基于LCA的软基处理技术智能优选系统.doc

国内图书分类号：TU475+.9 国际图书分类号： 硕士学位论文基于LCA的软基处理技术智能优选系统硕士研究生：陈文广 导师姓名：邵军义 教授 申请学位级别：管理学硕士 学科、专业：管理科学与工程 所在单位：管理学院 答辩日期：2012年12月 学位授予单位：青岛理工大学 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硕士学位论文基于LCA的软基处理技术智能优选系统学位论文答辩日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 青岛理工大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得青岛理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名： 日 期： 青岛理工大学学位论文使用授权声明青岛理工大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、CDMD和DMD有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权青岛理工大学研究生处办理。研究生签名： 导师签名： 日 期： 目 录摘 要VAbstractVI第1章 绪论11.1研究背景及意义11.1.1研究的背景11.1.2研究的意义11.2国内外研究现状21.3主要研究内容31.3.1学术构思与基本思路31.3.2拟采取的研究方法41.3.3研究的技术路线41.4主要创新点5第2章 软土地基处理技术概述72.1软土特征72.2软土地基处理技术发展历程82.3软土地基处理技术概述92.3.1软基处理技术原理及作用92.3.2软基处理技术适用条件10第3章 软基处理方法经济与技术分析123.1技术经济学原理概述123.1.1技术经济学的含义123.1.2经济效益理论133.1.3技术经济分析的可比性原则133.2技术经济分析的一般程序133.3软土地基处理方法技术分析153.3.1堆载预压法技术分析153.3.2真空预压法技术分析183.3.3水泥土搅拌法技术分析203.3.4高压喷射注浆法技术分析223.3.5砂石桩技术分析223.3.6换填垫层法技术分析233.4软土地基处理方法技术综合分析243.4基于直接工程费用法的软基处理方法经济分析25第4章 基于LCA的软土地基处理技术环境影响分析284.1生命周期环境评价原理概述284.1.1目标确定与范围定界284.1.2清单分析294.1.3生命周期影响评价294.1.4生命周期解释354.2水泥土搅拌桩生命周期环境影响分析354.2.1水泥土搅拌桩环境影响分析的目的范围界定354.2.2水泥土搅拌桩生命周期清单分析354.3高压喷射注浆法生命周期环境影响分析394.4CFG桩生命周期环境影响分析424.4.1振动沉管CFG桩生命周期环境影响分析434.4.2长螺旋钻管内泵压CFG桩生命周期环境影响分析454.5碎石桩生命周期环境影响分析454.6混凝土预制桩生命周期环境影响分析474.6.1预制钢筋混凝土方桩生命周期环境影响分析474.6.2预应力混凝土方桩生命周期环境影响分析514.6.3预应力混凝土管桩生命周期环境影响分析514.7灌注桩生命周期环境影响分析534.7.1回旋钻成孔灌注桩生命周期环境影响分析534.7.2人工挖孔灌注桩生命周期环境影响分析544.8刚桩生命周期环境影响分析544.8.1H型钢生命周期环境影响分析554.8.2钢管桩生命周期环境影响分析554.9真空预压法生命周期环境影响分析564.10换填垫层法生命周期环境影响分析56第5章 