最新深厚软土地基处理关键技术

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岩土工程问题解决方法
外荷载
土
（颗粒、水和气三相体）
基本理论
试验
工程特性
（强度、变形、渗透）
岩土工程问题解决方法： 基本理论 + 试验 + 工程实践
（设计方法、施工技术）
设计方法
施工技术
土工构筑物
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软土地基研究方法——多尺度认识土的特性
微观结构
单元特性
宏观现象
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结构性软土压缩特性
1.9
1.8 A
当地表含水或吹填淤泥土质极差，塑料插板机无法进入时，可采用无砂 垫层的真空预压法。
设计要求 （1）处理深度：至淤泥层下300mm，约15m左右，以地勘报告为准。 （2）地基承载力特征值: 交工面不低于150kPa，交工面下4m处不低
于120kPa。 （3）压缩模量：交工面不低于12MPa，交工面下4m处不低于10MPa。 （4）固结度：交工面至交工面下4m不低于85%，交工面以下4m以下
强夯法（置换） 振冲（碎石桩）法、水泥土桩 真空预压/联合堆载预压法 真空预压联合强夯法（动静联合） 浅表层快速加固法 井点降水联合强夯法 高真空击密法
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（1）浅表层快速结壳新技术
浅表层流泥~浮泥 承载力极低 含水率高达80%~200% 压缩性高，渗透性差
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大面积超软弱吹填土浅表层超软弱土特性
强夯
大气压 密封膜 排水垫层
堆载
真空系统
塑料排 水板
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联合处理技术三：井点降水联合强夯或堆载处理新技术
加固原理：通过设置水平排水垫层并插设排水板来改善地基复杂软土 （淤泥和粉细砂等）层的排水条件；先通过降低地下水位，促使新地下 水位线以上软土层转变成非饱和土或临界状态，对原地下水位线以下部 分软土层实施降水预压加固；然后利用巨大的强夯冲击荷载或堆载，对 表层非饱和软土层进行强夯动力加固或堆载静压，并促使浅部和深部的 软土层产生超孔隙水压力，孔隙水借助排水系统不断快速排出，超孔隙 水压力发生多次快速升降，软土层得以快速加固。
抽排水 井点降水
强夯
降水井
补填层 排水砂垫层
竖向排水体
软土层 硬土层
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第2遍夯
第1遍夯
第3遍夯 第4遍夯
满夯
当地基土层复杂，为含许多淤泥和粉细砂等软土层时，采用真空预压、 堆载预压、真空预压与强夯等工期长、成本高、加固效果不太好，应采 用井点（真空浅井或深井降水）降水联合强夯或堆载处理的技术方法。 深井降水联合强夯和堆载处理的技术已正在建设的港珠澳大桥珠澳人 工岛地基处理工程中推广应用
试验段 (GK2+244~GK2+544)长度为300m 回填到交工标高+3.0m 处理完成后一般路段交工面的地基承载力
特征值要求不小于140kPa 地基残余沉降量要求不大于30cm 差异沉降不大于0.3%
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处理思路：真空联合堆载预压——处理效果
荷载（kpa）
150.00 50.00 -50.020010-6-2 -150.00 -250.00 -350.00
12真空抽水场景
14真空抽水60天
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15覆土插长板
16强夯
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（三）宝钢德盛原料场改造地基处理工程
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3.1 工程概况
3.1.1 工程地点
工程项目位于罗源湾宝钢德盛厂区以北下土港村内。
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3.1 工程概况 挖方区
填方区
宝钢德盛原料场改 造地基处理工程主 要是对填方区软土 进行预处理，并填 筑土石方至设计高 程6.5m；开挖场地 西侧占据料场用地 的山体，作为填方 区填料的部分来源。
A#路控制中心
G#路
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道路地基处理后
环岛东路南段 （长隆入口）
环岛东路周边小区 （横琴新家园、琴海湾）
环岛东路南段 （横琴码头周边）
环岛东路周边学校 （澳门大学）
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（二）青岛滨海新区吹填土地基预处理工程
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青岛滨海新区某吹填土场地地基处理思路： 采用无砂垫层的真空预压 +覆水+强夯，局部真空联合堆载预压
