地基处理方案.docx

化学工业岩土工程有限公司 青岛温莎郡项目软基处理方案青岛温莎郡软基处理方案化学工业岩土工程有限公司二一三年四月三日目 录一、工程概况：2二、设计依据：2三、天然地基沉降分析：31、地层参数32、场地大面积填土沉降计算33、固结度计算44、场地使用期间沉降预估55、方案选择5四、原理简介：7五、设计内容：101、真空预压分区102、密封墙113、排水砂垫层114、塑料排水板125、水平排水通道136、密封膜137、压膜沟148、真空泵149、抽真空时间1510、监测与检测1511、卸载标准1512、辅助材料（土工格栅）1513、辅助材料（无纺土工布）16六、计算书：171、地基平均固结度计算公式172、各分区工后沉降推算公式183、各分区沉降推算结果184、各分区固结度推算结果195、各分区工后沉降推算结果20七、结论与建议：211、结论：212、建议：21八、工作量清单：22一、工程概况：青岛温莎郡项目位于青岛市环湾大道以西，跨海大桥南侧，场地地理位置优越，交通便利。根据山东正元建设工程有限公司青岛温莎郡项目岩土工程勘察报告：青岛温莎郡项目所在区域为滨海平原地貌，场地主要地势较为平坦，地表主要为淤泥，其中1-1层吹填淤泥平均厚度为10.72m，10层淤泥质粉质粘土平均厚度为14.67m。该地质条件不具备土建施工条件且对桩基础的施工不利，故拟对该区域采用真空预压法进行软基处理。二、设计依据：（ 1）建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）；（ 2）建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）；（ 3）真空预压加固软土地基技术规程JTS147-2-2009；（ 4）建筑地基基础技术规范（DBJ13-07-2006）；（ 5）地基与基础工程施工及验收规范（GB50202-2002）；（ 6）真空预压法加固软土地基施工技术规程（HG/T20578-95）；（ 7）土工合成材料应用技术规范 (GB50290-98)；（ 8）塑料排水带地基设计规程(CTAG02-97)（ 9）塑料排水板施工规程（JTJ/T256-96）；（10）土工试验方法标准（GB/T50123-1999）（11）公路软土地基路堤设计与施工技术（JTJ017-1996）（12）交通工程土工合成材料土工格栅（JT/T480-2002）（13）青岛温莎郡项目岩土工程勘察报告及相关附件。三、天然地基沉降分析：1、地层参数根据山东正元建设工程有限公司青岛温莎郡项目岩土工程勘察报告，本项目主要压缩层为1-1淤泥层和10淤泥质粉质粘土层。主要土层物理参数表3-1，土体综合固结试验压缩参数表3-2。层号含水率(%)重度(kN/m3)空隙比e0塑性指数液性指数Es12(MPa)直剪指标c(kPa)(度)1-189.614.42.53722.02.752.273.72.81037.017.71.05813.71.094.058.05.91125.519.30.73813.00.256.9532.014.2表3-1：主要土层物理参数表层号不同压力下孔隙比0501002004001-12.50232.08731.94101.79361.6515101.08200.97000.91820.86430.7914表3-2：土体固结试验压缩参数表2、场地大面积填土沉降计算 场地原始平均标高为2m，使用平均标高为6m，在不就沉降的情况需填土4m。填土重度取18KN/m3，不考虑场地使用荷载，总附加荷载为72kPa。压缩层为1-1层和10层，暂定1-1层厚度10m，10层厚度8m。