软土地基处理技术环境影响综合评价585.1水泥土搅拌桩环境影响综合评价585.2高压喷射注浆法环境影响综合评价595.3CFG桩环境影响综合评价605.3.1振动沉管CFG桩环境影响综合评价605.3.2长螺旋钻管内泵压CFG桩环境影响综合评价605.4振动沉管碎石桩环境影响综合评价615.5混凝土预制桩环境影响综合评价615.5.1预制混凝土方桩环境影响综合评价625.5.2预应力混凝土方桩环境影响综合评价625.5.3预应力混凝土管桩环境影响综合评价635.6灌注桩环境影响综合评价635.6.1回旋钻成孔灌注桩环境影响综合评价635.6.2人工挖孔灌注桩环境影响综合评价645.7钢桩环境影响综合评价645.7.1H型钢桩环境影响综合评价645.7.2钢管桩环境影响综合评价645.8真空预压法环境影响综合评价655.9换填垫层法环境影响综合评价655.10软土地基处理技术环境影响的综合分析对比665.11软土地基处理技术综合比选66第6章 结论686.1结论686.2存在问题696.3今对进一步研究工作的建议69附 录70参考文献71发表论文和参加科研情况说明75致 谢76摘 要本论文研究得到青岛市建设事业科技发展基金项目支持（JK2012-6）伴随着海西计划、山东半岛蓝色经济区建设、黄河三角洲高效生态经济区等国家战略的实施，环渤海湾、长江三角洲、珠江三角洲等沿海、沿河、沿江区域建设发展迅猛，在上述地区有着大量软土分布，而天然软弱土层一般难以满足建筑物承载力及稳定性要求，需通过软土地基处理技术来改善土质、加固地基，从而达到使用要求。现阶段软土地基处理技术方案众多，对于同一工程，可能存在多种软土地基处理技术，本文在软土地基处理技术安全性和经济性分析基础上，基于生命周期环境评价（LCA）方法定量分析每种软土地基处理技术在物化、运输及施工阶段造成的环境污染，最后计算出每种软土地基处理技术的生命周期环境负荷，从而为软土地基设计者提供合理的经济及环境参考依据，以期减少不必要的经济浪费及环境污染，促进绿色经济的发展及低碳施工的实现。本文主要进行了以下几方面的研究：（1）研究软土地基处理技术发展历程、优缺点分析和适用条件。（2）对软土地基处理技术安全性和经济性进行简要分析。（3）提出软土地基处理技术施工机械造成环境污染的计算方法。（4）基于生命周期环境评价（LCA）方法研究软土地基处理技术在其生命周期内产生的环境负荷。关键词 软土地基处理技术；环境污染；生命周期环境评价（LCA）；施工设备环境污染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 绪论1.1研究背景及意义1.1.1研究的背景近年来随着我国综合国力的日益提高1，国内建筑业得到蓬勃发展。2006年至2010年间，全国建筑业企业(指具有资质等级的总承包和专业承包建筑业企业)完成建筑业总产值从40975亿元到95206亿元的增长2,3,4,5,6,7。伴随着海西计划、山东半岛蓝色经济区建设、黄河三角洲高效生态经济区等国家战略的实施，环渤海湾、长江三角洲、珠江三角洲等沿海、沿河、沿江区域建设发展迅猛。在2010年全国各省、市、自治区建筑业总产值排名中，江苏、浙江、山东、上海的建筑业总产值达到33976.81亿元，占当年全国建筑业总产值的35.69，而在上述省、市、自治区内有着大量软土分布，由于软土具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、渗透系数小、粘度系数低、高灵敏性等特征，天然软弱土层一般难以满足建筑物承载力及稳定性要求，需通过软土地基处理技术来改善土质、加固地基，从而达到使用要求。现阶段软土地基处理技术方案众多，对于同一工程，可能存在多种满足其承载力、沉降量等安全性指标的软土地基处理技术，如排水固结法、深层挤密法等。