1、廣州大學 廣東科學中心籌建辦公室 廣東省基礎工程公司 廣東工業(yè)大學 中國科學院廣州地球化學研究所 廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局 2006年11月5日,廣東科學中心飽和軟土地基預處理技術研究與應用,廣東省科學技術獎勵匯報材料,1,匯報內(nèi)容,一、工程概況 二、科學試驗研究 三、工程設計、施工、監(jiān)測及檢測 四、經(jīng)濟效益分析 五、成果及推廣應用,2,1、場地位置,廣東科學中心是省政府投資興建的重點工程，建設地點在廣州大學城西部，建設場地地勢低平（海拔標高約為45m，設計要求場地標高89.5m），其天然地基承載力不能滿足上部建筑施工及使用階段的要求。,一、工程概況,3,廣東科學中心的原始地貌,4,砂土液化分布圖,

2、5,淤泥質(zhì)土厚度變化平面圖,6,2、場地工程地質(zhì)特點,(1) 軟弱土層厚度較大； (2) 淤泥含水量高，孔隙 比大，壓縮性高，強 度低； (3) 場地抗震性能差； (4) 滲透性相對較好。,7,3、建筑場地對地基的要求,(1)主場館采用樁基礎，需加強地基對樁基的側(cè)向約束，提高抵抗水平荷載的能力，消除豎向負摩阻力； (2)施工工期短，需加快地基排水固結(jié)、提高場地承載力，滿足工期進度及上部結(jié)構(gòu)施工要求； (3)有利于基坑開挖支護。,工程規(guī)劃占地45萬m2，建設場地面積為38.7萬m2 。場地對地基的要求為：,8,在全面調(diào)研，總結(jié)了國內(nèi)外成功經(jīng)驗及失敗教訓后，經(jīng)過多種地基處理方案的比較，提交了廣東科

3、學中心建設場地地基處理與監(jiān)測建議書。,4、地基處理方案論證（2004年1-4月）,該建議書在2004年4月30日，通過了由國內(nèi)著名的建筑地基、建筑結(jié)構(gòu)等領域的院士、教授、高工組成的專家組的審查。其結(jié)論為：課題組所建議采用的動靜結(jié)合排水固結(jié)法處理軟弱地基的技術方案比較合理、先進和可行，且施工工期較短，造價較低。,9,試驗區(qū)分布與現(xiàn)場監(jiān)測、檢測平面布置圖,1、試驗方案（2004年5-6月）,二、科學試驗研究,選取了1600m2的場地，作為動力排水固結(jié)法的施工試驗區(qū)（分為5個區(qū)），進行科學試驗研究。,10,通過吹砂填淤、設置排水板、合理布置排水溝與集水井，采用“少擊多遍、逐級加能、雙向排水”技術，成

4、功的進行了動力排水固結(jié)法試驗施工。試驗參數(shù)如下表所示。,二、科學試驗研究,1、試驗方案,11,2、試驗結(jié)果分析,典型孔隙水壓力與時間關系曲線圖,監(jiān)測結(jié)果：兩遍夯擊間隔時間為5-7天，比常規(guī)強夯法處理飽和軟土的孔隙水壓力消散時間要快。,12,測斜監(jiān)測成果圖,夯沉量監(jiān)測成果圖,13,強夯施工可滿足施工進度要求； 夯后土的物理力學性能指標和地基承載力均有較大幅度提高，上部軟弱土層得到了排水固結(jié)； 通過標準貫入試驗證明，深部砂土液化得到了明顯的改善。,3、試驗結(jié)論,14,4、適合廣東科學中心地基處理新技術的提出,在試驗的基礎上，提出了“吹砂填淤、動靜結(jié)合、分區(qū)處理，少擊多遍、逐級加能、雙向排水”的飽和

5、淤泥質(zhì)砂土地基預處理新技術，探討了加固機理?！半p向排水”原理如下圖所示。,試驗區(qū)巧妙地利用廣東科學中心的巖土層結(jié)構(gòu)淤泥質(zhì)砂土層構(gòu)成雙向立體排水系統(tǒng)，加速超孔隙水壓力的消散，有效地消除了砂土液化。,15,分區(qū)處理：根據(jù)重大工程項目上部建筑的使用功能、對地基基礎的要求不同，針對建筑場地的工程地質(zhì)特征，采用概念設計的方法，結(jié)合工地建筑材料、施工工期等實際情況，進行分區(qū)處理，從而達到較佳的技術經(jīng)濟效果； 少擊多遍：傳統(tǒng)強夯法通常不適宜軟土地基處理，施工時易發(fā)生“掉錘”事故，即夯錘陷入吹填砂層下的巨厚淤泥層之中的工程事故；本技術實施強夯時，通過調(diào)整夯擊能量和夯擊次數(shù)，預防了事故發(fā)生，從而加速軟土地基的排

