塑料排水板的等效直径

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等效直径是塑料排水板的一个重要参数，用于反映其排水能力。由于排水板的截面通常为扁平状或带有沟槽结构，并非圆形，因此引入“等效直径”这一概念，将实际截面换算为具有相同水力特性的圆形断面直径，以便于工程计算和比较。等效直径的大小直接影响排水板的渗透性和排水效率，一般在30mm至60mm之间，具体数值根据产品型号和设计要求而定。

在工程应用中，塑料排水板通过插板机打入软土中，形成竖向排水通道，与砂垫层共同构成排水系统，从而加快地基固结速度。其施工方便、成本较低、排水效果显著，已成为现代软基处理中不可或缺的技术手段之一。

Abstract;Based onlaboratory model tests，it is considered to be suitable to select a conversion coefficient 0.85~ 0.9 to convert the band shaped prefabricated drains into sand wells with an equivalent diameter. Some issues existing in the study on the equivalent diameter of prefabricated drains are analyzed，and a definition for the equivalentdiameterofprefabricateddrainsisgiven.

在软土上建设工程，地基必须经过处理才能满足要求.塑料板排水法就是一个既经济又可靠的软土地基 加固方法.目前，均按照砂并地基的设计理论进行排水板地基的设计.设计时，将排水板换算为等效直径的圆 形砂井进行计算，该等效圆形砂井的直径称为塑料排水板的等效直径.可见，等效直径是排水板地基设计中 最基本的参数之一.通常，排水板等效直径d的换算式为

d=α(a+b)/2

其中：α为排水板等效直径的换算系数；a，b分别为排水板的宽度和厚度， 由于排水板和砂井这两种排水井在材质和形状等方面存在差异，加上渗流的空间性造成了它们在地基 固结特性中的不同.因此，在进行排水板加固软土地基设计时，合理地确定等效直径就至关重要.对此，国内 外的众多学者进行过大量的研究，所得到的换算系数α也各不相同.Hansbol认为，α=1.0；Fellenius等[2 通过现场试验，得出α=1.5~3.0（在粘土中)和α=2.5~4.0（在粉土中）；刘家豪等”根据天津新港现场固 结效果对比试验反算得到α=1.06；严驰等通过室内通水量对比试验，得到α=3；Jansen，Hoedt²认为，流 入排水板的水明显比流入圆形砂井的小，建议α=π/4；《地基处理手册》建议，排水板的打设深度在10m 左右时，取α=0.75.本文通过室内模型试验对排水板等效直径的换算系数取值及其研究方法进行了分析、 讨论。

高长胜，等：塑料排水板的等效直径

在经改装后的大型自动稳压压缩仪（试样桶的直径为50cm，高为75cm）上进行试验.试验的土料为苏 州优质块状高岭土，晒干粉碎后过0.75mm的筛，其主要物理力学性质、特性指标见表1.人工制备试验土样 的具体方法是，加人土料液限3倍的水（即土料自重的140%），充分搅拌浸泡使其排气饱和，将浸泡好的土 浆倒入内壁经处理后的压缩仪内，注意排出其间空气，全部土浆倒人试样筒后，静置24h，并让水从底部阀 门倒流，以排出可能掺有的空气，加上荷载板调整加荷设备进行分级加荷，每级的预压固结压力及预压时间 为：荷载板加荷1d、9kPa加荷3d和18kPa加荷7d.若使固结压力再增大，一方面需要更长的试验时间； 另一方面使土样的含水量变得较小.强度变大，不利于模型试验

表1 试验土料的物理力学性质指标 Tab.1Physical and mechanical index of the test s soil

试验采用了3种不同形状即一字形（YDM）、十字形(SDM)和圆形（ODM)排水板.一字形排水板尺寸为 2.65mm×56mm，以该种尺寸的排水板为基础制作表面积相同的十字形排水板，圆形排水板由表面积相同 的砂井代替，并用自制设备将它们插人到预压好的试验土样中心.在土样中的相同深度埋设微型孔隙压力 仪.孔隙压力测点的平面布置见图1

图1 试样中孔隙压力测点的平面布置示意图 Fig.1Layout of the observation points for pore pressure

为减轻插排水板等对土样的影响，试验时先预压36kPa荷载并使土样的沉降趋于稳定，然后再施加 72kPa荷载进行试验.由于3种不同形状排水井试验所用的土样是用相同土料制备，土样的直径与高度相 同，且饱和度和应力应变历史也相同，故能确保模型试验具有较好的重复性.根据模型试验的实际情况，没有 考虑井阻和涂抹作用的影响：模型试验中得到的沉降、孔隙压力消散及相应的固结度曲线见图2～图4.

