008第8章-排水固结《地基处理新技术》.ppt
《008第8章-排水固结《地基处理新技术》.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《008第8章-排水固结《地基处理新技术》.ppt(116页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第8章 排水固结,8.1 概述 8.2 加固机理 8.3 设计计算 8.4 施工方法 8.5 现场观测及堆载速率控制,深圳河真空预压加固软基示意图,8.1 概述 一、含义 排水固结法即预压法,是对地下水位以下的天然地基或设置有砂井(袋装砂井或塑料排水带)等竖向排水体的地基,通过加载系统在地基土中产生水头差,使土体中的孔隙水排出,逐渐固结,地基发生沉降,同时强度逐步提高的方法。 该法常用于解决软粘土地基的沉降和稳定问题,可使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成,使建筑物或构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,从而提高地基的承载力和稳定性。,二、组成,三
2、、适用范围 各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和粘性土地基。 砂井法特别适用于存在连续薄砂层的地基。但砂井只能加速主固结而不能减少次固结,对有机质土和泥炭等次固结土,不宜只采用砂井法。克服次固结土可采用超载的方法。 真空预压法适用于能在加固区形成(包括采取措施后形成)稳定负压边界条件的软土地基。降低地下水位法、真空预压法和电渗法由于不增加剪应力,地基不会产生剪切破坏,所以它适用于很软弱的粘土地基。,8.2.1 排水固结法原理 排水固结法是通过堆载预压,使原来正常固结粘土层变为处于超固结土,而超固结土与正常固结土相比具有压缩性小和强度高的特点,从而达到减小沉降和提高承载力的目的。 土层的排水固结效果
3、和它的排水边界条件有关。当土层厚度相对荷载宽度比较小时,土层中的孔隙水向上、下面透水层排出而使土层发生固结,如图(a)所示,称为竖向排水固结。根据固结理论,粘性土的固结时间与排水距离的平方成正比。 因此,为了加速土层的固结,最有效的办法是增加土层的排水途径,缩短排水距离。砂井、塑料排水板等竖向排水体就是为此目的而设置,如图(b)所示。,8.2 加固机理,排水系统的分类,8.2.2 堆载预压法原理 堆载预压法是在建筑物建造以前,对建筑场地进行加载预压,使地基的固结沉降基本完成并提高地基土强度的方法。 在饱和软土地基上施加荷载后,孔隙水被缓慢排出,孔隙体积随之逐渐减少,地基发生固结变形。同时随着超
4、静水压力逐渐消散,有效应力逐渐提高,地基土强度逐渐增长。 在荷载作用下,土层的固结过程就是超静孔隙水压力(简称孔隙水压力)消散和有效应力增加的过程。,8.2.3 真空预压法原理 在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层,然后埋设垂直排水管道,再用不透气的封闭膜使其与大气隔绝,薄膜四周埋入土中,通过砂垫层内埋设的吸水管道,用真空装置进行抽气,使其形成真空,增加地基的有效应力。 当抽真空时,先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐步形成负压,使土体内部与排水通道、垫层之间形成压差。在此压差作用下,土体中的孔隙水不断由排水通道排出,从而使土体固结。,真空预压的原理主要反映在以下几个方面: 1)薄膜上承受等于薄
5、膜内外压差的荷载。 2)地下水位降低,相应附加应力增加。 3)封闭气泡排出,土的渗透性加大。 真空预压是通过覆盖于地面的密封膜下抽真空,使膜内外形成气压差,使粘土层产生固结压力。即是在总应力不变的情况下,通过减小孔隙水压力来增加有效应力的方法。真空预压和降水预压是在负超静水压力下排水固结,称为负压固结。,河口潮间带岸坡造陆示意图,排水固结法的设计,实质上就是进行排水系统和加压系统的设计,使地基在受压过程中排水固结、强度相应增加以满足逐渐加荷条件下地基稳定性的要求,并加速地基的固结沉降,缩短预压的时间。,8.3 设计计算,8.3.1 沉降计算 一、建筑物使用期间的沉降计算 对于预压荷载与建筑物自
