排水固结
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排水固结法施工(地大版)
范。
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。
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
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
e0.025130
)
0.93
01:45
40
7、地基土的沉降计算
s sd sc ss
01:45
41
A、瞬时沉降计算
p B
Skempton（1955）弹性理论公式 Sd
0
E
1- 2
沉降系数ω值
受荷面形状
圆形 正方形 矩形
L/B
—— 1.00 1.5 3.0 6.0 10.0 30.0 100.0
般用Ca表示，称为土的
次固结指数。
次固结沉降量为
ss
n i 1
(hCa
lg
t2 t1
)i
01:45
44
•规范规定预压固结法地基最终沉降采用 经验公式：
s f
e0i e1i 1 e0i
hi
取值为1.1～1.4
01:45
45
5.4 施工工艺
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
第五章 排水固结法
5.1 概述 5.2 加固原理 5.3 排水固结法的设计与计算 5.4 施工工艺 5.5 加固效果检验 5.6 工程实例
01:45
1
5.1 概述 排水加固法
排水系统 加压系统
竖向
横向
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。
29
2、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算
01:45
30
2、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算
01:45
31
2、多级逐渐加荷条件下砂井地基固结度计算
排水固结法
排水固结法一般适用于饱和软黏土、吹填土、松散粉土、新近沉积土、有机质土及泥炭土地基。
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。
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
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
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
• 当遇到深层透水性很差的软土时，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(砂井堆载预压法)。
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。
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。
地基处理第八章排水固结法
02
预压荷载大小应根据设计要求确定。对于沉降有严格限制的建筑，应采用超载预压法处理，超载量大小应根据预压时间内要求完成的变形量通过计算确定，并宜使预压荷载下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应力。预压荷载顶面的范围应等于或大于建筑物基础外缘所包围的范围。
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。
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： τft= τf 0 +⊿σz·Uttancu 式中 τft — t 时刻，该点土的抗剪强度 （kPa）； τf 0 —地基土的天然抗剪强度 （kPa）； ⊿σz —预压荷载引起的该点的附加竖向应力 （kPa）； Ut —该点土的固结度； cu —三轴固结不排水压缩试验求得的土的内摩擦角 （ 0）；
02
真空预压区边缘应大于建筑物基础轮廓线，每边增加量不得小于 3 0m。每块预压面积宜尽可能大且呈方形。
03
真空预压的膜下真空度应稳定地保持在650mmHg以上，且应均匀分布，竖井深度范围内土层的平均固结度应大于 90%。
04
04
03
01
02
当建筑物的荷载超过真空预压的压力，且建筑物对地基变形有严格要求时，可采用真空—堆载联合预压法，其总压力宜超过建筑物的荷载。
降低地下水位法是利用井点抽水降低地下水位以增加土的有效应力，从而达到加速固结的目的。降水法最适用于砂性和软粘土层中存在砂或粉土的情况。
电渗法是在土中插入金属电极并通过以直流电，使土中水分由阳极流向阴极。如将阳极积集的水排除，土体中孔隙水就会减少，有效应力增大导致沉降固结。
排水固结法
建筑荷载
τC τA
o
τF
F A
E
G
C'
B
C ' 固 结 压 力σc
湖南大学陈昌富制作（2012.3-5）
孔隙比 e
A C C' σ1'
△e
超 载 预 压 加 固 原 理
e △'
F
B G E
σ △ '
建筑荷载
D
o
抗剪强度
σ0'
固 结 压 力 σc
D F A
o
E
G
C'
B
C ' 固 结 压 力σc
湖南大学陈昌富制作（2012.3-5）
