1、第五节 排水固结技术一、一、概概 述述 排水固结法目的是解决软粘土地基的沉降和稳定问题。可使地基的沉降在预压期间基本完成或大部分完成，保证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，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。预压法是以事先完成的沉降和固结使地基强度增长的两个要素为目标的，这种加固方法成立的背景，是以具有饱和粘性土地基由于固结而增加强度，以及所谓一旦地基固结沉降，即使卸掉荷载实际上也不恢复原来状态这两种条件而构成的。排水系统加压系统 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(包括袋装砂井、塑料
2、排水板等)堆载预压法、真空预压法、降低地下水位法和电渗法。排水固结法的种类 堆载预压法和砂井堆载预压法唯一的区别在于：前者的排水系统以天然地基土层本身为主；而后者在天然地基中还人为地增设了诸如砂井等排水系统。利用饱和黏土渗透固结的原理，事先对建筑物场地堆载预压法，土中孔隙水压力消散，从而地基发生固结沉降，承载力逐步提高。根椐土的回弹与再压缩特性，如若预压荷载接近或超过建筑物基底压力，则在已加固场地上建造建筑物后，地基的变形将远小于固结前。减少地基沉降，并提高地基承载力。此法适用于处理淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和黏性土地基。1、排水固结法的原理1 1、排水固结法的原理、排水固结法的原理 加 固
3、软 土 层竖 向 排 水 体排水垫层水平排水盲沟 排水固结法的应用范围排水固结法的应用范围用于处理软粘土地基，是十分有效的方法。用于处理软粘土地基，是十分有效的方法。按照使用目的可以解决两个问题按照使用目的可以解决两个问题沉降问题 稳定问题 2、系统组成排水系统 主要用于改变地基原有的排水条件，增加孔隙水排出。系统是由水平排水的砂垫层和竖向排水体构成（普通砂井、袋装砂井和塑料排水板）系统组成排水系统 材料 系统组成排水系统 Vertical Wick Drains水平排水体水平排水体3、加压系统 是指土体固结所需的荷重。方式有堆载预压和真空预压两种。堆载预压是在砂垫层上堆砂、石料等土料预压，设
4、置竖向排水体堆载预压称砂井堆载预压法；无竖向排水体，则称为堆载预压法。临时填土堆载预压真空预压法真空预压是以大气压作为预压荷载。先在砂垫上铺设不透气的塑料薄膜或橡胶布，四周用土料密封，然后用真空泵抽气，使薄膜内成真空，再通过设在砂垫层中吸水管（并设置竖向排水管）吸出孔隙水，达到预压的目的。二、二、排水固结法施工排水固结法施工（1）.砂垫层施工 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。砂垫层的厚度一股为0.30.5m(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。砂垫层施工一般用机械摊铺的方法。若地基土较软，应用人工或轻机械摊铺。
5、必要时可加强地表土。2 2、竖向排水设计要点、竖向排水设计要点 砂井地基的设计工作即为选择适当的砂井长度、直径、间距、以及形成有效的砂井排水系统所需的材料、砂垫层厚度等，以随地基在批载预压过程中，在预期的时间内，达到所需要的固结度(通常定为80)。（1）砂井直径和间距常采用“细而密”原则。一般砂井直径：300500mm；间距：68倍井径。袋装砂井直径：70100mm；间距：1530倍井径。)(2bD直径可按下式计算D塑料排水带当量换算直径换算系数，无资料时可取0.751.00 b_-塑料排水带的宽度；-塑料排水带的厚度；砂井间距s取决于地基的压缩性和预定时间内要求场地达到的固结度。通常按井径比
6、n(n=de/dw),de为砂井的有效排水圆柱体直径，参照式（3-2）de1.05s(等边三角形布置）或（3-3）de1.13s（正方形布置）确定。对普通砂井，间距可按n=68选用；袋装砂井或塑料排水带，可按n=1520选用。（2）砂井深度 砂井深度是根椐建（构）筑物的变形要求和稳定性要求确定。对以地基抗滑稳定性为设计控制的工程，如土石坝、堆料场等，砂井深度至少应超过最危险滑动面2m。对以地基变形式为设计控制的建（构）筑物，如机场跑道等，若压缩层厚度不大，砂井宜贯穿压缩土层；当压缩层土层较厚，砂井深度应根据现场在限定预压时间内应消除的变形式量确定，若施工设备条件达不到设计深度，则可采用（预压荷
