控制工后沉降条件下堆载预压地基处理参数的优化
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堆载预压法处理软基沉降实测与理论计算分析李少和1,黄曼2,林群仙1(1.浙江工业职业技术学院建筑工程分院,浙江绍兴3120002;2.绍兴文理学院土木工程学院,浙江绍兴312000)摘要:鉴于沿海地区饱和软粘土具有高压缩性、强度低等特点,修建公路工程中地基的沉降变形不能满足工后要求,因此必须对地基进行处理,以便满足工程需要。
文中以一个塑料排水系统的堆载预压法工程实例实测资料与沉降理论公式的计算,分析两者的差异以及造成的原因,提出有益的结论供相似工程借鉴。
关键词:软土地基;堆载预压;工后沉降;理论计算中图分类号:TU470文献标识码:A文章编号:1001-7119(2015)09-0093-04Soft Foundation Settlement Measurement and Theoretical Calculation AnalysisUsing Stack Preloading Method TreatmentLi Shaohe 1,Huang Man 2,Lin Qunxian 1(1.Department of Construction Engineering ,Zhejiang Industry Polytechnic College ,Shaoxing 312000,China ;2.College of Civil Engineering ,Shaoxing University ,Shaoxing 312000,China )Abstract :In view of the coastal areas of saturated soft clay has high compressibility,low intensity,Thesettlement of building foundation in highway engineering deformation can not meet the requirement of the after work,so you must to deal with foundation,in order to meet the needs of the project.This paperwith a plastic drainage system stack preloading engineering examples,the measured data and subsidence theoretical formula calculation,to analyze the differences and reasons,put forward useful conclusions provide reference for the similar engineering.Keywords :soft ground ;stack preloading ;post-construction settlement ;the theoretical calculation收稿日期:2015-06-10基金项目:国家自然科学基金资助项目(41302257);浙江省自然科学基金资助项目(LQ13D020001);绍兴市科技局项目(2012B70025)。
2021年岩土专业知识练习题和答案解析(Part16)共2种题型,共50题一、单选题(共30题)1.在使用套管的钻孔中,采取I级土试样时,取样位置应()。
A:位于套管底B:低于套管底一倍孔径的距离C:低于套管底三倍孔径以上的距离D:低于套管底五倍孔径以上的距离【答案】:C【解析】:根据《岩土工程勘察规范》(GB 50021-2001) (2009年版)第9. 4. 5条规定,在钻孔中采取I、II级土试样时,在软土、砂土中宜采用泥浆护壁。
如使用套管,应保持管内水位等于或稍高于地下水位,取样位置应低于套管底三倍孔径的距离。
2.对于换土垫层的质量检验,下列叙述正确的是()。
