國內(nèi)圖書分類號：TU475+.9 國際圖書分類號： 碩士學(xué)位論文基于LCA的軟基處理技術(shù)智能優(yōu)選系統(tǒng)碩士研究生：陳文廣 導(dǎo)師姓名：邵軍義 教授 申請學(xué)位級別：管理學(xué)碩士 學(xué)科、專業(yè)：管理科學(xué)與工程 所在單位：管理學(xué)院 答辯日期：2012年12月 學(xué)位授予單位：青島理工大學(xué) Classified Index：TU746.1 U.D.C： Dissertation for the Master Degree in ManagementSTUDY ON THE GIS-BASED VISUALIZED DAMAGE EVALUATION SYSTEM FOR CONSTRUCTIONS IN SUBSIDENCE AREACandidate:Chen WenguangSupervisor:Prof. Shao JunyiAcademic Degree Applied for:Master of ManagementSpecialty:Management Science and EngineeringDate of Oral Examination:December 2012University:Qingdao Technological University碩士學(xué)位論文基于LCA的軟基處理技術(shù)智能優(yōu)選系統(tǒng)學(xué)位論文答辯日期： 指導(dǎo)教師簽字： 答辯委員會成員簽字： 青島理工大學(xué)學(xué)位論文獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得青島理工大學(xué)或其它教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。研究生簽名： 日 期： 青島理工大學(xué)學(xué)位論文使用授權(quán)聲明青島理工大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)信息研究所、國家圖書館、CDMD和DMD有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布（包括刊登）論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布（包括刊登）授權(quán)青島理工大學(xué)研究生處辦理。研究生簽名： 導(dǎo)師簽名： 日 期： 目 錄摘 要VAbstractVI第1章 緒論11.1研究背景及意義11.1.1研究的背景11.1.2研究的意義11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3主要研究內(nèi)容31.3.1學(xué)術(shù)構(gòu)思與基本思路31.3.2擬采取的研究方法41.3.3研究的技術(shù)路線41.4主要創(chuàng)新點5第2章 軟土地基處理技術(shù)概述72.1軟土特征72.2軟土地基處理技術(shù)發(fā)展歷程82.3軟土地基處理技術(shù)概述92.3.1軟基處理技術(shù)原理及作用92.3.2軟基處理技術(shù)適用條件10第3章 軟基處理方法經(jīng)濟與技術(shù)分析123.1技術(shù)經(jīng)濟學(xué)原理概述123.1.1技術(shù)經(jīng)濟學(xué)的含義123.1.2經(jīng)濟效益理論133.1.3技術(shù)經(jīng)濟分析的可比性原則133.2技術(shù)經(jīng)濟分析的一般程序133.3軟土地基處理方法技術(shù)分析153.3.1堆載預(yù)壓法技術(shù)分析153.3.2真空預(yù)壓法技術(shù)分析183.3.3水泥土攪拌法技術(shù)分析203.3.4高壓噴射注漿法技術(shù)分析223.3.5砂石樁技術(shù)分析223.3.6換填墊層法技術(shù)分析233.4軟土地基處理方法技術(shù)綜合分析243.4基于直接工程費用法的軟基處理方法經(jīng)濟分析25第4章 基于LCA的軟土地基處理技術(shù)環(huán)境影響分析284.1生命周期環(huán)境評價原理概述284.1.1目標(biāo)確定與范圍定界284.1.2清單分析294.1.3生命周期影響評價294.1.4生命周期解釋354.2水泥土攪拌樁生命周期環(huán)境影響分析354.2.1水泥土攪拌樁環(huán)境影響分析的目的范圍界定354.2.2水泥土攪拌樁生命周期清單分析354.3高壓噴射注漿法生命周期環(huán)境影響分析394.4CFG樁生命周期環(huán)境影響分析424.4.1振動沉管CFG樁生命周期環(huán)境影響分析434.4.2長螺旋鉆管內(nèi)泵壓CFG樁生命周期環(huán)境影響分析454.5碎石樁生命周期環(huán)境影響分析454.6混凝土預(yù)制樁生命周期環(huán)境影響分析474.6.1預(yù)制鋼筋混凝土方樁生命周期環(huán)境影響分析474.6.2預(yù)應(yīng)力混凝土方樁生命周期環(huán)境影響分析514.6.3預(yù)應(yīng)力混凝土管樁生命周期環(huán)境影響分析514.7灌注樁生命周期環(huán)境影響分析534.7.1回旋鉆成孔灌注樁生命周期環(huán)境影響分析534.7.2人工挖孔灌注樁生命周期環(huán)境影響分析544.8剛樁生命周期環(huán)境影響分析544.8.1H型鋼生命周期環(huán)境影響分析554.8.2鋼管樁生命周期環(huán)境影響分析554.9真空預(yù)壓法生命周期環(huán)境影響分析564.10換填墊層法生命周期環(huán)境影響分析56第5章 