而对于同一类软土地基处理技术，由于施工工艺、机械设备等方面的差异，也存在多种差异，如排水固结法中的堆载预压法、真空预压法等。如何在满足软土地基处理技术安全性的基础上，通过施工工期、方案的经济性、节能环保等条件进一步优选软土地基处理技术是建筑与地基基础工程领域研究的热点之一。另外，如今欧洲和北美已经拥有相对稳定且良好的环境，而我国的环境问题正逐步恶化，因此在国家大力推广节能建筑、绿色建筑的背景下，建筑领域的环境问题研究已成为工程界研究的热点之一。1.1.2研究的意义在众多制约软土地基处理方案选择的因素中，两个最主要因素是：（1）技术上可行；（2）经济上合理。现阶段，在选择软土地基处理技术方案上，设计人员主要参考中华人民共和国建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)8、建筑地基基础设计规范(GB500072002)9中的内容，结合自身的软土地基处理经验以及项目周边软土地基处理历史方案，从而选出一套合理的软土地基处理技术，进而保证了所选软土地基处理方案技术上的可行性。由于设计人员自身经验的差异，对同一建筑与地基基础工程，不同设计者可能给出不同处理方案，这种经验对设计者有很大帮助，而在软土地基处理方案设计过程中，设计人员往往忽略了经济及环境因素的制约，造成一定资金的浪费及环境的污染。现阶段对于软土地基处理技术方案的选择，以技术可靠性为前提已经得到很好的解决，却带来一定的经济不确定性及环境污染事前控制的滞后性。对于一个软土地基处理项目而言，如何通过经济、节能、环保等指标选择处理方案，有必要建立一套软土地基处理方案的经济优选工作程序。本文研究目的在于以经济、环保的视角对软土地基处理方案进行优选，把影响软土地基处理方案选型的因素转化为可衡量的经济及环境指标，从而为软土地基设计者提供合理的经济及环境参考依据，以期减少不必要的经济浪费及环境污染，促进绿色经济的发展及低碳施工的实现，本论文的写作正是基于此提出的。1.2国内外研究现状当今有大量学者对地基处理方案选型模型进行研究，主要分为以下两方面：1）地基处理专家系统。东南大学的张留俊(2007)不但建立了公路软土地基处理知识库，而且通过Visual C+程序，结合BP神经网络模型高级算法对公路软土地基处理专家系统进行设计和论证10；陈向阳(2008)提出了在高速公路软土地基处理方案上的基于类比推理技术(CBR)的评价方法11。2）地基处理智能优化模型。在地基处理智能优化模型中用到的方法有BP神经网络模型、模糊综合评判模型、灰色理论等，绝大部分模型是定性分析，通过确定各指标权重，最后进行综合评价。建立的指标体系一般包括结构类型、工程地质条件、建材消耗、施工复杂程度、施工工期、机械条件、震动和噪声以及对环境污染等方面。如王岭(2005)通过层次分析法和模糊综合评判法相结合对珠江三角洲地区大面积软土地基处理方法进行研究12；李灵芝（2007）提出了基于层次分析法和灰色理论模型的寒区公路软土地基智能优选系统13；中南大学的康洪(2009)也利用层次分析法和模糊综合评价法对南沙软土地基方案进行智能优选14。上述作者建立的地基处理方案选型模型都存在一定不足，一方面是模型自身的原因，如神经网络精度不高，同时需要大量的训练样本；层次分析法的指标之间必须相互独立，无法应用于指标间存在依存和反作用关系等；另一方面，在软土地基处理方案选型模型建立的过程中，一般存有主观成分，差异较大。另外知识获取已成为开发专家系统的瓶颈，且专家系统对经常变化的、复杂的、开放的环境也缺乏良好的适应能力。也有少量学者通过技术经济角度对软土地基处理方案进行比选，大致分为以下两类：1)价值工程分析法。刘匀(2005)通过价值指数，即考虑功能和成本两方面，并结合计算机辅助设计对软土地基基础选型进行对比论证15。2)工程造价管理法。如王振华(2007)从工程勘察造价管理、地基基础工程设计造价管理及施工造价管理三方面对建筑地基基础工程造价管理进行研究16。