α rz =
8
π2
8C h , β rz = + 2 Fn d e2 4H
湖南大学陈昌富制作（2012.3-5）
π 2CV
(4) 砂井贯穿软土地基固结度计算
考虑井阻、涂抹作用时(谢康和，1993)：
U rz = 1 − α rz ⋅ e − β rz ⋅t
α rz = βr =
8
π
2
, β rz =β r + β z
应力
σ线
u1 u2 z
u1 → u2
′ σ 1′ → σ 2
σ′1 σ′2
σ =σ′+ u
湖南大学陈昌富制作（2012.3-5）
三、降低地下水法加固机理：2
应力
σ线
u1
承压水
u1 → u2
′ σ 1′ → σ 2
σ′1 σ′2
u2 z
σ =σ′+u
湖南大学陈昌富制作（2012.3-5）
四、真空预压加固机理：1
τC τA
o
τF
F A
E
G
C'
B
C ' 固 结 压 力σc
湖南大学陈昌富制作（2012.3-5）
孔隙比 e
A C C' σ1'
△e
超 载 预 压 加 固 原 理
e △'
F
B G E
σ △ '
建筑荷载
D
o
抗剪强度
σ0'
固 结 压 力 σc
D F A
o
E
G
C'
B
C ' 固 结 压 力σc
湖南大学陈昌富制作（2012.3-5）
α rz =
8
π2
8C h , β rz = + 2 Fn d e2 4H
湖南大学陈昌富制作（2012.3-5）
π 2CV
(4) 砂井贯穿软土地基固结度计算
考虑井阻、涂抹作用时(谢康和，1993)：
U rz = 1 − α rz ⋅ e − β rz ⋅t
α rz = βr =
8
π
2
, β rz =β r + β z
应力
σ线
u1 u2 z
u1 → u2
′ σ 1′ → σ 2
σ′1 σ′2
σ =σ′+ u
湖南大学陈昌富制作（2012.3-5）
三、降低地下水法加固机理：2
应力
σ线
u1
承压水
u1 → u2
′ σ 1′ → σ 2
σ′1 σ′2
u2 z
σ =σ′+u
湖南大学陈昌富制作（2012.3-5）
四、真空预压加固机理：1
排水固结法
真空预压是在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力 来增加有效应力的，这种方法和降水预压一样都是在负超孔 隙水压力下排水固结，因而称为负压固结。
加固机理1——
二、加压系统
孔隙比e
减小地基工后沉降：
a
初次加载曲线， 在外加荷载△σ′＝
△e
b f
c
△e′
σ1′－σ0′作用下，
d
土样孔隙比减小了△e；
卸荷再压缩之后，孔 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。
加固机理2——提高土体强度：
砂垫层中形成的真空度，通过垂直排水通道逐渐向下延伸，同 时，真空度又由垂直排水通道向其四周的土体传递与扩散，引起土 中孔隙水压力降低，形成负的超静孔隙水压力。从而使土体孔隙中 的气和水由土体向垂直排水通道发生渗流，最后由垂直排水通道汇 至地表砂垫层中被泵抽出。
（2）有效应力增加：地下水在上升的同时，形成排水体附 近的真空负压，使土体内的孔隙水压形成压差，促使土中的孔 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。
二、沉降计算
瞬时沉降 在荷载作用下由于土的畸变所引起，并在荷载
总
作用下立即发生的。
沉 降 固结沉降 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 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。
4.5 真空预压设计计算
Design Procedure of Vacuum Preloading
de
塑料排水带常用当量直径（周长相等）表示，其当量直径可按
加固机理1——
二、加压系统
孔隙比e
减小地基工后沉降：
a
初次加载曲线， 在外加荷载△σ′＝
△e
b f
c
△e′
σ1′－σ0′作用下，
d
土样孔隙比减小了△e；
卸荷再压缩之后，孔 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。
加固机理2——提高土体强度：
砂垫层中形成的真空度，通过垂直排水通道逐渐向下延伸，同 时，真空度又由垂直排水通道向其四周的土体传递与扩散，引起土 中孔隙水压力降低，形成负的超静孔隙水压力。从而使土体孔隙中 的气和水由土体向垂直排水通道发生渗流，最后由垂直排水通道汇 至地表砂垫层中被泵抽出。
（2）有效应力增加：地下水在上升的同时，形成排水体附 近的真空负压，使土体内的孔隙水压形成压差，促使土中的孔 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。
二、沉降计算
瞬时沉降 在荷载作用下由于土的畸变所引起，并在荷载
总
作用下立即发生的。
沉 降 固结沉降 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 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。
4.5 真空预压设计计算
Design Procedure of Vacuum Preloading
de
塑料排水带常用当量直径（周长相等）表示，其当量直径可按
排水固结法
