稳定问题 (stabilization problems)
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
Wick Drains sand
gravel
系统组成——排水系统 Vertical Wick Drains
Vertical Wick Drains
地基处理新技术 New Technical of Soil Improvement
排水固结技术
Drain Consolidation
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。
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10~25米。
3．砂井排列
正三角形排列
正方形排列
排水路径
l
de
de
l
4. 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0.3~0.5m(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。
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
p2
5.52
K
f1
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
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。
加压系统
排水系统
排水固结法的种类
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。
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。
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。
Sand Drains
3.1 砂井设计
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 (settlement problems)
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
水平排水体
Horizontal Drains
水平排水体
Horizontal Drains
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
系统组成——加压系统
真空预压
Vacuum Consolidation
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。
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（f+s）达到下式要求：
U z( f s)
pf pf
ps
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。
1.1 排水固结法的原理
排水垫层
水平排水盲沟
竖向排水体
加固软土 层
排水固结法的原理
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。
1.3 排水固结法的应用范围
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：
p1
5.52
K
f
2. 计算第一级荷载下地基强度增长值。
f 1 ( f f )
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。
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：
st sd Ut sc ss
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。
超载预压的标准
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：300~400mm；间距：6~8倍井径。 袋装砂井直径：70~120mm；间距：15~30倍井径。