排水固结法处理软弱地基课件

排水固结法处理软弱地基 中国瑞林怡丰特工友情制作中国瑞林怡丰特工友情制作排水固结法处理软弱地基 中国瑞林1概 述 排水固结法是处理软黏土地基的有排水固结法是处理软黏土地基的有效方法之一。该法是对天然地基，或先效方法之一。该法是对天然地基，或先在地基中设置砂井等竖向排水体，然后在地基中设置砂井等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载，或利用建筑物本身重量分级逐渐加载，或是在建筑物建造以前，在场地先行加载是在建筑物建造以前，在场地先行加载预压，使土体中的预压，使土体中的孔隙水排出孔隙水排出，逐渐固逐渐固结结，地基发生沉降，同时强度逐步提高，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。的方法。概 述 排水固结法是处理软黏土地基的2n n 排水固结法可解决以下两个问题：排水固结法可解决以下两个问题：n n （1）沉降问题沉降问题。使地基的沉降在加。使地基的沉降在加载预压期间大部分或基本完成，使建筑载预压期间大部分或基本完成，使建筑物在使用期间不致产生不利的沉降和沉物在使用期间不致产生不利的沉降和沉降差。降差。n n （2）稳定问题稳定问题。加速地基土的抗剪。加速地基土的抗剪强度的增长，从而提高地基的承载力和强度的增长，从而提高地基的承载力和稳定性。稳定性。n n 排水固结法适用于处理排水固结法适用于处理淤泥质土淤泥质土、淤泥淤泥和和冲填土冲填土等等饱和黏性土饱和黏性土地基。地基。排水固结法可解决以下两个问题：3n n排水固结法是由排水固结法是由排水系统排水系统和和加压系统加压系统两部两部分共同组合而成。分共同组合而成。n n（1）排水系统排水系统水平排水垫层和竖向排水体水平排水垫层和竖向排水体构成。竖向排水体可选用普通砂井、袋装构成。竖向排水体可选用普通砂井、袋装砂井或塑料排水板。砂井或塑料排水板。n n（2）加压系统加压系统即是起固结作用的荷载，它即是起固结作用的荷载，它使地基土的固结压力增加而产生固结。使地基土的固结压力增加而产生固结。n n 工程上广泛使用且行之有效的增加固结压工程上广泛使用且行之有效的增加固结压力的方法是力的方法是堆载法堆载法，此外，还有，此外，还有真空法真空法、降低地下水位法降低地下水位法、电渗法电渗法和和联合法联合法。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。4n n 排水固结法的设计，主要是根据上排水固结法的设计，主要是根据上部结构荷载的大小、地基土的性质以及部结构荷载的大小、地基土的性质以及工期要求、确定竖向排水体的直径、间工期要求、确定竖向排水体的直径、间距、深度和排列方式；确定预压荷载的距、深度和排列方式；确定预压荷载的大小和预压时间，使通过预压，地基能大小和预压时间，使通过预压，地基能满足建筑物对变形和稳定性的要求。满足建筑物对变形和稳定性的要求。排水固结法的设计，主要是根据上部结构荷载的大5 塑料排水板插板机塑料排水板插板机 塑料排水板插板6排水固结法处理软弱地基课件7堆载预压法设计计算n n 一、堆载预压的计算步骤一、堆载预压的计算步骤n n 因软黏土地基抗剪强度较低，无论直接建因软黏土地基抗剪强度较低，无论直接建造建筑物还是进行堆载预压往往都不可能快造建筑物还是进行堆载预压往往都不可能快速加载，而速加载，而必须分级逐渐加荷必须分级逐渐加荷，待前期荷载，待前期荷载下下地基强度增加到足以加下一级荷载时地基强度增加到足以加下一级荷载时才可才可加下一级荷载。具体计算步骤是，首先用简加下一级荷载。