軟土地基處理技術(shù)環(huán)境影響綜合評價585.1水泥土攪拌樁環(huán)境影響綜合評價585.2高壓噴射注漿法環(huán)境影響綜合評價595.3CFG樁環(huán)境影響綜合評價605.3.1振動沉管CFG樁環(huán)境影響綜合評價605.3.2長螺旋鉆管內(nèi)泵壓CFG樁環(huán)境影響綜合評價605.4振動沉管碎石樁環(huán)境影響綜合評價615.5混凝土預(yù)制樁環(huán)境影響綜合評價615.5.1預(yù)制混凝土方樁環(huán)境影響綜合評價625.5.2預(yù)應(yīng)力混凝土方樁環(huán)境影響綜合評價625.5.3預(yù)應(yīng)力混凝土管樁環(huán)境影響綜合評價635.6灌注樁環(huán)境影響綜合評價635.6.1回旋鉆成孔灌注樁環(huán)境影響綜合評價635.6.2人工挖孔灌注樁環(huán)境影響綜合評價645.7鋼樁環(huán)境影響綜合評價645.7.1H型鋼樁環(huán)境影響綜合評價645.7.2鋼管樁環(huán)境影響綜合評價645.8真空預(yù)壓法環(huán)境影響綜合評價655.9換填墊層法環(huán)境影響綜合評價655.10軟土地基處理技術(shù)環(huán)境影響的綜合分析對比665.11軟土地基處理技術(shù)綜合比選66第6章 結(jié)論686.1結(jié)論686.2存在問題696.3今對進一步研究工作的建議69附 錄70參考文獻71發(fā)表論文和參加科研情況說明75致 謝76摘 要本論文研究得到青島市建設(shè)事業(yè)科技發(fā)展基金項目支持（JK2012-6）伴隨著海西計劃、山東半島藍(lán)色經(jīng)濟區(qū)建設(shè)、黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟區(qū)等國家戰(zhàn)略的實施，環(huán)渤海灣、長江三角洲、珠江三角洲等沿海、沿河、沿江區(qū)域建設(shè)發(fā)展迅猛，在上述地區(qū)有著大量軟土分布，而天然軟弱土層一般難以滿足建筑物承載力及穩(wěn)定性要求，需通過軟土地基處理技術(shù)來改善土質(zhì)、加固地基，從而達(dá)到使用要求?，F(xiàn)階段軟土地基處理技術(shù)方案眾多，對于同一工程，可能存在多種軟土地基處理技術(shù)，本文在軟土地基處理技術(shù)安全性和經(jīng)濟性分析基礎(chǔ)上，基于生命周期環(huán)境評價（LCA）方法定量分析每種軟土地基處理技術(shù)在物化、運輸及施工階段造成的環(huán)境污染，最后計算出每種軟土地基處理技術(shù)的生命周期環(huán)境負(fù)荷，從而為軟土地基設(shè)計者提供合理的經(jīng)濟及環(huán)境參考依據(jù)，以期減少不必要的經(jīng)濟浪費及環(huán)境污染，促進綠色經(jīng)濟的發(fā)展及低碳施工的實現(xiàn)。本文主要進行了以下幾方面的研究：（1）研究軟土地基處理技術(shù)發(fā)展歷程、優(yōu)缺點分析和適用條件。（2）對軟土地基處理技術(shù)安全性和經(jīng)濟性進行簡要分析。（3）提出軟土地基處理技術(shù)施工機械造成環(huán)境污染的計算方法。（4）基于生命周期環(huán)境評價（LCA）方法研究軟土地基處理技術(shù)在其生命周期內(nèi)產(chǎn)生的環(huán)境負(fù)荷。關(guān)鍵詞 軟土地基處理技術(shù)；環(huán)境污染；生命周期環(huán)境評價（LCA）；施工設(shè)備環(huán)境污染AbstractUnderground mining will cause the surface subsidence of the earth and environment resources damage as well. With the intensification of “three-under” mining and expansion of mining area, it is urgently needed to evaluate and prevent the damage of constructions. For large subsidence area, unequal surface distortion, intricate building distribution and complex frames make the manual calculation becoming a money and labor consuming work, also the accuracy and sufficiency is doubted. Therefore, this study lucubrates the visualized evaluation method based on GIS to improve work efficiency and make the construction damage evaluation standardized and programmed. There are many factors involved in construction damage evaluation, and the evaluation models are various. This thesis presents the detailed study on the damage mechanism of constructions influenced by mining subsidence, analyzes the native and oversea models synthetically, and establishes own model of this evaluation system. The study on the GIS-based method of spatial analysis and visualization for constructions damage evaluation in subsidence area is emphasized. Basing on ArcView GIS, the specialization visualization evaluation system has been redeveloped using “Visual Basic”. The modules of datum management and evaluation were written