地基處理新技術(shù)3(排水)

1、排水固結(jié)技術(shù)（排水固結(jié)法）Drain Consolidation地基處理新技術(shù)地基處理新技術(shù)New Technical of Soil Improvement n土的固結(jié)：土的固結(jié)：飽和土體在壓力作用下，孔隙中水隨時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸被排出，孔隙體積隨之減少，土的強(qiáng)度逐漸增長(zhǎng)的過程。n壓縮固結(jié)過程壓縮固結(jié)過程： a）土體孔隙中自由水逐漸排出；b）土體體積逐漸減少；c）孔隙水壓力逐漸轉(zhuǎn)移到土骨架來承受，成為有效應(yīng)力。以上三方面為飽和土體固結(jié)作用，即 排水排水、壓縮壓縮和壓力轉(zhuǎn)移。壓力轉(zhuǎn)移。 模擬飽和土中一點(diǎn)單向模擬飽和土中一點(diǎn)單向滲透固結(jié)過程的機(jī)械模型滲透固結(jié)過程的機(jī)械模型n我國(guó)沿海地區(qū)、內(nèi)陸湖泊和河

2、流谷地分布著大量的軟弱黏性土。這種土的特點(diǎn)是含水量大、壓縮性高、強(qiáng)度低、透水性差、很多情況埋藏較深。n在軟土地基上直接建造建筑物或進(jìn)行填土?xí)r，地基將由于固結(jié)和剪切變形會(huì)產(chǎn)生很大的沉降，甚至由于強(qiáng)度不足而產(chǎn)生地基土的破壞。 概概 述述排水固結(jié)法排水固結(jié)法是在軟土地基的建筑場(chǎng)地正式是在軟土地基的建筑場(chǎng)地正式修筑工程之前，先堆砂石等材料，對(duì)地基修筑工程之前，先堆砂石等材料，對(duì)地基進(jìn)行進(jìn)行預(yù)壓預(yù)壓，使地基產(chǎn)生大量沉降而壓密，使地基產(chǎn)生大量沉降而壓密，從而提高地基的強(qiáng)度，減少實(shí)際工程的沉從而提高地基的強(qiáng)度，減少實(shí)際工程的沉降量。降量。 排水固結(jié)法排水固結(jié)法能解決軟粘土地基的沉降和穩(wěn)定能解決軟粘土地基的沉

3、降和穩(wěn)定問題?？墒沟鼗某两翟陬A(yù)壓期間基本完成或問題?？墒沟鼗某两翟陬A(yù)壓期間基本完成或大部分完成，保證建筑物在使用期間不致產(chǎn)生大部分完成，保證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)可增加地基土的抗過大的沉降和沉降差。同時(shí)可增加地基土的抗剪強(qiáng)度，提高地基的承載力和穩(wěn)定性。剪強(qiáng)度，提高地基的承載力和穩(wěn)定性。二、預(yù)壓法的原理與作用二、預(yù)壓法的原理與作用 1.預(yù)壓法分類預(yù)壓法分類（1）堆載預(yù)壓法：堆載預(yù)壓法：上世紀(jì)四十年代美國(guó)首次上世紀(jì)四十年代美國(guó)首次用于處理沼澤地段路基成功。用于處理沼澤地段路基成功。 堆載材料一般用砂石或填土；也可以結(jié)構(gòu)物堆載材料一般用砂石或填土；也可以結(jié)構(gòu)物自重分級(jí)加

