地基處理-排水固結(jié)

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1、4.2.2　排水固結(jié)1、概述　排水固結(jié)法是對(duì)天然地基，或先在地基中設(shè)置砂井(袋裝砂井或塑料排水帶)等豎向排水體，然后利用建筑物本身重量分級(jí)逐漸加載；或在建筑物建造前在場(chǎng)地先行加載預(yù)壓，使土體中的孔隙水排出，逐漸固結(jié)，地基發(fā)生沉降，同時(shí)強(qiáng)度逐步提高的方法。該法常用于解決軟粘土地基的沉降和穩(wěn)定問題，可使地基的沉降在加載預(yù)壓期間基本完成或大部分完成，使建筑物在使用期間不致產(chǎn)生過大的沉降和沉降差。同時(shí)，可增加地基土的抗剪強(qiáng)度，從而提高地基的承載力和穩(wěn)定性?！　?shí)際上，排水固結(jié)法是由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分共同組合而成的。　　排水系統(tǒng)

2、是一種手段，如沒有加壓系統(tǒng)，孔隙中的水沒有壓力差就不會(huì)自然排出，地基也就得不到加固。如果只增加固結(jié)壓力，不縮短土層的排水距離，則不能在預(yù)壓期間盡快地完成設(shè)計(jì)所要求的沉降量，強(qiáng)度不能及時(shí)提高，加載也不能順利進(jìn)行。所以上述兩個(gè)系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)時(shí)總是聯(lián)系起來考慮的?！　∨潘探Y(jié)法適用于處理各類淤泥、淤泥質(zhì)土及沖填土等飽和粘性土地基。砂井法特別適用于存在連續(xù)薄砂層的地基。但砂井只能加速主固結(jié)而不能減少次固結(jié)，對(duì)有機(jī)質(zhì)土和泥炭等次固結(jié)土，不宜只采用砂井法?？朔喂探Y(jié)可利用超載的方法。真空預(yù)壓法適用于能在加固區(qū)形成(包括采取措施后形成)穩(wěn)定

3、負(fù)壓邊界條件的軟土地基。降低地下水位法、真空預(yù)壓法和電滲法由于不增加剪應(yīng)力，地基不會(huì)產(chǎn)生剪切破壞，所以它適用于很軟弱的粘土地基。2、加固機(jī)理(1)堆載預(yù)壓加固機(jī)理　預(yù)壓法是在建筑物建造以前，在建筑場(chǎng)地進(jìn)行加載預(yù)壓，使地基的固結(jié)沉降基本完成并提高地基土強(qiáng)度的方法。　　在飽和軟土地基上施加荷載后，孔隙水被緩慢排出，孔隙體積隨之逐漸減少，地基發(fā)生固結(jié)變形。同時(shí)隨著超靜水壓力逐漸消散，有效應(yīng)力逐漸提高，地基土強(qiáng)度就逐漸增長(zhǎng)。在荷載作用下，土層的固結(jié)過程就是超靜孔隙水壓力(簡(jiǎn)稱孔隙水壓力)消散和有效應(yīng)力增加的過程。如地基內(nèi)某點(diǎn)的總應(yīng)力

4、增量為，有效應(yīng)力增量為，孔隙水壓力增量為，則三者滿足以下關(guān)系：用填土等外加荷載對(duì)地基進(jìn)行預(yù)壓，是通過增加總應(yīng)力并使孔隙水壓力消散而增加　　有效應(yīng)力的方法。堆載預(yù)壓是在地基中形成超靜水壓力的條件下排水固結(jié)，稱為正壓固結(jié)?！　〉鼗翆拥呐潘探Y(jié)效果與它的排水邊界有關(guān)。根據(jù)固結(jié)理論，在達(dá)到同一固結(jié)度時(shí)，固結(jié)所需的時(shí)間與排水距離的長(zhǎng)短平方成正比。軟粘土層越厚，一維固結(jié)所需的時(shí)間越長(zhǎng)。如果淤泥質(zhì)土層厚度大于10～20m，要達(dá)到較大固結(jié)度>80%，所需的時(shí)間要幾年至幾十年之久。為了加速固結(jié)，最為有效的方法是在天然土層中增加排水途徑，縮短