具体计算步骤是，首先用简便的方法确定一个初步的加荷计划，然后校便的方法确定一个初步的加荷计划，然后校核这一加荷计划下地基的稳定性和沉降，其核这一加荷计划下地基的稳定性和沉降，其步骤如下：步骤如下：堆载预压法设计计算 一、堆载预压的计算步骤8n n 1 1 利用地基的天然地基土抗剪强度计算第一级容利用地基的天然地基土抗剪强度计算第一级容利用地基的天然地基土抗剪强度计算第一级容利用地基的天然地基土抗剪强度计算第一级容许施加的荷载许施加的荷载许施加的荷载许施加的荷载p p1 1，一般可以软基的承载力：，一般可以软基的承载力：，一般可以软基的承载力：，一般可以软基的承载力：n n 2 2 计算第一级荷载下地基强度增长值。在计算第一级荷载下地基强度增长值。在计算第一级荷载下地基强度增长值。在计算第一级荷载下地基强度增长值。在p p1 1荷载荷载荷载荷载作用下，经过一段时间预压地基强度会提高，提高作用下，经过一段时间预压地基强度会提高，提高作用下，经过一段时间预压地基强度会提高，提高作用下，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以后的地基强度为以后的地基强度为以后的地基强度为c cu1u1：n n 3 3 计算计算计算计算p p1 1 作用下达到所确定固结度所需要的时间。作用下达到所确定固结度所需要的时间。作用下达到所确定固结度所需要的时间。作用下达到所确定固结度所需要的时间。目的在于确定第一级荷载停歇的时间，亦即第二级目的在于确定第一级荷载停歇的时间，亦即第二级目的在于确定第一级荷载停歇的时间，亦即第二级目的在于确定第一级荷载停歇的时间，亦即第二级荷载开始施加的时间。荷载开始施加的时间。荷载开始施加的时间。荷载开始施加的时间。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荷9n n 4 根据第二步所得到的地基强度根据第二步所得到的地基强度cu1计计算第二级所能施加的荷载算第二级所能施加的荷载p2。p2可近似可近似地按下式估算：地按下式估算：n n n n同样，求出在同样，求出在 p2 作用下地基固结度达作用下地基固结度达70时的强度以及所需要的时间，然后计时的强度以及所需要的时间，然后计算第三级所能施加的荷载，依次可计算算第三级所能施加的荷载，依次可计算出以后的各级荷载和停歇时间。出以后的各级荷载和停歇时间。4 根据第二步所得到的地基强度cu1计算第二级所能10n n5 按以上步骤确定的加荷计划进行每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。性不满足要求，则调整加荷计划。n n 6 计算预压荷载下地基的最终沉降量计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉降量。这一项计算的目和预压期间的沉降量。这一项计算的目的在于确定预压荷载卸除的时间。的在于确定预压荷载卸除的时间。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11n n二、超载预压二、超载预压n n 对沉降有严格限制的建筑对沉降有严格限制的建筑，应采用，应采用超载预压法处理地基。经超载预压后，超载预压法处理地基。经超载预压后，如受压土层各点的有效竖向应力大于建如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总应力时，筑物荷载引起的相应点的附加总应力时，则今后在建筑物荷载作用下地基土将不则今后在建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。结变形，并推迟次固结变形的发生。二、超载预压12塑料排水板固结设计计算n n 19251925年，丹尼尔年，丹尼尔.莫兰将垂直砂井用于莫兰将垂直砂井用于费城奥克兰海湾大桥公路软土地基的加费城奥克兰海湾大桥公路软土地基的加固，固，19261926年获得专利。年获得专利。n n 砂井法问世以后，因缺乏理论根据而按砂井法问世以后，因缺乏理论根据而按经验设计。