控制工后沉降地基處理技術的發(fā)展(趙維炳)

1、控制工后沉降地基處理技術的發(fā)展,趙維炳,南京水利科學研究院,水　利　部交　通　部電力工業(yè)部,NHRI,報告內容,控制工后沉降新一代地基處理技術的發(fā)展軟土特性和豎井固結理論研究超軟路基排水預壓固結法試驗研究CFG樁復合地基加固高速公路深厚軟基技術研究排水固結加固軟基新型排水材料應用研究預制預應力管樁復合地基加固深厚軟基技術研究砼芯砂石樁復合地基加固深厚軟基技術研究SMW工法的設計理論與計算方法研究,NHRI,第一部分

2、 控制工后沉降 新一代地基處理技術的發(fā)展,1.1 前 言 1.2 工后沉降的概念及分類 1.3 按控制工后沉降進行設計及帶來的影響 1.4 排水固結加固按控制工后沉降設計 1.5 柔性樁復合地基加固按控制工后沉降設計存在的問題1.6 結 語,NHRI,1.1 前言,工程實踐中，人們認識到建筑工程僅僅保證穩(wěn)定性和安全還不夠，對變形的要求不斷提高； 按照穩(wěn)定性要求進行工程設計時

3、設計位移也遠小于地基達到極限平衡狀態(tài)對應的極限位移，有時地基的允許承載力直接根據(jù)允許位移來確定； 因此，工程實踐提出了設計以位移（多數(shù)情況下是工后位移）作為控制目標的新要求，它隱含了穩(wěn)定性的要求。 雖然目前已有控制工后沉降和沉降速率的設計標準，但實際設計中執(zhí)行不嚴且計算粗糙，誤差較大，亟待解決的問題很多。,NHRI,1.2 工后沉降的概念及分類,工后沉降指建筑物竣工至大修或報廢止一段時間內發(fā)生的沉降。它直接關

4、系到建筑物的使用效果和安全，而再以后和施工期的沉降并不對上部結構產生危害，因此工程設計以工后沉降作為控制目標是合理的。 工后沉降Sh按其產生的原因可劃分為加固體工后主固結壓縮量Sgh，下臥層工后主固結壓縮量Sxh、加固體和下臥層工后次固結壓縮量Sch三部分，即：,而每一部分工后壓縮量又可寫成對應的總壓縮量S*與變形比增量V*=V*x-V*j之乘積。*表示以上三部分中的一種，x表示大修或報廢時，j表示竣工時。因此

5、工后沉降又可表示為：,NHRI,1.3 按控制工后沉降進行設計 帶來的影響,控制工后沉降進行設計將帶來許多重要的變化，主要包括： 設計方法的變化。 變形和固結計算方法的進步。 計算范圍擴大。 處理深度加大。 加固新型施工機械和施工工藝的發(fā)展。 測試技術和工程質量檢驗技術的發(fā)展。,NHRI,1.4 排水固結加固 按控制工后沉降設計,為便于對問題有清晰的認識，先討論兩個實例。 例1 京珠高速公

6、路廣珠東線堆載預壓試驗段軟土厚度40m以上，長 353.43m，地基分層見下表，設計路堤高度為3.85m，實際填土高度5.18m(超載1.33m)。袋裝砂井梅花形布置，間距1.5m，直徑7.0cm，長度15.0m，砂墊層厚度70cm，內鋪兩層土工布。,堆載預壓試驗路段地基分層情況,NHRI,計算最終沉降量,施工期18個月結束時,竣工15年后,推論：①下臥層和次固結工后壓縮量是造成工后沉降過大的主要原因；②在軟土地基深厚的情況下

7、，地面下15m軟土層的壓縮量在地基最終總沉降中是主要的。,NHRI,例2 北京~珠海高速公路廣珠東線軟基真空聯(lián)合堆載預壓試驗路 段長255m，地基分層見表4-2，設計路堤填筑高度在4.8m。實際真空壓力80kPa，填土5.0m。砂墊層厚70cm，袋裝砂井梅花形布置，間距1.5m，直徑7.0cm，長度20.0m。,真空聯(lián)合堆載預壓試驗路段地基分層情況,NHRI,施工期12個月結束時,竣工15年后,,真空預壓除可縮短工期外，還能有

