第五節(jié)排水固結(jié)法

一、概述

排水固結(jié)法目的是解決軟粘土地基的沉降和穩(wěn)定問題?？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)生過大的沉降和沉降差。同時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。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。

預(yù)壓法是以事先完成的沉降和固結(jié)使地基強(qiáng)度增長的兩個要素為目標(biāo)的，這種加固方法成立的背景，是以具有飽和粘性土地基由于固結(jié)而增加強(qiáng)度，以及所謂一旦地基固結(jié)沉降，即使卸掉荷載實(shí)際上也不恢復(fù)原來狀態(tài)這兩種條件而構(gòu)成的。排水系統(tǒng)加壓系統(tǒng)

根據(jù)排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)的不同，排水固結(jié)法可分為堆載預(yù)壓法、砂井(包括袋裝砂井、塑料排水板等)堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法、降低地下水位法和電滲法。排水固結(jié)法的種類

堆載預(yù)壓法和砂井堆載預(yù)壓法唯一的區(qū)別在于：前者的排水系統(tǒng)以天然地基土層本身為主；而后者在天然地基中還人為地增設(shè)了諸如砂井等排水系統(tǒng)。利用飽和黏土滲透固結(jié)的原理，事先對建筑物場地堆載預(yù)壓法，土中孔隙水壓力消散，從而地基發(fā)生固結(jié)沉降，承載力逐步提高。根椐土的回彈與再壓縮特性，如若預(yù)壓荷載接近或超過建筑物基底壓力，則在已加固場地上建造建筑物后，地基的變形將遠(yuǎn)小于固結(jié)前。減少地基沉降，并提高地基承載力。此法適用于處理淤泥質(zhì)土、淤泥和沖填土等飽和黏性土地基。1、排水固結(jié)法的原理1、排水固結(jié)法的原理

加固軟土層豎向排水體排水墊層水平排水盲溝

排水固結(jié)法的應(yīng)用范圍用于處理軟粘土地基，是十分有效的方法。按照使用目的可以解決兩個問題沉降問題穩(wěn)定問題2、系統(tǒng)組成——排水系統(tǒng)主要用于改變地基原有的排水條件，增加孔隙水排出。系統(tǒng)是由水平排水的砂墊層和豎向排水體構(gòu)成（普通砂井、袋裝砂井和塑料排水板）系統(tǒng)組成——排水系統(tǒng)材料系統(tǒng)組成——排水系統(tǒng)VerticalWickDrains水平排水體水平排水體3、加壓系統(tǒng)是指土體固結(jié)所需的荷重。方式有堆載預(yù)壓和真空預(yù)壓兩種。堆載預(yù)壓是在砂墊層上堆砂、石料等土料預(yù)壓，設(shè)置豎向排水體堆載預(yù)壓稱砂井堆載預(yù)壓法；無豎向排水體，則稱為堆載預(yù)壓法。臨時填土堆載預(yù)壓真空預(yù)壓法真空預(yù)壓是以大氣壓作為預(yù)壓荷載。先在砂墊上鋪設(shè)不透氣的塑料薄膜或橡膠布，四周用土料密封，然后用真空泵抽氣，使薄膜內(nèi)成真空，再通過設(shè)在砂墊層中吸水管（并設(shè)置豎向排水管）吸出孔隙水，達(dá)到預(yù)壓的目的。二、排水固結(jié)法施工

（1）.砂墊層施工

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。砂墊層的厚度一股為0.3~0.5m(水下砂墊層厚度為1.0m左右)。如砂料缺乏，可采用連通砂井的縱橫砂溝代替整片砂墊層。砂墊層施工一般用機(jī)械攤鋪的方法。若地基土較軟，應(yīng)用人工或輕機(jī)械攤鋪。必要時可加強(qiáng)地表土。2、豎向排水設(shè)計(jì)要點(diǎn)