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地基处理前
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2 地质特点
场地工程地质条件极差 不良工程地质条件：（1）新近吹填松散砂层。
（2）深厚（15～40m）海相淤泥。厚度变化较大，高含水量，大孔隙， 高压缩性，低强度。具有流变、触变特性。
淤淤泥泥层层厚底度等等高值线线图图（（最最深厚达达4337mm））
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环岛北路试验段地基处理要求
1.7
z B y
C
1.6
1.5
重塑土样
D
1.4
校正曲线
¿×¶Ï ȱ¬£ e
1.3
1.2
薄壁土样
E
1.1
1
10
100
1000
ѹ Á¦ £¬ kPa
压缩曲线由四段组成
1：水平段（AB）2：弹性压缩段(BC) 3：结构破坏突降段（CD）4：重塑压缩段(DE)，最终交于 0.42e0点。
结构屈服应力比
软土具有结构性，结构破坏后工程特性显著降低
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一次性堆填1~3m会产生滑坡
3m填土引起 1m最终沉降
压缩性高
强度低
软弱土
处理费用 高
占土建造价 1/3～1/4
难以全断面处理
处理区 下卧层
3h0~10010m0m
分布深度
结构性强
扰动引起工程性质弱化
压缩性增大 强度降低 90% 固结系数降低 90%~95%
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3.2 地质条件
3.2.1 地形地貌 拟建场地位于罗源湾北岸，东西北三面环山，南面临海，属滨海相沉积地貌。
水深1.0m~2.0m，水底平均高程约1.0m。
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3.2 地质条件
3.2.2 地层 自上至下由人工回填土、淤泥、淤泥质粘土及含粘性土砂卵石组成。其中，淤泥和
淤泥质粘土厚度10.6m～25.5m，平均厚度16.5m。 人工回填土
含砂量极少 粘粒和胶粒含量大
浅表层超软弱土处理存在的工程问题
面积大，工期紧，凉晒需1~2年，容易形成水塘 表强度低，砂材料和机械等极易陷或掉入泥中 无法进行正常铺设砂垫层 无法进行正常插设塑料排水板等施工作业
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浅表层快速加固处理技术加固原理
20
P20
设计施工中存在问题
吹填砂厚度不均 形成淤泥包、质量不均
软土厚度： 15 m ~ 50 m。
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软土的工程特性
软土含水量高、孔隙比大 w>50%， e=1.2~2.0
软土压缩性高 Cc=0.3~0.7，3m高的填土将会引起约1.0m的沉降
软土强度低 Cu=8Kpa~15Kpa，一次性堆填3m 高的路堤会引起滑坡
软土渗透性差，固结系数低 k=110-8cm/s ~ 510-7cm/s ，Ch、 Cv约1 10-4cm2/s 沉降稳定时间可能长达几十年,甚至上百年
平 面 分 区 图
P48
1 2 前期勘察阶段场景(机械设备无法行走)
利用橡塑板铺设的施工便道(浮桥)
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3可载人的橡胶塑料板和塑料薄膜
4可以取代砂垫层的透水管
5人工插短塑料排水板
6铺设主支排水管
P50
7铺设塑料底膜或土工布
8人工铺设表层土工膜
9设置沉降观测标点
10真空度监测点
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11真空抽水设备 13真空抽水30天
settlement （3）total settlement
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排水固结——堆载预压法
堆载源可选择砂、土或海水等
堆载预压法
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排水固结——真空预压法
密封膜
真空预压法
大气压
真空抽水
大气压
塑料排 水管
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真空预压和堆载预压法的对比
P27
新型的真空预压处理技术：增压式真空预压法
原理： 在塑料排水板间设置增压管，待常规真空预压固结度达40％后，使增 压管开始工作，土体中心增加了正气压(压力为40N)，使土体中心与排水板的 压力差增加，使真空预压的加固效果得到了明显改善。
P33
施工工艺
铺设排水砂垫层 插设塑料排水板
埋设降水井 密封墙施工
降水预压 试夯或堆载
2~4遍点夯或堆载施工
1遍普夯或堆载
井点降水联合强夯施工工艺
P34
四、工程案例 （一）珠海横琴新区软土地基处理项目
P35
横琴岛鸟瞰图
P36
横琴新区规划图
规划主建设区为大小 横琴山所围区域，即 天沐河（中心沟）两 边沿岸区域，建设开 发区域中约80%为吹 土造地形成的陆域， 均需进行地基预处理