4、載預(yù)壓。自重分級(jí)加載預(yù)壓。（2）真空預(yù)壓法：）真空預(yù)壓法：因堆載需大量土石材料外因堆載需大量土石材料外運(yùn)、費(fèi)錢，運(yùn)、費(fèi)錢，1952年瑞典皇家地質(zhì)學(xué)院提出年瑞典皇家地質(zhì)學(xué)院提出真空預(yù)壓法。真空預(yù)壓法。58年美國(guó)費(fèi)城國(guó)際機(jī)場(chǎng)跑道擴(kuò)年美國(guó)費(fèi)城國(guó)際機(jī)場(chǎng)跑道擴(kuò)建工程首次應(yīng)用真空預(yù)壓成功，利用大氣壓建工程首次應(yīng)用真空預(yù)壓成功，利用大氣壓力代替實(shí)際土石加壓。力代替實(shí)際土石加壓。2.預(yù)壓法適用土質(zhì)預(yù)壓法適用土質(zhì)預(yù)壓法適用于處理深厚的淤泥、預(yù)壓法適用于處理深厚的淤泥、淤泥質(zhì)土和沖填土等飽和黏性土地基。淤泥質(zhì)土和沖填土等飽和黏性土地基。按照使用目的可以解決兩個(gè)問題沉降問題 穩(wěn)定問題 n3.預(yù)壓法原理預(yù)壓法原理 右

5、圖為室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)e-p曲線： 當(dāng)固結(jié)壓力由p0增至p1，相應(yīng)土 的孔隙比由e0減小至e1，如圖中 ab曲線，此為壓縮曲線。接著卸荷，由p1 減小至p0，bd卸荷回彈曲線。然后再加荷壓縮，由p0至p1，孔隙比由ed到e1，如db虛線，稱再壓縮曲線。l上述曲線上述曲線ab相當(dāng)于預(yù)壓，曲線相當(dāng)于預(yù)壓，曲線db相當(dāng)于正式工程壓相當(dāng)于正式工程壓縮。由圖可見再壓縮曲線縮。由圖可見再壓縮曲線db的斜率（即壓縮系數(shù)）遠(yuǎn)的斜率（即壓縮系數(shù)）遠(yuǎn)小于原始?jí)嚎s曲線小于原始?jí)嚎s曲線ab的斜率。此即預(yù)壓法的原理。的斜率。此即預(yù)壓法的原理。l4.打砂井加快固結(jié)時(shí)間打砂井加快固結(jié)時(shí)間 淤泥軟土滲透系數(shù)k很小，土層很厚，預(yù)壓荷

6、載作用下孔隙水排出所需時(shí)間很長(zhǎng)。可在軟土中先打豎向砂井再預(yù)壓，可加速固結(jié)，稱為砂井堆載預(yù)壓法砂井堆載預(yù)壓法。排水系統(tǒng)排水系統(tǒng)加壓系統(tǒng)加壓系統(tǒng)l 排水系統(tǒng)：主要在于改變地基原有的排水排水系統(tǒng)：主要在于改變地基原有的排水邊界條件，增加孔隙水排出的途徑，縮短排水邊界條件，增加孔隙水排出的途徑，縮短排水距離。距離。（1）豎向排水情況）豎向排水情況（2）砂井排水情況）砂井排水情況比如某淤泥土層厚比如某淤泥土層厚20m，通過預(yù)壓要求達(dá)到通過預(yù)壓要求達(dá)到80的的固結(jié)度，計(jì)算所需時(shí)間要固結(jié)度，計(jì)算所需時(shí)間要10年左右；若在天然土層年左右；若在天然土層中設(shè)砂井，假定排水距離中設(shè)砂井，假定排水距離縮短為縮短為2m

7、，根據(jù)太沙基，根據(jù)太沙基固結(jié)理論：在達(dá)到同一固結(jié)理論：在達(dá)到同一固結(jié)度時(shí)，固結(jié)所需時(shí)間固結(jié)度時(shí)，固結(jié)所需時(shí)間與排水距離的平方成正比，與排水距離的平方成正比，由此估算有了砂井之后土由此估算有了砂井之后土的固結(jié)時(shí)間為的固結(jié)時(shí)間為5個(gè)月。個(gè)月。20m2m打砂井排水固結(jié)打砂井排水固結(jié)（紅色）（紅色）與沒有砂井排水固結(jié)與沒有砂井排水固結(jié)（藍(lán)色）（藍(lán)色） 實(shí)測(cè)沉降實(shí)測(cè)沉降-時(shí)間曲線對(duì)比時(shí)間曲線對(duì)比排水系統(tǒng)排水系統(tǒng)有水平排水墊層和豎向排水體構(gòu)成的有水平排水墊層和豎向排水體構(gòu)成的。加 固 軟 土 層豎 向 排 水 體排水墊層水平排水盲溝加壓系統(tǒng)l加壓系統(tǒng)：加壓系統(tǒng)：指對(duì)地基施行預(yù)壓的荷載，它使地基土的固結(jié)壓力