8、效減小下臥層工后主固結沉降和次固結沉降。,NHRI,控制工后沉降設計排水固結可按以下步驟進行：①用分層總和法計算各土層最終壓縮量。②初定加固深度和間距等，分別用巴隆公式和太沙基公式等，計算施工期和大修期加固深度內和下臥層固結度；按次固結理論計算次固結變形比。③計算地基工后沉降。④校核工后沉降是否在規(guī)定的值以內，超出時加大加固深度重新設計。⑤驗算地基的穩(wěn)定性。,NHRI,1.5 柔性樁復合地基加固 按控制工后沉降設計存

9、在的問題,對于柔性樁復合地基，按控制工后沉降設計的方法與排水固結方法中類似，但以下問題亟待研究解決： ①對加固體研究的重點應轉移。 過去：加固體（如水泥土）的力學等方面的性質及加固體壓縮量的計算； 按控制工后沉降設計：重點研究解決地面荷載隨深度的應力擴散和加固體 底部的附加應力計算問題。只有解決了這個問題后，才能解決下臥層壓縮量的計算問題。,②加固體與下臥層的固結度計算理論和方法。③必須開發(fā)和應用加固深度

10、能達到25m左右的新的復合地基處理方法。,NHRI,1.6 結 論,通過以上討論，我們可以得到以下結論： (1)地基處理以控制工后沉降為目標是發(fā)展的必然，一些新的地基處理技術將得到開發(fā)應用，真空聯(lián)合堆載法和CFG樁復合地基法等現(xiàn)有方法也將因其在工后沉降小等特點而得到廣泛應用。 （2）地基處理以控制工后沉降為目標將帶來科研、設計、施工及監(jiān)測等方面許多重要變化。 (3))對深厚軟土地基，下臥層主固結和整個地基次

11、固結工后壓縮量在地基工后沉降中占很大比例。應加強對下臥層主固結和整個地基次固結的最終壓縮量及變形比隨時間變化的計算理論和方法的研究。 (4)為保證地基穩(wěn)定性和控制總沉降，目前對軟土地基進行處理時加固深度一般定為10~15m，在軟土較厚情況下加固深度不夠，導致下臥層工后壓縮量和地基工后沉降過大，因此加固深度必須加大。,NHRI,第二部分軟土特性和豎井固結理論研究,真空壓力卸載軟土地基變形規(guī)律考慮軟土卸載再加載特性、流變性等

12、改進軟土本構模型豎井未打穿、粘彈性、成層地基固結理論非線性流變結構性軟粘土彈塑性固結理論,NHRI,2.1 真空壓力卸載軟土地基變形規(guī)律,研究目的：軟土在球應力卸載情況下變形的影響因素、變形規(guī)律和變形計算模式，改進軟土本構關系模型和沉降計算理論。,⑴真空壓力卸載的物理本質－土體有效球應力卸載,⑵卸載變形計算的基本理論,土體復雜性,三相散粒體；剪脹性；壓硬性；,NHRI,球應力卸載應力－應變,,結　 論,NHRI,⑶現(xiàn)有真空卸載回彈

13、模量的計算方法,NHRI,結　論,NHRI,⑷軟土真空卸載變形規(guī)律的試驗研究,試驗類型,,常規(guī)單向壓縮試驗,等向壓縮試驗,不同應力路徑、應力狀態(tài)的壓縮回彈試驗,NHRI,常規(guī)單向壓縮試驗結果,,NHRI,等向壓縮試驗結果,,NHRI,典型試驗曲線,NHRI,不同應力路徑應力狀態(tài)壓縮回彈試驗,a. 試驗儀器南京水科院土工所　CKC三軸儀,NHRI,b. 考慮土體不等向性的等向壓縮和膨脹試驗　　　　?。M天然地基的K0應力狀態(tài),

14、NHRI,在球形壓力卸除時有明顯的體積回彈，但軸向應變減小卻很??；　　如果只按線彈性理論來計算真空卸除的沉降回彈量是偏大的。,,NHRI,c. 考慮不等向性的等向壓縮和不同剪應力水平條件下的 等向膨脹試驗　　?。M真空和真空聯(lián)合堆載預壓加固軟基時的真空卸載,在球形壓力卸載段，體積應變減小的同時軸向應變反而繼續(xù)增大，驗證工程現(xiàn)象，即在卸除真空壓力時地面沉降繼續(xù)發(fā)展?！　≌婵招遁d過程中，隨著卸載時剪應力水平的提高，地面沉降將

