土工布和密封膜； ⑸ 在加固区边缘挖沟、填沟、安装并连接抽气管道和射流泵； ⑹ 检验土工膜密封情况； ⑺ 土工膜上铺设20cm厚细砂层和30cm厚的粘土层,以保护密封膜； ⑻ 开始抽气，密切注意膜下真空度的变化，发现漏气，及时处理， 当膜下真空度稳定到设计值后，连续抽气一周左右，进行上部 堆载填筑。
排水预压法
Drainage Consolidation Method
太原理工大学岩土工程科学研究所
一、排水预压法简介
所谓预压法就是在建筑物建造之前，或竣工之前，在建筑场 地进行预压，使地基土体产生一定程度的固结和压缩，地基产 生预先的沉降，土体强度得到提高，使得建筑物的工后沉降减
少，同时使建筑物在施工过程中更加稳定和安全。
普通砂井和塑料排水板，土扰动范围对比
塑排板打设流程：
①将塑料带通过导管从管靴穿出；将塑料带与 桩尖连接贴紧管靴并对准桩位； ②静压沉入导管达设计深度； ③拔管，塑料排水板与软土粘接锚固留在软基 内； ④在砂垫层中预留30cm以上，剪断塑料排水板， 将塑料排水板板头埋入到砂垫层中； ⑤将塑料排水板与桩尖再连接，移位重新打设。
土木工程施工第3章 排水固结法..
)
UZ
（1）竖向排水平均固结度
根据一维固结理论，对于一次性骤然施加荷载，且孔隙
水仅沿竖向渗透的地基，其竖向平均固结度可按下式计算：
8 2 1 e 2 m 1, 2 , 3 m
当水平向渗透系数kh和竖向渗透系数kv不等时，则上式应为：
2 2 u / t Cv u / r 2 Ch (1 / r u / r u / r 2 )
式中 t——时间 Cv——竖向固结系数
Cv kv (1 e) / rw
Ch——径向固结系数（或称水平向固结系数）
根据N.卡里罗（Carri110）理论证明： 任意一点的孔隙水压力有如下关系：
u ur u z u0 u0 u0
式中u0为起始的空隙水压力。整个砂井影响范围内土桩
体的平均孔隙水压力也有同样的关：
u ur u z u0 u0 u0 或以固结度表达为:
(1-
U rZ
)=(1Ur
)(1-U Z
瞬间加荷条件下砂井地基固结度的计算 砂井地基固结度的计算是建立在太沙基固理论和巴伦固结 理论基础上的。如果软粘土是单面排水的，在一定压力作用下， 土层中的固结渗流水沿径向和竖向流动，所以砂井地基属于三
维固结问题。若以圆柱坐标表示，设任意点（r、Z）处的孔隙
水压力为u,则固结微分方程为：
2 2 u / t Cv ( u / r 2 1/ r u / r u / z 2 )
①当软土层不厚、底部有透水层时，排水体应尽可能穿透软 土层。
②当深厚的高压缩性土层间有砂层或砂透镜体时，排水体应
尽量能打至砂层或砂透镜体。而采用真空预压时应尽量避免 排水体与砂层相连接，以免影响真空效果。
③对于无砂层的深厚地基则可根据其稳定性，从建筑物在地基
排水固结法
第四章 排水固结法排水固结法：是利用天然在地基土层本身的透水性或设置在地基中的竖向排水体，通过预先在地表进行加载预压或利用建筑物自重使土体中孔隙水逐渐排出、土体逐渐固结，地基土逐渐压密，强度逐步提高的方法，或者利用井点降水，利用插入土中的通电电极使土中水发生渗流以达到区域土体自重应力的增加，从而使土体逐渐压密的方法。
排水固结法由排水系统和加压系统两部分组成。
⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧--⎪⎩⎪⎨⎧联合法电渗法降低地下水位法真空法堆载法加压系统砂垫层水平排水体塑料排水带袋装砂井普通砂井竖向排水体排水系统排水固结 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。
该系统是由水平排水层和竖向排水体构成。
可以由在土中打设的砂井、袋装砂井、或塑料排水带等竖向排水体同地面铺设的砂石垫层构成；也可以利用天然地基中夹粉砂薄层的“千层糕”状土；当软土层较薄，或土的渗透性较好时，而施工工期允许时，可仅在地表铺设一定厚度的砂垫层作为排水系统。
加压系统：起固结作用的荷载，使地基土的固结压力增加而产生固结。
根据排水系统和加压系统的不同，排水固结法可分为：堆载预压法；砂井（袋装砂井、塑料排水带）堆载预压法；真空（砂井、袋装砂井、塑料排水带）预压法；堆载——真空预压法、降水预压法和电渗法。
降水预压法和电渗法费用较高，在我国工程应用极少。
堆载预压法和砂井预压法的区别：堆载预压法是利用天然地基作为排水系统，其固结排水过程是一维排水过程；而砂井预压法则是在地基中设置了竖向排水体，其固结排水过程为三维排水过程。