5、排水距離，在天然地基中設(shè)置垂向排水體。這時(shí)土層中的孔隙水主要通過砂井和部分從豎向排出。所以砂井(袋裝砂井或塑料排水帶)的作用就是增加排水條件。為此，縮短了預(yù)壓工程的預(yù)壓期，在短期內(nèi)達(dá)到較好的固結(jié)效果，使沉降提前完成；加速地基土強(qiáng)度的增長(zhǎng)，使地基承載力提高的速率始終大于施工荷載的速率，以保證地基的穩(wěn)定性，這一點(diǎn)無論從理論和實(shí)踐上都得到了證實(shí)。(2)真空預(yù)壓加固機(jī)理　　真空預(yù)壓法是在需要加固的軟土地基表面先鋪設(shè)砂墊層，然后埋設(shè)垂直排水管道，再用不透氣的封閉膜使其與大氣隔絕，薄膜四周埋入土中，通過砂墊層內(nèi)埋設(shè)的吸水管道，用真空裝置

6、進(jìn)行抽氣，使其形成真空，增加地基的有效應(yīng)力?！　‘?dāng)抽真空時(shí)，先后在地表砂墊層及豎向排水通道內(nèi)逐步形成負(fù)壓，使土體內(nèi)部與排水通道、墊層之間形成壓差。在此壓差作用下，土體中的孔隙水不斷由排水通道排出，從而使土體固結(jié)。真空預(yù)壓的原理主要反映在以下幾個(gè)方面：　1)薄膜上面承受等于薄膜內(nèi)外壓差的荷載。2)地下水位降低，相應(yīng)增加附加應(yīng)力。3)封閉氣泡排出，土的滲透性加大?！　≌婵疹A(yù)壓是通過覆蓋于地面的密封膜下抽真空，使膜內(nèi)外形成氣壓差，使粘土層產(chǎn)生固結(jié)壓力。即是在總應(yīng)力不變的情況下，通過減小孔隙水壓力來增加有效應(yīng)力的方法。真空預(yù)壓和降水

7、預(yù)壓是在負(fù)超靜水壓力下排水固結(jié)，稱為負(fù)壓固結(jié)。3、設(shè)計(jì)與計(jì)算　　排水固結(jié)法的設(shè)計(jì)，實(shí)質(zhì)上就是進(jìn)行排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使地基在受壓過程中排水固結(jié)、強(qiáng)度相應(yīng)增加以滿足逐漸加荷條件下地基穩(wěn)定性的要求，并加速地基的固結(jié)沉降，縮短預(yù)壓的時(shí)間。(1)計(jì)算理論1)瞬時(shí)加荷條件下固結(jié)度計(jì)算不同條件下平均固結(jié)度計(jì)算公式見表4.2.2-1。表4.2.2-1不同條件下平均固結(jié)度計(jì)算公式序號(hào)條件平均固結(jié)度計(jì)算公式備注1豎向排水固結(jié)(>30%)Tezaghi解2內(nèi)徑向排水固結(jié)1Barron解3豎向和內(nèi)徑向排水固結(jié)(砂井地基平均固結(jié)度)=4砂井未

8、貫穿受壓土層的平均固結(jié)度5普遍表達(dá)式表中：——豎向固結(jié)系數(shù)，　　　——徑向固結(jié)系數(shù)(或稱水平向固結(jié)系數(shù)),　　　——每一個(gè)砂井有效影響范圍的直徑；　　　——砂井直徑。2)逐漸加荷條件下地基固結(jié)度的計(jì)算以上計(jì)算固結(jié)度的理論公式都是假設(shè)荷載是一次瞬間加足的。實(shí)際工程中，荷載總是分級(jí)逐漸施加的。