15、繼續(xù)增大，而這種現(xiàn)象只可能在真空聯(lián)合堆載預壓中出現(xiàn)。,NHRI,NHRI,試驗研究綜合結論,NHRI,2.2 考慮軟土卸載再加載特性、流變性等改進　　　　軟土本構模型,1.建立卸載階段的應力－應變關系；2.建立再加載階段的應力－應變關系；3.考慮土體流變性；4.考慮土體損傷；,,建立改進的軟土本構模型及有限元計算方法,NHRI,⑴建立豎井未打穿軟土地基下臥層的近似計算方法?！、茖F(xiàn)有豎井地基固結理論推廣到豎井打設區(qū)和下臥層均為

16、多層的情況，給出固結解答，并編制應用程序，供工程應用?！、秦Q井打設區(qū)固結速度明顯快于下臥層?！、瓤紤]土體粘滯性影響時，下臥層平均固結度均比線彈性情況下有所降低，下臥層下降幅度則更大?！、上屡P層尚未完成的主固結沉降和整個土體的次固結沉降是引起工后沉降的主要原因，設計時應引起足夠重視。,2.3 豎井未打穿、粘彈性、成層地基固結理論,NHRI,2.4 非線性流變結構性軟粘土彈塑性固結理論,研究意義－－土結構性和流變性對固結有重要

17、影響；土應力－應變曲線、孔隙水壓力－應變曲線、固結壓縮曲線和強度包線等都與土結構性有顯著關系。,對Yin&Graham時間線模型進行修正，用修正后的模型建立一維固結方程，并給出成層地基一維彈粘塑性固結問題半解析解，得出地基平均固結度計算表達式：,研究成果,NHRI,根據(jù)Yin&Graham時間線模型，建立非線性流變和結構性軟土一維彈粘塑性固結模型，通過建立合理假設推導考慮土結構屈服應力的屈服準則，新建模型考慮結構屈服應力

18、應變率效應、固結引起屈服壓力增加和連續(xù)或多級加載條件有效應力、應變和應變速率變化等。根據(jù)Schertmann和Nagaraj等人實驗成果，建立結構性軟性土三段式壓縮曲線。利用改模型選擇合理結構屈服應力及壓縮性指標，提出擾動及結構性影響軟粘土及砂井地基固結度計算方法。,NHRI,第三部分超軟路基排水預壓固結法試驗研究,研究內容：,①深厚高含水量軟基中有效減少真空壓力沿深度傳遞損失和提高深層加固效果的豎向排水技術；②真空聯(lián)合堆載預壓法

19、減少工后沉降加固機理；③真空聯(lián)合堆載預壓加固深厚軟基的荷載傳遞和工后沉降變化規(guī)律；④真空聯(lián)合堆載預壓加固深厚軟基下臥層固結度計算方法和工后沉降設計計算方法。,NHRI,依托工程及設計方案：,NHRI,3.1 不同豎向排水體真空度傳遞規(guī)律、地基 變形規(guī)律和加固效果,⑴不同豎向排水體真空度沿深度衰減實測曲線,NHRI,NHRI,⑵不同豎向排水體地表沉降實測曲線,NHRI,⑶不同豎向排水體地基深層沉降實測曲線,NHRI

20、,⑷不同豎向排水體地基側向位移實測曲線,NHRI,真空度從膜下到豎向排水通道的傳遞過程中會逐漸衰減，其衰減程度與豎向排水體類型和材質、豎向排水通道與上部砂墊層的聯(lián)結方式以及打設質量有關。袋裝砂井中插設一定長度小直徑軟管可將真空度有效傳遞至地基深處，這種方案對于減少真空度的傳遞損失，提高地基深層的真空壓力具明顯的功效。C型排水板和150mm寬塑料排水板本身的結構和材質優(yōu)于普通B型排水板，通水性能較強，地基深層板內真空度衰減較

21、小，宜在深厚軟基加固中推廣使用。豎向排水通道不同，真空壓力的深層傳遞損失不同，從而地基深層豎向位移和側向位移規(guī)律不同，軟基的加固效果也就不同。150mm寬塑料排水板在有效消除地基沉降，提高軟基深層加固效果，減少地基工后沉降方面要明顯優(yōu)于其它豎向排水體。,⑸研究結論,NHRI,3.2 真空聯(lián)合堆載預壓工后沉降規(guī)律研究　　　　　　?。┲楦咚購V珠東線的試驗研究,,NHRI,,,,NHRI,1. 排水預壓法減少工后沉降機理,⑴從