排水固结法排水固结法即指给地基预先施加荷载,为加速地基中水分的排出速率,同时在地基中设置竖向和横向的排水通道,使得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。
通过计算确定回填的堆载计划、地基处理分区和施工要求，既经济合理，又满足了施工工期的要求。
排水固结法作为处理软粘土地基的有效方法，在工程上得到广泛的应用。
采用排水固结法可同时解决沉降和稳定问题。
使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成，建筑物在使用期间不致产生不利的沉降和沉降差，且加速地基土抗剪强度的增长，从而提高地基的承载力和稳定性。
排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。
设置排水系统主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的通路，缩短排水途径，它由竖向的排水井和水平向的排水垫层构成。
由塑料芯板和滤膜外套组成的塑料排水板作为竖向排水通道在工程上的应用日益增加，塑料排水板可在工厂制作，运输方便，尤其适合象三门这样的缺乏砂源的地区使用，可同时节省投资。
加压系统，即是施加起固结作用的荷载，土中的孔隙水因产生压差而渗流使土固结。
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，不会自然排出，地基也就得不到加固。
如果只施加固结压力，不缩短土层的排水距离，这不能在预压期间尽快地完成设计所要求的沉降量，土的强度不能及时提高，各级加载也就不能顺利进行。
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设计与计算
排水系统
水平向排水系统
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。砂垫层的厚度一般为 0.3~0.5m( 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。 砂料要求同4.压实后垫层ρd>1.5g/cm3。在预压区边缘应设置排水沟。 在预压区内宜设置与砂垫层相连的排水盲沟，材料一般为粒径3—5cm的 碎石或砾石。
袋装砂井 dw 70mm ~ 100mm 塑料排水带设计时换算成相当直径的砂井。设塑料带宽度为 b, 厚度为δ，则换算砂井直径为：
dw
2(b )
其中α为换算系数，通过试验求得。一般取0.6~0.9。
设计与计算
排水系统
间距l：
影响因素
土的固结特性
上部荷载大小
施工期限 土的结构性
电渗和真空的共同作用使地下水 向井点快速集中，通过井点管的 连续抽排，地下水位逐步下降。 阳离子
水分子
加固机理
使用范围
在饱和粘土中，特别是淤泥和淤泥质粘土中，由于土
的透水性较差，持水性较强。用一般喷射井点和轻型
井点降水效果较差，此时宜增加电渗井点来配合轻型 或喷射井点降水，以便对透水性较差的土起疏干作用， 使水排出。
向外扩大大约2—4m。
4．竖向排水体砂料要求
宜用中粗砂，砂的粒径必须能保证砂井具有良好的透水性，砂 井砂料要不被粘土颗粒堵塞。砂应是洁净的，不应有草根等杂物，其 含泥量不超过3%。
粒径分析：4d15（土）≤ d15（砂） ≤ 4d85（土）
cu>3
k：日本: k>1×10-3cm/s 比利时：k>1×10-4cm/s 美国： k>5.3×10-3cm/s 。
必须保证经预压后地基在建筑物荷载作用下的变形及稳定性满 足设计要求。
荷载范围：
预压荷载顶面的范围应大于基础外缘所包括的范围。
设计与计算
加载系统 提高抗剪强度预压设计
加载方案：
一次性加载： 当天然地基强度满足预压荷载下地基的稳定性 要求时可采用。
p Δ p=pn o 瞬时加载 tβ Δ p=pn t o p
可按井径比n选用。 n＝de/dw
de：竖向排水井影响圆直径
塑料排水带或袋装砂井n＝15～22； 普通砂井n＝6～8
设计与计算
排水系统
dw
dw de
面积相同
竖向排水体平面布置：正方形 dw
l2 (
de 2 ) 2
l
de
4
l 1.13l
设计与计算
排水系统
竖向排水体平面布置：正三角形
>2dw
设计与计算
加载系统
加载系统
荷载大小pn：
pn=p：对建筑工程一般采用等效预压。 pn>p：对沉降有严格限制的建筑物或为了减少预压时间采用 超载预压。
Δp的大小，应根据预压时间内要求完成的变形量计算确定， 并宜使pn作用下受压土层内各点有效竖向应力大于建筑物荷载 引起的相应点的附加应力。
pn<p：对以地基稳定性控制的工程或对沉降要求不严的工程可采用 部分荷载预压。
de
2 3
l 1.05l
设计与计算
排水系统
2．竖向排水体设置深度
根据现场各种因素定。（土层厚、有无透水层、压缩层厚度、
承压水、稳定控制、沉降控制量等）一般10—25米。
设计与计算
排水系统
a：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 b：当深厚的高压缩性土层间有砂层或砂透镜体时，排水体应尽可能打 至砂层或透镜体。 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。 c：对于无砂层的深厚地基，则可根据其稳定性及建筑物在地基中 造成的
5 0.2B 0.2D p1 f (cu )(1 )(1 ) D k A B