A:对素土、灰土和砂垫层可用贯入仪检验垫层质量,对于素土也可用钢筋检验,并均应通过现场试验以控制压实系数所对应的贯入度为合格标准B:垫层的质量检验必须分层进行,每夯压完一层,应检验该层的平均压实系数,当压实系数符合设计要求后,才能铺填上层土C:当采用贯入仪或钢筋检验垫层的质量时,检验点的间距应小于5m D:当取土样检验垫层的质量时,对大基坑每100 ~ 150m2应不小于1个检验点,对基槽每15 ~ 25m2不应少于1个点,每个单独柱基应不少于1个点【答案】:B【解析】:根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79—2002)第4. 4.1?4.4. 3条,A项,对粉质黏土、灰土、粉煤灰和砂石垫层的施工质量检验可用环刀法、贯入仪、静力触探、轻型动力触探或标准贯入试验检验;对砂石、矿渣垫层可用重型动力触探检验,并均应通过现场试验以设计压实系数所对应的贯入度为标准检验垫层的施工质量。
B项,垫层的施工质量检验必须分层进行。
应在每层的压实系数符合设计要求后铺填上层土。
C项,采用贯入仪或动力触探检验垫层的施工质量时,每分层检验点的间距应小于4m。
D项,检验点数量,对大基坑每50~100m2不应少于1个检验点;对基槽每10 ~ 20m不应少于1个点;每个独立柱基不应少于1个点。
第1篇一、工程概况本项目位于XX地区,施工范围包括路基、桥梁、涵洞等工程。
根据工程地质勘察报告,场地内土层主要为松散填土、粉质黏土、黏土等,地基承载力较低,需进行地基处理。
为确保工程质量和安全,本项目采用堆载预压施工方法进行地基处理。
二、施工准备1. 技术准备:组织技术人员认真学习堆载预压施工工艺,了解施工流程、技术要求和质量标准。
2. 材料准备:提前准备堆载预压材料,如砂石、土工布、排水板等,确保材料质量符合设计要求。
3. 施工设备准备:提前准备挖掘机、装载机、自卸汽车、推土机、压路机等施工设备,确保设备正常运行。
4. 施工人员准备:组织施工人员进行技术交底,明确施工工艺、质量要求和安全生产注意事项。
三、施工工艺及施工参数1. 施工流程:(1)场地平整:清除场地内的障碍物,平整场地,确保地基表面平整。
(2)铺设土工布:在平整好的场地上铺设土工布,确保土工布拉直、平整、紧贴地基表面。
(3)铺设排水板:在土工布上铺设排水板,排水板应紧贴土工布,并留出一定间距。
(4)堆载预压:根据设计要求,将砂石等材料分层堆载于排水板上,严格控制堆载高度和荷载。
(5)沉降观测:在堆载过程中,定期进行沉降观测,确保地基沉降符合设计要求。
(6)卸载:预压期满后,按照设计要求卸载,并进行地基承载力检测。
2. 施工参数:(1)堆载高度:根据设计要求,堆载高度一般为2.5~4.5m。
(2)堆载材料:选用中砂、粗砂等材料,含泥量不大于5%,渗透系数宜不小于0.01cm/s。
(3)堆载速率:堆载速率控制在每天0.5~1.0m,确保地基均匀沉降。
(4)沉降观测周期:预压期间,每10天进行一次沉降观测,预压期满后,每周进行一次沉降观测。
四、施工质量保证措施1. 施工质量控制:严格按照设计要求和施工规范进行施工,确保施工质量。
2. 材料检验:对进场材料进行严格检验,确保材料质量符合设计要求。
3. 施工过程控制:加强对施工过程的监督检查,及时发现和解决问题。
预压法处理地基及固结分析孙亚【摘要】预压法处理地基是一种在岩土工程领域普遍采用的处理软弱地基的重要方法,论述了探究预压法处理地基的过程与阐明了真空预压与堆载预压的加固机制及其不同.固结理论可以为地基沉降做出相应的理论预测,为地基处理以及基础工程设计提供了理论依据,在目前竖井地基固结的理论成果的基础上,介绍了预压地基的固结度常用计算方法,并运用选定的计算方法通过工程实例计算了地基的固结度.【期刊名称】《佳木斯大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2015(033)006【总页数】3页(P916-918)【关键词】堆载预压;真空预压;团结【作者】孙亚【作者单位】同济大学地下建筑与工程系,上海200092【正文语种】中文【中图分类】TU473.10 引言1982 年我国在真空预压的基础上,提出了联合堆载的加固方法.