to realize the programme modularization, which enriched the function of GIS and improved the quality and transplantation ability of the system. Taking the condition of the tenth mining area, the evaluation system is used to evaluate the construction damage in representative area. The detailed evaluation process together with parameter chosen and some problems are represented in this study. With the wide use of the computer technology, GIS has already been used in many fields as a powerful tool of spatial datum managing and spatial information analysis. This advanced technology is used to explore a new evaluation method of construction damage in subsidence area, and to develop a visualized evaluation system based on GIS. This method simplifies the evaluate process, improves the accuracy of evaluation, realizes the visual display, and solves the technology problem which is difficult for tradition method.key word GIS；Damage evaluation；model；Spatial analysis；subsystem；Visualization第1章 緒論1.1研究背景及意義1.1.1研究的背景近年來隨著我國綜合國力的日益提高1，國內(nèi)建筑業(yè)得到蓬勃發(fā)展。2006年至2010年間，全國建筑業(yè)企業(yè)(指具有資質(zhì)等級的總承包和專業(yè)承包建筑業(yè)企業(yè))完成建筑業(yè)總產(chǎn)值從40975億元到95206億元的增長2,3,4,5,6,7。伴隨著海西計劃、山東半島藍(lán)色經(jīng)濟區(qū)建設(shè)、黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟區(qū)等國家戰(zhàn)略的實施，環(huán)渤海灣、長江三角洲、珠江三角洲等沿海、沿河、沿江區(qū)域建設(shè)發(fā)展迅猛。在2010年全國各省、市、自治區(qū)建筑業(yè)總產(chǎn)值排名中，江蘇、浙江、山東、上海的建筑業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到33976.81億元，占當(dāng)年全國建筑業(yè)總產(chǎn)值的35.69，而在上述省、市、自治區(qū)內(nèi)有著大量軟土分布，由于軟土具有天然含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、滲透系數(shù)小、粘度系數(shù)低、高靈敏性等特征，天然軟弱土層一般難以滿足建筑物承載力及穩(wěn)定性要求，需通過軟土地基處理技術(shù)來改善土質(zhì)、加固地基，從而達(dá)到使用要求?，F(xiàn)階段軟土地基處理技術(shù)方案眾多，對于同一工程，可能存在多種滿足其承載力、沉降量等安全性指標(biāo)的軟土地基處理技術(shù)，如排水固結(jié)法、深層擠密法等。而對于同一類軟土地基處理技術(shù)，由于施工工藝、機械設(shè)備等方面的差異，也存在多種差異，如排水固結(jié)法中的堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法等。如何在滿足軟土地基處理技術(shù)安全性的基礎(chǔ)上，通過施工工期、方案的經(jīng)濟性、節(jié)能環(huán)保等條件進一步優(yōu)選軟土地基處理技術(shù)是建筑與地基基礎(chǔ)工程領(lǐng)域研究的熱點之一。另外，如今歐洲和北美已經(jīng)擁有相對穩(wěn)定且良好的環(huán)境，而我國的環(huán)境問題正逐步惡化，因此在國家大力推廣節(jié)能建筑、綠色建筑的背景下，建筑領(lǐng)域的環(huán)境問題研究已成為工程界研究的熱點之一。1.1.2研究的意義在眾多制約軟土地基處理方案選擇的因素中，兩個最主要因素是：（1）技術(shù)上可行；（2）經(jīng)濟上合理?，F(xiàn)階段，在選擇軟土地基處理技術(shù)方案上，設(shè)計人員主要參考中華人民共和國建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(JGJ79-2002)8、建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB500072002)9中的內(nèi)容，結(jié)合自身的軟土地基處理經(jīng)驗以及項目周邊軟土地基處理歷史方案，從而選出一套合理的軟土地基處理技術(shù)，進而保證了所選軟土地基處理方案技術(shù)上的可行性。由于設(shè)計人員自身經(jīng)驗的差異，對同一建筑與地基基礎(chǔ)工程，不同設(shè)計者可能給出不同處理方案，這種經(jīng)驗對設(shè)計者有很大幫助，而在軟土地基處理方案設(shè)計過程中，設(shè)計人員往往忽略了經(jīng)濟及環(huán)境因素的制約，造成一定資金的浪費及環(huán)境的污染?