《排水固结法》PPT课件

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 15:31 1 5.1 概 述排 水 加 固 法 堆 载 预 压降 水 预 压真 空 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 。排 水 系 统加 压 系 统 竖 向横 向联 合 预 压 15:31 2 排 水 固 结 法 15:31 3 真 空 预 压 -u 15:31 4 堆 载 预 压 12 分 级 堆 载 竖 向 排 水 砂 井 、 塑 料 排 水 板 水 平 排 水 垫 层 堆 载 过 快 易 失 稳真 空 预 压 不 会 失 稳 tgc f 15:31 5 堆 载 预 压 的 加 载 速 率p t 15:31 6 排 水 固 结 法 的 主 要 目 的 ： 减 少 地 基 沉 降 ， 使 地 基 的 沉 降 在 加 载 预 压 期 间 大 部 分 或 基 本 完 成 ； 通 过 排 水 固 结 ， 加 速 地 基 土 抗 剪 强 度 的 增 长 ，提 高 地 基 强 度 及 稳 定 性 ； 消 除 欠 固 结 软 土 地 基 中 桩 的 负 摩 阻 力 ， 并 可 消除 竣 工 后 地 基 的 不 均 匀 沉 降 等 。 15:31 7 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 15:31 8 5.2 加 固 原 理 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 ： u15:31 9 堆 载 预 压降 水 预 压真 空 预 压加 压 系 统 联 合 预 压u5.2 加 固 原 理 1ts u uU s 15:31 10 5.2 加 固 原 理 （ 堆 载 预 压 法 ） 原 位 自 重 应 力 s 建 筑 物 附 加 应 力 z 预 加 压 力 t=(1.21.5) z （ 超 载 预 压 法 ） te2 z e1e ps加 压15:31 11 砂 井排 水 普 通 砂 井袋 装 砂 井塑 料 排 水 板砂 垫 层5.2 加 固 原 理 （ 堆 载 预 压 法 ） tHcT vv 2 )4/exp(81 22 vZ TU a ekcv )1( 115:31 12 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 15:31 13 5.3排 水 固 结 法 的 设 计 与 计 算 堆 载 预 压一 、 选 择 砂 井 或 塑 料 排 水 带 ， 确 定 其 断 面 尺寸 、 间 距 、 排 列 方 式 和 深 度 ；二 、 确 定 排 水 砂 垫 层 材 料 和 厚 度 ；三 、 确 定 预 压 区 范 围 、 预 压 荷 载 大 小 、 荷 载分 级 、 加 载 速 率 和 预 压 时 间 ；四 、 计 算 地 基 土 的 固 结 度 、 强 度 增 长 、 抗 滑稳 定 性 和 变 形 15:31 14 5.3排 水 固 结 法 的 设 计 与 计 算 堆 载 预 压砂 井 dw d edw正 方 形等 边 三 角 形ld ld 13.1 05.1ee 15:31 15 一 、 选 择 砂 井 或 塑 料 排 水 带 ， 确 定 其 断 面 尺 寸 、间 距 、 排 列 方 式 和 深 度 ；1、 dw： （ 原 则 上 越 密 越 好 ） 普 通 砂 井 300 500mm； 袋 装 砂 井 70 120mm。 塑 料 排 水 带 w 2( )bd 15:31 16 2、 间 距 l 可 按 井 径 比 n选 用 。 n de/dw塑 料 排 水 带 或 袋 装 砂 井 n 15 22；普 通 砂 井 n 6 815:31 17 一 、 选 择 砂 井 或 塑 料 排 水 带 ， 确 定 其 断 面 尺寸 、 间 距 、 排 列 方 式 和 深 度 ； 3、 深 度 应 根 据 建 筑 物 对 地 基 的 稳 定 性 、 变 形 要求 和 工 期 确 定 。 （ 反 复 试 算 ） 至 少 应 超 过 最 危 险 滑 动 面 2m。 15:31 18 一 、 选 择 砂 井 或 塑 料 排 水 带 ， 确 定 其 断 面 尺寸 、 间 距 、 排 列 方 式 和 深 度 ；二 、 确 定 排 水 砂 垫 层 材 料 和 厚 度 ；三 、 确 定 预 压 区 范 围 、 预 压 荷 载 大 小 、 荷 载分 级 、 加 载 速 率 和 预 压 时 间 ；四 、 计 算 地 基 土 的 固 结 度 、 强 度 增 长 、 抗 滑稳 定 性 和 变 形5.3排 水 固 结 法 的 设 计 与 计 算 堆 载 预 压 15:31 19 1、 材 料 ： 中 粗 砂 ， 粘 粒 含 量 不 宜 大 于 3 ，砂 料 中 可 混 有 少 量 粒 径 小 于 50mm的 砾 石 ， 渗透 系 数 大 于 10 2 cm/s。 2、 厚 度 ： 小 于 500mm。二 、 确 定 排 水 砂 垫 层 材 料 和 厚 度 ； 15:31 20 三 、 确 定 预 压 区 范 围 、 预 压 荷 载 大 小 、荷 载 分 级 、 加 载 速 率 和 预 压 时 间 ；5.3排 水 固 结 法 的 设 计 与 计 算 堆 载 预 压 15:31 21 堆载预压加荷设计与计算流程 15:31 22 to p加 荷 速 率 和 加 荷 大 小 ： 取 决 于 地 基 土 的 强 度 和 稳定 性1、 利 用 地 基 土 的 天 然 抗 剪 强 度 第 一 级 容 许 施加 的 荷 载 P1。 P1 5.52cu/k2、 计 算 第 一 级 荷 载 P1下 地 基 强 度 增 长 值 。)( 11 uuu CCC 15:31 23p1 3、 计 算 P1作 用 下 达 到 固 结 度 70 所 需 的 时 间（ 可 由 固 结 度 与 时 间 的 关 系 求 得 ）确 定 第 二 级 荷 载 开 始 施 加 的 时 间 。4、 根 据 Cu1计 算 第 二 级 所 施 加 的 荷 载 P2。5、 计 算 P2作 用 下 地 基 固 结 后 强 度 值 Cu2。依 次 按 上 述 步 骤 ， 算 出 各 级 加 荷 荷 载 Pi和 加 荷时 间 ， 直 到 超 出 设 计 荷 载 。6、 需 进 行 每 一 级 荷 载 下 地 基 稳 定 性 验 算 。P2 5.52cu1/k )( 212 uuu CCC 15:31 24 四 、 计 算 地 基 土 的 固 结 度 、 强 度 增 长 、 抗 滑 稳定 性 和 变 形 。 根 据 各 级 荷 载 下 不 同 时 间 的 固 结 度 ， 推 算地 基 强 度 的 增 长 值 ， 分 析 地 基 的 稳 定 性 ， 确 定相 应 的 加 荷 计 划 。 堆 载 预 压设 计 的关 键 问 题 15:31 25 1、 瞬 间 加 荷 条 件 下 砂 井 地 基 固 结 度 计 算2、 多 级 逐 渐 加 荷 条 件 下 砂 井 地 基 固 结 度 计 算3、 瞬 间 加 荷 条 件 下 砂 井 地 基 固 结 度 计 算 （ 考 虑涂 抹 和 井 阻 影 响 ）4、 多 级 逐 渐 加 荷 条 件 下 砂 井 地 基 固 结 度 计 算（ 考 虑 涂 抹 和 井 阻 影 响 ） 15:31 26 可 以 分 解 成 两 个 方 向 的 固 结 问 题 叠 加 （ Carrillo ） 2222v 1 zururructu 22vr 22vz 1 rurructu zuctu aekc aekc wr wz )1( )1( 0vr 0vz 三 维 渗 流 固 结 问 题 其 中1、 瞬 间 加 荷 条 件 下 砂 井 地 基 固 结 度 计 算 15:31 27 )4/exp(81 22 vZ TU 2vz 2u uct z 2vr 21u u uct r r r 15:31 28 )1)(1(1 rtztt UUU 求 解 ， 得 到 2verr d tcT )( vTfUzt 其 中 ),( nTfU rrt 2vzv H tcT wewe ddrrn 固 结 度 井 径 比查 表 取 值 增 加 井 径 dw与 减 小 间 距de哪 个 有 效 ？ 