6、水固結(jié)； 逐級加能：傳統(tǒng)強夯法通常先加固深層、再加固中層和淺層；本技術實施強夯時，先加固淺層、再依次加固中層和深層，即逐級加能的方法，從而有效地保證了施工效果。 雙向排水:傳統(tǒng)強夯法通常為單向排水；本技術巧妙地利用廣東科學中心的巖土層結(jié)構(gòu)淤泥質(zhì)砂土層構(gòu)成立體排水系統(tǒng)，通過雙向排水有效地抑制超孔隙水壓力的上升、并加速其消散。,16,三、工程設計、施工、監(jiān)測及檢測,1、工程設計（2004年7月）,分區(qū)處理，設計時將場地分為兩大部分：第一部分為動力排水固結(jié)區(qū)，含科學中心主館、學術交流中心、入口廣場、停車場等約17萬平方米； 第二部分為超載預壓區(qū)，含室外展場等約21.7萬平方米。,17,1、工程設計（

7、2004年7月）,動力排水固結(jié)區(qū)設計圖,三、工程設計、施工、監(jiān)測及檢測,18,1、工程設計（2004年7月）,三、工程設計、施工、監(jiān)測及檢測,19,超載預壓設計圖,1、工程設計（2004年7月）,三、工程設計、施工、監(jiān)測及檢測,20,1、工程設計（2004年7月）,三、工程設計、施工、監(jiān)測及檢測,超載預壓設計參數(shù)表,21,2、工程施工（2004年7-10月）,2.1 動力排水固結(jié)法（強夯法）施工： （17萬平方米） (1)施工程序為：吹砂 豎向排水帶施工 施工分區(qū)排水溝施工 三四遍逐級加能強夯施工 一二遍低能滿夯 (2) 在大面積的動力排水固結(jié)區(qū)內(nèi)，采取分區(qū)設置排水裝置，包括排水溝(間隔30m

8、，寬5m)和集水井(沿排水溝每20m30m設置一個), 與豎向排水帶構(gòu)成網(wǎng)狀排水系統(tǒng)，進行連續(xù)抽水，可加速強夯后的孔隙水壓消散。 2.2 超載預壓施工：（ 21.7萬平方米） (1) 施工程序為：吹砂 豎向排水帶施工 鋪設無紡土工布和盲溝等水平排水帶施工 堆土施工（從近至遠、分層堆載、分層碾壓） (2) 因地制宜，吹砂與堆土相結(jié)合,吹填砂,大學城場地平整的45萬方余土,大學城外環(huán)路卸載20萬方,塘泥處理 20萬方,22,2.3 塘泥處理,針對堆土施工中出現(xiàn)的塘泥擠出問題，提出“就近處理、因地制宜”的區(qū)域環(huán)境巖土工程處理概念。 采用了“填土擠淤、化淤為土、混土為料”的淤泥處理方法，避免了淤泥外運

9、，處理近 20 萬m3塘泥地塊，保證了后續(xù)工程的順利進行，縮短了施工工期，達到了節(jié)能環(huán)保效果。,2、工程施工（2004年7-10月）,23,排水溝施工實況,塑料排水帶施工實況,集水井施工實況,施工現(xiàn)場實況照片,堆土施工,24,施工現(xiàn)場監(jiān)測：孔隙水壓力、測斜、分層沉降、邊樁水平位移以及地表沉降等； 地基處理后的工程檢測：鉆孔取樣、室內(nèi)常規(guī)土工試驗、標準貫入試驗、靜力觸探試驗、靜載荷試驗以及瑞雷波法檢測等。,3、工程監(jiān)測及檢測,25,3.1 動力排水固結(jié)區(qū)的監(jiān)測和檢測結(jié)果 (1) 夯沉量與工后沉降的監(jiān)測,夯點的夯沉量均在1300mm1600mm左右； 三四遍強夯施工完成后總夯沉量在500mm110

10、0mm之間； 強夯完成7個月后，2005年5月25日測量標高分析：動力排水固結(jié)1區(qū)的平均工后沉降為19.5mm，滿足設計要求。,26,(2) 夯后檢測結(jié)果,a、0-4米土層的土工參數(shù)大幅提高，地基承載力特征值約為130kPa以上； b、4-8米土層的土工參數(shù)有一定幅度的提高，地基承載力特征值約為100kPa左右； c、8-14米土層的土工參數(shù)有所加強，砂土液化已基本消失； d、夯后進行12組樁基試驗，包括豎向靜載試驗及水平載荷試驗，證明樁基豎向與水平承載力均滿足設計要求，樁數(shù)從原來的1500根減少至1096根。,3.1 動力排水固結(jié)區(qū)的監(jiān)測和檢測結(jié)果,27,3.超載預壓固結(jié)區(qū)的監(jiān)測和檢測,地表