张轶君(2010)结合某一工程通过总造价对比分析了真空联合堆载预压法及水泥搅拌桩等方案17。曾瑜(2010)从工程投资数额方面比较了塑料排水插板法与爆炸置换法的优劣18。上述学者只是单方面从工程定额角度进行方案比较，存在一定不足。一方面是工程定额自身的缺陷：工程定额只是反映了一定时期社会生产力和科技水平，其随生产力和科技水平的变化而发生改变；无法实现根据施工对象的不同而选择适宜的预算定额；缺少专门的建筑地基与基础工程施工定额；新技术、新工艺缺少对应项子目。另一方面，作者只从工程定额单方面考虑软土地基处理方案经济问题，考虑因素较单一。对于建筑环境领域的研究，清华大学的张智慧教授在国家自然科学基金项目（70971075）资助下完成了国内最初较全面的建筑环境影响方面的研究19。对于地基环境污染方面的研究主要集中在土体振动方面，如詹金林、水伟厚（2009）对强夯施工的隔振措施进行讨论，并给出强夯振动引起破坏的判定标准和振动安全距离，提出强夯施工中应注意的问题20。袁启旺（2007）主要考虑的是分层地基中环境微振动随深度的衰减特性21。而现阶段国内尚无针对地基与基础工程中对环境影响全生命周期的研究。1.3主要研究内容1.3.1学术构思与基本思路本文在国家大力发展低碳经济、绿色施工的宏观背景下，基于软土地基处理技术的技术经济分析，着重研究了软土地基处理技术对环境造成的影响。第一，论述基于技术、经济及环保指标对软土地基处理技术进行综合选型研究的背景和意义，阐述本文研究的重要性。第二，对现有国内外软土地基处理技术方案选型模型进行论述。第三，对软土地基处理方法进行论述，包括软土特征、软土地基处理技术发展史、软土地基处理技术的优缺点及适用性分析等。第四，软土地基处理技术的技术经济分析。第五，基于LCA理论对软土地基处理技术环境影响进行定量分析与评价。第六，给出软土地基处理技术综合比选的优化程序。1.3.2拟采取的研究方法（1）基于技术经济学中技术与经济协调发展理论对软土地基处理技术进行技术和经济分析。（2）综合运用目标距离法与层次分析法确定环境影响类型参考权重，并通过MATLAB软件计算出最终结果。（3）基于生命周期环境评价（LCA）理论对每种软土地基处理技术进行环境影响量化分析与评价，最后进行综合对比分析。1.3.3研究的技术路线软基处理技术特点软土特征问题的提出搜集资料软土地基处理方法概述软基处理技术历史软土地基处理方法技术与经济分析技术经济学原理概述软基处理方法技术分析软基处理方法经济分析基于LCA的软基处理技术环境分析生命周期评价（LCA）原理概述软基处理技术物化环境影响分析软基处理技术运输环境影响分析软基处理技术施工环境影响分析软基处理技术环境影响综合分析与评价软基处理技术综合分析第一部分:理论分析第二部分：技术与经济分析第三部分：环境分析（核心）结论与展望直接工程费分析生命周期评价法技术与经济协调发展理论图1.1研究的技术路线1.4主要创新点（1）本文综合运用目标距离法、层次分析法确定环境影响类型参考权重。（2）提出软土地基处理技术施工机械对环境影响的理论定量计算方法。（3）国内关于地下建筑环境影响研究极少，本文运用了生命周期环境评价（LCA）理论对软土地基处理技术环境影响进行评价。第2章 软土地基处理技术概述2.1软土特征软土(Soft Clay)又称为软粘土、软弱粘性土，其包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等，在我国的沿海、内陆湖岸等地有着广泛的分布。依软土的沉积环境不同，可分为以下四类：滨海沉积、湖泊沉积、河滩沉积、谷地沉积或残基土。