广东科学中心饱和软土地基预处理技术研究与应用.ppt

广州大学广州大学 广东科学中心筹建办公室广东科学中心筹建办公室 广东省基础工程公司广东省基础工程公司 广东工业大学广东工业大学 中国科学院广州地球化学研究所中国科学院广州地球化学研究所 广州海洋地质调查局广州海洋地质调查局 20062006年年1111月月5 5日日 广东科学中心 饱和软土地基预处理技术研究与 应用 广东省科学技术奖励汇报材料 汇报内容 一、工程概况 二、科学试验研究 三、工程设计、施工、监测及检测 四、经济效益分析 五、成果及推广应用 1、场地位置 广东科学中心是省政 府投资兴建的重点工程， 建设地点在广州大学城西 部，建设场地地势低平（ 海拔标高约为45m，设计要 求场地标高89.5m），其天 然地基承载力不能满足上 部建筑施工及使用阶段的 要求。 一、工程概况 广东科学中心的原始地貌 砂土液化分布图 淤泥质土厚度变化平面图 2、场地工程地质特点 (1) 软弱土层厚度较大； (2) 淤泥含水量高，孔隙 比大，压缩性高，强 度低； (3) 场地抗震性能差； (4) 渗透性相对较好。 3、建筑场地对地基的要求 (1)主场馆采用桩基础，需加强 地基对桩基的侧向约束，提 高抵抗水平荷载的能力，消 除竖向负摩阻力； (2)施工工期短，需加快地基排 水固结、提高场地承载力， 满足工期进度及上部结构施 工要求； (3)有利于基坑开挖支护。 工程规划占地45万m2， 建设场地面积为38.7万m2 。 场地对地基的要求为： 在全面调研，总结了国内外成功经验及失败教训后，经过 多种地基处理方案的比较，提交了广东科学中心建设场地地 基处理与监测建议书。 4、地基处理方案论证（2004年1-4月） 该建议书在2004年4月30日，通过了由国内著名的建筑地基、 建筑结构等领域的院士、教授、高工组成的专家组的审查。其结 论为：课题组所建议采用的动静结合排水固结法处理软弱地基的 技术方案比较合理、先进和可行，且施工工期较短，造价较低。 试验区分布与现场监测、检测平面布置图 现场监测：孔隙水压力、分层沉降、测斜、土压力、地面 沉降及夯区周边土体隆起、夯沉量监测。 夯后检测： 钻孔取土样、室内常规土工试验、静载试验、静 力触探及十字板剪切试验、标准贯入试验等。 集水井 排水沟 1、试验方案（2004年5-6月） 二、科学试验研究 选取了 1600m2的场 地，作为动 力排水固结 法的施工试 验区（分为5 个区），进 行科学试验 研究。 通过吹砂填淤、设置排水板、合理布置排水沟 与集水井，采用“少击多遍、逐级加能、双向排水” 技术，成功的进行了动力排水固结法试验施工。试验 参数如下表所示。 二、科学试验研究 1、试验方案 2、试验结果分析 典型孔隙水压力与时间关系曲线图 监测结果：两遍夯击间隔时间为5-7天，比常规强夯 法处理饱和软土的孔隙水压力消散时间要快。 测斜监测成果图 l夯击能 1200kN m 夯沉量监测成果图 l夯击能 1000kNm l夯击能 800kNm l强夯施工可满足施工进度要求； l夯后土的物理力学性能指标和地基承载力均有较大幅度提高， 上部软弱土层得到了排水固结； l通过标准贯入试验证明，深部砂土液化得到了明显的改善。 3、试验结论 4、适合广东科学中心地基处理新技术的 提出 在试验的基础上，提出了“吹砂填淤、动静结合、分区处理 ，少击多遍、逐级加能、双向排水”的饱和淤泥质砂土地基预处 理新技术，探讨了加固机理。“双向排水”原理如下图所示。 试验区巧妙地利用广东科学中心的岩土层结构淤泥质砂土 层构成双向立体排水系统，加速超孔隙水压力的消散，有效地消除 了砂土液化。 