22、土體單元壓縮方面進行解釋；⑵從地基沉降方面的解釋。,2. 原有設計計算方法：分成總和法,,缺　點,3.3 控制工后沉降實用設計計算方法研究,NHRI,3. 改進后考慮的因素,⑴考慮土體的非線性，采用雙線性模型，考慮土體結構性損傷；⑵考慮壓縮特性及平均固結度沿深度變化的影響；⑶考慮施工過程的影響；⑷考慮真空預壓和堆載兩種不同預壓方式的影響 ；,4. 改進的工后沉降計算方法,①選擇計算剖面；②地基土分層；③確定荷載施加方式及預估補方

23、高度；④計算預壓作用下各土層的有效應力增量及最終荷載作用下的有效應力增量；⑤各級荷載作用下各土層的平均固結度計算；⑥計算t時刻的沉降量和工后沉降量；,NHRI,5. 根據(jù)實測沉降推求工后沉降的方法,基于成層豎井地基固結理論的工后沉降預測方法,NHRI,簡化工后沉降預測方法,NHRI,NHRI,第四部分CFG樁復合地基加固高速公路深厚軟基技術研究,NHRI,研究內容：,①深厚高含水量軟基中CFG樁成樁施工技術及加固效果驗證；

24、②CFG樁復合地基減少工后沉降加固機理；③CFG樁復合地基荷載傳遞規(guī)律和工后沉降變化規(guī)律；④CFG樁復合地基固結理論和工后沉降設計實用計算方法。,依托工程及設計參數(shù)：,江蘇省淮鹽高速公路淮安段四標K28+983.8～K29+044.04，緊鄰永興特大橋西橋頭； CFG樁樁徑0.50m，三角形布置，樁長17m，進入下臥層約1m；頂部鋪設40～50cm厚褥墊層。,NHRI,4.1 CFG樁加固深厚軟基成樁技術與工藝,控制參數(shù),水

25、泥：砂子：碎石：粉煤灰：水＝1：2.566：4.799：0.176：0.76,混合料攪拌時間：不小于1min,拔管速度：1.2~1.5m/min,打樁順序：隔樁跳打,,成樁質量良好,NHRI,4.2 CFG樁復合地基變形、孔壓、樁土應力分布、 承載力特性研究以及加固效果,⑴地表沉降實測曲線,地基沉降穩(wěn)定后沉降量在10.0cm左右。采用CFG樁復合地基法加固橋頭軟基能有效減少路基沉降，以達到避免橋頭跳車現(xiàn)象的目的。,NH

26、RI,⑵地基深層沉降實測曲線,在CFG樁長范圍內地基土沉降變化較為平緩，說明CFG樁能充分發(fā)揮全樁長范圍內的摩阻力，增大了荷載的傳遞深度，能有效減少、消除地基的深層沉降，地基深層加固效果較好。　　開始時加固區(qū)沉降量要明顯大于下臥層的沉降量，隨著荷載的增加和時間的延長，下臥層的沉降量在總沉降量中的比率越來越高，最終總的沉降量以下臥層的沉降量為主，說明采用CFG樁處理軟基能有效減少、消除加固區(qū)軟土沉降量。,NHRI,⑶復合地基載荷試驗曲線

27、（有/無墊層情況下）,復合地基承載力特征值在144kPa?180kPa之間，滿足上覆荷載對地基的要求?！　∪靿|層在CFG樁復合地基中作用明顯，對比兩次靜載試驗結果，鋪設褥墊層之后復合地基承載力分別提高了20%（1.8m間距）和38%（1.5m間距）。,NHRI,⑷復合地基超靜孔壓消散曲線,地基土的孔隙水壓力隨荷載而變化，荷載施加過程中孔壓的變化與荷載相關，停荷階段孔壓逐步消散,NHRI,通過改變樁長和間距進行CFG樁復合地基室內模型槽

28、試驗，研究荷載沿樁長傳遞規(guī)律、成樁過程中由于外因造成土性變化規(guī)律，進一步明確了CFG樁的工作機理與特性。,4.3 室內模型試驗研究,研究目的：,NHRI,⑴室內模型平面布置,NHRI,⑵測量裝置,NHRI,⑶試驗結果圖表,NHRI,NHRI,⑷研究結論,NHRI,4.4 CFG樁復合地基數(shù)值計算方法,NHRI,4.5 深厚軟基中CFG樁復合地基荷載傳遞和變形規(guī)律,⑴復合地基豎向附加應力分布,NHRI,⑵樁身豎向附加應力分布,⑶樁間土豎向