，F(xiàn)階段對于軟土地基處理技術(shù)方案的選擇，以技術(shù)可靠性為前提已經(jīng)得到很好的解決，卻帶來一定的經(jīng)濟不確定性及環(huán)境污染事前控制的滯后性。對于一個軟土地基處理項目而言，如何通過經(jīng)濟、節(jié)能、環(huán)保等指標(biāo)選擇處理方案，有必要建立一套軟土地基處理方案的經(jīng)濟優(yōu)選工作程序。本文研究目的在于以經(jīng)濟、環(huán)保的視角對軟土地基處理方案進行優(yōu)選，把影響軟土地基處理方案選型的因素轉(zhuǎn)化為可衡量的經(jīng)濟及環(huán)境指標(biāo)，從而為軟土地基設(shè)計者提供合理的經(jīng)濟及環(huán)境參考依據(jù)，以期減少不必要的經(jīng)濟浪費及環(huán)境污染，促進綠色經(jīng)濟的發(fā)展及低碳施工的實現(xiàn)，本論文的寫作正是基于此提出的。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀當(dāng)今有大量學(xué)者對地基處理方案選型模型進行研究，主要分為以下兩方面：1）地基處理專家系統(tǒng)。東南大學(xué)的張留俊(2007)不但建立了公路軟土地基處理知識庫，而且通過Visual C+程序，結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型高級算法對公路軟土地基處理專家系統(tǒng)進行設(shè)計和論證10；陳向陽(2008)提出了在高速公路軟土地基處理方案上的基于類比推理技術(shù)(CBR)的評價方法11。2）地基處理智能優(yōu)化模型。在地基處理智能優(yōu)化模型中用到的方法有BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、模糊綜合評判模型、灰色理論等，絕大部分模型是定性分析，通過確定各指標(biāo)權(quán)重，最后進行綜合評價。建立的指標(biāo)體系一般包括結(jié)構(gòu)類型、工程地質(zhì)條件、建材消耗、施工復(fù)雜程度、施工工期、機械條件、震動和噪聲以及對環(huán)境污染等方面。如王嶺(2005)通過層次分析法和模糊綜合評判法相結(jié)合對珠江三角洲地區(qū)大面積軟土地基處理方法進行研究12；李靈芝（2007）提出了基于層次分析法和灰色理論模型的寒區(qū)公路軟土地基智能優(yōu)選系統(tǒng)13；中南大學(xué)的康洪(2009)也利用層次分析法和模糊綜合評價法對南沙軟土地基方案進行智能優(yōu)選14。上述作者建立的地基處理方案選型模型都存在一定不足，一方面是模型自身的原因，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)精度不高，同時需要大量的訓(xùn)練樣本；層次分析法的指標(biāo)之間必須相互獨立，無法應(yīng)用于指標(biāo)間存在依存和反作用關(guān)系等；另一方面，在軟土地基處理方案選型模型建立的過程中，一般存有主觀成分，差異較大。另外知識獲取已成為開發(fā)專家系統(tǒng)的瓶頸，且專家系統(tǒng)對經(jīng)常變化的、復(fù)雜的、開放的環(huán)境也缺乏良好的適應(yīng)能力。也有少量學(xué)者通過技術(shù)經(jīng)濟角度對軟土地基處理方案進行比選，大致分為以下兩類：1)價值工程分析法。劉勻(2005)通過價值指數(shù)，即考慮功能和成本兩方面，并結(jié)合計算機輔助設(shè)計對軟土地基基礎(chǔ)選型進行對比論證15。2)工程造價管理法。如王振華(2007)從工程勘察造價管理、地基基礎(chǔ)工程設(shè)計造價管理及施工造價管理三方面對建筑地基基礎(chǔ)工程造價管理進行研究16。張軼君(2010)結(jié)合某一工程通過總造價對比分析了真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法及水泥攪拌樁等方案17。曾瑜(2010)從工程投資數(shù)額方面比較了塑料排水插板法與爆炸置換法的優(yōu)劣18。上述學(xué)者只是單方面從工程定額角度進行方案比較，存在一定不足。一方面是工程定額自身的缺陷：工程定額只是反映了一定時期社會生產(chǎn)力和科技水平，其隨生產(chǎn)力和科技水平的變化而發(fā)生改變；無法實現(xiàn)根據(jù)施工對象的不同而選擇適宜的預(yù)算定額；缺少專門的建筑地基與基礎(chǔ)工程施工定額；新技術(shù)、新工藝缺少對應(yīng)項子目。另一方面，作者只從工程定額單方面考慮軟土地基處理方案經(jīng)濟問題，考慮因素較單一。對于建筑環(huán)境領(lǐng)域的研究，清華大學(xué)的張智慧教授在國家自然科學(xué)基金項目（70971075）資助下完成了國內(nèi)最初較全面的建筑環(huán)境影響方面的研究19。對于地基環(huán)境污染方面的研究主要集中在土體振動方面，如詹金林、水偉厚（2009）對強夯施工的隔振措施進行討論，并給出強夯振動引起破壞的判定標(biāo)準(zhǔn)和振動安全距離，提出強夯施工中應(yīng)注意的問題20。袁啟旺（2007）主要考慮的是分層地基中環(huán)境微振動隨深度的衰減特性21。而現(xiàn)階段國內(nèi)尚無針對地基與基礎(chǔ)工程中對環(huán)境影響全生命周期的研究。1.3主要研究內(nèi)容1.3.1學(xué)術(shù)構(gòu)思與基本思路本文在國家大力發(fā)展低碳經(jīng)濟、綠色施工的宏觀背景下，基于軟土地基處理技術(shù)的技術(shù)經(jīng)濟分析，著重研究了軟土地基處理技術(shù)對環(huán)境造成的影響。第一，論述基于技術(shù)、經(jīng)濟及環(huán)保指標(biāo)對軟土地基處理技術(shù)進行綜合選型研究的背景和意義，闡述本文研究的重要性。第二，對現(xiàn)有國內(nèi)外軟土地基處理技術(shù)方案選型模型進行論述。第三，對軟土地基處理方法進行論述，包括軟土特征、軟土地基處理技術(shù)發(fā)展史、軟土地基處理技術(shù)的優(yōu)缺點及適用性分析等。第四，軟土地基處理技術(shù)的技術(shù)經(jīng)濟分析。