排水固结技术.ppt

排水固结技术,DrainConsolidation,地基处理新技术,NewTechnicalofSoilImprovement,,1概述,排水固结法能解决软粘土地基的沉降和稳定问题。可使地基的沉降在预压期间基本完成或大部分完成，保证建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，提高地基的承载力和稳定性。,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的。,,,排水系统,,加压系统,根据排水系统和加压系统的不同，排水固结法可分为堆载预压法、砂井包括袋装砂井、塑料排水板等堆载预压法、真空预压法、降低地下水位法和电渗法。,排水固结法的种类,堆载预压法和砂井堆载预压法唯一的区别在于前者的排水系统以天然地基土层本身为主；而后者在天然地基中还人为地增设了诸如砂井等排水系统。,1.1排水固结法的原理,加固软土层,竖向排水体,排水垫层,水平排水盲沟,堆载预压法就是用填上等外加荷载来增加总应力σ并使超静孔隙水压力u消散从而增加有效应力σ’的方法。降低地下水位和电渗排水法是总应力不变,减少孔隙水压力来增加有效应力σ’的方法。,排水固结法的原理,1.3排水固结法的应用范围,用于处理软粘土地基，是十分有效的方法。,按照使用目的可以解决两个问题,,沉降问题,,稳定问题,,,沉降问题settlementproblems,采用竖向排水固结与不采用竖向排水固结的实测沉降-时间曲线对比,采用竖向排水固结与不采用竖向排水固结的实测沉降-时间曲线对比,不排水-等载预压排水-超载预压排水的沉降曲线,稳定问题stabilizationproblems,地基间歇式加荷的应力路径,竖向排水提高边坡稳定性,系统组成排水系统,系统组成排水系统,材料,,,WickDrains,sand,gravel,,系统组成排水系统,,,VerticalWickDrains,,,,VerticalWickDrains,HorizontalDrains,水平排水体,,HorizontalDrains,水平排水体,系统组成加压系统,堆载,桥头高填土堆载预压,场地高填土堆载预压,临时填土堆载预压,,VacuumConsolidation,系统组成加压系统,真空预压,FLASH,预压法是以事先完成的沉降和由于固结使地基强度增长的两个要素为目标的，这种加固方法成立的背景，是以具有饱和粘性土地基由于固结而增加强度，以及所谓一旦地基固结沉降，即使卸掉荷载实际上也不恢复原来状态这两种条件而构成的。,2堆载预压法设计计算,2.1堆载预压的计算步骤,1.利用地基的天然抗剪强度计算第一级容许施加的荷载p1。对长条梯形填土，可根据Fellenius公式估算，即,,2.计算第一级荷载下地基强度增长值。,,,通常假设地基的固结度为70％，然后计算出强度增长量；η为考虑剪切蠕变的强度折减系数。,3.计算p1作用下达到所定固结度所需要的时间。,达到某一固结度所需时间可根据固结度与时间的关系求得。这一步计算的目的是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。,4.根据第2步所得到的地基强度τf1计算第二级所能施加的荷载p2，即,,同样求出在p2作用下地基因给度达70％时的强度以及所需时间，然后计算第三级所能施加的荷载。依次可计算出以后各级荷载和停歇时间，初步的加荷计划也就确定下来。,5.对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，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量。这一项计算的目的在于确定预压荷载卸除的时间，这时地基在预压荷载下所完成的沉降量已达设计要求，所剩留的沉降为建筑物所允许。,2.2超载预压,实际工程中还往往采用超载预压方法来消除主固结沉降，以缩短预压时间。预压期间任一时刻地基沉降量可表示为,,上式可用于1确定所需的超载压力值ps以保证在使用荷载pf作用下预期的总沉降量在给定的时间内完成；2确定在给定超载下达到预定沉降量所需要的时间。,为了消除永久性荷载下的固结沉降，只要将超载保持到时间tsR时刻，以使超载作用下，地基的固结沉降量等于永久荷载下的最终固结沉降，即ssR＝sf，为了消除超载卸除以后继续发生的主固结沉降，超载应维持到使上层中间部位的固结度Uz（fs）达到下式要求,,超载预压的标准,,该方法要求将超载保持到pf作用下所有点都完全固结为止，这时土层的大部分将处于超固结状态。因此，这是一个安全度较大的方法，它预估的ps值或超载时间都大于实际所需的值。,对于有机质粘土、泥炭上等，其次固结沉降是重要的，采用超载预压法对减小永久荷载下的次固结沉降有一定效果。,超载预压排水与动力置换相结合,3砂井排水固结设计计算,丹尼尔.莫兰（Daniel.E.Moran）最早（1925年）将垂直砂井用于土的深层加固，1926年获得专利。,SandDrains,,3.1砂井设计,砂井地基的设计工作即为选择适当的砂井长度、直径、间距、以及形成有效的砂井排水系统所需的材料、砂垫层厚度等，以随地基在批载预压过程中，在预期的时间内，达到所需要的固结度通常定为80％。,1．砂井直径和间距,常采用“细而密”原则。,一般砂井直径300400mm；间距68倍井径。,袋装砂井直径70120mm；间距1530倍井径。,2．砂井长度,根据现场各种因素定。（土层厚、有无透水层、压缩层厚度、承压水、稳定控制、沉降控制量等）一般1025米。,3．砂井排列,正三角形排列,正方形排列,,,,,,,排水路径,l,l,de,de,4.砂井的布置范围,大出基础轮廓线24m。,5.砂垫层,在砂井顶面应铺设排水砂垫层，以连接砂井，引出从上层排入砂井的渗流水。砂垫层的厚度一股为0.30.5m水下砂垫层厚度为1.0m左右。如砂料缺乏，可采用连通砂井的纵横砂沟代替整片砂垫层。,horizontaldrainsystemisinstalledtocollectwatersqueezedintothecrushedstoneblanket.jpg,Horizontaldrainsareinstalledinsandblankettocollectwatertobedischargedfromverticaldrains.jpg,Heavyclayisplacedatopverticalandhorizontaldrainsystemstosqueezewateroutofthebogandcompactthesoftsubsoils,3.3砂井地基固结度的计算,1．瞬时加荷条件下砂井地基固结度的计算,19401942年，巴伦（Barron）根据太沙基固结理论，提出砂井的设计计算方法。,固结微分方程,,根据卡里罗理论任意一点的孔隙水压力u有如下关系,,,用固结度表示为,,竖向固结度由太沙基一维理论计算。,径向固结度等应变条件下用下式,,,,,井径比,,总固结度（大于30时）,,,故,2．逐渐加荷条件下地基固结度的计算,目前常用的有太沙基修正法和曾国熙提出的改进的高木俊介法，理论上可以证明，能者是近似的，而后者是精确的。改进的高木俊介法通常将实际荷载简化为多级等速加荷，最常用的公式为；,3.4地基抗剪强度增长的预计,曾国熙1975，198l年提出,式中η为考虑剪切蠕变及其他因素对强度影响的折减系数。,4真空预压法,,,,,真空膜,,水气收集管道系统,水气收集管道系统,工作原理,处理效果数据,真空预压模型试验,真空预压处理现场鸟瞰,排水预压法的其他一些现场施工照片,a95feet29mlonghangingmastinstallswickdrainsunderwater,EQUAKEdrainsareinstalledforanewhotelinSt.Lucia,BritishWestIndies.Thedrainsweretestedbya5.4magnitudeearthquakeevenbeforethehotelwasfinished.jpg,