根据建筑地基处理技术规范中提供的方法计算软土层的沉降公式： (1)式中, 地基沉降量设计值(m)； 第i层土的厚度(m)； 、分别为第i层中点土自重压力和自重加附加压力下对应的孔隙比，根据室内压缩试验得；代入公式1，计算沉降量等于142cm，如表3-3所示：土层分层号计算深度(m)自重P0(kPa)自重+72kPa荷载e0e1沉降量S1（cm)1-1层28.880.82.4291.997251-1层417.689.62.3561.971231-1层626.498.42.2831.943211-1层835.2107.22.2101.930171-1层1044116.02.1371.9171410层1259.4131.40.9600.8481110层1474.8146.80.9440.8401110层1690.2162.20.9280.8311010层18105.6177.60.9150.823101-1层取10m厚，10层取8m厚，沉降量=142表3-3：天然地基沉降量表3、固结度计算饱和软土受荷载需要经历较长时间进行渗流固结，才能完成上述固结沉降量。土层的附加压力均匀分布时，某一时刻的竖向平均固结度可采用下式进行计算，Ut=1-82m=1m=1m2e-m2(24)CvH2t （2）其中： Cv为固结系数。 m 正奇整数（1,3,5.） t 固结时间（s） H土层竖向排水距离，单面排水时，H为土层厚度。代入公式2，计算得土层平均固结度见表3-4：历时1年3年5年10年30年50年70年平均固结度(%)18.935.345.663.989.593.595.7表3-4：平均固结度4、场地使用期间沉降预估根据上述固结沉降及固结度计算结果，若建设期间不对场地进行预处理，考虑填土荷载作用，不同使用年限预估固结沉降见表3-5：历时1年3年5年10年30年50年70年预估沉降量(cm)26506490127132135表3-5： 大面积填土区预估沉降量5、方案选择对于淤泥或淤泥质粘土，常用的用的软基处理方式有：水泥土复合地基、换土垫层法、强夯置换法、刚性桩复合地基及预压排水固结法等。（1）水泥土复合地基是通过喷射和搅拌水泥浆形成水泥土增强体，形成复合地基以提高土体的承载力，减少沉降。而由于本场地淤泥天然含水量为89.6%，塑性指数MAX（IP）=29.525，且地下水、土具有微腐蚀性，水泥土复合地基成桩效果得不到保证，其适用性有待现场试验确定。（2）换土垫层法是采用砂垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层等性能稳定、无侵蚀材料做的垫层以提高软基的承载力，加速其排水固结，但换填深度有限，不适合深厚软土大面积处理。（3）强夯置换适用于处理高度饱和的粉土与软塑流塑的粘性土地基，通过将夯锤提到高处自由下落形成夯坑，并不断夯击坑内回填的砂石等粗颗粒材料，使其形成的密实的强夯置换墩与周围的混有砂石的夯间土形成复合地基，改善排水条件，提高地基承载力。但是深厚软土中砂石墩体难以形成，若控制不好较容易形成橡皮土，若大面积处理对后期的桩基施工造成难度。（4）刚性桩复合地基是在天然地基中设置刚性桩及碎石垫层与土体组成的人工地基。在荷载作用下，土体和增强体共同承担荷载的作用。利用刚性桩将荷载通传递地基深处，减少压缩层变形，提高基础承载力，消除软弱土层引起的不均匀沉降。（5）预压排水固结法是在建筑物建造前，在建筑场地进行加载预压，使地基的固结沉降基本完成，同时提高地基土强度的方法，适用于处理淤泥质土、淤泥等饱和软粘土地基。预压排水法包括堆载预压法、真空预压法及真空联合堆载预压法。预压排水法相对其他4种软基处理方法，造价相对低廉很多。本项目采用真空预压覆水法进行地基处理。四、原理简介：预压法（又称排水固结法）是处理淤泥质软基的最常用方法，因其工程造价相对于其他软基处理方法的造价便宜很多，故预压法在我国海边、江边等软基区域大规模的采用。