29、附加應力分布,NHRI,⑷復合地基沉降規(guī)律,加固區(qū)中心沉降最大，在加固區(qū)內側沉降相對來說較小，離加固區(qū)10m處土體甚至出現(xiàn)了隆起；在有CFG樁的部位，其頂面沉降量小于同高度土體的沉降量，而樁底部沉降量則大于同高度土體的沉降量。反映了CFG樁的向上刺入和向下刺入作用；加固層的沉降很小。而在加固區(qū)中心區(qū)域，下臥層的沉降則較大，可見CFG樁復合地基的沉降主要是由于下臥層的沉降所引起。,NHRI,⑸復合地基水平位移規(guī)律,總的水平位移較小，不超過

30、2cm。加固區(qū)及其影響區(qū)域10m以上土層均產生向路基中心的水平位移，在10m以下則產生向加固區(qū)外側的水平位移。深層土體受到較大的豎向壓縮，產生向外層的擠出變形。其特征與天然地基有較大差異。未經處理的地基在堆載后往往會產生向外層的擠出變形，土層埋深越淺，水平位移越大，不利于整個地基的穩(wěn)定。經過CFG樁加固的軟土地基，其水平位移分布規(guī)律與真空堆載聯(lián)合預壓作用下的水平位移有點近似，有利于復合地基的穩(wěn)定。,NHRI,計算表明，CFG樁沉管產生的

31、超靜孔壓隨著徑向距離的增大呈對數(shù)衰減，其影響范圍約為3.5倍樁徑。,4.6 基于圓孔擴張理論的CFG樁成樁效應分析,⑴沉樁引起的超靜孔壓分布規(guī)律,NHRI,采用振動沉管法施工CFG樁（樁長17m/樁徑0.5m/間距1.8m），樁間土擠密系數(shù)達0.49，說明沉樁過程擠密效應明顯,⑵沉樁擠密效應計算分析,NHRI,4.7 CFG樁樁體初凝前后樁間土固結分析,⑴定解方程,NHRI,⑵求解條件,⑶求解方法及解析解,NHRI,NHRI,⑷固結特性

32、曲線,NHRI,4.8 CFG樁復合地基固結理論研究,目前，對CFG樁復合地基固結過程的理論及計算研究甚少，可以說幾乎沒有這方面的研究。 用CFG樁復合地基加固高速公路軟基，主要集中于橋頭或構造物等行車重要路段，為達到有效消除橋頭跳車現(xiàn)象，確保行車安全，對軟基工后沉降的要求較高。 開展CFG樁復合地基固結理論的研究，摸清路堤施工過程中復合地基內超靜孔壓的變化過程，對于準確計算其固結沉降，預測其工后沉降，具有重要的指導意義

33、和理論價值。,研究意義：,NHRI,計算模型：,NHRI,加荷階段：,,,式中：,,,,恒荷階段：,,,解析解：－－以路堤逐級加荷下打穿軟土層為例,NHRI,竣工后：,,工后階段：（超靜孔壓的消散）,,,,,,NHRI,固結特性曲線：－－以路堤逐級加荷下打穿軟土層為例,NHRI,4.9 控制工后沉降設計計算方法研究,⑴減少工后沉降機理,①樁承擔較多荷載，減小土體所承受的荷載，減小土體的壓縮量；②通過CFG樁對土體的擠密作用及對樁周附近土

34、體的脫水作用等，改善周圍土體的顆粒大小及其物理力學性質指標；③上部荷載通過CFG樁體傳遞至相對承載力較高、壓縮性較低的下臥層，在加固區(qū)土層壓縮量減小的同時，下臥層的壓縮量會相應有所增加。,NHRI,⑵工后沉降計算方法,NHRI,第五部分排水固結加固軟基新型排水材料應用研究,NHRI,在砂料緊缺昂貴的地區(qū)，探索性引進新型排水材料代替砂墊層，以減少砂石用量、降低工程成本、確保工程質量。,對塑料盲溝、透水軟管等新型排水材料工程性質進行