11、沉降時間曲線圖,邊樁水平位移時間曲線圖,28,4、進一步研究成果 動力排水固結(jié)處理前后微觀特性研究,采用液氮真空冷凍制樣技術、噴金鍍膜技術、掃描電子顯微技術和計算機圖像處理技術，對動力排水固結(jié)處理前后46組試樣的96幅飽和軟土微結(jié)構(gòu)照片進行了相應的定性和定量研究。,29,（1） 定性研究,飽和軟土的微結(jié)構(gòu)的變化,經(jīng)動力排水固結(jié)預處理后，微結(jié)構(gòu)連接更為緊密，微結(jié)構(gòu)基本單元由紊流狀排列向定向排列轉(zhuǎn)化。,夯點軟土微結(jié)構(gòu)圖（3000）,夯間軟土微結(jié)構(gòu)圖（3000）,從夯間夯點，大孔隙數(shù)目明顯減少，孔徑趨向于變小。,飽和軟土的孔隙特性的變化,30,施工工藝對飽和軟土微結(jié)構(gòu)的影響,（1） 定性研究,31,

12、孔隙特性定量研究,（2） 定量研究,32,a、微結(jié)構(gòu)參數(shù)與壓縮系數(shù)的相關性,采用多元逐步線性回歸方法進行分析，發(fā)現(xiàn)當顯著性水平為0.05時，微結(jié)構(gòu)參數(shù)與常用工程物理力學參數(shù)指標間具有較強的線性回歸關系：,b、微結(jié)構(gòu)參數(shù)與壓縮模量的相關性,c、微結(jié)構(gòu)參數(shù)與內(nèi)聚力的相關性,d、微結(jié)構(gòu)參數(shù)與內(nèi)摩擦角的相關性,（2） 定量研究,33,四、經(jīng)濟效益分析,34,四、經(jīng)濟效益分析,35,36,1、創(chuàng)新點,（1）首次綜合采用“吹砂填淤、動靜結(jié)合、分區(qū)處理，少擊多遍、逐級加能、雙向排水”的地基預處理新技術，巧妙地利用了廣東科學中心建設場地的工程特征，成功地處理了38.7萬m2的飽和淤泥質(zhì)砂土地基。 （2）首次聯(lián)

13、合采用國內(nèi)外領先的多項分析處理技術，對動力排水固結(jié)法 處理前后飽和軟土的微觀結(jié)構(gòu)進行了分析評價，實現(xiàn)了定性與定量相結(jié)合、宏觀與微觀相結(jié)合。,五、成果及推廣應用,（3）理論與實踐密切結(jié)合。全方位跟進施工全過程，及時解決工程中所遇到的各類技術問題，為重點工程保駕護航。 （4）產(chǎn)、學、研相結(jié)合。充分體現(xiàn)科技團隊攻關的優(yōu)勢，探索了高等學校、科研院所與設計施工單位合作開展重大項目科學研究的新機制，將先進施工技術直接轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。,37,五、成果及推廣應用,2、已取得的成果 (1)成功處理了38.7萬平方米的軟弱土地基，縮短施工工期，滿足廣東科學中心工程進度要求； (2)提交研究報告，發(fā)表了相關學術論文；

14、,為實現(xiàn)將廣東科學中心建設成為“國內(nèi)領先、國際一流”的目標，奠定了基礎。,38,五、成果及推廣應用,2、已取得的成果 (1)成功處理了38.7萬平方米的軟弱土地基，縮短施工工期，滿足廣東科學中心工程進度要求； (2)提交研究報告，發(fā)表了相關學術論文；,為實現(xiàn)將廣東科學中心建設成為“國內(nèi)領先、國際一流”的目標，奠定了基礎。,39,3、成果鑒定意見,在廣東省科學技術廳于2006年4月24日組織的鑒定會上，鑒定委員會認為：該項目對廣東科學中心飽和淤泥質(zhì)砂土地基綜合采用“動靜結(jié)合、少擊多遍、逐級加能、雙向排水”預處理技術，總體上達到國內(nèi)領先水平，符合節(jié)能環(huán)保要求。 在飽和軟土地基試驗的基礎理論研究中，對動力排水固結(jié)法處理后飽和軟土的微觀結(jié)構(gòu)進行定性和定量的分析評價辦法，達到國際先進水平