8 排水固结法
8.1 概述 8.2 加固原理 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
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8.1 概述
排水固结法（Consolidation）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，或是在建筑物建造以前，在场地先行加 载预压，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。
等边三角形 正方形
2、间距l ——可按井径比n选用。
n＝de/dw 塑料排水带或袋装砂井n＝15～22；
普通砂井n＝6～8 20
井阻和涂抹作用
在实际砂井施工中，由于沉管对周围土体的扰动和重 塑作用，在砂井周围形成了一个“涂抹区”，使该区 内土渗透性降低，压缩性增大。
在土中水向砂井渗流过程中，砂料对渗流产生的阻力 也会影响土层的固结速率。井阻和涂抹作用对固结速 率的影响有时十分显著。比如宁波机场袋装砂井场地， 在堆载205天后，考虑井阻与涂抹作用影响的地基实际 平均固结度仅为按理想砂井地基计算的固结度0.81倍。
z —预压荷载引起的地基附加竖向应力；
U
t
c
u
—地基土平均固结度； —由固结不排水剪切试验得到的内摩擦角。
8.3.3 砂井固结度的计算 — 地基平均固结度 U t 计算是砂井地基设计中的一个重要内
容，通过固结度计算可以推出地基强度的增长，确定适应 地基强度增长的加荷计划。固结度与砂井布置、排水边界 条件、固结时间以及地基固结系数有关。
—
—
U rz 1 (1U r )(1U z )
—总固结度
—
将均式固（结度8-1U7—）rz 和为（：8U-18rz）带1入上 式 e后，t 则得 U rz≥30%的砂井平
8
2
8 ch F d22
2cv
4H 2
Tv
cvzt H2
Th
cht
d
2 e
n re de rw dw
—井径比
17
求砂井的井径比n
u t
cvr
u r
1 rΒιβλιοθήκη 2u r 2其中cvz
kz (1 e0 )
wa
cvr
kr (1 e0 )
wa
15
u
2u
t u t
cvz z2
u
cvr
r
1 r
—
2u UZ
r 2
1
8
2
exp( 2Tv
/ 4)
（8-17）
—
（8-18）
（8-19）
（8-20）
16
求总固结度
—
U
rz
，得到
—
21
瞬时加荷条件下砂井地基固结度计算（考虑涂抹和井阻影响）
qw
kw
d
2 w
4
22
2、逐渐加荷条件下地基固结度计算
砂井固结度的计算分为2种理论：一、瞬时加荷条件 下砂井地基固结度的计算；二、逐渐加荷条件下地基 固结度的计算。
1、瞬间加荷条件下砂井地基固结度计算（P104） 三维渗流固结问题
u t
cv
u r
1 r
2u r 2
2u z 2
可以分解成两个方向的固结问题叠加（ Carrillo ）
u t
cvz
2u z 2
2、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。
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。
固结沉降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。
次固结沉降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。对于一般粘性土 ，数值不大，但如果是塑性指数较大时，正常固结的 软粘土，尤其是有机土，次固结沉降就不能忽略。
8.3设计计算
• 1、排水系统：确定竖向排水体断面尺寸、间距、 排列方式和深度；
• 2、加载系统设计：预压荷载大小、荷载分级、加 载速率和预压时间；
• 3、地基变形计算
• 4、地基承载力验算
• 5、检测系统设计：监测内容、监测方法、监测点 布置、监测标准。
8.3.1沉降计算 1、建筑物使用期间的沉降计算 对于预压荷载与建筑物自身荷载分离的工程，建
在忽略次固结沉降的情况下，规范规定预压固结法
地基最终沉降采用经验公式：
s
s
n i 1
e0i e1i 1 e0i
hi
— s经验系数。正常固结饱和粘性土1.1~1.4。
e0i -第i层土中自重应力与附加应力之和对应的
孔隙比，由固结试验e-p曲线查得。
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3、预压期沉降量计算
预压期间的沉降量可按照预压期固结度采用下式进
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 总和法计算，但其中的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。
对于预压荷载即建筑物的自重的情况，预压处理 后荷载并不移除，此时，建筑物在使用期的沉降量s 为总沉降量 减s去预压期T内沉降量sT。
砂井 dw
dw
de 1.05l 等边三角形 de
de 1.13l 正方形
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一、选择砂井或塑料排水带，确定其断面尺寸、 间距、排列方式和深度；
1、dw：（原则上越密越好） 普通砂井 300～500mm；
袋装砂井 70～120mm。
塑料排水带
2(b ) dw
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de 1.05l de 1.13l
行计算：
_
sT U s s
—U_s地基平均固结度。
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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：
f
1 K
5•
cu
1
0.2
B A
1
0.2
D B
D
K —安全系数；
D—基础埋置身度（m）；
A、B—分别是基础的长边和短边（m）；
—基础标高以上土的重度（KN/m3）；
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排水系统
排水加固法
加压系统
竖向
横向
堆载法 降低地下水位法 真空法 电渗法 联合法
适用于饱和软粘土：淤泥及淤泥质土、冲填土、填 海（湖）造田。－－含水量、压缩性高，强度、 渗透性低。
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8.2 加固机理
图8-1
图8-1
8.2.1堆载预压法原理 8.2.2真空预压法原理 8.2.3降低地下水位法 8.2.4电渗法原理
cu —处理后地基土不排水抗剪强度（kPa）。
对于饱和软粘性土也可采用下式估算：
f 5.14cu D
K
对长条形填土，可根据Fellenius公式估算：
f 5.52cu K
排水预压处理后地基土的不排水抗剪强度Cu可采
用下式估算：
_
cu cu0 Z •Ut tancu
ccuu
—t时刻该点土的抗剪强度； 0—地基土的天然抗剪强度；