35、試驗研究；加固效果的現(xiàn)場對比試驗研究；施工技術與工藝研究；加固機理及效果的數(shù)值仿真分析。,研究目的和內容：,NHRI,⑴將塑料盲溝、透水軟管等新型排水材料首創(chuàng)性地應用于高速公路真空預壓加固軟基工程，其中的關鍵技術問題將得以研究解決，為該項技術的推廣應用奠定了基礎。,⑵針對砂石原料缺乏的地區(qū)，將塑料盲溝、透水軟管等新型排水材料取代水平砂墊層，可降低工程成本，方便施工，具有較好的經濟效益。,⑶研究采用不同水平、豎向排水材料情況下軟基的變形規(guī)

36、律及加固效果，完善排水加固的設計方法和計算理論。,創(chuàng)新點：,NHRI,依托工程及設計方案　　　 －－江蘇省連鹽高速公路鹽城響水二標真空預壓路段,NHRI,(1)經濟性對比研究,對塑料盲溝和透水軟管代替水平砂墊層技術進行了經濟性對比分析，結果表明，采用塑料盲溝或透水軟管代替普通砂墊層作為水平排水體，可節(jié)省工程造價5～20元/m2，經濟效益十分明顯，其中采用透水軟管比塑料盲溝更能降低工程造價。,⑵膜下真空度上升情況對比研究,采用塑料盲溝

37、或透水軟管代替砂墊層作為水平排水體，能保證抽真空后膜下真空度達到設計要求，說明塑料盲溝和透水軟管已具備了作為水平排水體的水平排水和傳遞真空度兩大功能,NHRI,⑶消除地基沉降對比研究,對砂墊層、塑料盲溝及透水軟管三種不同水平排水體路段地基沉降量消除情況進行了對比分析，表明三種水平排水體在消除地基沉降速率方面基本一致，采用透水軟管或塑料盲溝代替砂墊層作為水平排水體具備及時消除地基沉降的能力，完全能滿足在設計時間內消除地基沉降量的軟基加固要

38、求。,NHRI,⑷透水軟管豎向排水加固效果研究,透水軟管作為豎向排水體能有效消除地基沉降，其地基加固效果要優(yōu)于C型板，這主要是因為透水軟管直徑大，濾膜滲透性好，通水能力強，真空預壓過程中在壓力差作用下孔隙水很容易進入透水軟管被吸出，同時具有鋼絲彈簧骨架結構，抗側壓能力強，插入地基深處后不易被地基土體側壓力擠壓變形甚至出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，從而保證了預壓過程中真空度能順利沿透水軟管向地基傳遞和良好的過水性能。,NHRI,⑸新型排水材料加固效果檢驗

39、,加固前后土性指標對比,NHRI,加固前后原位測試對比,NHRI,⑹新型排水材料真空預壓數(shù)值計算研究,a.新型排水材料替代砂墊層或塑料排水板，其加固機理是相同的，通過加速土體排水過程達到消除地基沉降和提高土體抗剪強度。 b.新型排水材料替代砂墊層或塑料排水板，表現(xiàn)為排水邊界條件的改變和排水體大小，滲透系數(shù)的改變，仍然可以通過比奧固結理論進行有限元數(shù)值模擬。軟式透水管替代砂墊層，膜下真空度上升時間可考慮為10天，塑料盲溝可考慮為

40、16天。軟式透水管替代C型塑料排水板，在進行有限元計算時，可考慮井徑為4cm，滲透系數(shù)為1.2×10-4m/s的透水材料。 c.理論分析表明軟式透水管或塑料盲溝替代砂墊層后，土體平均固結度會有所減慢，但若地基平均固結度達80%時，僅比砂墊層小2%，在工程上是可以接受的。利用軟式透水管替代塑料排水板，固結速度有所提高。若地基平均固結度要求為80%，則可提高10%。,NHRI,第六部分預制預應力管樁復合地基加固深厚

41、軟基技術研究,NHRI,研究內容：,①深厚高含水量軟基中預應力管樁加固效果驗證；②預應力管樁復合地基荷載傳遞規(guī)律和工后沉降變化規(guī)律；③預應力管樁復合地基沉降設計實用計算方法。,依托工程及設計參數(shù)：,杭州灣跨海大橋南岸接線深厚軟基處理試驗段K118+556.5～K118+623區(qū)段，屬K118+544中橋橋頭及錐坡路段； 預應力管樁樁徑0.50m，三角形布置，間距3m，樁長32m；每根樁頂部帶有1m×1m×