预压法分为真空预压法、堆载预压法及真空堆载联合预压法。它们的加固原理相同，仅是施加预压的加载方式不同。真空预压法是加固机理见示意图3-1，采用密封膜对需要加固的软基进行密封与大气隔离，借助射流泵抽真空，通过铺在加固体表面的砂垫层中的管道及垂直排水通道将加固区内的空气和水抽走，形成真空，在地表砂垫层产生负压，该负压通过真空管道及垂直排水通道逐渐向深度方向延伸，并向四周土体扩散，使加固土体内部与垂直排水通道、砂垫层中产生压差，在此压差的作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，使孔隙水压力降低，最终使土体固结压密。真空预压加固过程实际上是地下水气不断被抽走的同时，真空度不断向加固土体内传递、扩散并在加固土体内形成一定真空负压和负压梯度的过程。在整个过程中，土体中产生负的超静孔隙水压力，随着水气的排除，超静孔隙水压力不断消散，土体有效应力的不断增加，土体得到加固。 图3-1： 真空预压法示意图根据目前的工程经验，膜下真空度可维持610730mmHg，即8095kPa左右。一般取80kPa作为设计荷载。由于真空预压时土体不会产生剪应力，因此即使真空荷载一次性施加上去，地基土也不会发生剪切破坏。通常真空预压法施工时，会对密封膜上进行覆水，其作用有：一是保证密封膜的密封性能，另外适当的覆水可以提升处理后的地基承载力，且有缩短工期的作用。真空预压法施工工艺流程图如图3-2所示。整平场地铺设土工格栅铺设砂垫层（50cm厚）打设塑料排水板布置真空管路埋设膜下真空度探头埋设监测设备开挖压膜沟、铺设一层无纺土工布、铺设两层真空膜试抽真空（5天）打设覆水围堰覆水高度为2m判断固结度否是卸载加固后检测竣工验收满载抽真空140天打设密封墙探孔图3-2：真空预压法施工工艺流程图真空预压法施工主要施工工序有整平场地(整平场地不但要对场地进行平整，平整的同时还需清除障碍物，而且需根据现场条件确定是否需要采用例如铺设土工格栅等辅助措施以保证后续施工的工作面)、密封墙打设（因场地西北侧含1-2层中粗砂层，为保证土体的密封性，必须进行密封墙的打设）、砂垫层施工、塑料排水板打设、埋设监测仪器、铺设真空滤管、开挖压膜沟、铺设密封膜、抽真空。因本项目地质特殊，施工前必须参照勘察报告进行探孔，以便确定密封墙和塑料排水板的打设深度。真空预压法施工时，周围土体由于产生收缩变形而开裂，裂缝一般平行于加固区的边线。随着时间的增长，土体固结度的提高，裂缝也在发展，逐渐变大加深。当真空度的影响达到地表造成边界孔隙水压力降低时，加固区边界的水位在大气压力的作用下将下降以达到平衡状态。预压区周围的土产生只向预压区的侧向变形。故处理区域周围若有建筑物，需采用适当的保护措施。五、设计内容：1、真空预压分区本项目规划用地面积为5.5hm2，因11#楼、12#楼、1#楼、3 #楼及幼儿园不做真空预压处理，本项目真空预压法设计施工面积为37107m2。现分为4个分区，分区图如图5-1。各分区面积见表5-1。图5-1：分区图分区号面积（m2）1#151172#37893#51504#13051表5-1： 分区面积表2、密封墙根据现有勘察资料，对含有中粗砂1-2层的处理边界需要打设密封墙，主要分布边线为ae、eg和cp边，施工时需要进行探孔，以便确定密封墙打设具体的位置。密封墙采用双排粘土搅拌桩机，搅拌桩施工深度以穿透中粗砂1-2层，嵌入至淤泥质粉质粘土10层内不少于2.0m为准，泥浆掺入比35%，比重1.35，其渗透系数应110E-5m/s，桩径为70cm，搭接宽度为20cm，桩中心距50cm。打投方式采用四喷四搅方式，同时注意提升和下沉的速度。