2018岩土工程师考试专业辅导_地基处理讲义：排水固结法原理与应用

2018岩土工程师考试专业辅导_地基处理讲义：排水固结法原理与应用

　　原理与应用

　　排水固结法是软土地基工程实践中，应用排水固结原理发展起来的一种地基处理方法。

　　人们早已熟知：在软土地基上建筑堤坝，如果采用快速加载填筑，填筑不高，地基就会出现剪切破坏而滑动;如果在同等的条件下，采用缓慢逐渐加载填筑，填筑至上述同等堤高时，却未出现地基破坏的现象，而且还可继续筑高，直至填筑到预期高度。为什么呢?因为慢速加载筑堤，地基土有充裕的时间排水固结，土层的强度逐渐增长，如果加荷速率控制得当，始终保持地基强度的增长大于荷载增大的要求，地基就不会出现剪切破坏。这是我国沿海地区劳动人民运用排水固结原理筑堤的一项成功经验。随着近代工程应用的发展，逐步发展了一系列的排水固结处理软土地基的技术与方法，广泛应用于水利、交通及建筑工程。

　　图5-3排水固结压缩与强度变化图

　　(1)应用于提高建筑物软土地基的承载力与稳定性，见图5-4所示，一般是利用堆载或自重荷我作为预压荷载，并在地基中增设竖向排水体 (砂井等)，通过分级逐渐加载的方法，使地基在前一级荷载作用下排水固结，地基的强度或承载力增长后，再施加下一级荷载，逐步达到满足设计荷载为止。

　　(2)应用于消除或减少建筑基础 (底)的沉降，例如减少建筑物基础的沉降或消除高速公路路堤的工后沉降等，见图5-5所示。可以在拟建建筑物的场地上，先施加预压荷载，使地基土层充分排水固结压密，然后卸去预压荷载，再建造建筑物或铺设路面等。这样经过预压后再加载，建筑物的沉降就明显减少了。

　　欲要使上述应用取得良好的排水固结效果，它与两个基本条件有关：①必要的预压荷载;②必要的排水条件和足够的排水固结时间。预压荷载过小，排水固结产生的压缩且和强度的增长量也很小，这就难以满足设计的要求。地基土层的固结度是随距排水边界的距离平方成反比的，土层越厚距离排水边界越大，固结效果越差，或者达到二定固结度所需的时间越长。若地基软土层较厚;距排水边界较远，这就难以在一定的时间内达到设计对地基固结度的要求。因此，排水固结预压法必须设法施加必要的预压荷载和改善地基的排水边界条件。 5-4提高地基承载力与稳定性预压示意图

　　(a)分级加坡与强度坞长和安全度变化关系; (b)堤坝分期权筑预压;

　　(c)油罐分期充水预压

　　设置竖向排水体的原理如图5-6所示。图(a)为双面排水条件的淤泥质土层，当厚度为20m，固结系数时，由一维固结理论得知，预压 (一次瞬时施加)达到固结度80%时，所需的固结时间约为10年;若土层厚度为15m，在同样条件下达到同样的固结度，所需的固结时间约为5年;若土层厚度为4m，则所需的固结时间只要约4个月。可见，土层的厚度变小，渗径缩短，就可显著缩短固结的时间。反之，地基固结土层比较厚，渗径较长时，可设法改善排水条件，缩短渗径，加速地基的固结。增设竖向排水体，如砂井，

　　就是缩短渗径的一种有效的技术措施，为此在地基中，按固结所需的渗径距离，均匀布置，利用机械，垂直打入一定深度的井孔，内灌以透水性良好的砂，形成排水砂井。砂井的作用就是在地基申增加排水通道，缩短渗径，加速地基的固结、强度的增长和沉降的发展。工程

　　图5-6竖向排水体的原理

　　(a)竖向排水;(b)砂井地基排水情况

　　图5-7杜湖水库砂井地基剖面图

　　实践证明，利用砂井加固软土地基的效果是显著的。

　　排水固结预压法主要适用于处理淤泥、淤泥质土及其他饱和软土。对于粉土、砂类土，

　　图5-8 实测的十字板强度

　　因透水性良好无需用此法处理。对于含水平夹砂层的粘性土层，具有良好的横向排水性能，所以，不用竖向排水体 (砂井)，也能获得良好的固结效果。对于泥炭土及透水性很小的流塑状饱和超软弱土，在很小的荷载下就产生较大的剪切蠕变或次固结，而砂井排水仅对主固结有效，所以，对这类土采用排水固结预压法的效果较差。Bjierrum认为：在荷载作用下，地基土层的主固结沉降占总沉降的60%以上，砂井的排水固结才能获得良好的效果，反之，则效果不良。

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