经验设计。1940194019421942年，巴隆（年，巴隆（BarronBarron）根据太沙基的固结理论，提出砂井法的设计根据太沙基的固结理论，提出砂井法的设计计算方法。我国从计算方法。我国从2020世纪世纪5050年代起，开始应年代起，开始应用砂井法。（现在常用塑料排水板代替砂井）用砂井法。（现在常用塑料排水板代替砂井）。塑料排水板固结设计计算 1925年，丹尼尔.13n n 塑料排水板主要适用于塑料排水板主要适用于塑料排水板主要适用于塑料排水板主要适用于没有较大集中荷载没有较大集中荷载没有较大集中荷载没有较大集中荷载的的的的大面积荷重大面积荷重大面积荷重大面积荷重或或或或堆土荷重堆土荷重堆土荷重堆土荷重工程，例如水库土坝、油工程，例如水库土坝、油工程，例如水库土坝、油工程，例如水库土坝、油罐、仓库、铁路路堤、贮矿场以及港口的水工建罐、仓库、铁路路堤、贮矿场以及港口的水工建罐、仓库、铁路路堤、贮矿场以及港口的水工建罐、仓库、铁路路堤、贮矿场以及港口的水工建筑物等工程。筑物等工程。筑物等工程。筑物等工程。n n 一、排水板设计一、排水板设计一、排水板设计一、排水板设计n n 砂井设计包括当量直径、间距、深度、排列砂井设计包括当量直径、间距、深度、排列砂井设计包括当量直径、间距、深度、排列砂井设计包括当量直径、间距、深度、排列方式、范围、砂料选择和砂垫层厚度等。方式、范围、砂料选择和砂垫层厚度等。方式、范围、砂料选择和砂垫层厚度等。方式、范围、砂料选择和砂垫层厚度等。n n （1 1）塑料排水板当量直径和间距）塑料排水板当量直径和间距）塑料排水板当量直径和间距）塑料排水板当量直径和间距n n塑料排水板的当量直径塑料排水板的当量直径塑料排水板的当量直径塑料排水板的当量直径 d d d dp p p p 计算计算计算计算:常用的SPB100型，塑料排水板宽度b=100 mm；厚度=4mm 塑料排水板主要适用于没有较大集中荷载的大面积荷重14 （2 2）有效排水直径有效排水直径d de e：n n 排水竖井的平面布置可采用等边三角排水竖井的平面布置可采用等边三角形或正方形排列。竖井的有效排水直径形或正方形排列。竖井的有效排水直径d de e与问距与问距l l 的关系为：的关系为：n n 等边三角形排列等边三角形排列等边三角形排列等边三角形排列d de e 1.051.05l l n n 正方形排列正方形排列正方形排列正方形排列 d de e1.131.13l l （3 3）塑料排水板井径比）塑料排水板井径比）塑料排水板井径比）塑料排水板井径比:n n对塑料排水板可取对塑料排水板可取对塑料排水板可取对塑料排水板可取d dw w d dp p 即：即：即：即：塑料排水板的井径比可塑料排水板的井径比可塑料排水板的井径比可塑料排水板的井径比可按按按按n n n n1515151522222222选用选用选用选用 （2）有效排水直径de：塑料排水板的井径比可按n1515 （4）排水板布置范围）排水板布置范围n n 排水板的布置范围一般可由基础的轮廓线向排水板的布置范围一般可由基础的轮廓线向外增大约外增大约24m。（5）砂料）砂料n n 宜选用中粗砂，其含泥量不能超过宜选用中粗砂，其含泥量不能超过3。（6）砂垫层）砂垫层n n 排水板顶部铺设砂垫层，可使砂井排水有排水板顶部铺设砂垫层，可使砂井排水有良好的通道，将水排到工程场地以外。良好的通道，将水排到工程场地以外。