国内尚未对软土定义达成统一共识，如中华人民共和国住建部颁布的国家标准岩土工程勘察规范(GB500212001)关于软土在第6.3.1条指出：天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的细粒土应判为软土22；软土地区工程地质勘察规范（JGJ83-91）第2.0.1条中指出，软土的判别应符合以下三点要求：外观以灰色为主的细粒土；天然含水量大于或等于液限；天然孔隙比大于或等于1.023。工程上通常认为，软土具有以下特征：天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、渗透系数小、粘度系数低、高灵敏性，且具有触变性、不均匀性、流变性等工程性质。表2.1中列举了我国软土主要分布区域的软土特性。表2.1 中国软土主要分布地区工程地质区划特征区别海陆别沉积相土层埋深物理力学指标（平均值）天然含水量重力密度孔隙比饱和度液限塑限塑性指数液性指数有机质含量压缩系数渗透系数垂直方向抗剪强度无侧限抗压强度内摩擦角粘聚力mkN/m2MPa-1cm/s度MPaMPa北方地区沿海滨海0-34451.781.23934222191.257.50.871.510-7100.0150.035三角洲5-9401.791.11973519161.350.67中部地区沿海滨海2-32521.711.41984624241.043.710-8100.0150.021泻湖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内陆高原湖泊771.541.9370281.2818.41.6060.012平原湖泊471.741.314323199.9210-7河漫滩471.751.2239171.440.8760.011南方地区沿海滨海0-9611.631.65955327261.941.30110.010三角洲1-10661.581.675437241.18注：数据来自软土地区工程地质勘察范围（JGJ83-91）.中国建筑科学研究院，1992.北京：中国建筑工业出版社2.2软土地基处理技术发展历程我国地基处理技术历史悠久，追本溯源，7000年前在我国陕西半坡村遗址和浙江余姚河姆渡遗址中便发现了采用木桩插入土中以支承房屋的地基加固方法。在3000年前就有采用木头、竹子，麦秸等天然材料进行地基加固的文献记载。我国在两千年前已经出现了有关软土地基处理方法的应用，如在软土中夯入碎石等压密土层的方法24。现代的软土地基处理技术起源于欧洲，伴随着工业革命迅速成长。我国早期的软土地基处理技术从国外引进，如20世纪50年代从瑞典引入了真空预压法，20世纪70年代末从法国引进强夯法等。从20世纪70年代末至今，我国在已引进国外软土地基处理技术基础上，结合自身特点，研发出了一系列国际领先的软土地基处理技术，如20世纪80年代末由中国建筑科学研究院地基所研发的水泥粉煤灰碎石桩复合地基（CFG），2003年由上海港湾软地基处理工程（集团）有限公司的徐士龙研发的高真空击密法等。部分有代表性的软土地基处理技术发展历程如表2.2所示。表2.2 软土地基处理发展史时间发明者地基处理方法19世纪1835年法国碎石桩1862年德国 FHPoetsch冻结法20世纪20年代1925年美国 Moran砂井排水预压法20世纪30年代1934年前苏联 阿别列夫教授土（或灰土）挤密桩1936年德国Sergey.Steuerman无填料振冲法1936年瑞典 WKjenman纸板排水法20世纪40年代1943年美国堆载预压法20世纪50年代1952年瑞典 Wkjellman真空预压法1958年美国Dr.Karl-Heinz Bauer水泥浆搅拌法（MIP）20世纪50年代前苏联IO. M 阿别列夫表层夯实法20世纪60年代1965年法国 L-Menard强力夯实法1965年法Henri Vidal氏加筋土1967年瑞典 Kjeld Paus石灰桩法1969年法国 