l分区处理：根据重大工程项目上部建筑的使用功能、对地基基础 的要求不同，针对建筑场地的工程地质特征，采用概念设计的方 法，结合工地建筑材料、施工工期等实际情况，进行分区处理， 从而达到较佳的技术经济效果； l少击多遍：传统强夯法通常不适宜软土地基处理，施工时易发生 “掉锤”事故，即夯锤陷入吹填砂层下的巨厚淤泥层之中的工程事 故；本技术实施强夯时，通过调整夯击能量和夯击次数，预防了 事故发生，从而加速软土地基的排水固结； l逐级加能：传统强夯法通常先加固深层、再加固中层和浅层；本 技术实施强夯时，先加固浅层、再依次加固中层和深层，即逐级 加能的方法，从而有效地保证了施工效果。 l双向排水:传统强夯法通常为单向排水；本技术巧妙地利用广东 科学中心的岩土层结构淤泥质砂土层构成立体排水系统，通 过双向排水有效地抑制超孔隙水压力的上升、并加速其消散。 三、工程设计、施工、监测及检 测 1、工程设计（2004年7月） 分区处理，设 计时将场地分为 两大部分：第一 部分为动力排水 固结区，含科学 中心主馆、学术 交流中心、入口 广场、停车场等 约17万平方米； 第二部分为超 载预压区，含室 外展场等约21.7 万平方米。 超载预压区 动力排水固结区1 动力排水固结区2 1、工程设计（2004年7月） 动力排水固结区设计图 三、工程设计、施工、监测及检 测 1、工程设计（2004年7月） 三、工程设计、施工、监测及检 测 超载预压设计图 1、工程设计（2004年7月） 三、工程设计、施工、监测及检 测 1、工程设计（2004年7月） 三、工程设计、施工、监测及检 测 超载预压设计参数表 2、工程施工（2004年7-10月） 2.1 动力排水固结法（强夯法）施工： （17万平方米） (1)施工程序为：吹砂 竖向排水带施工 施工分区排水沟施工 三四遍逐级加能强夯施工 一二遍低能满夯 (2) 在大面积的动力排水固结区内，采取分区设置排水装置，包括排水沟 (间隔30m，宽5m)和集水井(沿排水沟每20m30m设置一个), 与竖向排水 带构成网状排水系统，进行连续抽水，可加速强夯后的孔隙水压消散。 2.2 超载预压施工：（ 21.7万平方米） (1) 施工程序为：吹砂 竖向排水带施工 铺设无纺土工布和盲沟等 水平排水带施工 堆土施工（从近至远、分层堆载、分层碾压） (2) 因地制宜，吹砂与堆土相结合 吹填砂大学城场地平整的45 万方余土 大学城外环路卸载 20万方 塘泥处理 20万方 2.3 塘泥处理 针对堆土施工中出现的塘泥挤出问题，提出“就近 处理、因地制宜”的区域环境岩土工程处理概念。 采用了“填土挤淤、化淤为土、混土为料”的淤泥 处理方法，避免了淤泥外运，处理近 20 万m3塘泥地块 ，保证了后续工程的顺利进行，缩短了施工工期，达到 了节能环保效果。 2、工程施工（2004年7-10月） 排水沟施工实况 塑料排水带施工实况 集水井施工实况 施工现场实况照片 堆土施工 l施工现场监测：孔隙水压力、测斜、分层沉降、边桩水平 位移以及地表沉降等； l地基处理后的工程检测：钻孔取样、室内常规土工试验、 标准贯入试验、静力触探试验、静载荷试验以及瑞雷波法 检测等。 3、工程监测及检测 3.1 动力排水固结区的监测和检测结果 (1) 夯沉量与工后沉降的监测 l夯点的夯沉量均在1300mm1600mm左右； l三四遍强夯施工完成后总夯沉量在500mm1100mm之间； l强夯完成7个月后，2005年5月25日测量标高分析：动力排水 固结1区的平均工后沉降为19.5mm，满足设计要求。 (2) 夯后检测结果 a、0-4米土层的土工参数大 幅提高，地基承载力特征值 约为130kPa以上； b、4-8米土层的土工参数有 一定幅度的提高，地基承载 力特征值约为100kPa左右； c、8-14米土层的土工参数有 所加强，砂土液化已基本消 失； d、夯后进行12组桩基试验， 包括竖向静载试验及水平载 荷试验，证明桩基竖向与水 平承载力均满足设计要求， 桩数从原来的1500根减少至 1096根。 3.1 动力排水固结区的监测和检测结果 3. 超载预压固结区的监测和检 测 地表沉降时间曲线图边桩水平位移时间曲线图 4、进一步研究成果 动力排水固结处理前后微观特 性研究 采用液氮真空冷冻制样技术、喷金镀膜技术 、扫描电子显微技术和计算机图像处理技术，对 动力排水固结处理前后46组试样的96幅饱和软 土微结构照片进行了相应的定性和定量研究。 （1） 定性研究 饱和软土的微结构的变化 经动力排 水固结预 处理后， 微结构连 接更为紧 密，微结 构基本单 元由紊流 状排列向 定向排列 转化。 夯点软土微结构图 （3000） 夯间软土微结构图 （3000） 从夯间 夯点 ，大孔 隙数目 明显减 少，孔 径趋向 于变小 。 饱和软土的孔隙特性的变化 施工工艺对饱和软土微结构的影响 （1） 定性研究 孔隙特性定量研究 2 2 （2） 定量研究 a、微结构参数与压缩系数的相关性 采用多元逐步线性回归方法进行分析，发现当显 著性水平为0.05时，微结构参数与常用工程物理力学 参数指标间具有较强的线性回归关系： b、微结构参数与压缩模量的相关性 c、微结构参数与内聚力的相关性 d、微结构参数与内摩擦角的相关性 （2） 定量研究 四、经济效益分析 四、经济效益分析 1、创新点 （1）首次综合采用“吹砂填淤、动静结合、分区处理，少击多遍、逐级加 能、双向排水”的地基预处理新技术，巧妙地利用了广东科学中心建设场 地的工程特征，成功地处理了38.7万m2的饱和淤泥质砂土地基。 （2）首次联合采用国内外领先的多项分析处理技术，对动力排水固结法 处理前后饱和软土的微观结构进行了分析评价，实现了定性与定量相结 合、宏观与微观相结合。 五、成果及推广应用 （3）理论与实践密切结合。全方位跟进施工全过程，及时解决工程中所遇 到的各类技术问题，为重点工程保驾护航。 （4）产、学、研相结合。充分体现科技团队攻关的优势，探索了高等学校 、科研院所与设计施工单位合作开展重大项目科学研究的新机制，将先 进施工技术直接转化为生产力。 五、成果及推广应用 2、已取得的成果 (1)成功处理了38.7万平方米 的软弱土地基，缩短施工 工期，满足广东科学中心 工程进度要求； (2)提交研究报告，发表了相 关学术论文； 为实现将广东科 学中心建设成为“国内 领先、国际一流”的目 标，奠定了基础。 五、成果及推广应用 2、已取得的成果 (1)成功处理了38.7万平方米 的软弱土地基，缩短施工 工期，满足广东科学中心 工程进度要求； (2)提交研究报告，发表了相 关学术论文； 为实现将广东科 学中心建设成为“国内 领先、国际一流”的目 标，奠定了基础。 3、成果鉴定意见 在广东省科学技术厅于 2006年4月24日组织的鉴定会 上，鉴定委员会认为：该项目 对广东科学中心饱和淤泥质砂 土地基综合采用“动静结合、 少击多遍、逐级加能、双向排 水”预处理技术，总体上达到 国内领先水平，符合节能环保 要求。 在饱和软土地基试验的基 础理论研究中，对动力排水固 结法处理后饱和软土的微观结 构进行定