42、0.3m的獨立承臺；上面鋪設0.5m厚的碎石褥墊層。,NHRI,6.1 預應力管樁復合地基加固效果研究,⑴地表沉降實測曲線,地基沉降穩(wěn)定后最大沉降量在4.0cm左右。采用預應力管樁復合地基法加固橋頭軟基能有效減少路基沉降。,NHRI,(2)孔隙水壓力變化曲線,NHRI,6.2 數(shù)值計算方法,計算模型,將樁等效為墻體；由于荷載較小，樁體視為理想彈性體；土體采用Mohr-Coulomb模型,NHRI,用模型對路堤荷載下管樁復合地基的受荷

43、特性和沉降規(guī)律進行了計算，得到的樁土應力比、沉降量等和實測結果一致。而后討論了不同樁長、不同樁間距、不同褥墊層模量等因素的影響，結論如下：,褥墊層模量的影響對管樁復合地基樁土應力比的影響最大，樁長 改變對應力比的影響較小。樁土應力比隨墊層模量的增大而增大，且增加幅度較大；樁間距變大，樁土應力比變大；樁長增加，應力比值增加。 在不同樁長、樁間距、荷載水平下，管樁都能通長的發(fā)揮樁身的側摩阻力。 在管樁復合地基沉降的影響因素中，樁

44、長的改變對地基沉降的影響最大，樁長增加，沉降量減小，且減小幅度較大。墊層模量對沉降的影響較小，墊層模量增大，沉降量減小，但改變量很小。 管樁對于減小地基沉降量作用明顯，特別是對于加固區(qū)而言，相對天然地基，壓縮量可以減小85％以上。,NHRI,6.3 管樁復合地基沉降計算方法研究,,管樁復合地基變形協(xié)調示意圖,,樁土應力比計算公式,,加固區(qū)復合模量,,沉降量計算：分層總和法,NHRI,第七部分砼芯砂石樁復合地基加固深厚軟基技術研

45、究,NHRI,砼芯砂石樁復合地基技術簡介：,綜合排水固結法對軟土本身加固效果顯著和預制混凝土樁強度高、質量容易控制兩者優(yōu)勢，將兩種處理方法的優(yōu)勢充分發(fā)揮、弱點相互克服，提出國內外首創(chuàng)地基處理新技術-混凝土芯砂石樁復合地基。它是采用振動沉管（適用于地基無硬夾層、軟土土質一般軟弱）或者長螺旋（適用于地基有硬夾層或軟土土質非常軟弱）方式成孔，孔中心設立預制直徑20cm左右（或20cm×20cm方形）的預制鋼筋混凝土樁即復合樁體的

46、芯，四周灌砂或碎石屑形成樁的殼。為防止在上部荷載作用下混凝土樁產生向上的刺入破壞，成樁后可控制樁頂?shù)陀诘孛婕s50cm，用人工稍加修整后在樁頭上部即可形成比混凝土芯砂石樁直徑稍大的圓錐形凹槽，灌入碎石壓實，隨后鋪設厚約50cm 的砂石墊層和1~2層的土工格柵，砂石墊層、土工格柵和混凝土芯砂石樁一起構成復合地基。,NHRI,原理：,混凝土芯樁主要起承受豎向荷載的功能；樁的砂石殼主要起加大芯樁側壁摩阻力和豎向排水作用；,特點,① 芯樁是預制

47、的，質量容易控制，質量檢測簡單；② 混凝土芯樁承受主要豎向荷載，樁端進入下臥硬土層，全長質量均勻； ③混凝土芯樁無須養(yǎng)護，節(jié)省檢測前的養(yǎng)護時間；④ 加固深度深，振動沉管樁長最大可達25～30米，長螺旋成孔樁長度最大可達30～35米；⑤ 混凝土芯砂石樁強度較高，直徑50cm（混凝土芯樁直徑20cm或20cm×20cm方形）混凝土芯砂石樁樁身平均強度約為3~4MPa，是水泥攪拌樁的3～8倍；⑥ 樁間土固結速度快，成樁施工