为方便计算工作量，根据勘察剖面图暂取平均值，各边界工作量如下表：分区号主滤管(m)支滤管(m)真空泵(台）1#7043256152#26869543#318112054#680290013小计19707971373、排水砂垫层铺设0.5m厚中粗砂作为水平排水垫层，铺设厚度均匀且平整度满足不大于50mm，砂垫层铺设后应采用碾压机具压实或震动密实。中粗砂需根据当地情况进行购置，一般规格为：含泥量小于3%，砂垫层干密度大于16.5t/ m3，渗透系数大于510-3cm/s,无针状杂质和有机物。4、塑料排水板1）塑料排水板型号本项目拟选择SPB-B型塑料排水板，其规格参数见表5-2。项 目单 位SPB-B型外形尺寸宽 度Mm1002厚 度Mm4.0纵向通水量（侧向压力350kPa）cm3s 25滤膜渗透系数(试件再水中浸泡24h)cms510-4滤膜等效孔径Q98um75复合体抗拉强度（干态、延伸率为10%）N/cm130滤膜抗拉强度纵向干态（延伸率为10%）N/cm25横向湿态（延伸率为15%）N/cm20表5-2：SPB-B型塑料排水板性能指标表2）塑料排水板的打设方式： 本项目塑料排水板拟按1m1m正方形进行打设。板头外露长度为20cm。3）塑料排水板的打设深度：根据现有勘察资料，处理区域存在着淤泥质粉质粘土10层直接相连含粘土性土粗砂11-1层，该粘土性土粗砂11-1层为透气层，严重影响真空预压的密封性能。故在排水板打设之前，必须有选择性和针对性地进行探孔以便确定塑料排水板打设深度。上述区域的塑料排水板只能打设至11-1层以上1.52.0m处。为方便计算工作量和推算固结度及沉降量，本项目根据勘察剖面图暂取平均值，各分区打设深度见表5-3。分区号塑料排水板打设深度(m)1#17.22#10.43#16.84#9.4表5-3： 塑料排水板打设深度统计表5、水平排水通道水平排水通道主要为埋设在砂垫层中的主滤管和支滤管，主滤管采用76mm 的PVC塑料硬管，要求能承受400kPa的压力，通过出膜器及吸水胶管与真空泵连接；支滤管采用的50mm的软式透水管，外包一层100g/的无纺土工布作为隔土层。铺设滤管时，可以根据现场实际情况对二通、三通和四通的数量及形状做适当的调整，以确保滤管排水通畅。包裹滤管的无纺布应无破损。管路布置按照如下原则：支滤管（软管）按4m间距布置，主滤管视场地大小机动布置，主、支滤管安装搭接以后，均埋入排水砂垫层中，埋入深度20cm左右，主管连接水泵采用钢丝橡胶软管且套入滤管长约100mm，连接口采用铅丝拧紧，防止因地基沉降而拉断。6、密封膜密封膜采用两层聚乙烯薄膜，真空膜在工厂热合一次成型，由于部分区域形状不规则，现场将采用专用胶水粘接方式，粘接时搭接宽度不得小于2m。在加工真空膜时，膜的大小应考虑埋入压膜沟的部分，并留有足够的长度。铺设时，膜不宜拉得太紧，每隔10米应预留10cm左右的褶皱，防止抽真空时拉力过大将真空膜拉坏。真空膜埋入淤泥层深度为1.0m，并保证密封性良好，真空膜铺设完毕并验收合格后便可回填密封沟。本工程所使用的真空膜应满足真空膜各项技术指标要求，详见表5-4。最小抗拉强度（MPa）最小断裂伸长率(%)最小直角撕裂强度（Kn/m）厚度(mm)纵向横向18.516.5220400.120.16表5-4：真空膜各项技术指标表7、压膜沟打设有密封墙的分区边不需要挖设压膜沟，密封膜采用人工踩压下去1m；挖设压膜沟应穿透透气层并进入不透气层1.0m（即为淤泥层），压膜沟底部宽度不小于1m，密封膜压入压膜沟后用土挤实，开挖密封沟时，沟内排水板不允许剪断，应沿沟边向上插入到砂垫层中20cm长。8、真空泵本项目拟选用的抽真空排水设备为射流真空泵，功率为7.5KW，安装后的射流泵能形成不小于95KPa的真空压力。布置真空泵原则：每台真空泵控制约1000m2。