砂井地基的設(shè)計(jì)工作即為選擇適當(dāng)?shù)纳熬L度、直徑、間距、以及形成有效的砂井排水系統(tǒng)所需的材料、砂墊層厚度等，以隨地基在批載預(yù)壓過程中，在預(yù)期的時間內(nèi)，達(dá)到所需要的固結(jié)度(通常定為80％)。（1）．砂井直徑和間距常采用“細(xì)而密”原則。一般砂井直徑：300~500mm；間距：6~8倍井徑。袋裝砂井直徑：70~100mm；間距：15~30倍井徑。直徑可按下式計(jì)算Dρ——塑料排水帶當(dāng)量換算直徑α——換算系數(shù)，無資料時可取0.75～1.00b_-----塑料排水帶的寬度；δ-----塑料排水帶的厚度；砂井間距s取決于地基的壓縮性和預(yù)定時間內(nèi)要求場地達(dá)到的固結(jié)度。通常按井徑比n(n=de/dw),de為砂井的有效排水圓柱體直徑，參照式（3-2）de＝1.05s(等邊三角形布置）或（3-3）de＝1.13s（正方形布置）確定。對普通砂井，間距可按n=6～8選用；袋裝砂井或塑料排水帶，可按n=15～20選用。（2）．砂井深度

砂井深度是根椐建（構(gòu)）筑物的變形要求和穩(wěn)定性要求確定。對以地基抗滑穩(wěn)定性為設(shè)計(jì)控制的工程，如土石壩、堆料場等，砂井深度至少應(yīng)超過最危險(xiǎn)滑動面2m。對以地基變形式為設(shè)計(jì)控制的建（構(gòu)）筑物，如機(jī)場跑道等，若壓縮層厚度不大，砂井宜貫穿壓縮土層；當(dāng)壓縮層土層較厚，砂井深度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場在限定預(yù)壓時間內(nèi)應(yīng)消除的變形式量確定，若施工設(shè)備條件達(dá)不到設(shè)計(jì)深度，則可采用（預(yù)壓荷載超過建筑物基底壓力）等方法來滿足工和要求。砂井深度一般取10~20m。（3）．砂井排列砂井平面布置可采用等邊三角形或正方形排列。在井徑比表達(dá)式n=de/dw

中，表征砂井有效排水范圍的參數(shù)de和s的關(guān)系可按下式取用。正三角形排列正方形排列排水路徑lldede(3-2)(3-3)（4）.砂井的布置范圍和砂料:大出基礎(chǔ)輪廓線2~4m。砂井的砂料宜用中粗砂，含泥量應(yīng)小于3%。3、豎向排水體施工（1）普通砂井施工先在地基中成孔，再灌砂密實(shí)形成砂井。砂井的灌砂量應(yīng)按井孔的設(shè)計(jì)尺寸和砂在中密度時的干重度計(jì)算，應(yīng)大于計(jì)算值的95%以上。⑴、套管法是借助低頻率振動錘將鋼管沉到設(shè)計(jì)深度，向管內(nèi)灌砂，然后振動撥管，形成密實(shí)的砂井。質(zhì)量好被廣泛應(yīng)用。⑵、射水法。成孔機(jī)具端部帶噴嘴的射水管。施工時，高壓水流通過射水管前端的嘴噴出沖擊破壞土體成孔的，然后灌砂形成砂井。施工速度快，適用土質(zhì)較好的黏性土地基。⑶、螺旋鉆孔法。用螺旋鉆鉆至設(shè)計(jì)深度，再灌砂形成砂井。適于陸地上工程，長度一般在10m以內(nèi)。⑷爆破法。先用小直徑螺旋鉆鉆至設(shè)計(jì)深度，孔內(nèi)安裝炸藥，爆破后孔體擴(kuò)大，再灌砂形成砂井。施工簡單，不要復(fù)雜的機(jī)具，適用于6~7m的淺砂井。（2）袋裝砂井施工先將帶活瓣樁尖或混凝土圓樁尖，如右圖所示。的鋼管，通過振動、錘擊或靜壓等方法沉入土中，達(dá)到設(shè)計(jì)深度后放入砂袋，然后撥管，最后于地面鋪設(shè)砂墊層。應(yīng)注意：鋼管直徑應(yīng)略大于砂井直徑。撥管上提長度不宜超過500mm。砂袋放入孔內(nèi)應(yīng)超出孔口200mm以上，并應(yīng)扶直埋入砂墊層。灌入袋內(nèi)的應(yīng)是干砂。（3）塑料排水帶施工它是由塑料蕊板外套無紡?fù)凉た棽紴V膜形成復(fù)合土工材料。具有良好和透水性，足夠的濕潤抗拉強(qiáng)度和抗彎曲能力。理設(shè)時要專用的插帶機(jī)，有圓形和矩形兩種。導(dǎo)管前端帶混凝土樁尖（圖3-13）或倒梯形鋼樁尖如右下圖。樁尖與導(dǎo)管中分離的。塑料排水板施工順序?yàn)椋憾ㄎ弧鷮⑺芰吓潘逋ㄟ^導(dǎo)管從管靴穿出→將塑料排水板與樁尖連接貼緊管靴并對準(zhǔn)樁位→插入塑料排水板（長度不夠時：接頭處理→插入下一截塑料排水板）→拔管剪斷塑料排水板。4、預(yù)壓荷載施工（1）堆載預(yù)壓是在砂墊上堆設(shè)荷重，以便軟土排水固結(jié)。預(yù)壓載荷大小宜接近或超過建筑物基底壓力。堆料常用砂、石或其它土料，一般用自動卸汽車運(yùn)土，人工攤鋪。對油罐、水池等對沉降控制要求不嚴(yán)的構(gòu)筑物，可利用其容積的水或油進(jìn)行預(yù)壓。預(yù)壓要分級進(jìn)行，并要嚴(yán)格控制沉降速率，地基豎向變形每天不超過10mm，邊樁水平位移每天不超過4mm，以防地基整體發(fā)生剪切破壞而失穩(wěn)。（2）真空預(yù)壓施工