第五，基于LCA理論對軟土地基處理技術(shù)環(huán)境影響進行定量分析與評價。第六，給出軟土地基處理技術(shù)綜合比選的優(yōu)化程序。1.3.2擬采取的研究方法（1）基于技術(shù)經(jīng)濟學(xué)中技術(shù)與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展理論對軟土地基處理技術(shù)進行技術(shù)和經(jīng)濟分析。（2）綜合運用目標(biāo)距離法與層次分析法確定環(huán)境影響類型參考權(quán)重，并通過MATLAB軟件計算出最終結(jié)果。（3）基于生命周期環(huán)境評價（LCA）理論對每種軟土地基處理技術(shù)進行環(huán)境影響量化分析與評價，最后進行綜合對比分析。1.3.3研究的技術(shù)路線軟基處理技術(shù)特點軟土特征問題的提出搜集資料軟土地基處理方法概述軟基處理技術(shù)歷史軟土地基處理方法技術(shù)與經(jīng)濟分析技術(shù)經(jīng)濟學(xué)原理概述軟基處理方法技術(shù)分析軟基處理方法經(jīng)濟分析基于LCA的軟基處理技術(shù)環(huán)境分析生命周期評價（LCA）原理概述軟基處理技術(shù)物化環(huán)境影響分析軟基處理技術(shù)運輸環(huán)境影響分析軟基處理技術(shù)施工環(huán)境影響分析軟基處理技術(shù)環(huán)境影響綜合分析與評價軟基處理技術(shù)綜合分析第一部分:理論分析第二部分：技術(shù)與經(jīng)濟分析第三部分：環(huán)境分析（核心）結(jié)論與展望直接工程費分析生命周期評價法技術(shù)與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展理論圖1.1研究的技術(shù)路線1.4主要創(chuàng)新點（1）本文綜合運用目標(biāo)距離法、層次分析法確定環(huán)境影響類型參考權(quán)重。（2）提出軟土地基處理技術(shù)施工機械對環(huán)境影響的理論定量計算方法。（3）國內(nèi)關(guān)于地下建筑環(huán)境影響研究極少，本文運用了生命周期環(huán)境評價（LCA）理論對軟土地基處理技術(shù)環(huán)境影響進行評價。第2章 軟土地基處理技術(shù)概述2.1軟土特征軟土(Soft Clay)又稱為軟粘土、軟弱粘性土，其包括淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭、泥炭質(zhì)土等，在我國的沿海、內(nèi)陸湖岸等地有著廣泛的分布。依軟土的沉積環(huán)境不同，可分為以下四類：濱海沉積、湖泊沉積、河灘沉積、谷地沉積或殘基土。國內(nèi)尚未對軟土定義達(dá)成統(tǒng)一共識，如中華人民共和國住建部頒布的國家標(biāo)準(zhǔn)巖土工程勘察規(guī)范(GB500212001)關(guān)于軟土在第6.3.1條指出：天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的細(xì)粒土應(yīng)判為軟土22；軟土地區(qū)工程地質(zhì)勘察規(guī)范（JGJ83-91）第2.0.1條中指出，軟土的判別應(yīng)符合以下三點要求：外觀以灰色為主的細(xì)粒土；天然含水量大于或等于液限；天然孔隙比大于或等于1.023。工程上通常認(rèn)為，軟土具有以下特征：天然含水量高、天然孔隙比大、壓縮性高、滲透系數(shù)小、粘度系數(shù)低、高靈敏性，且具有觸變性、不均勻性、流變性等工程性質(zhì)。表2.1中列舉了我國軟土主要分布區(qū)域的軟土特性。表2.1 中國軟土主要分布地區(qū)工程地質(zhì)區(qū)劃特征區(qū)別海陸別沉積相土層埋深物理力學(xué)指標(biāo)（平均值）天然含水量重力密度孔隙比飽和度液限塑限塑性指數(shù)液性指數(shù)有機質(zhì)含量壓縮系數(shù)滲透系數(shù)垂直方向抗剪強度無側(cè)限抗壓強度內(nèi)摩擦角粘聚力mkN/m2MPa-1cm/s度MPaMPa北方地區(qū)沿海濱海0-34451.781.23934222191.257.50.871.510-7100.0150.035三角洲5-9401.791.11973519161.350.67中部地區(qū)沿海濱海2-32521.711.41984624241.043.710-8100.0150.021瀉湖1-35511.671.61984725241.346.51.587.510-8120.0050.054溺谷1-25581.631.74955231261.90111.63210-7160.0090.020三角洲2-19431.761.24984023171.110.981.310-6170.0060.038內(nèi)陸高原湖泊771.541.9370281.2818.41.6060.012平原湖泊471.741.314323199.9210-7河漫灘471.751.2239171.440.8760.011南方地區(qū)沿海濱海0-9611.631.65955327261.941.30110.010三角洲1-10661.581.675437241.18注：數(shù)據(jù)來自軟土地區(qū)工程地質(zhì)勘察范圍（JGJ83-91）.中國建筑科學(xué)研究院，1992.北京：中國建筑工業(yè)出版社2.2軟土地基處理技術(shù)發(fā)展歷程我國地基處理技術(shù)歷史悠久，追本溯源，7000年前在我國陜西半坡村遺址和浙江余姚河姆渡遺址中便發(fā)現(xiàn)了采用木樁插入土中以支承房屋的地基加固方法。在3000年前就有采用木頭、竹子，麥秸等天然材料進行地基加固的文獻記載。我國在兩千年前已經(jīng)出現(xiàn)了有關(guān)軟土地基處理方法的應(yīng)用，如在軟土中夯入碎石等壓密土層的方法24?，F(xiàn)代的軟土地基處理技術(shù)起源于歐洲，伴隨著工業(yè)革命迅速成長。我國早期的軟土地基處理技術(shù)從國外引進，如20世紀(jì)50年代從瑞典引入了真空預(yù)壓法，20世紀(jì)70年代末從法國引進強夯法等。