8、指對(duì)地基施行預(yù)壓的荷載，它使地基土的固結(jié)壓力增加而產(chǎn)生固結(jié)。其材料有固體（土石料）、增加而產(chǎn)生固結(jié)。其材料有固體（土石料）、液體（水）、真空負(fù)壓力荷載等。液體（水）、真空負(fù)壓力荷載等。臨時(shí)填土堆載預(yù)壓臨時(shí)填土堆載預(yù)壓n加壓方法：加壓方法：a.若預(yù)壓是為了減小建筑物沉降，可采用預(yù)先堆若預(yù)壓是為了減小建筑物沉降，可采用預(yù)先堆載加壓使地基沉降產(chǎn)生在建筑物建造之前；載加壓使地基沉降產(chǎn)生在建筑物建造之前；b.預(yù)壓目的主要是增加地基的強(qiáng)度可用自重加壓，預(yù)壓目的主要是增加地基的強(qiáng)度可用自重加壓，即放慢施工速度或增加土的排水速率，使地基即放慢施工速度或增加土的排水速率，使地基強(qiáng)度增長(zhǎng)與建筑物荷重的增加相適應(yīng)。

9、如路堤、強(qiáng)度增長(zhǎng)與建筑物荷重的增加相適應(yīng)。如路堤、土壩、貯礦場(chǎng)、油罐、水池等。土壩、貯礦場(chǎng)、油罐、水池等。三、堆載預(yù)壓法三、堆載預(yù)壓法1.預(yù)壓荷載的大小：預(yù)壓荷載的大?。海?）等載預(yù)壓（）等載預(yù)壓（2）超載預(yù)壓）超載預(yù)壓2.堆載平面范圍：應(yīng)大于建筑物基礎(chǔ)外緣所包圍堆載平面范圍：應(yīng)大于建筑物基礎(chǔ)外緣所包圍的范圍。的范圍。大出基礎(chǔ)輪廓線大出基礎(chǔ)輪廓線24m。3.加載的速率：應(yīng)分級(jí)加載，控制加載速率與地加載的速率：應(yīng)分級(jí)加載，控制加載速率與地基土的強(qiáng)度增長(zhǎng)相適應(yīng)。各階段均應(yīng)進(jìn)行地基基土的強(qiáng)度增長(zhǎng)相適應(yīng)。各階段均應(yīng)進(jìn)行地基穩(wěn)定計(jì)算并應(yīng)每天進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)（沉降速率、穩(wěn)定計(jì)算并應(yīng)每天進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)（沉降速率、

10、邊樁位移、孔隙水壓力）。邊樁位移、孔隙水壓力）。4. 砂墊層砂墊層 在砂井頂面應(yīng)鋪設(shè)排水砂墊層，以連接砂井，引出從在砂井頂面應(yīng)鋪設(shè)排水砂墊層，以連接砂井，引出從上 層 排 入 砂 井 的 滲 流 水 。 砂 墊 層 的 厚 度 一 般 為上 層 排 入 砂 井 的 滲 流 水 。 砂 墊 層 的 厚 度 一 般 為0.30.5m(水下砂墊層厚度為水下砂墊層厚度為1.0m左右左右)。如砂料缺乏，。如砂料缺乏，可采用連通砂井的縱橫砂溝代替整片砂墊層。可采用連通砂井的縱橫砂溝代替整片砂墊層。Horizontal Drains水平排水體（排水盲溝）l5.技術(shù)發(fā)展技術(shù)發(fā)展：l真空預(yù)壓法真空預(yù)壓法真空膜真