6、身荷载分离的工程,预压荷载在地基处理结束后移除,地基土会产生一定的回弹变形。在其后建筑物修建和使用过程中,地基土会产生再压缩变形(如图)。 在这种情况下,建筑物荷载作用下地基的总沉降量可按照建筑地基基础设计规范中给出的天然地基沉降计算方法即分层总合法进行计算,但其中地基土的压缩模量要根据预压处理后的土的压缩试验获得。,二、总沉降量计算 地基土的总沉降量一般包括瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降三部分。其中瞬时沉降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。这部分变形不可忽略。固结沉降是由于孔隙水的排出而引起土体积减小所造成,占总沉降量的主要部分。而次固结沉降占比例不大且目前还不容易计
7、算,若忽略次固结沉降,则最终沉降可按下式计算:,三、预压期间沉降量计算 预压期间的沉降量可按照预压期固结度采用下式进行计算: 其中采用固结理论可求得地基平均固结度。在竖向排水情况下,可采用太沙基固结理论计算预压期内地基平均固结度;对于布置竖向排水体的地基,主要产生径向渗流,要采用砂井固结理论计算地基平均固结度。 根据固结理论,预压时间越长,地基平均固结度就越大,预压期间沉降量就越大,使用期间的沉降量就越小。,8.3.2 承载力计算 处理后地基承载力可根据斯开普顿极限荷载的半经验公式作为初步估算,即: 对饱和软粘性土也可采用下式估算:,对于长条形填土,可根据Fellenius公式估算: 排水预压
8、处理后地基土的不排水抗剪度可采用下式估算:,8.3.3 砂井地基固结度计算 一、瞬时加荷条件下砂井地基固结度的计算,Tezaghi解Barron解,Tezaghi解Barron解,上表中,,竖向固结系数,,径向固结系数(或称水平向固结系数),每一个砂井有效影响范围的直径;,砂井直径。,二、逐渐加荷条件下地基固结度的计算,当排水竖井采用挤土方式施工时,应考虑涂抹对土体固结的影响。当竖井的纵向通水量 与天然土层水平向渗透系数 的比较小,且长度又较长时,尚应考虑井阻影响。瞬时加载条件下,考虑涂抹和井阻影响时,竖井地基径向排水平均固结度可按下式计算:,三、影响砂井固结度的几个因素 1.初始孔隙水压力
9、2.涂抹作用 3.砂料的阻力,8.3.4 堆载预压法设计 堆载预压法设计包括加压系统和排水系统的设计。加压系统主要指堆载预压计划以及堆载材料的选用;排水系统包括竖向排水体的材料选用、排水体长度、断面、平面布置的确定。,一、加压系统设计 堆载预压,根据土质情况分为单级加荷和多级加荷;根据堆载材料分为自重预压、加荷预压和加水预压。 堆载一般用填土、砂石等散粒材料;油罐通常利用灌体充水对地基进行预压。对堤坝等以稳定为控制的工程,则以其本身的重量有控制地分级逐渐加载,直至设计标高。,1)堆载预压 由于软粘土地基抗剪强度低,无论直接建造建筑物还是进行堆载预压往往都不可能快速加载,而必须分级逐渐加荷,待前
10、期荷载下地基强度增加到足已加下一级荷载时方可加下一级荷载。 其计算步骤是,首先用简便的方法确定一个初步的加荷计划,然后校核这一加荷计划下的地基的稳定性和沉降。具体计算步骤如下:,(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载。 (2)计算第一级容许施加的荷载作用下经预定预压时间达到的固结度。 (3)计算第一级容许施加的荷载作用下经过一段时间预压后地基强度。 (4)估算预压处理后地基强度,确定第二级荷载,保证其小于地基承载力。 (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定性验算。如稳定性不满足要求,则调整加荷计划。,(6)计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉降,