從20世紀(jì)70年代末至今，我國在已引進國外軟土地基處理技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合自身特點，研發(fā)出了一系列國際領(lǐng)先的軟土地基處理技術(shù)，如20世紀(jì)80年代末由中國建筑科學(xué)研究院地基所研發(fā)的水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基（CFG），2003年由上海港灣軟地基處理工程（集團）有限公司的徐士龍研發(fā)的高真空擊密法等。部分有代表性的軟土地基處理技術(shù)發(fā)展歷程如表2.2所示。表2.2 軟土地基處理發(fā)展史時間發(fā)明者地基處理方法19世紀(jì)1835年法國碎石樁1862年德國 FHPoetsch凍結(jié)法20世紀(jì)20年代1925年美國 Moran砂井排水預(yù)壓法20世紀(jì)30年代1934年前蘇聯(lián) 阿別列夫教授土（或灰土）擠密樁1936年德國Sergey.Steuerman無填料振沖法1936年瑞典 WKjenman紙板排水法20世紀(jì)40年代1943年美國堆載預(yù)壓法20世紀(jì)50年代1952年瑞典 Wkjellman真空預(yù)壓法1958年美國Dr.Karl-Heinz Bauer水泥漿攪拌法（MIP）20世紀(jì)50年代前蘇聯(lián)IO. M 阿別列夫表層夯實法20世紀(jì)60年代1965年法國 L-Menard強力夯實法1965年法Henri Vidal氏加筋土1967年瑞典 Kjeld Paus石灰樁法1969年法國 L-Menard強夯置換法1969年印度 Dastidar袋裝砂井排水法20世紀(jì)70年代1971年O.Weger塑料帶排水法1974年日本港灣技術(shù)研究所粉體噴射攪拌法（DJM）1974年日本港灣技術(shù)研究所深層生石灰攪拌法（DLM）20世紀(jì)70年代初Nakanishi高壓噴射注漿法20世紀(jì)80年代末期中國建筑科學(xué)研究院地基所水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基20世紀(jì)90年代1998年荷蘭IFCO公司IFCO 強制固結(jié)法21世紀(jì)初2003年中國 徐士龍高真空擊密法2.3軟土地基處理技術(shù)概述2.3.1軟基處理技術(shù)原理及作用軟土地基處理技術(shù)分類方法多種多樣，按處理深度可分為淺層處理和深層處理；按時效性又可分為永久性處理和臨時性處理；按作用機理可分為換填法、預(yù)壓法、化學(xué)處理法、加筋法等。而在樁基礎(chǔ)中又可根據(jù)樁身材料、成樁方法和工藝、樁徑大小、使用功能、承載性狀詳細(xì)劃分。本文根據(jù)軟土地基處理技術(shù)作用機理對軟土地基處理技術(shù)進行劃分，見表2.3所示。表2.3 軟土地基處理技術(shù)原理及作用分類常用軟土地基處理技術(shù)原理及作用換填墊層法灰土墊層、素土墊層、碎石墊層、砂和砂礫石墊層、礦渣墊層、粉煤灰墊層將表層的軟弱土換以碎石、灰土、粉煤灰等強度較高、無侵蝕性材料，并分層夯實或振實，以達(dá)到密實度要求。強夯置換法通過夯錘夯擊夯坑內(nèi)具有物理力學(xué)性能較好的回填碎石、石塊等顆粒材料，使其通過置換形成樁體與軟土相結(jié)合的復(fù)合地基，提高承載力。排水固結(jié)法堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法、電滲捧水法、降水預(yù)壓法、砂井堆載預(yù)壓法、袋裝砂井堆載預(yù)壓法、塑料排水帶預(yù)壓、高真空擊密法等通過設(shè)立豎向排水體和水平排水體，以改善地基排水條件；并用加壓、電滲、抽氣等措施加快地基土體強度增長和固結(jié)，提高地基土的穩(wěn)定性。深層擠密法強夯法（動力固結(jié)法）通過強大的夯擊能使土體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，形成新的較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，達(dá)到土體密實，強度較高的效果。振動水沖法、砂樁擠密法、石灰樁擠密法通過震動、擠密等技術(shù)措施提高深層土強度，使其密實，在震動擠密過程中，適當(dāng)回填碎石、灰土等，和土體形成復(fù)合地基，提高地基土承載力化學(xué)（注漿）加固法高壓噴射注漿法、粉體噴射注漿法通過把特殊機械鉆至設(shè)計位置，在水泥漿或其他漿液、粉體等通過高壓沖擊土體的同時，以一定速度邊旋轉(zhuǎn)邊提升鉆桿，從而達(dá)到加固效果。水泥注漿法、堿液注漿法通過水泥漿、堿液等技術(shù)措施使土體顆粒膠結(jié)，提高軟土強度，使其達(dá)到技術(shù)要求。加筋法加筋土、土釘、土錨、樹根樁、土工合成材料法通過在軟土中鋪設(shè)強度較大的鋼條、鋼帶、玻璃纖維、土工合成材料等，或設(shè)置樹根樁以提高軟土強度，增加地基承載力。熱學(xué)法凍結(jié)法通過冷凍機驅(qū)動冷凍液在冷凍管中形成循環(huán)，使軟土形成臨時性的固結(jié)，短時間提高軟土強度，是一種臨時性措施。2.3.2軟基處理技術(shù)適用條件軟土地基處理技術(shù)多種多樣，每種方法都有各自的優(yōu)點，同時也存在一定的局限性。如強夯法雖然造價低，但其使用條件受工程軟土性質(zhì)的限制，不能被廣泛采用，且施工過程中產(chǎn)生較大噪聲污染，因此不宜在密集生活區(qū)使用；相比真空預(yù)壓法，堆載預(yù)壓法雖然最大預(yù)壓荷載不受限制，但其工期較長，且需要大量的預(yù)壓材料等；換填墊層法適用于處理淺層軟土，對于過厚的換填墊層其作用明顯減少；通常認(rèn)為強夯法不適用于厚層淤泥及淤泥質(zhì)土等。各種軟土地基處理技術(shù)的適用條件及優(yōu)缺點分析見表2.4所示。