16二、固结计算二、固结计算二、固结计算二、固结计算n n平均固结度采用下式计算：平均固结度采用下式计算：平均固结度采用下式计算：平均固结度采用下式计算：其中：其中：其中：其中：U U U Ut t t t t t t t时间地基的平均固结度时间地基的平均固结度时间地基的平均固结度时间地基的平均固结度 q q q qi i i i第第第第i i i i级荷载的加载速率（级荷载的加载速率（级荷载的加载速率（级荷载的加载速率（kpa/dkpa/dkpa/dkpa/d）p p p p各级荷载的累加值（各级荷载的累加值（各级荷载的累加值（各级荷载的累加值（kPakPakPakPa）T T T Ti-1 i-1 i-1 i-1,T,T,T,Ti i i i分别为第分别为第分别为第分别为第i i i i级荷载加载的起始和终止时间（从零级荷载加载的起始和终止时间（从零级荷载加载的起始和终止时间（从零级荷载加载的起始和终止时间（从零点起算）（点起算）（点起算）（点起算）（d d d d）,参数参数参数参数二、固结计算17n n 三、沉降计算三、沉降计算三、沉降计算三、沉降计算n n地基土的总沉降一般包括地基土的总沉降一般包括地基土的总沉降一般包括地基土的总沉降一般包括瞬时沉降瞬时沉降瞬时沉降瞬时沉降、固结沉降固结沉降固结沉降固结沉降和和和和次固结沉降次固结沉降次固结沉降次固结沉降三部分。三部分。三部分。三部分。n n瞬时沉降瞬时沉降瞬时沉降瞬时沉降是在荷载作用下由于土的畸变所引起，是在荷载作用下由于土的畸变所引起，是在荷载作用下由于土的畸变所引起，是在荷载作用下由于土的畸变所引起，并在荷载作用下立即发生的。并在荷载作用下立即发生的。并在荷载作用下立即发生的。并在荷载作用下立即发生的。n n固结沉降固结沉降固结沉降固结沉降是由于孔隙水的排出而引起土体积减是由于孔隙水的排出而引起土体积减是由于孔隙水的排出而引起土体积减是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。小所造成的，占总沉降的主要部分。小所造成的，占总沉降的主要部分。小所造成的，占总沉降的主要部分。n n次固结沉降次固结沉降次固结沉降次固结沉降则是由于超静水压力消散后，在恒则是由于超静水压力消散后，在恒则是由于超静水压力消散后，在恒则是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。值有效应力作用下土骨架的徐变所致。值有效应力作用下土骨架的徐变所致。值有效应力作用下土骨架的徐变所致。三、沉降计算18固结沉降的计算：固结沉降的计算：e e0i 0i 压前孔隙比压前孔隙比e e1i 1i 压后孔隙比压后孔隙比e e0i0i、e e1i1i根据勘察报告根据勘察报告e-pe-p曲线内插计算曲线内插计算 h hi i 第第i i层土层厚度层土层厚度 经验系数，对正常固结饱和粘性土地经验系数，对正常固结饱和粘性土地基可取基可取=1.1=1.11.41.4。固结沉降的计算：19n n 四、计算实例四、计算实例四、计算实例四、计算实例n n（一）（一）（一）（一）简况：简况：简况：简况：虎门港作业区北路，软基层厚约虎门港作业区北路，软基层厚约虎门港作业区北路，软基层厚约虎门港作业区北路，软基层厚约18181818米，路米，路米，路米，路堤填方高度约堤填方高度约堤填方高度约堤填方高度约4 4 4 4米（不含沉降）。米（不含沉降）。米（不含沉降）。米（不含沉降）。n n（二）计算依据：（二）计算依据：（二）计算依据：（二）计算依据：n n建筑地基处理技术规范（建筑地基处理技术规范（建筑地基处理技术规范（建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002JGJ79-2002JGJ79-2002JGJ79-2002）；）；）；）；n n广东省地基处理技术规范（广东省地基处理技术规范（广东省地基处理技术规范（广东省地基处理技术规范（DBJ15-38-2005DBJ15-38-2005DBJ15-38-2005DBJ15-38-2005）；）；）；）；n n水运工程塑料排水板应用技术规程（水运工程塑料排水板应用技术规程（水运工程塑料排水板应用技术规程（水运工程塑料排水板应用技术规程（JTS206-1-JTS206-1-JTS206-1-JTS206-1-2009200920092009）；）；）；）；n n作业区北路道路工程岩土工程勘察报告；作业区北路道路工程岩土工程勘察报告；作业区北路道路工程岩土工程勘察报告；作业区北路道路工程岩土工程勘察报告；n n排水固结加固软基技术指南。