11、从而确定预压荷载卸除的时间,保证所剩留的沉降是建筑物所允许的。 2)超载预压 对沉降有严格限制的建筑,应采取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会再发生主固结变形,而且将减小次结变形,并推迟次固结变形的发生。,在预压过程中,任意时间地基的沉降量可表示为:,二、排水系统设计 1.竖向排水体材料选择 竖向排水体可采用普通砂井、袋装砂井和塑料排水带。若需要设置竖向排水体长度超过20m,建议采用普通砂井。 2.竖向排水体深度设计 竖向排水体深度主要根据土层的分布、地基中附加应力大小、施工期限和施工条
12、件以及地基稳定性等因素确定。 当软土层不厚、底部有透水层时,排水体应尽可能穿透软土层;,当深厚的高压缩性土层间有砂层或砂透镜体时,排水体应尽可能打至砂层或砂透镜体。而采用真空预压时应尽量避免排水体与砂层相连接,以免影响真空效果; 对于无砂层的深厚地基则可根据其稳定性及建筑物在地基中造成的附加应力与自重应力之比值确定(一般为0.10.2); 按稳定性控制的工程,如路堤、土坝、岸坡、堆料等,排水体深度应通过稳定分析确定,排水体长度应大于最危险滑动面的深度。 按沉降控制的工程,排水体长度可从压载后的沉降量满足上部建筑物容许的沉降量来确定。 竖向排水体长度一般为1025m。,3.竖向排水体平面布置设计
13、 竖向排水体直径 普通砂井直径:一般为200mm500mm,井径比为68。 袋装砂井直径:一般为70mm100mm,井径比为15-30。 竖向排水体平面布置 可布置成正三角形(梅花形)或正方形,以正三角形排列较为紧凑和有效。 正方形排列的每个砂井,其影响范围为一个正方形; 正三角形排列的每个砂井,其影响范围则为一个正六边形。 在实际进行固结计算时,由于多边形作为边界条件求解很困难,为简化起见,巴伦建议每个砂井的影响范围由多边信改为由面积与多边形面积相等的圆来求解。,竖向排水体间距 竖向排水体直径和间距主要取决于土的固结性质和施工期限的要求。排水体截面大小只要能及时排水固结就行,由于软土的渗透性
14、比砂性土为小,所以排水体的理论直径可很小。但直径过小,施工困难,直径过大对增加固结速率并不显著。从原则上讲,为达到同样的固结度,缩短排水体间距比增加排水体直径效果要好,即井距和井间距关系是“细而密”比“粗而稀”为佳。 砂料设计 制作砂井的砂宜用中粗砂,砂的粒径必须能保证砂井具有良好的透水性。砂井粒度要不被粘土颗粒堵塞。砂应是洁净的,不应有草根等杂物,其含泥量不能超过3%。,地表排水砂垫层设计 为了使砂井排水有良好的通道,砂井顶部应铺设砂垫层,以连通各砂井将水排到工程场地以外。砂垫层采用中粗砂,含泥量应小于3%。 砂垫层应形成一个连续的、有一定厚度的排水层,以免地基沉降时被切断而使排水通道堵塞。
15、陆上施工时,砂垫层厚度一般取0.5m左右;水下施工时,一般为1m左右。砂垫层的宽度应大于堆载宽度或建筑物的底宽,并伸出砂井区外边线2倍砂井直径。在砂料贫乏地区,可采用连通砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层。,竖向排水体深度设计 竖向排水体深度主要根据土层分布、附加应力大小、施工期限和施工条件及地基稳定性等因素确定。,8.3.5 真空预压法设计 1、真空预压法的特点 1)技术效果较为先进可靠,常用于解决含淤泥、淤泥夹砂的堆场、仓库、工业与民用建筑、人工岛、油罐地基、堤坝边坡、道路等软土地基工程的沉降与稳定问题,同时它在处理刚吹填的超软土地基时,更具优越性。 2)真空预压法还具有显著的经济特点。 单块一
16、次加固面积可达10万m2; 一台7.5KW真空泵可控制7003000m2面积。若加固狭长条形地基时取小值,对加固大面积均质淤泥地基时取大值; 地基加固可达到或超过8090kPa堆载预压的加固效果; 与堆载预压相比,可节约能源、缩短工期1/2以上。一般地,正常预压期为34个月。,2、真空预压法的基本做法 1)先在要加固的软基上铺设水平排水砂(或矿碴、碎石碴等)垫层、塑料排水沟或排水垫层; 2)在水平排水砂垫层上按一定间距打设排水板(或砂井、袋装砂井等); 3)然后将不透气的薄膜铺盖在砂垫层上,并将膜埋入周边密封沟或墙内; 4)借助埋设在砂垫层中的管道,通过射流真空泵将膜下土体中的空气和水抽出,使
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 地基处理新技术 008 排水 固结 地基 处理 新技术
链接地址:https://www.31doc.com/p-3095140.html