在軟土地基處理中，為了減少地基完工後沉降和提高地基承載力，常使用排水固結法，即通過預壓使軟粘土地基中空隙水排出，在預壓荷載下土體發生固結。砂井地基設計方法就是其中一種排水固結方法。砂井地基總的平均固結度是由豎向排水和徑向排水所引起的地基所產生的平均沉降量。
基本介紹
- 中文名：砂井地基平均固結度
- 外文名：average degree of consolidation of sand-drained ground
- 學科：土力學
- 原因：豎向排水和徑向排水
- 目的：提高地基承載力
- 套用：軟土地基處理
簡介,砂井地基固結,單層完全打穿砂井地基,未完全打穿砂井地基,影響因素,砂井的直徑和間距,砂井的長度,砂井的布置和範圍,砂墊層,
簡介
固結度是指地基內任一點某時刻所消散的超靜孔隙水壓力 與起始超靜孔隙水壓力之比，或有效應力與總應力 之比。通常，對實際工程更有用的是地基整個土層 的平均固結度，其定義為地基某時刻的固結沉降與 最終固結沉降之比，或地基中的有效應力面積與總應力面積之比。
砂井地基排水固結預壓加固軟土地基處理方法，自1934年使用以來，己有70年的歷史。砂井已從過去的砂井、袋裝砂井、紙板等發展到現較常用的塑膠排水板。載入方式也由單一堆載，變化到抽真空以及真空堆載聯合預壓。砂井地基的固結較為複雜，嚴格地講，其滲流和固結均具是三維的。砂井地基的固結問題可簡化為徑向固結和豎向固結的簡單組合。砂井地基平均固結度是指地基在豎向排水和徑向排水所引起地基的平均沉降。可由以下公式計算：
砂井地基固結
砂井地基的固結研究：已經從理想井發展到非理想井；從均質地基，發展到成層地基；從砂井打穿情況到砂井未打穿情況；從單井到群井；從解析解，發展到解析解，半解析解和數值解多種計算方法並存；從靜壓固結到動力固結；從瞬時載入到變荷載：從單純研究孔壓，發展到研究孔壓、變形禍合和強度增長：從線彈性本構關係發展到可以考慮土體塑性，粘滯性以及結構性的複雜本構關係；從由實驗室獲取土體物理力學參數的正演方法到通過原位數據推求參數的反演方法。由於砂井在平面上一般按規則的等邊三角形或正方形布置，每個單井有各自作用域，因此,可以根據面積相等原則,取一單井按軸對稱問題進行分析,以代替整個砂井地基。對粘土層在平面上分布比較均勻的大面積砂井地基，這一假定引起的誤差較小。一般解析解均是基於單井固結理論基礎上提出來的。
單層完全打穿砂井地基
為了研究問題的方便，Barron將砂井地基變形分成自由應變和等垂直應變兩種理想情況，這一概念一直被沿用。所謂自由應變,指地基內各點變形完全自由，地面均布荷載不因地面出現差異沉降而重新分布；所謂等垂直應變，是指地面不出現差異沉降，但地面荷載因土的拱作用可能不再均勻分布。僅考慮徑向滲流和垂直向變形，不考慮井阻，Barron導出了兩種應變條件下，不考慮塗抹區時和假定塗抹區不可壓縮時的固結解答。另外，Barron還給出了考慮井阻時等應變條件下的固結解答,但該解答是近似的，因為Barron在求解過程中對徑向平均孔壓沿深度方向的分布作了近似假定,但其假定並不完全滿足控制。
未完全打穿砂井地基
利用砂井結合預壓加固軟土地基,如在高空有廠房房頂或高壓電線分布，砂井打設機械高度受到限制，致使砂井未能達到設計深度；另外，一些地區軟土層較為深厚，砂井也並未貫穿軟土層。實際工程中，砂井未能貫穿軟土層的情況時有發生。由於該問題的複雜性，一般僅用砂井完全貫穿單一軟土層的固結理論進行設計，也有一些學者提出了簡單的近似方法。
影響因素
砂井的直徑和間距
砂井的直徑和間距以保證順利排水和途徑最短為宜，主要取決於土的固結特性和施工期的要求。根據固結理論和工程實踐可知，縮短砂井間距比增大砂井直徑對加速固結的效果要好，即井徑與其間距的關係是“細而密”比“粗而稀”為佳。但也不是越細越密固結效果越好，太細不能保證灌砂的密實和連續，太密則對周圍土擾動較大而降低土的強度和滲透性，反而影響加固效果。所以，常用的普通砂井直徑可取300～500mm，袋裝砂井直徑可取70～120mm，塑膠排水板已標準化，一般相當於直徑60～70mm。井距則按一定範圍的井徑比（砂井有效排水範圍等效直徑de與砂井直徑dw之比）選取，工程上普通砂井的間距可按n=6～8選用，袋裝砂井和塑膠排水板的間距可按n=15～22選用。應當指出，砂石樁中的砂樁與排水砂井均是以砂為填料的樁體，但兩者的作用是不同的。砂樁的主要作用是擠密土層，故樁徑宜較大；而砂井的主要作用是排水固結，故井徑相對較小。
砂井的長度
砂井的長度應根據建築物對地基的穩定性、變形要求和工期確定。當壓縮土層不厚、底部有透水層時，砂井應儘可能貫穿壓縮土層；當壓縮土層較厚，但間有砂層或砂透鏡體時，砂井應儘可能打至砂層或透鏡體；當壓縮土層很厚，其中又無透水層時，可按地基的穩定性及建築物變形要求處理的深度來決定。按穩定性控制的工程，如路堤、土壩、岸坡、堆料場等，砂井深度應通過穩定分析確定，砂井長度應超過最危險滑動面的深2.0m。從沉降考慮，砂井長度宜穿透主要的壓縮土層。
砂井的布置和範圍
砂井常按梅花形和正方形布置。假設每個砂井的有效影響面積為圓面積，如砂井間距為l，則等效圓（有效排水範圍）的直徑de與l的關係為：梅花形時，de=1.05l；正方形時，de=1.13l。由於梅花形排列較正方形緊湊和有效，套用較多。砂井的布置範圍可由基礎輪廓線向外擴大2～4m。
砂墊層
在砂井頂面應鋪設排水砂墊層，以連通各個砂井形成通暢的排水面，將水排到場地外。砂墊層厚度不應小於0.5m；水下施工時，砂墊層厚度一般為1.0m左右。為節省砂料，也可採用連通砂井的縱橫砂溝代替整片砂墊層，砂溝的高度一般為0.5～1.0m，砂溝寬度取砂井直徑的2倍。