15:31 29 2、 多 级 逐 渐 加 荷 条 件 下 砂 井 地 基 固 结 度 计 算 15:31 30 2、 多 级 逐 渐 加 荷 条 件 下 砂 井 地 基 固 结 度 计 算 15:31 31 2、 多 级 逐 渐 加 荷 条 件 下 砂 井 地 基 固 结 度 计 算 15:31 32 排 水 固 结条 件 参 数 竖 向 排 水 固结 uz 30% 向 内 经 向 排 水固 结 竖 向 和 向 内径 向 排 水 固结 （ 竖 井 穿 透 受 压 土 层 ） 说 明 82 1 82 Fn = n2n2 1lnn 3n2 14n2 C v 土 向 固 结 系 数 ， cm2/s Ch 土 径 向 排 水 固 结 系 数 ， cm2/s H 土 层 竖 向 排 水 距 离 ， cm uz 双 面 排 水 土 层 或 固 结 应力 均 匀 分 布 的 单 面 排 水 土 层 平 均 固 结 度 2Cv4H2 8CnFnde2 8ChFnde2 +2Cv4H2 井 阻 和 涂 抹 作 用 在 实 际 砂 井 施 工 中 ， 由 于 沉 管 对 周 围 土 体的 扰 动 和 重 塑 作 用 ， 在 砂 井 周 围 形 成 了 一 个 “ 涂抹 区 ” ， 使 该 区 内 土 渗 透 性 降 低 ， 压 缩 性 增 大 。 在 土 中 水 向 砂 井 渗 流 过 程 中 ， 砂 料 对 渗 流 产生 的 阻 力 也 会 影 响 土 层 的 固 结 速 率 。 井 阻 和 涂 抹 作 用 对 固 结 速 率 的 影 响 有 时 十 分显 著 。 比 如 宁 波 机 场 袋 装 砂 井 场 地 ， 在 堆 载 205天后 ， 考 虑 井 阻 与 涂 抹 作 用 影 响 的 地 基 实 际 平 均固 结 度 仅 为 按 理 想 砂 井 地 基 计 算 的 固 结 度 0.81倍 。 15:31 33 3、 瞬 时 加 荷 条 件 下 砂 井 地 基 固 结 度 计 算 （ 考 虑涂 抹 和 井 阻 影 响 ） 15:31 34 4、 多 级 逐 级 加 荷 条 件 下 砂 井 地 基 固 结 度 计 算（ 考 虑 涂 抹 和 井 阻 影 响 ） skq dkqww www /cm1024 32 为 砂 井 的 渗 透 系 数 ， 时 间 的 排 水 量 ；每 单 位 水 力 梯 度 下 单 位为 砂 井 竖 向 通 水 量 ， 为 15:31 35 5、 地 基 土 的 强 度 增 长 计 算0 tanft f z t cuU 6、 地 基 土 的 抗 滑 稳 定 性 验 算 采 用 条 分 法 计 算 抗 滑 力 矩 与 滑 动 力 矩 之 比 定 义为 抗 滑 稳 定 系 数 。 15:31 36 工 程 实 例 1： 某 建 筑 地 基 地 层 为 淤 泥 质 黏 土 ， 纵 向 与 横 向 固 结 系数 为 1.8 10-3cm2/s， 受 压 土 层 厚 20m， 袋 装 砂 井 直 径700mm， 呈 等 边 三 角 形 排 列 ， 间 距 1.4m， 深 度 20m，底 部 不 透 水 ， 砂 井 打 穿 受 压 土 层 。 预 压 荷 载 总 压 力 为100kPa， 分 两 级 等 速 加 载 ， 如 下 所 示 ， 计 算 堆 载 预 压120d后 ， 地 层 的 平 均 固 结 度 。 （ 不 考 虑 竖 井 井 阻 和 涂抹 影 响 ） 。 