排水固結(jié)法原理作用

排水固結(jié)的原理是地基在荷載作用下，通過(guò)布置豎向排水井（砂井或塑料排水帶等），使土中的孔隙水被慢慢排出，孔隙比減小，地基發(fā)生固結(jié)變形，地基土的強(qiáng)度逐漸增長(zhǎng)。

排水固結(jié)法主要用于解決地基的沉降和穩(wěn)定問(wèn)題。為了加速固結(jié)，最有效的辦法就是在天然土層中增加排水途徑，縮短排水距離，設(shè)置豎向排水井（砂井或塑料排水帶），以加速地基的固結(jié)，縮短預(yù)壓工程的預(yù)壓期，使其在短時(shí)期內(nèi)達(dá)到較好的固結(jié)效果，使沉降提前完成；并加速地基土抗剪強(qiáng)度的增長(zhǎng)，使地基承載力提高的速率始終大于施工荷載增長(zhǎng)的速率，以保證地基的穩(wěn)定性。

排水固結(jié)法適用于處理飽和和軟弱土層，但對(duì)滲透性極低的泥炭土要慎重對(duì)待。

按照采用的各種排水技術(shù)措施的不同，排水固結(jié)法可分為以下幾種方法。

排水固結(jié)法堆載預(yù)壓法

在建筑場(chǎng)地臨時(shí)堆填土石等，對(duì)地基進(jìn)行加載預(yù)壓，使地基沉降能夠提前完成，并通過(guò)地基土固結(jié)提高地基承載力，然后卸去預(yù)壓荷載建造建筑物，以消除建筑物基礎(chǔ)的部分均勻沉降，這種方法就成為堆載預(yù)壓法。

一般情況是預(yù)壓荷載與建筑物荷載相等，但有時(shí)為了減少再次固結(jié)產(chǎn)生的障礙，預(yù)壓荷載也可大于建筑物荷載，一般預(yù)壓荷載的大小約為建筑物荷載的1.3倍，特殊情況則可根據(jù)工程具體要求來(lái)確定。

為了加速堆載預(yù)壓地基固結(jié)速度，常與砂井法同時(shí)使用，稱為砂井堆載預(yù)壓法。

沙井法適用于滲透性較差的軟弱粘性土，對(duì)于滲透性良好的砂土和粉土，無(wú)需用砂井排水固結(jié)處理地基；含水平夾砂或粉砂層的飽和軟土，水平向透水性良好，不用砂井處理地基也可獲得良好的固結(jié)效果。

排水固結(jié)法真空預(yù)壓法

真空預(yù)壓指的是砂井真空預(yù)壓。即在粘土層上鋪設(shè)砂墊層，然后用薄膜密封砂墊層，用真空泵對(duì)砂墊及砂井進(jìn)行抽氣，產(chǎn)生負(fù)壓，使地下水沿豎向排水路徑排出地表，加速地基排水固結(jié)。亦即真空預(yù)壓是在總壓力不變的條件下，使孔隙水壓力減小、有效應(yīng)力增加而使土體壓縮和強(qiáng)度增長(zhǎng)。

排水固結(jié)法降水預(yù)壓法

即用水泵抽出地基地下水來(lái)降低地下水位，減少孔隙水壓力，使有效應(yīng)力增大，促進(jìn)地基加固。

降水預(yù)壓法特別適用于飽和粉土及飽和細(xì)砂地基。

排水固結(jié)法電滲排水法

即通過(guò)電滲作用可逐漸排出土中水。在土中插入金屬電極并通以直流電，由于直流電場(chǎng)作用，土中的水從陽(yáng)極流向陰極，然后將水從陰極排除，而不讓水在陽(yáng)極附近補(bǔ)充，借助電滲作用可逐漸排除土中水。在工程上常利用它降低粘性土中的含水量或降低地下水位來(lái)提高地基承載力或邊坡的穩(wěn)定性。