48、擾動引起的強度下降能夠迅速得到恢復，樁間土擠密效果明顯，施工中相鄰樁之間相互影響??；⑦ 樁間土固結速度快，地面填土荷載由樁間土承受部分能夠迅速轉化成有效應力，軟土強度迅速提高；⑧ 由于樁間土成樁時的擠壓密實作用和承載后的固結密實作用而強度顯著提高，樁側摩阻力增大，樁的承載力隨填土高度增大而提高，單樁承載力預計是水泥攪拌樁的2.0倍左右；⑨ 成樁質量受周圍軟土性質（如有機質含量大小和強度高低）影響小，加固深度較深，適用范圍廣；⑩

49、在使用地質條件均許可條件下，如果要求加固后的復合地基承載力和沉降量相等，混凝土芯砂石樁與水泥土樁兩種復合地基處理方法的工程投資相當。,NHRI,應用前景分析：,適合于高含水量、高有機質含量的深厚軟基處理;該項技術屬國內外首創(chuàng)，填補了國內外地基處理技術的空白，是一項全新的地基處理新技術;具有施工簡單、質量易控、檢測方便、加固深度大的特點，在我國軟基分布廣泛的地區(qū)的公路、水利工程等建設領域中具有巨大的潛在市場。,NHRI,軟土特性試驗,

50、成樁工藝技術與質量控制方法,樁土應力比與荷載分布規(guī)律,工后沉降設計計算方法,復合地基固結度計算方法,復合地基孔壓與變形規(guī)律,,研究內容：,NHRI,現(xiàn)場鉆孔與室內試驗,現(xiàn)場觀測與加固效果檢驗,,試驗與觀測資料分析,,理論分析與數(shù)值計算,,,達到預期研究目標,判斷施工質量與加固效果；分析地基變形規(guī)律；,相互驗證,研究方法與技術路線：,NHRI,2005.5~9,調研；鉆孔、室內試驗；儀器埋設與觀測；載荷試驗；,2005.10~

51、06.6,現(xiàn)場觀測；加固效果檢驗；,理論分析；數(shù)值計算；計算方法；,06.6~12,07.1~4,報告編寫,,2007.5：驗收,進度計劃：,NHRI,依托工程與設計方案　　　　　　　－－鎮(zhèn)溧高速ZL-LY2標深厚軟基處理,NHRI,NHRI,工藝流程：,NHRI,現(xiàn)場實景,NHRI,目前已取得成果：　?、乓淹瓿杉庸糖暗你@孔取土、原位測試及儀器埋設工作；　?、祁A壓土已填筑結束，累計填土厚度約8.0m，取得較為豐富的現(xiàn)場觀測

52、資料（包括樁土應力、樁身應力、孔壓、分成壓縮等），累計地表沉降約0.5m，坡角側向水平位移約1.0cm，地基處于穩(wěn)定狀態(tài)。　?、谴驑督Y束后填土前載荷試驗表明，單樁承載力特征值為1528kPa，復合地基承載力特征值為150kPa。　　理論分析和數(shù)值計算正在進行,部分現(xiàn)場觀測成果如下：,NHRI,,,地表沉降過程線,NHRI,,,深層沉降過程線,NHRI,,加載過程水平位移曲線,NHRI,加載過程水平位移曲線,NHRI,加載過程樁身應

53、力變化典型曲線,NHRI,加載過程樁土應力比、荷載分擔比變化典型曲線,NHRI,第七部分SMW工法的設計理論與計算方法,NHRI,SMW工法：水泥土柱列式擋墻＋加強芯材（型鋼）　　　　　　　　＝復合圍護結構特點：⑴對周圍環(huán)境影響??；　　?、品罎B性能好；　　?、沁m用土層范圍廣；　　?、裙て诙?，投資省；,NHRI,存在的主要問題,⑴水泥土的反應機理、強度特征以及本構關系；⑵水泥攪拌樁＋型鋼　受力變形機理；⑶SMW工法的設

54、計計算方法；,NHRI,主要研究工作,NHRI,SMW工法應用實例,南京地鐵珠江路站及附屬工程基坑支護,南京地鐵珠江路車站：基坑開挖深度17.31m；南京地鐵控制中心：基坑開挖深度14.56m、15.86m17.96m三種；,支護系統(tǒng)：水泥攪拌樁內插H型鋼＋壓梁＋圍檁＋水平鋼支撐,型鋼布置方式：滿插/三插二/二插一　三種　水泥土剛度貢獻,開挖方式：南端頭井－明挖法　控制中心－半逆筑法,NHRI,SMW工法施工技術：,NHRI,S