15:31 37 解 ： 15:31 38 解 ： )/(410/40 )/(610/60 )/1(0251.0/110908.2 20004 108.11473.2 108.1848 3.24 13)ln(1 2107.0/47.1/,47.105.1 48 81.08 7 2 322 3222 222 2n 2222 dkPa dkPadsHCdFC nnnnnF ddnmld HCdFC v en h wee ven h 第 二 级 加 荷 速 率 为第 一 级 加 荷 速 率 为 ）（则 15:31 39 解 ： 93.0 )(0251.0 081.0)3040(1004 )(0251.0 081.0)010(1006 )()( )()( )()( d120 300251.0400251.01200251.0 0100251.01200251.0232 011 11 23 01 1 eee eee eeettpq eeettpq eeeTTpqU ttt ttt TTtiini it ii 后 总 固 结 度 为则 地 基 预 压 15:31 40 7、 地 基 土 的 沉 降 计 算 scd ssss 15:31 41 A、 瞬 时 沉 降 计 算Skempton（ 1955） 弹 性 理 论 公 式 0 21-d p BS E 注 ： 平 均 值 指 柔 性 基 础 面 积 范 围 内 各 点 的 平 均 值沉 降 系 数 值受 荷 面 形 状 L/B 中 点 矩 形 角 点 ，圆 形 周 边 平 均 值 刚 性 基 础 圆 形 1.00 0.64 0.85 0.79 正 方 形 1.00 1.12 0.56 0.95 0.88 矩 形 1.53.06.010.030.0100.0 1.361.782.232.533.234.00 0.680.891.121.271.622.00 1.151.521.962.252.883.70 1.081.442.12 15:31 42 B、 固 结 沉 降 计 算 )( 11011 iiiisisi iiiii zzEpEAAsss )( 111 01 iiiini sini i zzEpss 15:31 43 C、 次 固 结 沉 降 计 算次 固 结 段 （ 基 本 上 是 一条 直 线 ） 的 斜 率 反 映 土的 次 固 结 变 形 速 率 ， 一般 用 Ca表 示 ， 称 为 土 的次 固 结 指 数 。次 固 结 沉 降 量 为 21 1( lg )ns ai ts hC it15:31 44 规 范 规 定 预 压 固 结 法 地 基 最 终 沉 降 采 用 经 验 公 式 ： 0 1 01i if iie es he 1.1 1.4取 值 为 15:31 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 法水 冲 法钻 孔 法2、 袋 装 砂 井导 管 式 振 动 打 设 机 械 施 工 顺 序 P86 15:31 46 3、 塑 料 排 水 板矩 形 导 管 式 振 动 打 设 机 械 施 工 顺 序 P87二 、 横 向 排 水 体 施 工 考 虑 地 基 土 条 件 采 用 不 同 施 工 方 法 ， P88。三 、 加 压 系 统 施 工 建 筑 物 本 身 荷 载 外 加 预 压 荷 载 （ 面 积 、 速 率 、 计 划 ） 减 小 孔 隙 水 压 力 15:31 47 5.5 加 固 效 果 检 验 （ 自 学 ）5.6 工 程 案 例 P92 15:31 48 作 业 某 建 筑 地 基 的 地 层 为 淤 泥 质 黏 土 ， 中 等 灵 敏 度 ， 固 结系 数 ， 受 压 土 层 厚 20m， 袋装 砂 井 为 等 边 三 角 形 排 列 ， 间 距 l 1.4m， 深 度H=20m。 砂 井 底 部 为 不 透 水 层 ， 砂 井 打 穿 受 压 土 层 ，预 压 荷 载 总 应 力 P=100kpa,分 两 级 加 载 ， 如 图 所 示 。计 算 地 基 堆 载 预 压 120d后 ， 地 层 的 平 均 固 结 度 ?3 21.8 10 /h vC C cm s 71 10 /hk cm s skq dkqww www /cm1024 32 为 砂 井 的 渗 透 系 数 ， 时 间 的 排 水 量 ；每 单 位 水 力 梯 度 下 单 位为 砂 井 竖 向 通 水 量 ， 为 15:31 49