1）真空預(yù)壓法示意圖如圖3-16所示。用經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量放樣。埋設(shè)砂袋或塑料排水帶。

2）在真空預(yù)壓范圍內(nèi)鋪設(shè)砂墊層，采用含泥量少于5%中粗砂，一次鋪設(shè)0.25m厚。攤鋪方式采用人工分塊攤鋪平整。。

3）鋪設(shè)主支濾排水管：主支濾排水管分為主（干）管和支慮管。主鐵管，支慮管鍍鋅鐵或塑料管管，外包土工布濾水網(wǎng)。全部吸水管均須埋入砂層中，吸水管與真空泵連接。應(yīng)將露出砂墊層表面的塑料排水板頭埋入砂墊層中

4）在砂墊層表層鋪設(shè)三層塑料薄膜或橡膠布，膜周邊可通過挖溝折鋪、平鋪、并用黏土壓邊并用黏土密封，為保證真空預(yù)壓加固效果，有時也可于溝內(nèi)加水。密封膜采用抗老化性能好的、韌性好、抗穿刺能力強(qiáng)的不透氣材料。

5）每塊預(yù)壓區(qū)內(nèi)至少設(shè)置二臺真空泵。為防止停泵后內(nèi)膜內(nèi)真空度下降太快，可在真空管路中設(shè)置止回閥和載門。

6）開始抽水，使地基排水固結(jié)。施工中真空度保持在60mmHg以上。真空預(yù)壓法三、質(zhì)量檢驗(yàn)ⅰ、對于以抗滑穩(wěn)定性為控制的重要工程，在預(yù)壓不同階段、不同深度進(jìn)行十字板抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)和取土進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)，以驗(yàn)算地基的抗滑穩(wěn)定性，并檢驗(yàn)地基的處理效果。ⅱ、預(yù)壓期間應(yīng)觀測記錄地表沉降、孔隙水壓力變化和加載時間。及時繪制變形與時間、孔隙水壓力與時間的關(guān)系曲線，并推算出地基最終沉降量、某一時刻的沉降量及相應(yīng)的固結(jié)度，借以分折處理效果，并確定卸載時間提供依據(jù)。ⅲ、真空預(yù)壓法處理地基時，應(yīng)進(jìn)行地基變形、孔隙水壓力、膜下真空度和砂井不同深度真空度的觀測，且要滿足設(shè)計(jì)要求。ⅳ、預(yù)壓后地基應(yīng)進(jìn)行十字板抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)及室內(nèi)土工試驗(yàn)，以檢驗(yàn)處理的效果。ⅴ、排水固結(jié)法加固地基的充許偏差和質(zhì)量檢驗(yàn)方法應(yīng)符合表3-6中的規(guī)定。項(xiàng)目序號檢驗(yàn)項(xiàng)目充許偏差或充許值檢驗(yàn)方法單位數(shù)值主控項(xiàng)目１預(yù)壓荷載%≤2水準(zhǔn)儀２固結(jié)度與設(shè)計(jì)要求比%≤2根椐設(shè)計(jì)采用不同方法３承載力或其他性能指標(biāo)設(shè)計(jì)要求按規(guī)定方法一般項(xiàng)目１沉降速率與控制值比