地基处理4排水固结法

超载预压可缩短预压时间，在预压过程中，任一时间地基的 沉降量可表示为：
Ut
1
8 2
exp(
2Tv 4
)
Cv
KE(1 v)
w (1 v)(1 2v)
t H 2Tv Cv
路基侧滑塌方
❖ 竖向排水体 ❖ 水平排水体
堆载预压法排水系统设计
竖向排水体 水平排水体
砂井深度、直径、间距、排列方式和砂井材料 等。这些参数的选择一般要求满足在不太长的 预压时间里，使地基的固结度达到80%以上。
荷载p1。一般饱和软粘土可根据斯开普顿极限荷载的半
经验公式作为初步估算，即：
长条梯形填土
p1
5.14 K
Cu
D
p1
5.52 K
Cu
堆载预压计划设计 拟定的堆载预压计划如下图所示。
❖ 2 计算第一级荷载下地基强度增长值， 在荷载作用下，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为：
❖ 超载预压：
❖ 作用：对沉降有严格限制的建(构)筑物，应采用超载预压法处理 地基。今后在建(构)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。
❖ 小知识：
❖ 建筑地基在长期荷载作用下产生的沉降，其最终沉降量可划分为 三个部分：初始沉降（或称瞬时沉降）、主固结沉降（简称固结 沉降）及次固结沉降。
❖ 3)封闭气泡排出，土的渗透性加大。
❖ 真空预压即是在总压力不变的情况下， 通过减小孔隙水压力来增加有效应力的 方法。真空顶压和降水预压是在负超静 水压力下排水固结，称为负压固结。
三 设计与计算 堆载预压法加压系统设计
❖ 堆载预压的计算步骤
❖ 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
Cu1 (Cu Cu' 1)
❖ Cu为'1 在P1作用下地基因固结而增长的强 度。它与土层的固结度有关，一般可先 假定一固结度，通常可假设为70%，然 后求出强度增量；
❖ η为考虑剪切蠕动的强度折减系数。
❖ 3 计算作用下达到所确定固结度所需要的时间。达到某一固 结度所需要的时间可根据固结度与时间的关系求得。这一步 计算的目的在于确定第一级荷载停歇时间，亦即第二级荷载 开始施加的时间。
第五章 排水固结法—概述
❖ 排水固结法是对天然地基，或先在地基中设置砂井 (袋装砂井或塑料排水带)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 在场地先行加载顶压，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。 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。
❖ 真空预压法最早是瑞典皇家地质学院 W.Kjellman教授于1952年提出的 。
❖ 我国于50年代末60年代初对该法进行过研究。
❖ 1983年开展了真空—堆载联合预压法的研究。
❖ 真空预压的原理主要反映在以下几个方面：
❖ 1)薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载。
❖ 2)地下水位降低，相应增加附加应力。
此时固结度U表示为
用填土等加荷对地基进行预压，是通过增加总应力，
并使孔隙水应力μ消散来增加有效应力 的 方法。堆载预
压是在地基中形成超静水压力的条件下排水固结，称为 正压固结。
设置竖向排水体来增加排水路径、缩短排水距离 是加速地基排水固结行之有效的方法。
二．真空预压加固机理
❖ 真空预压法(VacuumPreloading)是在需要 加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后埋 设垂直排水管道，再用不透气的封闭膜使其 与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过砂垫 层内埋设的吸水管道，用真空装置进行抽气， 使其形成真空，增加地基的有效应力。
❖ 初始沉降：又称瞬时沉降，是指外荷加上的瞬间，饱和软土中孔 隙水尚来不及排出所发生的沉降，此时土体只发生形变而没有体 变，一般情况下把这种变形称之为剪切变形，按弹性变形计算。
❖ 主固结:在荷载作用下，饱和土体随着孔隙水的排出，导致土体 积逐渐减小的过程。
❖ 次固结:土体在主固结完成后，土体积随时间减小的现象。
❖ 排水固结法可和其他地基处理方法结合起来使用，作为 综合处理地基的手段。如天津新港曾进行了真空预压 （使地基土强度提高）再设置碎石桩使形成复合地基的 试验，取得良好效果。又如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：
普通砂井
❖ 1砂井深度
❖ 砂井深度应根据建筑物对地基的稳定和变形要求确定的。一 般为10~25m。
❖ 对地表滑动稳定性控制的工程，砂井深度至少应超过最危险 的滑动面2m。
❖ 对以沉降控制的建筑物，如果压缩土层的厚度不大，砂井宜 贯穿压缩土层，对深厚的压缩土层，砂井深度根据在限定的 预压时间内应消除的变形量确定。
❖ 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。
加固机理
一．堆载预压加固机理
在饱和软土地基上施 加荷载后，孔隙水被 缓慢排出，孔隙体积 随之逐渐减少，地基 发生固结变形。同时 随着超静水压力逐渐 消散，有效应力逐渐 提高，地基土强度就 逐渐增长。
❖ 4 根据第二步所得到的地基强度计算第二级所能施加的荷载
p2
5.52Cu1 K
Cu2 (Cu1 Cu' 2 )
❖ 5按以上步骤确定的加荷计划进行每一级荷载下地基的稳定
性验算。如稳定性不满足要求，则调整加荷计划。
❖ 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加压系统两部 分组合而成的
❖ 排水固结法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两砂层的地基。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 软弱黏土地基。