L-Menard强夯置换法1969年印度 Dastidar袋装砂井排水法20世纪70年代1971年O.Weger塑料带排水法1974年日本港湾技术研究所粉体喷射搅拌法（DJM）1974年日本港湾技术研究所深层生石灰搅拌法（DLM）20世纪70年代初Nakanishi高压喷射注浆法20世纪80年代末期中国建筑科学研究院地基所水泥粉煤灰碎石桩复合地基20世纪90年代1998年荷兰IFCO公司IFCO 强制固结法21世纪初2003年中国 徐士龙高真空击密法2.3软土地基处理技术概述2.3.1软基处理技术原理及作用软土地基处理技术分类方法多种多样，按处理深度可分为浅层处理和深层处理；按时效性又可分为永久性处理和临时性处理；按作用机理可分为换填法、预压法、化学处理法、加筋法等。而在桩基础中又可根据桩身材料、成桩方法和工艺、桩径大小、使用功能、承载性状详细划分。本文根据软土地基处理技术作用机理对软土地基处理技术进行划分，见表2.3所示。表2.3 软土地基处理技术原理及作用分类常用软土地基处理技术原理及作用换填垫层法灰土垫层、素土垫层、碎石垫层、砂和砂砾石垫层、矿渣垫层、粉煤灰垫层将表层的软弱土换以碎石、灰土、粉煤灰等强度较高、无侵蚀性材料，并分层夯实或振实，以达到密实度要求。强夯置换法通过夯锤夯击夯坑内具有物理力学性能较好的回填碎石、石块等颗粒材料，使其通过置换形成桩体与软土相结合的复合地基，提高承载力。排水固结法堆载预压法、真空预压法、电渗捧水法、降水预压法、砂井堆载预压法、袋装砂井堆载预压法、塑料排水带预压、高真空击密法等通过设立竖向排水体和水平排水体，以改善地基排水条件；并用加压、电渗、抽气等措施加快地基土体强度增长和固结，提高地基土的稳定性。深层挤密法强夯法（动力固结法）通过强大的夯击能使土体结构发生破坏，形成新的较稳定的结构，达到土体密实，强度较高的效果。振动水冲法、砂桩挤密法、石灰桩挤密法通过震动、挤密等技术措施提高深层土强度，使其密实，在震动挤密过程中，适当回填碎石、灰土等，和土体形成复合地基，提高地基土承载力化学（注浆）加固法高压喷射注浆法、粉体喷射注浆法通过把特殊机械钻至设计位置，在水泥浆或其他浆液、粉体等通过高压冲击土体的同时，以一定速度边旋转边提升钻杆，从而达到加固效果。水泥注浆法、碱液注浆法通过水泥浆、碱液等技术措施使土体颗粒胶结，提高软土强度，使其达到技术要求。加筋法加筋土、土钉、土锚、树根桩、土工合成材料法通过在软土中铺设强度较大的钢条、钢带、玻璃纤维、土工合成材料等，或设置树根桩以提高软土强度，增加地基承载力。热学法冻结法通过冷冻机驱动冷冻液在冷冻管中形成循环，使软土形成临时性的固结，短时间提高软土强度，是一种临时性措施。2.3.2软基处理技术适用条件软土地基处理技术多种多样，每种方法都有各自的优点，同时也存在一定的局限性。如强夯法虽然造价低，但其使用条件受工程软土性质的限制，不能被广泛采用，且施工过程中产生较大噪声污染，因此不宜在密集生活区使用；相比真空预压法，堆载预压法虽然最大预压荷载不受限制，但其工期较长，且需要大量的预压材料等；换填垫层法适用于处理浅层软土，对于过厚的换填垫层其作用明显减少；通常认为强夯法不适用于厚层淤泥及淤泥质土等。各种软土地基处理技术的适用条件及优缺点分析见表2.4所示。表2.4 软土地基处理技术优缺点及适用条件软基处理技术适用条件优点缺点换填垫层法适宜处理浅层软土施工快捷，易于控制质量，施工设备简单只适用于处理浅层软土，过厚的换填垫层作用会显著减少，不经济，浮层软土的地基处理效果不明显真空预压法适用于厚层软土加荷速度快、无需堆载材料、加荷中不出现地基失稳现象预压荷载偏小(承载力80kPa)，容易由漏气产生质量问题堆载预压法适用于对工期要求不紧，预压材料运输方便的厚层淤泥、淤泥质土等地区无最大预压荷载限制，技术可靠，费用较低堆载需分级施加，工期长，预压材料需求量大，需有方便的预压材料获取途径动力排水固结法（强夯）含水量大于60，孔隙比大于1.5，不适用于厚层淤泥、淤泥质土。