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3.3.1 设计方案——真空联合堆载+强夯地基处理原理
强夯
大气压 密封膜 排水垫层
塑料排 水板
堆载
真空系统
P60
静置5天 静置+强夯 静置
堆料6m
静置10天 排水板施工
填土2m 填土2.7m
填土4.5m
抽真空10天
人工垫层1m
序号
加载过程（前）
对应十字板强 安全系数
度（kPa）
Fs
圆心
半径
1
堆第一级填土4.5m
2
堆第二级填土2.百度文库m
3
堆第二级填土2m
4
堆第一级料6m
14.38 30.15 36.84 38.23
1.255
（5.3,7.4）
19.6
1.264
（6.1,11.3）
22.7
1.208
地下室外地面沉降
花坛、人行道地面沉降
别墅区域轻质砌墙脱落
别墅区域大型沉降裂缝
别墅内部厨房墙体裂缝
结构墙体竖裂缝
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结构与路面的沉降差裂缝
门厅台阶沉降
P16
三、地基处理关键技术
地基处理工程特点
处理面积大 软土厚度大且不均匀 工期短 使用要求高 竞争激烈、造价低廉
大面积深厚软弱土
地基处理关键技术
增压式真空联合堆载预压原理图
P28
解决矛盾：常规真空预压常常由于排水板或横向排水装置的 堵塞造成其长期排水效果差,从而造成场地达不到设计要求。
P29
（3）联合处理技术加固深厚软土
联合处理技术一：真空+堆载预压法
大气压 密封膜
大气压
塑料排 水管
真空抽水
P30
联合处理技术二：真空+堆载+强夯（动静法）
不低于80%。 （5）交工面标高：不低于3.9m（黄海高程）。 （6）工后沉降：5年不大于400mm。
P46
地层特性
人工吹填淤泥 粉细砂 淤泥质粘土
粉质粘土 中粗砂
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吹砂区
采用塑料排水板+强夯的地基预处理方案
吹淤区
采用两步处理方案： 第一步插短板+真空预压+覆水预压; 第二步插长板+强夯 吹淤区采用无砂真空预压。
抽真空 砂垫层施工
P23
（2）真空预压和堆载预压加固深厚软土处理技术
排水固结法提高地基承载力原理
Load system
Bedrock
Drainage system
Pore pressure e↘
PP Dissipation
Es ↗ fak ↗
Key issues： （1）stable during filling （2）post-construction
淤泥
淤泥质粘土
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3.3 设计方案
砂石桩区
真空联合堆载 +强夯处理区
堆载+强夯 处理区
双轴水泥 搅拌隔离桩
设计目标： （1）料场区工后沉降 ≤30cm，差异沉降 ≤5.0mm/m，交工标高6.3m； （2）场坪区工后沉降 ≤50cm，差异沉降 ≤10.0mm/m，交工标高 6.0m； （3）确保东侧排洪渠稳定； （4）对改良后地基做出评 价，对厂房基桩设计提出合 理化建议。
P8
二、主要岩土工程问题
2.1 稳定性问题
上钢五厂原料场
1993年
经济损失约1000万元
P9
基坑整体失稳破坏
风情大道沉陷7m
杭州地铁1号线湘湖站北二基坑软土失稳致灾
P10
2.2 剪切破坏问题
某钢厂原料场
堆载过程中引起的土体隆起开裂 堆取料机轨道基础伸缩缝错位(侧向挤压)
P11
住宅楼整体倒塌
事故分析简图
沉降量(cm)
2010-7-2
2010-8-1
G1地表沉降-荷载时程曲线
平均沉降 荷载Kpa
2010-8-31
2010-9-30 2010-10-30 2010-11-29 2010-12-29
2011-1-28
2011-2-27
日期
P41
处理思路：真空联合堆载预压——处理效果
P42
道路地基处理后
深厚软土地基处理
报告人：黄涛 教授级高工 中冶集团武汉勘察研究院有限公司
2015年12月11日
P1
目录
1
地基处理技术背景
2
主要岩土工程问题
3 我院在地真基空处预压理方关面键的技技术术创新
4
工程实例
5
展
望
P2
一、地基处理技术背景
天津
江苏
湖北
浙江
广东
福建
主要分布于 滨海区域；
软土地区占 国土面积5％ ，GDP占50％ 以上；
人工铺设效率低 插板期间严重冒浆 排水板头支起隔泥 需人工二次补填砂
P21
通过铺土工材料、竹网和荆芭等提高表层承载力，满足初步施工条件
铺设编织布 或土工格栅 架设竹篙架 铺设竹芭和荆芭 铺设无纺布
22
P22
浅表层快速加固处理施工工艺
铺设编织布 插设塑料排水短板 布设滤管和主管
铺设无纺布 铺设密封膜 布设抽真空系统
上海莲花河畔景苑堆载致灾
P12
2.3 大面积地基沉降问题
工业场地-----宝钢德盛
粘土矿随地面沉陷
堰塞河道
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2.3 大面积地基沉降问题
工业场地-----宝钢德盛
钢坯 沉陷
约2万吨价值2亿元的成品钢坯一夜间沉入地下
地面下 沉、管 道拉脱
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2.3 大面积地基沉降问题
市政民用场地--------武汉市泛后湖地区的地面沉降