降水預(yù)壓法和電滲排水法目前應(yīng)用還比較少。

排水固結(jié)法由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分共同組成。排水固結(jié)系統(tǒng)由豎向排水體和水平排水體構(gòu)成，主要作用是改變地基的排水邊界條件，縮短排水距離和增加孔隙水排出的途徑。當(dāng)軟土層靠近地表且較薄、或土的滲透性好且施工周期較長(zhǎng)時(shí)，可在地面鋪設(shè)一定厚度的砂墊層，不設(shè)豎向排水通道。土中的孔隙水在外荷載作用下排至砂墊層，從而產(chǎn)生固結(jié)。若軟土層較厚時(shí)，為加快排水固結(jié)，應(yīng)在地基中設(shè)置砂井等豎向排水體，與水平砂墊層一起構(gòu)成排水系統(tǒng)。加壓系統(tǒng)是指對(duì)地基施加的荷載布置。

排水系統(tǒng)與加壓系統(tǒng)總是聯(lián)合使用的。如果只設(shè)置排水系統(tǒng)，不施加固結(jié)壓力，土中的孔隙水沒(méi)有壓差，不會(huì)發(fā)生滲透固結(jié)，強(qiáng)度不會(huì)提高。如果只施加固結(jié)壓力，不設(shè)置排水體，孔隙水就很難排出來(lái)，地基土的固結(jié)沉降就需要較長(zhǎng)的時(shí)間。因此，要保證排水固結(jié)法的加固效果，從施工角度考慮，主要做好以下三個(gè)環(huán)節(jié)：鋪設(shè)水平墊層、設(shè)置豎向排水體和施加固結(jié)壓力。

排水固結(jié)法一般適用于飽和軟黏土、吹填土、松散粉土、新近沉積土、有機(jī)質(zhì)土及泥炭土地基。

1、砂墊層施工

砂墊層的功能就是在預(yù)壓施工中，從土體進(jìn)入墊層的滲透水快速排出，達(dá)到土層固結(jié)的作用。砂墊層質(zhì)量將對(duì)加固效果與預(yù)壓時(shí)間起到?jīng)Q定性的作用。選用級(jí)配相應(yīng)的中粗砂，作為砂墊層材料，可確保砂墊層具有良好的滲透性。在施工應(yīng)用中，應(yīng)確保其含泥量在5%以下，不能混入雜質(zhì)與有機(jī)質(zhì)。在確定砂墊層厚度時(shí)，應(yīng)及時(shí)排出土層內(nèi)的滲透水，一般控制在30厘米到50厘米之間，可以起到持力層的作用。

2、袋裝砂井施工

砂井（直徑30到50厘米）、袋裝砂井（7到12厘米）及塑料排水板是構(gòu)成豎向排水體的主要組成部分。因袋裝砂井具有較小的斷面，體積較小，施工方便及成本低等優(yōu)勢(shì)，在公路工程軟土路基處理中得到了廣泛地應(yīng)用。依據(jù)排水要求，應(yīng)確保袋裝砂井編織袋具有不錯(cuò)的透水性，避免漏失袋內(nèi)砂。在袋裝砂井材料選用中，應(yīng)確保袋子具有較高的抗拉強(qiáng)度，通常情況下，其縱向抗拉強(qiáng)度在18.KN/M的范圍內(nèi)，抗拉縱向延伸率必須控制在17.6%左右，確保其能夠?qū)Υ鼉?nèi)砂的重量與彎曲出現(xiàn)的拉力進(jìn)行最大限度地承受，同時(shí)具備良好的抗老化能力與抗腐蝕能力。現(xiàn)階段，應(yīng)用最多的就是聚丙烯編織袋。相比砂的滲透系數(shù)，這種袋子的滲透系數(shù)要高出一些。在袋裝砂井施工中，一般選用中、粗砂作為施工材料，這種材料具有較高滲水率，粒徑在0.5毫米以上的砂總量必須超過(guò)材料的一般，同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制其含泥量，一般在3%以下。其施工工藝如下所述：

