软弱地基排水固结工艺简析（一）
原创
成永刚
悠游2019
悠游2019
WXCYG20190220
博士，教高，注册岩土工程师，中国岩石力学与工程学会地基与工程结构分会副理事长和滑坡与工程边坡分会理事，深部国重实验室顾问委员，中国土木工程学会非饱和土与特殊土常务委员和交通岩土工程委员，国际工程地质协会会员，中国国家公路建设项目评标专家。
发表于
软弱地基在我国分布极为广泛，无论是沿海地区海相、三角洲相，还是内陆地区的沟谷相、沼泽相等地层，由于含水量大、压缩性高、强度低而无法满足工程需要时，均须进行必要的地基处治。其中，排水固结法是软弱地基处治中的一种重要方法而应用广泛。
排水固结法是在软弱地层中设置排水通道，利用外界荷载使土体中的孔隙水排出，土体逐渐压密固结而发生沉降，同时强度逐渐提高的工艺。该方法主要解决软弱地基的两方面的问题，即加载预压期间的主固结沉降和部分次固结沉降问题，以及地层抗剪强度和地基承载力提高后的地基稳定性问题。其设计
主要依据
永久构筑物
荷载大小
、软弱地
基
性质和工期
等密切相关。
排水固结法主要由两部分组成，即
排水系统和
加压系统。
增加土体排水通道，减小排水距离，促使土体中超静水压力快速消散，从而加速土体的固结速率。排水方式主要包括水平排水垫层，以及竖向排水井的竖向袋装砂井、塑料排水板等主要措施。
通常情况下软弱地基较薄或渗透性较好和工期较长时，可仅在地面铺设一定厚度的排水垫
层。其中，垫层需采用级配良好的砂石材料，其厚度多采用40~50cm。有时为了提高排水效果减小水阻力，可在垫层内设置透水管等排水管道。
图1 水平垫层
软弱地基厚度较大或渗透性较差或工期压力较大时，就需在地层中设置竖向排水通道。
依据固结理论，软弱地基的固结时间和排水距离的平方成正比，并且一般情况下土层的水平固结系数要明显大于竖向固结系数。
因此，在深度较大的软弱地基中设置竖向排水通道可大幅减小土体的固结时间。
竖向排水井工程广泛应用于饱和粘土、粉土等以主固结沉降为主的无机质地层，但对于次固结占比很大的泥炭土等有机质含量很高的地层中，竖向排水井的效果是有限的，而需要结合预压法进行处治。
图2 塑料排水板施工
1）竖向排水井的直径和间距对
软弱地基固结速度具有直接的影响。而从理论与实践看，减小竖向排水井的间距要明显优于井径的增加，这就是工程中竖向排水井细而密的设置原因。其中对于我国最为常用的7cm直径袋装砂井的间距多在1.0~1.5m之间选择，对于塑料排水板通过当量换算后参照袋装砂井选用。
2）为提高构筑物下部软弱地基的固结能力和稳定性，竖向排水井平面布置时应大于构筑物外围一定的宽度为宜。
3）竖向排水井有正方形和等边三角形两种布置形式。其中，由于等边三角形布置的等效排水效果相对紧凑，故工程中应用相对更为广泛。
关于竖向排水井的深度设置，主要依据软弱地基的分布特征、构筑物作用下的地基附加应力大小、沉降和稳定性与工期等因素密切相关。即：
1）
地层中具有连续分布的粉砂层时可不设置竖向排水工程。
2）地层中存在透水性好的透镜体时，设置的竖向排水井需打至或穿过该透水层。
3）软弱地基厚度较小时，排水井应打穿为宜；软弱地基厚度大且无透水层时，应依据构筑物的重要性决定排水井的设置深度。
其中：
对于沉降控制的工程，软弱地基的厚度小于20m时，可打穿整个软弱基而减小预压时间或荷载。软弱地基的厚度大于20m时，可依据构筑物的附加应力与自重应力比确定。当然，竖向排水井深度过大时由于长径比过大导致袋装砂井、塑料排水板由于井阻的影响造成地层的径向排水固结度随深度减小。因此，竖向排水井的深度也不宜过大。
对于稳定性控制的工程，竖向排水井的深度应超过稳定系数最小的滑面一定深度。
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