7、载超过建筑物基底压力）等方法来满足工和要求。砂井深度一般取1020m。（3）砂井排列砂井平面布置可采用等边三角形或正方形排列。在井径比表达式n=de/dw 中，表征砂井有效排水范围的参数de和s的关系可按下式取用。正三角形排列 正方形排列 排水路径lldede(3-2)(3-3)（4）.砂井的布置范围和砂料:大出基础轮廓线24m。砂井的砂料宜用中粗砂，含泥量应小于3%。3、竖向排水体施工（1）普通砂井施工先在地基中成孔，再灌砂密实形成砂井。砂井的灌砂量应按井孔的设计尺寸和砂在中密度时的干重度计算，应大于计算值的95%以上。、套管法是借助低频率振动锤将钢管沉到设计深度，向管内灌砂，然后振动拨管，
8、形成密实的砂井。质量好被广泛应用。、射水法。成孔机具端部带喷嘴的射水管。施工时，高压水流通过射水管前端的嘴喷出冲击破坏土体成孔的，然后灌砂形成砂井。施工速度快，适用土质较好的黏性土地基。、螺旋钻孔法。用螺旋钻钻至设计深度，再灌砂形成砂井。适于陆地上工程，长度一般在10m以内。爆破法。先用小直径螺旋钻钻至设计深度，孔内安装炸药，爆破后孔体扩大，再灌砂形成砂井。施工简单，不要复杂的机具，适用于67 m的浅砂井。（2）袋装砂井施工先将带活瓣桩尖或混凝土圆桩尖，如右图所示。的钢管，通过振动、锤击或静压等方法沉入土中，达到设计深度后放入砂袋，然后拨管，最后于地面铺设砂垫层。应注意：钢管直径应略大于砂井直
9、径。拨管上提长度不宜超过500mm。砂袋放入孔内应超出孔口200mm以上，并应扶直埋入砂垫层。灌入袋内的应是干砂。（3）塑料排水带施工它是由塑料蕊板外套无纺土工织布滤膜形成复合土工材料。具有良好和透水性，足够的湿润抗拉强度和抗弯曲能力。理设时要专用的插带机，有圆形和矩形两种。导管前端带混凝土桩尖（图3-13）或倒梯形钢桩尖如右下图。桩尖与导管中分离的。塑料排水板施工顺序为：定位将塑料排水板通过导管从管靴穿出将塑料排水板与桩尖连接贴紧管靴并对准桩位插入塑料排水板（长度不够时：接头处理插入下一截塑料排水板）拔管剪断塑料排水板。4、预压荷载施工（1）堆载预压是在砂垫上堆设荷重，以便软土排水固结。预压
10、载荷大小宜接近或超过建筑物基底压力。堆料常用砂、石或其它土料，一般用自动卸汽车运土，人工摊铺。对油罐、水池等对沉降控制要求不严的构筑物，可利用其容积的水或油进行预压。预压要分级进行，并要严格控制沉降速率，地基竖向变形每天不超过10mm，边桩水平位移每天不超过4mm，以防地基整体发生剪切破坏而失稳。（2）真空预压施工1）真空预压法示意图如图3-16所示。用经纬仪和水准仪进行测量放样。埋设砂袋或塑料排水带。2）在真空预压范围内铺设砂垫层，采用含泥量少于5%中粗砂，一次铺设0.25m厚。摊铺方式采用人工分块摊铺平整。3）铺设主支滤排水管：主支滤排水管分为主（干）管和支虑管。主铁管，支虑管镀锌铁或塑料
11、管管，外包土工布滤水网。全部吸水管均须埋入砂层中，吸水管与真空泵连接。应将露出砂垫层表面的塑料排水板头埋入砂垫层中 4）在砂垫层表层铺设三层塑料薄膜或橡胶布，膜周边可通过挖沟折铺、平铺、并用黏土压边并用黏土密封，为保证真空预压加固效果，有时也可于沟内加水。密封膜采用抗老化性能好的、韧性好、抗穿刺能力强的不透气材料。5）每块预压区内至少设置二台真空泵。为防止停泵后内膜内真空度下降太快，可在真空管路中设置止回阀和载门。6）开始抽水，使地基排水固结。施工中真空度保持在60mmHg以上。真空预压法三、质量检验、对于以抗滑稳定性为控制的重要工程，在预压不同阶段、不同深度进行十字板抗剪强度试验和取土进行室
12、内土工试验，以验算地基的抗滑稳定性，并检验地基的处理效果。、预压期间应观测记录地表沉降、孔隙水压力变化和加载时间。及时绘制变形与时间、孔隙水压力与时间的关系曲线，并推算出地基最终沉降量、某一时刻的沉降量及相应的固结度，借以分折处理效果，并确定卸载时间提供依据。、真空预压法处理地基时，应进行地基变形、孔隙水压力、膜下真空度和砂井不同深度真空度的观测，且要满足设计要求。、预压后地基应进行十字板抗剪强度试验及室内土工试验，以检验处理的效果。、排水固结法加固地基的充许偏差和质量检验方法应符合表3-6中的规定。项目序号检验项目充许偏差或充许值检验方法单位数值主控项目预压荷载%2水准仪固结度与设计要求比%2根椐设计采用不同方法承载力或其他性能指标设计要求按规定方法一般项目沉降速率与控制值比%10水准仪砂井或塑料排水带位置mm100用钢尺砂井或塑料排水带插入深度mm200插入时用经纬仪捡查插入塑料排水带时的回带长度mm500用钢尺塑料排水带或砂井高出砂垫层距离mm200用钢尺插入塑料排水带时的回带根数%5目测表3-6 排水固结法质量捡验标准真空膜水气收集管道系统水气收集管道系统真空预压模型试验排水预压法的其他一些现场施工照片