如果饱和软土较薄（〈5m 〉或固结系数较大（s cm c v /1022->）或土层内为“千层糕”状土时，则不需要很长时间就可获得较好的预压效果；反之，饱和粘土层比较深厚（10m ），而固结系数又较小（s cm c v /1023-<），则排水固结所需的时间很长，堆载预压的地基就受到了限制，则宜在软土中设置竖向排水体。
排水固结法原理
排水固结法原理排水固结法是一种广泛应用于加固软土地基的方法，其主要原理是通过排水和加压，使软土地基中的孔隙水和压力得到有效排除，从而达到加固地基的目的。
排水固结法主要包括预压堆载法和砂井法两个方面，以下将对这两种方法进行详细介绍。
1.预压堆载法预压堆载法是一种通过在软土地基上堆载重物，使地基产生一定的正压力，从而降低孔隙水压力，使有效应力增加，地基得到固结的方法。
预压堆载法具有施工简单、效果显著等优点，被广泛应用于加固软土地基的工程实践中。
预压堆载法的计算主要包括确定堆载重量、堆载时间以及卸载时间等因素。
在计算过程中，需要对地基的沉降、稳定以及承载力等方面进行综合考虑，以确定最佳的堆载重量和时间。
同时，为了确保预压堆载法的实施效果，需要注意控制加载速度，避免因加载过快导致地基破坏。
2.砂井法砂井法是一种通过在软土地基中设置砂井，使地基中的孔隙水从砂井中排出，从而达到加固地基目的的方法。
砂井法具有排水效果好、施工速度快等优点，被广泛应用于处理大面积软土地基的工程实践中。
砂井法的计算主要包括确定砂井的直径、深度以及间距等因素。
在计算过程中，需要对地基的渗透性、砂井材料的性质以及排水效果等方面进行综合考虑，以确定最佳的砂井直径、深度和间距。
同时，为了确保砂井法的实施效果，需要注意控制砂井的设置密度和排水速度，避免因排水过快导致地基失稳。
3.联合应用为了更好地满足实际工程需求，有时需要将预压堆载法和砂井法联合应用，以达到更好的加固效果。
联合应用的优势在于：(1)排水和加压同时作用，能够更有效地排除孔隙水和增加有效应力，提高地基的承载能力和稳定性；(2)能够处理较复杂的地基情况，如大面积软土地基、地质条件较差等地基问题；(3)可以根据实际工程需求进行优化调整，如改变堆载重量、砂井直径和深度等参数，以达到最佳加固效果。
联合应用时，需要综合考虑各种因素，包括地基条件、材料性质、施工环境等，以确保联合加固方案的合理性和可行性。
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。
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（二）砂井与砂垫层
1.砂井的布置和范围 （1）一根砂井的有效排水圆柱体的直径de和砂井间距s的关 系可按如下取用：
等边三角形布置 de = 1.05s
正方形布置
de = 1.13s
（2）砂井的布置范围宜比建筑物基础的轮廓线向外增大约 2～4m，以加速基础外地基土的固结，有利于提高地基的稳 定性和减小侧向变形以及由此引起的沉降。
第3章 预压法（排水固结法）
二、 普通堆载预压法
（三）施工要点
3.大面积堆载可采用自卸汽车与推土机联合作业。对超软土地 基的堆载预压第一级荷载宜用轻型机械或人工作业。
4. 加荷大小：不得超过地基的极限荷载。 加荷方式：当需施加大荷载时，应采取分级加荷，并注意控
制每级加载量的大小和加荷速率。 堆载控制指标：地基最大下沉量不宜超过10mm/d；水平位移
第3章 预压法（排水固结法）
二、 普通堆载预压法
（二）堆载材料 1.堆载材料一般以散料为主，如采用施工场地附近的土、砂、 石子、砖、石块等； 2.堤坝、路基的预压可以采用堤坝、路基填土本身作为堆载； 3.大型油罐、水池的地基，常以充水对地基进行预压。
（三）施工要点 1.预压荷载的大小应根据设计要求确定，一般宜取等于或略大 于建筑物基底压力。有时为了加速压缩过程、减少建(构)筑物 使用期间的沉降，可采用比建(构)筑物重量大10％～20％的超 载进行预压。 2.为了保证建筑范围内的地基得到均匀加固，堆载的顶面宽度 应不小于建筑物的底面宽度，底面应适当扩大。
第3章 预压法（排水固结法）
三、 砂井堆载预压法
（一）特点和适用范围 1.特点 （1）加速饱和软粘土的排水固结，使沉降及早完成和稳定 (下沉速度可加快2.0～2.5倍)； （2）可大大提高地基的抗剪强度和承载力，防止地基土滑动 破坏； （3）施工机具、方法简单，就地取材，可缩短施工期限，降 低造价。