k—安全系数，一般取1.1~1.5； τf（ cu ）—天然地基土的不排水抗剪强度(kPa)； D—基础埋置深度，(m)； A、B—基础的长短边，(m)； γ—基底标高以上土的重度(kN/m3)
加固机理
真空预压与井点降水预压的区别
降水预压是靠地下水位下降使土容重增加从而使土中有效应力增加 其值取决于地下水位下降的深度和有效重度改变的大小。 密闭井管中抽真空主要在土中形成负压源，在负压源作用下形成一 个有效应力场并由负压源为中心向外逐渐减弱。 其值主要取决于负压的大小和负压源的几何面积。
p p
堆载加压 真空加压 降低地下水位法 电渗法 联合法
s
d
排水系统
概述
系统组成——排水系统
概述 系统组成——排水系统 Wick Drains
材料
sand
gravel
概述 系统组成——排水系统 Vertical Wick Drains
概述
Vertical Wick Drains
概述 水平排水体
Horizontal Drains
γ´z z
γz z
pa-pn
加固机理
堆载预压与真空预压加固机理的区别
1、堆载预压中，土体中的总应力是增加的； 真空预压中，土体中的总应力是不增加的。 2、堆载预压中，土体孔隙中形成的Δu（孔隙水压力增量） 是正值；
真空预压中，土体孔隙中形成的Δu（孔隙水压力增量） 是负值。
加固机理
3、堆载预压中，土体有效应力的增长是通过正超静孔隙水 压力的消散来实现的。随超静孔隙水压力逐渐消散为0，有 效应力σ´增加到最大值。 真空预压中，土体有效应力的增长是通过负的超静孔隙水压 力的形成来实现的。 4、堆载预压中，土体加固后形成的有效应力的大小与上部 施加荷载的大小有关，且在竖直向与水平向大小一般不同。 真空预压中，土体加固后形成的有效应力的大小具有最大值， 理论上为一个标准大气压，一般都低于此值。有效应力增加 值在竖直向与水平向具有相同值。
概述
排水固结方案的选择
1、
软土层厚度<4.0m时 天然地基加载预压，可不设置竖向排水体 采取以上方案 预压时间较长
软土层厚度≥4.0m时
设置竖向排水体加载预压
当软土中夹有薄层粉细砂，具有良好水平向渗透性时，可不设置 2、 竖向排水体 对泥炭土、有机质土和其他次固结变形占很多比例的土，设置竖向 3、 排水系统效果较差
e
2
4
Tv
不透水层
概述 加压系统 1、等效预压： 预压荷载 = 建筑物或构筑物的使用荷载
能消除部分沉降。预压时间越长，s越小。
概述 2、超载预压：预压荷载 > 建筑物或构筑物的使用荷载
理论上能消除全部工后沉降，但卸载后会回弹。亦可延长 预压时间达到较好的效果。
概述
超载量Δp越大，达到一定效果的预压 时间越短，但Δp增加必带来成本的增长， 一般Δp取0.2p 超载预压时，对应结构荷载，地基土体应 力水平处于超固结状态 超载预压加固效果相对更佳，尤其对于次 固结变形（有机质含量较高的淤泥质土）相对 较大的地基，可以有效降低蠕变特性对地基沉 降的不利影响。
1980年起我国对于此法进行系统研究，目前在真空度和大面积加固 方面处于国际领先地位。
膜下真空度达到610—730mmHg，相当于80-95kPa等效荷载，历时40-70d 固结度达80%，承载力提高3倍，单块膜面积达3万m2.
1983年开展真空-堆载联合预压法研究，从理论和实践方面论证了 真空和堆载加固效果可叠加，取得了满意的结果。
加固机理
堆载预压
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
加固机理
真空预压
1、固结压力的提供
2、地下水位下降， 相应增加附加应力
3、封闭气泡排出， 土的渗透性加大
加固机理
降水预压
原理
1、有效自重应力增加 2、地基表层变干燥 3、改变流线方向
排水固结技术
Drain Consolidation
概述
一、方法 二、组成 三、发展史
加固机理 设计与计算
一、排水系统 二、加压系统 三、抗剪强度预测 四、稳定分析 五、沉降计算
施工方法
概述
处理对象
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。
软土地基上直接建造建筑物会导致沉降大、沉降差异大、 沉降持续时间长的问题，且软土承载力不高使地基稳定 性不满足要求导致破坏。
概述 水平排水体
Horizontal Drains
概述
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
概述
临时填土堆载预压
概述 系统组成——加压系统
真空预压
Vacuum Consolidation
FLASH
降水预压固结 系统组成——加压系统
降水预压
设计坑底 D 坑底降水深度
pn=∑Δpi t
1
Δ T2
t1
t2 多级等速加载
t3
设计与计算
加载系统 提高抗剪强度预压设计
加载速率：qi
pi
Ti
q ：初步设计时可取4—8kPa/d。
i
分级荷载估算：
1、第一级容许载荷
利用地基的天然地基土的抗剪强度计算第一级容许施加的载荷p1。 一般根据斯开普顿的半经验公式初步估算
板桩
坑底降水线
概述
排水垫层
水平排水盲沟
竖向排水体 加 固 软 土 层
概述 排水系统：主要作用在于改变地基原有排水边界条件。
概述
8 • 例单向渗流固结 U 1 -1 2 • a=0.5MPa • k=510-7cm/s e0=1.0， 10m厚 • U=94% t=1.6年 • 这显然不合适 • 因此需要采用： • 砂井固结：加快固结速度， 增加水平向渗流