表2.4 軟土地基處理技術(shù)優(yōu)缺點及適用條件軟基處理技術(shù)適用條件優(yōu)點缺點換填墊層法適宜處理淺層軟土施工快捷，易于控制質(zhì)量，施工設(shè)備簡單只適用于處理淺層軟土，過厚的換填墊層作用會顯著減少，不經(jīng)濟，浮層軟土的地基處理效果不明顯真空預(yù)壓法適用于厚層軟土加荷速度快、無需堆載材料、加荷中不出現(xiàn)地基失穩(wěn)現(xiàn)象預(yù)壓荷載偏小(承載力80kPa)，容易由漏氣產(chǎn)生質(zhì)量問題堆載預(yù)壓法適用于對工期要求不緊，預(yù)壓材料運輸方便的厚層淤泥、淤泥質(zhì)土等地區(qū)無最大預(yù)壓荷載限制，技術(shù)可靠，費用較低堆載需分級施加，工期長，預(yù)壓材料需求量大，需有方便的預(yù)壓材料獲取途徑動力排水固結(jié)法（強夯）含水量大于60，孔隙比大于1.5，不適用于厚層淤泥、淤泥質(zhì)土。通常認(rèn)為強夯擠密法只適用于塑性指數(shù)Ip10的土設(shè)備簡單，施工快捷，造價相對較低，施工不易受季節(jié)性影響，工期短容易產(chǎn)生“橡皮土”，噪聲污染較大，質(zhì)量不易控制深層攪拌法地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值不大于120kPa的軟土地基可充分利用工程軟土原地加固，施工快捷，加固方式靈活主要用于垂直防滲和加固地基，其側(cè)向抗壓力較差高真空擊密法適用于沿海地區(qū)海灘、江、河、湖泊的岸邊，洼地、池塘地造價低（較常規(guī)方法節(jié)約30）、工期短（較常規(guī)方法節(jié)約50）、質(zhì)量可控、施工環(huán)保碎石樁地基土的不排水抗剪強度大于20kPa的軟土地基承載力大、變形小不均勻沉降量較大，受地層均勻性影響CFG樁對淤泥質(zhì)土需試驗驗證施工速度快、質(zhì)量容易控制、相對一般樁基造價較低高壓噴射注漿法適用于淤泥、淤泥質(zhì)土的軟土地基的既有建筑、新建建筑的地基加固，深基坑、地鐵等工程的土層加固或防水。泥炭、泥炭質(zhì)土需現(xiàn)場試驗驗證。可利用原土、污染小、施工設(shè)備簡單、設(shè)計靈活、單樁承載力高不適用于大面積加固，成本較高第3章 軟基處理方法經(jīng)濟與技術(shù)分析技術(shù)經(jīng)濟學(xué)是一門研究技術(shù)和經(jīng)濟之間辯證關(guān)系的學(xué)科。其研究目的是通過對各種技術(shù)方案的分析、對比、論證和擇優(yōu)過程，選定符合本國和本地區(qū)資源特點和經(jīng)濟條件的技術(shù)，使之有效地服務(wù)于社會經(jīng)濟建設(shè)。本章對換填墊層法、排水固結(jié)法、高壓噴射注漿法等軟土地基處理技術(shù)進行技術(shù)經(jīng)濟分析。3.1技術(shù)經(jīng)濟學(xué)原理概述3.1.1技術(shù)經(jīng)濟學(xué)的含義技術(shù)經(jīng)濟學(xué)是我國在20世紀(jì)60年代引進的一門學(xué)科，它是由技術(shù)科學(xué)與經(jīng)濟科學(xué)相互交叉滲透而形成的邊緣學(xué)科，研究技術(shù)領(lǐng)域的經(jīng)濟問題和經(jīng)濟規(guī)律，尋找技術(shù)與經(jīng)濟的最佳結(jié)合的應(yīng)用性科學(xué)25。技術(shù)經(jīng)濟學(xué)存在以下幾點含義：（1）技術(shù)經(jīng)濟學(xué)的研究要把握技術(shù)發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律。技術(shù)的表現(xiàn)形態(tài)體現(xiàn)在硬技術(shù)和軟技術(shù)兩方面。就軟土地基處理技術(shù)而言，硬技術(shù)體現(xiàn)為每種地基處理技術(shù)施工設(shè)備的更新改造，軟技術(shù)體現(xiàn)為地基處理技術(shù)施工工藝、管理流程等方面。硬技術(shù)和軟技術(shù)都有其發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律，技術(shù)經(jīng)濟學(xué)的任務(wù)之一就是研究、認(rèn)識并遵循這些規(guī)律，按規(guī)律辦事。（2）技術(shù)與經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展。技術(shù)和經(jīng)濟雖屬于不同領(lǐng)域，但在人類的生產(chǎn)生活中相互依賴、相互制約，經(jīng)濟占主導(dǎo)地位，科學(xué)技術(shù)進步是為經(jīng)濟發(fā)展服務(wù)的。技術(shù)經(jīng)濟學(xué)中，技術(shù)和經(jīng)濟這種辯證關(guān)系主要體現(xiàn)在以下兩方面。1）科學(xué)技術(shù)的進步可推動經(jīng)濟發(fā)展和社會進步。根據(jù)美國經(jīng)濟學(xué)家丹尼森的研究，在勞動增長速度、資本增長速度、技術(shù)進步速度、總要素投入的增長速度這四個因素對國民收入增長速度的貢獻中，技術(shù)進步的貢獻是第一位的?？梢?，技術(shù)的進步可推動經(jīng)濟發(fā)展。例如排水固結(jié)法中豎向排水材料從砂井到紙板、塑料排水板的材料演變，不僅帶來經(jīng)濟效益上的改善，而且使得施工更便捷。2）經(jīng)濟發(fā)展可促進科學(xué)技術(shù)的進步。經(jīng)濟發(fā)展是技術(shù)進步的物質(zhì)基礎(chǔ)，首先新技術(shù)的研發(fā)需要經(jīng)濟上的支持，其次新技術(shù)的推廣及應(yīng)用也需要一定的經(jīng)濟基礎(chǔ)。例如，在我國大力發(fā)展低碳經(jīng)濟的背景下，各種綠色施工軟技術(shù)的提出，綠色施工設(shè)備硬技術(shù)的研發(fā)驗證了經(jīng)濟發(fā)展的需要是推動技術(shù)進步的動力。3.1.2經(jīng)濟效益理論經(jīng)濟效益是指在經(jīng)濟活動過程中，研究對象在經(jīng)濟上的投入與產(chǎn)出的比值。