各分区真空泵布设参数如下表5-5：分区号真空泵数量（台）1#152#43#54#13表5-5：真空泵布置统计表9、抽真空时间本项目拟满载抽真空140天。覆水高度为2m。采用粘土袋围堰。10、监测与检测本项目施工前后需要对土体处理前后的物理力学性质指标进行检测分析，探孔位置误差不大于1m，深度进入至11-1层或11层。同时施工过程中，需要对表层沉降、分层沉降、孔隙水压力和膜下真空度进行跟踪监测，如处理区域周围有建筑物，还需进行地表水平位移监测。11、卸载标准本项目卸载标准拟为处理后土体平均固结度80%及实测表层沉降连续5天日平均沉降速率2.03.0mm/d。12、辅助材料（土工格栅）由于现场地质条件太差，机械无法直接工作，故铺设土工格栅作为工作垫层。土工格栅采用双向拉伸，其纵向和横向拉伸屈服力均不低于50kN/m，双向极限延伸率小于13%。13、辅助材料（无纺土工布）为保护密封膜，防止水平排水通道、真空管路等对真空膜的破坏，在密封膜下面铺设一层250g/m2无纺土工布。无纺土工布采用机器缝接，缝接宽度不小于5cm，缝合尼龙线强度应大于150Nm。无纺土工布的技术指标见下表：250 g/m2无纺土工布技术指标序号项目单位指标备注*1单位面积质量偏差%8*2厚度mm2.1*3断裂强力（纵横向）KN/m8*4断裂伸长率（纵横向）%25100*5CBR顶破强力KN1.2*6等效孔径O90（O95）mm0.070.2*7垂直渗透系数垂直渗透系数，cm/scm/s510-2510-18撕破强力（纵横向）KN0.20*为必须达到的指标，其他设计参考指标允许偏差（）六、计算书：1、地基平均固结度计算公式一级或多级等速加载条件下，塑料排水板范围内土体平均固结度按改进的高木俊介法进行计算： Ut=i=1nqip(ti-ti-1)-e-t(eti-eti-1) (3) =82 ， =8chFde2+2cv4H2 (4) F=Fn+Fs+Fr (5) Fn=lnn-34 (6) Fs=(khks-1)lns (7) Fr=2L24khqw (8) 式中： Ut固结时间t地基平均固结度； qi为第i级荷载的加载速率； ，系数； kh天然土层水平渗透系数； ks涂抹区得水平向渗透系数，ks=kh/4；de塑料排水板的等效排水圆柱体直径(cm)；dw塑料排水板直径(cm)；竖井深度(m)；压缩土层排水距离(m)，取土层最远排水距离；Ch水平固结系数(cm2/s)；Cv竖向固结系数(cm2/s)； s涂抹区直径ds与竖井直径dw的比值，本场地取s=3.0； L排水板的深度； qw竖井纵通同水量，采用B型板时取25cm3/s。2、各分区工后沉降推算公式根据固结度定义： （9）式中：则工后沉降量： （10）式中：3、各分区沉降推算结果根据勘察报告取各分区软土层平均厚度如表6-1，采用公式1计算各分区在不同覆水高度下的固结沉降量，结果如表6-2分区号1-1层平均厚度（m）10层平均厚度（m）1#10.05.52#9.03.03#13.05.44#9.03.0表6-1：各分区软土层平均厚度表分区号固结沉降量(cm)覆水0m覆水2m1#1361342#1251283#1471484#119125表6-2：各分区固结沉降量统计表4、各分区固结度推算结果根据勘察报告，代入公式3、4、5、6、7、8，计算得各分区不同荷载不同预压时间的土体平均固结度，见表6-3：分区号1#固结度 (%)2#固结度 (%)3#固结度 (%)4#固结度 (%)覆水0m2m0m2m0m2m0m2m80d63.6563.7766.3766.9561.6061.7967.1067.68100d70.5270.6073.2873.7468.3468.4974.0174.47120d76.1076.1778.7779.1373.8974.0179.