排水固结加固软基技术指南。排水固结加固软基技术指南。排水固结加固软基技术指南。四、计算实例20（三）（三）（三）（三）计算步骤：计算步骤：计算步骤：计算步骤：1.1.1.1.确定塑料排水板的当量换算直径及间距：确定塑料排水板的当量换算直径及间距：确定塑料排水板的当量换算直径及间距：确定塑料排水板的当量换算直径及间距：n n塑料排水板采用塑料排水板采用塑料排水板采用塑料排水板采用SPB100-BSPB100-BSPB100-BSPB100-B型，塑料排水板宽度型，塑料排水板宽度型，塑料排水板宽度型，塑料排水板宽度b=100 mmb=100 mmb=100 mmb=100 mm；厚度；厚度；厚度；厚度=4mm=4mm=4mm=4mm。n n塑料排水板的当量直径塑料排水板的当量直径塑料排水板的当量直径塑料排水板的当量直径 dp dp dp dp 计算计算计算计算:n n塑料排水板等边三角形排列，设计间距塑料排水板等边三角形排列，设计间距塑料排水板等边三角形排列，设计间距塑料排水板等边三角形排列，设计间距 l l l l=1100mm=1100mm=1100mm=1100mm，则，则，则，则有效排水直径有效排水直径有效排水直径有效排水直径dededede=1.05=1.05=1.05=1.05l l l l=1155mm=1155mm=1155mm=1155mm。n n塑料排水板井径比塑料排水板井径比塑料排水板井径比塑料排水板井径比:（三）计算步骤：21勘察报告相应的技术指标如下：勘察报告相应的技术指标如下：勘察报告相应的技术指标如下：勘察报告相应的技术指标如下：0.047勘察报告相应的技术指标如下：0.04722 2.2.2.2.估算预压荷载下地基的沉降量和堆载预压高度：估算预压荷载下地基的沉降量和堆载预压高度：估算预压荷载下地基的沉降量和堆载预压高度：估算预压荷载下地基的沉降量和堆载预压高度：2.估算预压荷载下地基的沉降量和堆载预压高度：23 e-p e-p曲线是荷载曲线是荷载曲线是荷载曲线是荷载P P与孔隙比与孔隙比与孔隙比与孔隙比e e关系的曲线关系的曲线关系的曲线关系的曲线 e-p曲线是荷载P与孔隙比e关系的曲线24 3.3.3.3.确定第一级预压荷载、固结度和强度增长值，第一级容许施加确定第一级预压荷载、固结度和强度增长值，第一级容许施加确定第一级预压荷载、固结度和强度增长值，第一级容许施加确定第一级预压荷载、固结度和强度增长值，第一级容许施加荷载荷载荷载荷载 p p p p1 1 1 1,由土层天然抗剪强度或承载力特征值确定：由土层天然抗剪强度或承载力特征值确定：由土层天然抗剪强度或承载力特征值确定：由土层天然抗剪强度或承载力特征值确定：3.确定第一级预压荷载、固结度和强度增长值，第一级容许施加25 确定第一级预压荷载确定第一级预压荷载确定第一级预压荷载确定第一级预压荷载p p p p1 1 1 1预压后地基抗剪强度为：预压后地基抗剪强度为：预压后地基抗剪强度为：预压后地基抗剪强度为：确定第一级预压荷载p1预压后地基抗剪强度为：26 验算第一级预压荷载边坡稳定：验算第一级预压荷载边坡稳定：验算第一级预压荷载边坡稳定：验算第一级预压荷载边坡稳定：验算第一级预压荷载边坡稳定：27 验算第一级预压荷载边坡稳定：验算第一级预压荷载边坡稳定：验算第一级预压荷载边坡稳定：验算第一级预压荷载边坡稳定：第一级滑动安全系数施工期第一级滑动安全系数施工期第一级滑动安全系数施工期第一级滑动安全系数施工期1.11.11.11.1的要求的要求的要求的要求 验算第一级预压荷载边坡稳定：第一级滑动安全系数施工期28 4.4.4.4.