11、空膜密封真空膜密封真空膜抽氣設(shè)備抽氣設(shè)備1.真空預(yù)壓設(shè)備（抽氣設(shè)備、真空管路）和密封膜2.膜下真空度：應(yīng)保持在600mmHg以上。3.平均固結(jié)度：達(dá)80以上。4.排水砂井：真空預(yù)壓處理地基，必須設(shè)置排水砂井，否則地表密封膜下的真空度難以傳到地基深處，因而達(dá)不到預(yù)壓的效果。真空預(yù)壓處理現(xiàn)場(chǎng)鳥瞰真空預(yù)壓處理現(xiàn)場(chǎng)鳥瞰l預(yù)壓效果預(yù)壓效果1.1.中南某造船廠中南某造船廠l該廠地基為房碴雜填土，厚該廠地基為房碴雜填土，厚5m5m；其下為淤泥，；其下為淤泥，厚厚6m6m。采用砂井預(yù)壓加固：堆土高。采用砂井預(yù)壓加固：堆土高3.553.55，即加，即加載載50kPa50kPa。砂井直徑。砂井直徑48cm48cm

12、，間距，間距5m5m（偏大），（偏大），深度深度11-16m11-16m。預(yù)壓時(shí)間。預(yù)壓時(shí)間4 4個(gè)月。個(gè)月。l預(yù)壓效果：計(jì)算沉降量預(yù)壓效果：計(jì)算沉降量S=24.6cm,S=24.6cm,實(shí)際降為實(shí)際降為9cm9cm；壓縮模量；壓縮模量EsEs由由2.3MPa2.3MPa增至增至5.6MPa5.6MPa，等于，等于原來的原來的244244。2.2.某大型油罐某大型油罐該油罐直徑該油罐直徑31.28m31.28m，高，高14.07m14.07m，容積，容積1 1萬萬m m3 3。地基表層為硬殼層，厚地基表層為硬殼層，厚1.6m1.6m；下為淤泥質(zhì)粘土；下為淤泥質(zhì)粘土與淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，深達(dá)與淤泥質(zhì)

13、粉質(zhì)粘土，深達(dá)17.5m17.5m。采用砂井預(yù)。采用砂井預(yù)壓方案。壓方案。油罐建成，分油罐建成，分4 4級(jí)充水預(yù)壓：充水水位高分別級(jí)充水預(yù)壓：充水水位高分別為為5 5，9 9，1212與與14.07m14.07m，歷時(shí)，歷時(shí)160160天。基底壓力天?；讐毫闉?91.4kPa191.4kPa。計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù)為。計(jì)算穩(wěn)定安全系數(shù)為1.261.26。計(jì)算。計(jì)算油罐基底中點(diǎn)沉降量油罐基底中點(diǎn)沉降量s s190.26cm190.26cm，與實(shí)際沉，與實(shí)際沉降量接近，效果良好。降量接近，效果良好。3.3.連云港堿廠連云港堿廠該廠地為厚層海相淤泥，含水量高達(dá)該廠地為厚層海相淤泥，含水量高達(dá)6060，為，為高壓縮性軟土。由化工部滄州勘察公司進(jìn)行袋裝高壓縮性軟土。由化工部滄州勘察公司進(jìn)行袋裝砂井真空預(yù)壓法加固地基。砂井真空預(yù)壓法加固地基。抽氣抽氣3 3天，膜下真空度達(dá)到天，膜下真空度達(dá)到600mmHg600mmHg，共抽氣，共抽氣128128天，實(shí)測(cè)預(yù)壓沉降量達(dá)天，實(shí)測(cè)預(yù)壓沉降量達(dá)660mm6