其中投入一般是指生產(chǎn)產(chǎn)品或者提供勞動服務(wù)而消耗的資源，如資金、勞動力和技術(shù)等；產(chǎn)出指的是用貨幣表示的相應(yīng)產(chǎn)品和勞務(wù)的價值。在地基與基礎(chǔ)工程中，研究的經(jīng)濟投入包括建材消耗，人工消耗，機械使用費，還包括技術(shù)投入等其他方面。產(chǎn)出可體現(xiàn)在所采用的地基處理方法帶來建筑物上部結(jié)構(gòu)的安全性由此降低的建筑維護費用，采用合理的技術(shù)方案帶來的環(huán)境經(jīng)濟效益等。并應(yīng)符合近期經(jīng)濟效益服從遠(yuǎn)期經(jīng)濟效益的原則。3.1.3技術(shù)經(jīng)濟分析的可比性原則在技術(shù)經(jīng)濟學(xué)的研究中，除了要對單個技術(shù)方案進行評價外，更重要的是對多個技術(shù)方案的經(jīng)濟效益進行比較和評價，從中選出最優(yōu)的方案。如果要全面、準(zhǔn)確的反映被比較方案的經(jīng)濟效益，在多方案的比較中，需要建立共同的比較基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)?？傮w來說，技術(shù)經(jīng)濟分析中的比較原理包括四方面：滿足需要的可比性原則、消耗費用的可比性原則、價格的可比性原則、時間的可比性原則。滿足需要的可比性原則是指被用來比較的各個技術(shù)方案必須滿足同樣的社會實際需要，才能直接用來比較，每個技術(shù)方案都是以滿足一定的客觀需要為前提，所以技術(shù)方案應(yīng)該在數(shù)量、質(zhì)量和品種上具有可比性。消耗費用的可比性應(yīng)該根據(jù)經(jīng)濟評價的類型，采用相應(yīng)的計算原則和方法計算各種費用，并且要注意對比方案在同一經(jīng)濟評價類型中費用包含的范圍應(yīng)一致，在不同的經(jīng)濟評價類型中費用包含的內(nèi)容有所區(qū)別。價格的可比性總的來說，當(dāng)產(chǎn)品價格和價值一致的時候，可以采用現(xiàn)行的價格計算，而當(dāng)產(chǎn)品價格不能正確反映價值的時候則可以根據(jù)相對穩(wěn)定時期內(nèi)的不變價格來計算。時間的可比性主要有兩點：1）使用壽命不同的方案在進行比較時，要通過工程經(jīng)濟學(xué)上的方法采用相同計算期作為比較的基礎(chǔ)；2）應(yīng)計算時間的價值，考慮時間長短帶來的不同經(jīng)濟效益。3.2技術(shù)經(jīng)濟分析的一般程序技術(shù)經(jīng)濟分析一般分為七個步驟，具體分析過程見圖3.1所示。（1）確定目標(biāo)功能。目標(biāo)功能是根據(jù)問題的性質(zhì)、范圍、原因和任務(wù)來設(shè)定的。確定目標(biāo)功能是技術(shù)經(jīng)濟分析中的重要環(huán)節(jié)，如果目標(biāo)功能定錯，就會產(chǎn)生失敗的建設(shè)或者投資。（2）調(diào)查、研究、收集資料。目標(biāo)功能確定后，要針對方案的目標(biāo)功能進行調(diào)查和研究，并進行資料的收集和分析，總結(jié)過去，分析現(xiàn)在，預(yù)測將來。資料是分析的基礎(chǔ)，因此資料的正確與否是影響技術(shù)經(jīng)濟效益分析的關(guān)鍵，是技術(shù)經(jīng)濟分析的基礎(chǔ)工作。（3）提出備選方案。尋求各種備選方案實際上就是一項技術(shù)創(chuàng)新活動，為了提出滿足目標(biāo)功能的多種可行的技術(shù)方案，決策者必須進行創(chuàng)新。在提出備選技術(shù)方案的過程中，要盡量列出各種可能方案，以用來比較和選擇，從中選擇最優(yōu)方案。（4）擬定技術(shù)經(jīng)濟評價指標(biāo)。根據(jù)設(shè)計方案的目標(biāo)功能和目標(biāo)內(nèi)容擬定或查詢該問題所用的分析評價指標(biāo)，這是技術(shù)方案評價的依據(jù)。由于每種備選方案的評價指標(biāo)和參數(shù)不同，很難直接比較，因此需要對一些不能進行直接比較的指標(biāo)進行處理，使得各種備選方案的評價指標(biāo)統(tǒng)一起來，具有可比性。（5）方案評價。對方案的評價可從多角度進行，如定量評價和定性評價相結(jié)合。（6）確定最優(yōu)方案。根據(jù)方案評價的結(jié)果，選出達(dá)到目標(biāo)功能要求的、技術(shù)先進的、經(jīng)濟合理的，具備最佳綜合效益的方案。（7）在可能條件下，要進一步對確定的最優(yōu)方案進行完善，以使方案更利于實現(xiàn)，并且具有更佳的經(jīng)濟效益。是確定方案的目標(biāo)功能調(diào)查、研究、搜集材料提出備選方案擬定技術(shù)經(jīng)濟評價指標(biāo)方案評價方案是否滿意確定最優(yōu)方案完善方案否圖3.1 技術(shù)經(jīng)濟分析程序3.3軟土地基處理方法技術(shù)分析軟土地基處理技術(shù)分析主要包括地基承載力計算、穩(wěn)定性分析及地基沉降計算三大類。當(dāng)采用復(fù)合地基既為了提高地基承載力又為了減小地基沉降時，則首先要考慮滿足地基承載力要求，然后再考慮滿足減小地基沉降量的要求。3.3.1堆載預(yù)壓法技術(shù)分析3.3.1.1堆載預(yù)壓法排水體設(shè)計（1）水平排水體設(shè)計。排水固結(jié)法中水平排水體不但具有水平排水作用，而且可提高地面承載力，在真空預(yù)壓法中還能傳遞真空。水平排水體設(shè)計主要包括材料選用及確定水平排水墊層厚度。材料可選用透水性好、含泥量少的中粗砂，粒徑小于10cm的碎石等，水平排水體厚度應(yīng)按軟基所處的條件確定26。（2）豎向排水體設(shè)計井徑。普通砂井直徑可取300500mm，袋裝砂井直徑一般為7001000mm，塑料排水帶的等效直徑可按式（3.1）計算，即 （3.1）式中，分別為排水帶的寬度和厚度，mm；修正系數(shù)，一般去取0.751。平面布置。豎向排水體的平面布置可按正三角形（圖3.2a）或正方形布置（圖3.2b）。 （a） （b） 圖3.2豎向排水體正三角形平面布置形式豎井的有效排水直徑見