通常认为强夯挤密法只适用于塑性指数Ip10的土设备简单，施工快捷，造价相对较低，施工不易受季节性影响，工期短容易产生“橡皮土”，噪声污染较大，质量不易控制深层搅拌法地基承载力标准值不大于120kPa的软土地基可充分利用工程软土原地加固，施工快捷，加固方式灵活主要用于垂直防渗和加固地基，其侧向抗压力较差高真空击密法适用于沿海地区海滩、江、河、湖泊的岸边，洼地、池塘地造价低（较常规方法节约30）、工期短（较常规方法节约50）、质量可控、施工环保碎石桩地基土的不排水抗剪强度大于20kPa的软土地基承载力大、变形小不均匀沉降量较大，受地层均匀性影响CFG桩对淤泥质土需试验验证施工速度快、质量容易控制、相对一般桩基造价较低高压喷射注浆法适用于淤泥、淤泥质土的软土地基的既有建筑、新建建筑的地基加固，深基坑、地铁等工程的土层加固或防水。泥炭、泥炭质土需现场试验验证。可利用原土、污染小、施工设备简单、设计灵活、单桩承载力高不适用于大面积加固，成本较高第3章 软基处理方法经济与技术分析技术经济学是一门研究技术和经济之间辩证关系的学科。其研究目的是通过对各种技术方案的分析、对比、论证和择优过程，选定符合本国和本地区资源特点和经济条件的技术，使之有效地服务于社会经济建设。本章对换填垫层法、排水固结法、高压喷射注浆法等软土地基处理技术进行技术经济分析。3.1技术经济学原理概述3.1.1技术经济学的含义技术经济学是我国在20世纪60年代引进的一门学科，它是由技术科学与经济科学相互交叉渗透而形成的边缘学科，研究技术领域的经济问题和经济规律，寻找技术与经济的最佳结合的应用性科学25。技术经济学存在以下几点含义：（1）技术经济学的研究要把握技术发展的内在规律。技术的表现形态体现在硬技术和软技术两方面。就软土地基处理技术而言，硬技术体现为每种地基处理技术施工设备的更新改造，软技术体现为地基处理技术施工工艺、管理流程等方面。硬技术和软技术都有其发展的内在规律，技术经济学的任务之一就是研究、认识并遵循这些规律，按规律办事。（2）技术与经济的协调发展。技术和经济虽属于不同领域，但在人类的生产生活中相互依赖、相互制约，经济占主导地位，科学技术进步是为经济发展服务的。技术经济学中，技术和经济这种辩证关系主要体现在以下两方面。1）科学技术的进步可推动经济发展和社会进步。根据美国经济学家丹尼森的研究，在劳动增长速度、资本增长速度、技术进步速度、总要素投入的增长速度这四个因素对国民收入增长速度的贡献中，技术进步的贡献是第一位的。可见，技术的进步可推动经济发展。例如排水固结法中竖向排水材料从砂井到纸板、塑料排水板的材料演变，不仅带来经济效益上的改善，而且使得施工更便捷。2）经济发展可促进科学技术的进步。经济发展是技术进步的物质基础，首先新技术的研发需要经济上的支持，其次新技术的推广及应用也需要一定的经济基础。例如，在我国大力发展低碳经济的背景下，各种绿色施工软技术的提出，绿色施工设备硬技术的研发验证了经济发展的需要是推动技术进步的动力。3.1.2经济效益理论经济效益是指在经济活动过程中，研究对象在经济上的投入与产出的比值。其中投入一般是指生产产品或者提供劳动服务而消耗的资源，如资金、劳动力和技术等；产出指的是用货币表示的相应产品和劳务的价值。在地基与基础工程中，研究的经济投入包括建材消耗，人工消耗，机械使用费，还包括技术投入等其他方面。产出可体现在所采用的地基处理方法带来建筑物上部结构的安全性由此降低的建筑维护费用，采用合理的技术方案带来的环境经济效益等。并应符合近期经济效益服从远期经济效益的原则。3.1.3技术经济分析的可比性原则在技术经济学的研究中，除了要对单个技术方案进行评价外，更重要的是对多个技术方案的经济效益进行比较和评价，从中选出最优的方案。