第3章 预压法（排水固结法）
三、 砂井堆载预压法
（三）机具设备与材料
（1）机具设备：主要有桩机和桩管。桩机可采用振动沉桩机、 锤击沉桩机或静压沉桩机等；桩管外径与井直径相同，桩管 下端装有自由脱落的混凝土桩靴或带活瓣式桩靴，活瓣用草 圈或铁圈约束，呈圆锥形。配套机具有吊斗，机动翻斗车等。
第3章 预压法（排水固结法）
三、 砂井堆载预压法
（二）砂井与砂垫层 2.砂井的直径和间距 （1）砂井直径和间距，主要取决于粘性土层的固结特性和施 工期限的要求。 （2）实践证明，为加速土层固结，缩小井距比增大砂井直径 效果好很多，所以砂井直径和间距宜细而密，固结效果较好。 （3）井径不宜过大或过小，过大不经济，过小则在施工时易 造成灌砂率不足、缩颈或砂井不连续等质量问题。砂井常用 直径为300～500mm。 （4）砂井的间距一般由井径比n = de / dw = 6～8确定(de为每 个砂井的有效影响范围的直径；dw为砂井的直径)，常用井距 为砂井直径的6～7倍。
第3章 预压法（排水固结法）
三、 砂井堆载预压法
（二）砂井与砂垫层 3.砂井的深度 （1）砂井深度应根据建筑物对地基的稳定性和变形的要求确定。 （2）对以地基抗滑稳定性控制的工程，砂井深度至少应超过最危 险滑动面2m。 （3）对以沉降控制的建筑物，如压缩土层厚度不大，砂井宜贯穿 压缩土层；对深厚的压缩土层，砂井深度应根据在限定的预压时间 内应消除的变形量确定，若施工设备条件达不到设计深度，则可采 用超载预压等方法来满足工程要求。 4.砂垫层 砂井顶面应铺设排水砂垫层，以连通各个砂井将水排到场地以外。 砂垫层厚度一般为0.3～0.5m，水下施工时，砂垫层厚度一般为1m 左右。为节约用砂，可采用连通砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层， 砂沟的高度一般为0.5～1.0m，砂沟的宽度取砂井直径的2倍。
不宜大于4mm/d；孔隙水压力不超过预压荷载所产生应力的50 ％-60％。
第3章 预压法（排水固结法）
二、 普通堆载预压法
（三）施工要点
5.预压时间（卸载条件）： ①地面总沉降量达到预压荷载下计算最终沉降量的80％以上； ②理论计算的地基总固结度达80％以上； ③地基沉降速度已降到0.5～1.0mm/d。
（2）按排水系统分：
a.普通堆载预压法：无竖向排水系统，只有水平排水系统
b.砂井堆载预压法
c.袋装砂井堆载水系统
第3章 预压法（排水固结法）
第3章 预压法（排水固结法）
二、 普通堆载预压法
普通堆载预压：在地基表面分级堆土或其他荷载，使地基土压 实、沉降固结，提高地基强度，减少沉降量；待达到预定标准 再卸载，建造建筑物。
2.适用：适用于透水性低的饱和软弱粘性土加固；常用于机 场跑道、工业建筑、油罐、水池、水工结构、路堤、堤坝、 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。
第3章 预压法（排水固结法）
三、 砂井堆载预压法
（二）砂井与砂垫层 1.砂井的布置和范围
第3章 预压法（排水固结法）
三、 砂井堆载预压法
6.在地下预埋孔隙水压计，监测堆载过程中地基土中孔隙水压力 的变化；在堆载区周边的地表设置位移观测桩，在地下安装倾斜 仪或其他观测仪器，监测堆载过程中地基土水平位移和垂直位移 情况。
第3章 预压法（排水固结法）
三、 砂井堆载预压法
砂井堆载预压：以砂井为竖向排水体、砂垫层作为水平排水体 构成排水系统，在砂垫层上部堆载作为加压系统的预压法
第3章 预压法（排水固结法）
一、 概述
1.预压法：在建筑物建造前对建筑场地进行预压，使土体中
的水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高。
2.预压法组成
（1）加压系统：加载预压、真空预压；
（2）排水系统：水平排水系统和竖向排水系统。
3.预压法分类
砂垫层
（1）按加压系统分：加载预压法和真空预压法；
（一）特点和适用范围 1.特点 （1）不设竖向排水体； （2）使用材料、机具简单，方法直接，施工操作方便； （3）堆载预压需要一定的时间，对深厚的饱和软土，排水固 结所需的时间很长；同时需要大量堆载材料，因此在使用上 受到一定的限制。 2.适用：软土层较薄，土的渗透性较好，施工期允许较长时 的地基加固处理。当预计的压缩时间过长时，则应改用砂井 堆载预压法、袋装砂井堆载预压法或塑料排水板堆载预压。