图2试验沉降过程线 Fig.2 Settlementcurvesin the tests

图3试验固结度过程线 Tab.3Consolidation curves in the tests

1.3排水板等效直径计算

图4试验中各测点孔隙压力消散过程 in the tests

（1）由沉降过程线可见，在排水板表面积相同的情况下，圆形排水板地基的固结沉降速率最快，十字形 和一字形分列其后，说明排水板地基的固结效果不仅与排水板的表面积有关，还与排水板的形状有关 (2)由孔隙压力消散过程可见，固结开始时，排水板地基的孔隙压力消散的梯度较大，随着固结度的提 高，其消散梯度逐渐变缓，这与加压开始时排水板地基的沉降速率较快，其后沉降速率较慢是相一致的， (3)孔隙压力消散过程表明，一字形排水板的孔隙压力测点距中心距离相同而位置不同时，其孔隙压力并 不相等，但测点越远离中心，这种差异就越小.这说明完全沿用砂井固结理论分析排水板地基是不严密的 (4）根据试验结果计算出一字形排水板的等效直径换算系数α=0.85~0.90较为适宜，

为验证模型试验结果的可靠性，在利用南水弹塑性模型的基础上，应用Biot固结理论编制的有限元 程序对圆形排水板（ODM）模型进行有限元计算6.在72kPa试验荷载作用下，0DM模型的沉降、测点孔隙 压力的有限元计算值和模型中实测的过程线分别见图5.可见，两者的规律基本一致， 为了验证由模型试验结果分析得到的排水板等效直径的合理性，选取某地基工程"的现场实测数据进 行对比.在现场地基的同一土层中分别选取了双向渗透固结（竖向和径向）和仅有径向固结的监测结果进 行对比后表明，当地基双向渗透固结的固结度大于50%时，由Carrillo定理推求的径向固结度U.和仅有径向 固结产生的固结度U基本相等.由于按模型试验结果计算排水板等效直径时，选取的固结度均大于60%，因 此.计算是可靠的

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gtcc-093-2018标准下载图5ODM模型的沉降、孔隙压力有限元计算值和模型实测的过程线 Fig.5 Calculatedandmea asured curves of settlement and pore pressure in ODM

目前，研究排水板等效直径的方法主要有：①现场对比试验；②室内通水量对比试验；③室内模型试验； ④有限元分析法。 现场对比试验是最直接的研究方法，它能较好地反映排水板在地基中的实际情况，但应注意排水并并阻 和涂抹作用对试验结果的影响.其试验方法是选取土质条件相同的两个试验区，控制排水板和砂并的间距及 打设深度，观测并计算两区域的固结情况.由径向固结度公式6]

其中：T、=Ct/d，C为地基水平固结系数，t为地基固结时间，d.为排水井的影响直径；F（n）=F,+πG， k1

比n=d。/d，d为排水井直径，涂抹区影响范围比s=d。/d、，d。为排水井周围涂抹区直径，k，为地基水平渗 透系数，k，为地基扰动区渗透系数，k为井料渗透系数，H为排水板打设深度， 可见，若被加固地基的软土厚度不大，且又能有效地减小施工扰动，这时的井阻和涂抹作用对地基固结 的影响较小，得出的排水板等效直径就较为可靠；若软土厚度较大，且土的灵敏度又较高，井阻和涂抹作用就 较大.由于排水板和砂井的通水性状及通水量不同，它们在地基中产生的井阻作用也不同.此外，打设砂井的 导管尺寸比排水板的大，对土的扰动影响也较大，它们的涂抹作用也不同.在计算时，必须分别考虑它们的井 阻和涂抹作用的影响.否则，对于某一特定的排水板在不同地基中做试验，就会得出不同的等效直径，这显然 是不合理的 在进行室内通水量对比试验时，由于排水板的通水量一般较砂井大，往往会得出换算系数α>1的结 果.但室内通水量的测试结果仅反映排水井通水能力的大小，在工程应用中，应先考虑各种影响因素，计及一 个折减系数F。，由于排水板和砂并的材质及形状不同，折减系数F。也不同.若排水板的材质较差或过分弯 曲，造成在地基中的通水能力过低、土体中的水排出不畅，表明地基的并阻较大，势必降低了地基的固结速 率；反之，当排水板的通水能力高于某一值时，流入排水板内的水能顺利地排出，此时在地基固结中的并阻作 用就可忽略不计，再继续加大通水能力也未必能提高土体的固结速率.通水量大，只能说明排水板和砂并在 地基中的并阻作用不同，在井阻作用不同的前提下，研究排水板等效直径的大小显然是不合理的， 室内模型试验能有效地控制试验条件，以保证砂井地基和排水板地基处于相同的理想状态，若能合理地 控制试验中有关的影响因素，其所得的结果应较为合理， 三维有限元法能全面考虑排水板形状的不同对渗流场和边界条件的影响，较好地反映水在地基中的渗 透状况.但土体本构模型、施工扰动边界、扰动区内参数和并阻大小的确定等尚需进一步研究.若能合理地确 定计算模型和土的计算参数，则能取得较为合理的研究结果 以往研究工作中，对并阻和涂抹作用的影响考虑较少，以致出现了不同的研究结果，甚至出现在不同情 况下同一排水板有多个不同等效直径的错误结果.因此，合理规范排水板等效直径的概念，对于准确、清晰地