如果要全面、准确的反映被比较方案的经济效益，在多方案的比较中，需要建立共同的比较基础和标准。总体来说，技术经济分析中的比较原理包括四方面：满足需要的可比性原则、消耗费用的可比性原则、价格的可比性原则、时间的可比性原则。满足需要的可比性原则是指被用来比较的各个技术方案必须满足同样的社会实际需要，才能直接用来比较，每个技术方案都是以满足一定的客观需要为前提，所以技术方案应该在数量、质量和品种上具有可比性。消耗费用的可比性应该根据经济评价的类型，采用相应的计算原则和方法计算各种费用，并且要注意对比方案在同一经济评价类型中费用包含的范围应一致，在不同的经济评价类型中费用包含的内容有所区别。价格的可比性总的来说，当产品价格和价值一致的时候，可以采用现行的价格计算，而当产品价格不能正确反映价值的时候则可以根据相对稳定时期内的不变价格来计算。时间的可比性主要有两点：1）使用寿命不同的方案在进行比较时，要通过工程经济学上的方法采用相同计算期作为比较的基础；2）应计算时间的价值，考虑时间长短带来的不同经济效益。3.2技术经济分析的一般程序技术经济分析一般分为七个步骤，具体分析过程见图3.1所示。（1）确定目标功能。目标功能是根据问题的性质、范围、原因和任务来设定的。确定目标功能是技术经济分析中的重要环节，如果目标功能定错，就会产生失败的建设或者投资。（2）调查、研究、收集资料。目标功能确定后，要针对方案的目标功能进行调查和研究，并进行资料的收集和分析，总结过去，分析现在，预测将来。资料是分析的基础，因此资料的正确与否是影响技术经济效益分析的关键，是技术经济分析的基础工作。（3）提出备选方案。寻求各种备选方案实际上就是一项技术创新活动，为了提出满足目标功能的多种可行的技术方案，决策者必须进行创新。在提出备选技术方案的过程中，要尽量列出各种可能方案，以用来比较和选择，从中选择最优方案。（4）拟定技术经济评价指标。根据设计方案的目标功能和目标内容拟定或查询该问题所用的分析评价指标，这是技术方案评价的依据。由于每种备选方案的评价指标和参数不同，很难直接比较，因此需要对一些不能进行直接比较的指标进行处理，使得各种备选方案的评价指标统一起来，具有可比性。（5）方案评价。对方案的评价可从多角度进行，如定量评价和定性评价相结合。（6）确定最优方案。根据方案评价的结果，选出达到目标功能要求的、技术先进的、经济合理的，具备最佳综合效益的方案。（7）在可能条件下，要进一步对确定的最优方案进行完善，以使方案更利于实现，并且具有更佳的经济效益。是确定方案的目标功能调查、研究、搜集材料提出备选方案拟定技术经济评价指标方案评价方案是否满意确定最优方案完善方案否图3.1 技术经济分析程序3.3软土地基处理方法技术分析软土地基处理技术分析主要包括地基承载力计算、稳定性分析及地基沉降计算三大类。当采用复合地基既为了提高地基承载力又为了减小地基沉降时，则首先要考虑满足地基承载力要求，然后再考虑满足减小地基沉降量的要求。3.3.1堆载预压法技术分析3.3.1.1堆载预压法排水体设计（1）水平排水体设计。排水固结法中水平排水体不但具有水平排水作用，而且可提高地面承载力，在真空预压法中还能传递真空。水平排水体设计主要包括材料选用及确定水平排水垫层厚度。材料可选用透水性好、含泥量少的中粗砂，粒径小于10cm的碎石等，水平排水体厚度应按软基所处的条件确定26。（2）竖向排水体设计井径。普通砂井直径可取300500mm，袋装砂井直径一般为7001000mm，塑料排水带的等效直径可按式（3.1）计算，即 （3.1）式中，分别为排水带的宽度和厚度，mm；修正系数，一般去取0.751。平面布置。竖向排水体的平面布置可按正三角形（图3.2a）或正方形布置（图3.2b）。 （a） （b） 图3.2竖向排水体正三角形平面布置形式竖井的有效排水直径见