（1）場(chǎng)地清理及放樣

在公路工程軟基排水固結(jié)技術(shù)施工中應(yīng)及時(shí)平整與清理施工場(chǎng)地。將地面積水在施工前期及時(shí)排出，同時(shí)應(yīng)進(jìn)行路面硬化處理，并確保工程便道的暢通性。在確定施工位置時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵循相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行，確保其偏差在2厘米以下。應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)量與記錄場(chǎng)地高程，并遵循圖紙要求利用全站儀進(jìn)行準(zhǔn)確放樣測(cè)量，同時(shí)施工人員必須定期進(jìn)行復(fù)核。在基底回填中，先沿坡腳線向外側(cè)筑草袋圍堰，臺(tái)階開(kāi)挖施工應(yīng)在陡于1:5的基面橫坡部分路段進(jìn)行，一般在1米到2米之間進(jìn)行臺(tái)階寬度的控制，臺(tái)階頂面在進(jìn)行反向橫坡設(shè)置時(shí)，應(yīng)確保其坡度為2%到4%之間。在清理與回填基底時(shí)，應(yīng)在基面進(jìn)行0.3%坡度的留設(shè)，這樣可以為基面或砂墊層排水提供方便

（2）砂井就位與壓管

完成基底作業(yè)后，可以進(jìn)行砂井機(jī)與套管就位。就位砂井機(jī)后，應(yīng)確保導(dǎo)軌、套管管身與地面呈垂直狀態(tài)，并與樁位對(duì)準(zhǔn)，垂直度誤差在1.5%的合理范圍內(nèi)進(jìn)行有效控制，并遵循相應(yīng)長(zhǎng)度在套管上將標(biāo)尺位置劃出，進(jìn)而達(dá)到砂井入土深度有效控制的目的。不能出現(xiàn)彎曲套管、內(nèi)壁不光滑、毛刺等現(xiàn)象，8厘米到10厘米作為管徑控制的合理范圍。完成砂井機(jī)就位工作后，應(yīng)及時(shí)將砂井機(jī)壓力裝置與激振器啟動(dòng)，慢慢將套管振動(dòng)壓入軟土內(nèi)，確保壓力的均勻性。壓管作業(yè)必須不間斷向下壓，不能出現(xiàn)起管在壓入等現(xiàn)象。當(dāng)壓管與風(fēng)化巖層接近時(shí)，要對(duì)套管下沉速度加以重視，如下沉速度逐漸變慢后，必須準(zhǔn)確計(jì)量套管入土的長(zhǎng)度，保證風(fēng)化巖層內(nèi)套管長(zhǎng)度在50厘米以上。

（3）填砂袋

利用入口滾輪砂袋快速平穩(wěn)地向套管口邊送入，同時(shí)將袋尾拉起，并通過(guò)激振器將套管提升，當(dāng)高度升至0.5米時(shí)，將砂袋放開(kāi)，向孔底進(jìn)行放置。在套管內(nèi)放置砂袋時(shí)，應(yīng)避免砂袋扭結(jié)、縮頸等情況的出現(xiàn)。拔管施工中應(yīng)確保砂袋不被帶出或砂袋不出現(xiàn)破損情況。當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題后，應(yīng)對(duì)其原因進(jìn)行認(rèn)真分析，必須及時(shí)清理拔管帶出的土，已經(jīng)形成的砂漿口必須確保其能夠與砂墊層相互貫通，施工過(guò)程中要真實(shí)記錄每根砂井的灌砂量。

3、預(yù)壓系統(tǒng)施工

預(yù)壓荷載是排水固結(jié)法的重要組成部分，它促使顆粒間自由水排出的動(dòng)力。預(yù)壓的實(shí)施，主要體現(xiàn)在分級(jí)加荷，每級(jí)加荷的穩(wěn)定性依賴于前一級(jí)預(yù)壓后強(qiáng)度的提高。為加速地基固結(jié)，堆載預(yù)壓與沙礫墊層及袋裝砂井相結(jié)合對(duì)基底進(jìn)行處理。為保證施工的安全與進(jìn)度，設(shè)置觀測(cè)斷面，觀測(cè)沉降和位移，以指導(dǎo)施工。每個(gè)觀測(cè)電面設(shè)置5個(gè)觀測(cè)點(diǎn)和兩個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)。路基填筑前，按設(shè)計(jì)要求對(duì)清理好的地表上于路中心、左右路肩安裝沉降板；同時(shí)在路堤坡腳外1米埋設(shè)位移觀測(cè)樁。預(yù)壓期內(nèi)，應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行沉降觀測(cè)。路堤沉降變形達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期值后才能鋪筑路面，并將超出路床以上多余土卸載，將路堤整修到路床面標(biāo)高和滿足壓實(shí)要求 。2100433B