1、控制工后沉降地基處理技術的發(fā)展,南京水利科學研究院,水利部 交通部 電力工業(yè)部,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,第一部分 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

2、控制工后沉降設計存在的問題 1.6 結 語,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。,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。它直接關系到建筑物的使用

3、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。因此工后沉降又可表示為：,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

4、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。,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,計算最終沉降量,施工期18個月結束時,竣工15年后,推論： 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； 在軟土地基深厚的情況下，地面

5、下15m軟土層的壓縮量在地基最終總沉降中是主要的。,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,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，還能有效減小下臥層工后主固結沉降和次固結沉降。,控制工后沉降設計排水固結可按以下步驟進行： 用分層總和法計算各土層最終壓縮量。 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

6、內和下臥層固結度；按次固結理論計算次固結變形比。 計算地基工后沉降。 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。 驗算地基的穩(wěn)定性。,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,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： 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。,加固體與下臥層的固結度計算理論和方法。 必須開發(fā)和應用加固

7、深度能達到25m左右的新的復合地基處理方法。,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

8、深度一般定為1015m，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。,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,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。,真空壓力卸載的物理本質土體有效球應力卸載,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；,球應力卸載 應力應變,結 論,現(xiàn)有

9、真空卸載回彈模量的計算方法,結論,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,常規(guī)單向壓縮試驗結果,等向壓縮試驗結果,典型試驗曲線,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,b. 考慮土體不等向性的等向壓縮和膨脹試驗 模擬天然地基的K0應力狀態(tài),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。,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 模擬真空和真空聯(lián)合堆載預壓加固軟基時的真空卸載,在球形壓力卸載段

10、，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。 真空卸載過程中，隨著卸載時剪應力水平的提高，地面沉降將繼續(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)。,試驗研究綜合結論,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,建立豎井未打穿軟土地基下臥層的近似計算方法。 將現(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 多層的情況，給出固結解答，并編制應用程序，供工程應 用。 豎井打設區(qū)固

11、結速度明顯快于下臥層。 考慮土體粘滯性影響時，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。 下臥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,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 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

12、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。,軟土特性試驗,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：,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：,2005.59,調研； 鉆孔、室內試驗； 儀器埋設與觀測； 載荷試驗；,2005.1006.6,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 12,07.14,報告編寫,2007.5：

13、驗收,進度計劃：,依托工程與設計方案 鎮(zhèn)溧高速ZL-LY2標深厚軟基處理,工藝流程：,現(xiàn)場實景,目前已取得成果： 已完成加固前的鉆孔取土、原位測試及儀器埋設工作； 預壓土已填筑結束，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)。 打樁結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：,地表沉降過程線,深層沉降過程線,加載過程 水平位移曲線,加載過程水平位移曲線,加載過程樁身應力變化典型曲線,加載過程樁土應力比、 荷載分擔比變化典型曲線,第七部分SMW工法的設計理論與計算方法,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：對周圍環(huán)境影響?。?防滲性能好； 適用土層范圍廣； 工期短，投資??；,存在的主要問題,水泥土的反應機理、強度特征以及本構關系； 水泥攪拌樁型鋼受力變形機理； SMW