第二级荷载预压效果分析：第二级荷载预压效果分析：第二级荷载预压效果分析：第二级荷载预压效果分析：4.第二级荷载预压效果分析：29 确定第二级预压荷载确定第二级预压荷载确定第二级预压荷载确定第二级预压荷载p p p p2 2 2 2预压后地基抗剪强度为：预压后地基抗剪强度为：预压后地基抗剪强度为：预压后地基抗剪强度为：确定第二级预压荷载p2预压后地基抗剪强度为：30 验算第二级预压荷载边坡稳定：验算第二级预压荷载边坡稳定：验算第二级预压荷载边坡稳定：验算第二级预压荷载边坡稳定：验算第二级预压荷载边坡稳定：31 验算第二级预压荷载边坡稳定：验算第二级预压荷载边坡稳定：验算第二级预压荷载边坡稳定：验算第二级预压荷载边坡稳定：第二级滑动安全系数规范第二级滑动安全系数规范第二级滑动安全系数规范第二级滑动安全系数规范1.41.41.41.4的要求的要求的要求的要求 验算第二级预压荷载边坡稳定：第二级滑动安全系数规范132 5.5.5.5.填土高度尚未达到设计路床高度，需进行第三级荷载预压：填土高度尚未达到设计路床高度，需进行第三级荷载预压：填土高度尚未达到设计路床高度，需进行第三级荷载预压：填土高度尚未达到设计路床高度，需进行第三级荷载预压：5.填土高度尚未达到设计路床高度，需进行第三级荷载预压：33 确定第三级预压荷载确定第三级预压荷载确定第三级预压荷载确定第三级预压荷载p p p p3 3 3 3预压后地基抗剪强度为：预压后地基抗剪强度为：预压后地基抗剪强度为：预压后地基抗剪强度为：确定第三级预压荷载p3预压后地基抗剪强度为：34 验算第三级预压荷载边坡稳定：验算第三级预压荷载边坡稳定：验算第三级预压荷载边坡稳定：验算第三级预压荷载边坡稳定：验算第三级预压荷载边坡稳定：35 验算第三级预压荷载边坡稳定：验算第三级预压荷载边坡稳定：验算第三级预压荷载边坡稳定：验算第三级预压荷载边坡稳定：第三级滑动安全系数规范第三级滑动安全系数规范第三级滑动安全系数规范第三级滑动安全系数规范1.41.41.41.4的要求的要求的要求的要求 验算第三级预压荷载边坡稳定：第三级滑动安全系数规范136 6.6.6.6.地基沉降计算：地基沉降计算：地基沉降计算：地基沉降计算：6.地基沉降计算：37 6.6.6.6.地基沉降计算：地基沉降计算：地基沉降计算：地基沉降计算：(1-0.972)=0.086 6.地基沉降计算：(1-0.972)=0.08638填土速率控制及沉降量图：填土速率控制及沉降量图：填土速率控制及沉降量图：填土速率控制及沉降量图：填土速率控制及沉降量图：397.7.7.7.运运运运行期整体稳定验算：行期整体稳定验算：行期整体稳定验算：行期整体稳定验算：7.运行期整体稳定验算：40运行期整体稳定验算：运行期整体稳定验算：运行期整体稳定验算：运行期整体稳定验算：安全系数规范安全系数规范安全系数规范安全系数规范1.41.41.41.4的要求的要求的要求的要求 运行期整体稳定验算：安全系数规范1.4的要求 41塑料排水板施工工艺流程图塑料排水板施工工艺流程图塑料排水板施工现场塑料排水板施工现场塑料排水板施工工艺流程图塑料排水板施工现场42塑料排水板施工现场塑料排水板施工现场塑料排水板施工现场438.8.8.8.施工过程中的观测与检测施工过程中的观测与检测施工过程中的观测与检测施工过程中的观测与检测：堆载预压排水固结施工要加强检测，超过控制值应及时停止加载，修正堆载预压排水固结施工要加强检测，超过控制值应及时停止加载，修正堆载预压排水固结施工要加强检测，超过控制值应及时停止加载，修正堆载预压排水固结施工要加强检测，超过控制值应及时停止加载，修正填土速率。填土速率。填土速率。填土速率。孔隙水压力计孔隙水压力计测斜板测斜板测斜板测斜板深层沉降板深层沉降板浅层沉降板浅层沉降板水平位移桩水平位移桩水平位移桩水平位移桩8.施工过程中的观测与检测：孔隙水压力计测斜板测斜板深层沉降44