从1985 年的三月到十一月综合项目开始了真空联合堆载加固大的探究实验[1].此法即先进行真空预压施工,而后在膜下真空度达设计需求并在确定运行平稳的一周到两周时间后,实施堆载预压运行.并在工程完结以后,将真空与堆载结合使用,至达到固结度标准或者沉降速率标准时即可去除真空荷载.该方法也广泛应用在机场[2]、建筑地基、路基等工程建设中.1 加固机理堆载预压法遵从的是Terzaghi 的有效应力理论.根据图1 可以看出,附加外部压力之后,土体的固结就变成了孔隙水压消除、有效应力提升与土体逐步压密的进程.加载瞬间,堆载压力全部由孔隙水承担,此时孔隙水将增大.通过在地基中布置竖向砂井,增加了排水途径,缩短了排水距离,这时土层中的空隙水主要通过砂井部分竖向排出,超空隙水压力u 减小.根据有效应力原理,有效应力增加.地基土发生沉降,且强度增加,从而达到了加固的效果,并且可以有效减小建筑物的沉降.真空预压法即将软土地基表面首先添加砂垫层,之后加入垂直排水管道,并通过隔离的封闭膜让软土地基同空气分离,薄膜周围深入地中,利用砂垫层里添加的吸水通道,使用真空装置排除空气与水,让整体设备产生真空压力,从而推动土体排水固结,进而提升地基的有效应力.将整体转化真空状态时,砂垫层和排水通道中逐步降为负压,保持土体内部和排水通道、垫层间产生压力差.在这种情况中,土体中孔隙水持续通过通道流出,土体固结.其示意图如图2 所示.图1 堆载预压简图图2 真空预压简图关于该方法的作用机理,其中一个理念即把膜内外压差当做等效荷载反应在地基土上;另一个理念即陈环等公布的负压下固结观念.二十世纪80年代,陈环等[3]通过一维负压固结仪实施抽气实验,发现同样的压差之下,正负压的试样通过加固后拥有大体一致的土体参数,也就是加固意义大体一致,其土体强度的提升效果也大体一致的结果.这就说明抽真空仅仅使孔隙压力持续变化,也就是真空预压利用减小土体中的孔隙压力,让有效应力提升从而达到加固效果.阎澎叮、陈环[4]通过二轴仪实施正压与负压的对照实验,发现正压与负压作用一下的固结过程大体一致.EC.Leong 等[5]用利用固结仪探究了在同种压力中(正负压)土样剪切强度增加的状况,获得了堆载预压加固成效高于真空预压的加固成效的结果.龚晓南等[6]以现有真空预压的研究和多孔介质渗流理论为基点,给出了真空渗流场理论用以诠释真空预压加固软土地基的机制.从上述研究中可以看出,堆载预压法和真空预压法在加固机理上存在着不同,堆载预压法可以称为正压固结,真空预压法可以称为负压固结.从土中应力可知,堆载预压总应力增加,随着超静孔隙水压力的减少而使有效应力增加;真空预压法总应力不变,降低孔隙压力,而使有效应力增加.从加压系统设计上,堆载预压加载过程里剪应力提升,也许会导致土体剪切损坏,所以必须调控加载速率分级加载;真空预压法抽真空时,剪应力不提升,无法导致土体剪切破坏,不需要控制加载速率.两者处理深度不一样,而且后者会引起地下水位下降,就造价方面来说也是后者比较高.2 竖井地基固结理论设置有竖向排水井的地基可简称为竖井地基.竖井排水固结法思想最初由Moran 于1925 年提出.想要让观测预测竖井地基的固结过程合理化,探究人员在竖井地基固结观念角度上完成了大规模任务,获得了许多成就.Carrillo[7]简化了砂井地基固结方程,使得竖井地基固结问题能够首先各自核算径向固结与坚向固结,之后综合获得地基总体固结度.1948 年Barron[8]最初针对非井阻与涂抹效果的竖井地基固结实施推断.Yoshikuni[9]等以Biot固结理论为基础,得到了考虑径向和竖向组合渗流的解答.高木俊介公布了逐步加荷条件下砂井地基固结的核算方式,这种方式和Terzaghi 公布的近似修正法相比更加准确,但该方法使用范围更加广泛.由最初的Terzaghi 一维固结理论进步到Biot的真三维固结理论,再到之后Barron 公布了砂井的固结理论,在这一过程中有不同的人针对固结理论给出了不同观点,但在实际工程中,专家们更多的是使用Terzaghi 与Barron 的固结理论,之后再综合修正系数加以修正.此外现在的各种关于真空预压的规定均使真空荷载等效当做堆载实施沉降预测.一方面因为上述理论计算方面,工程经验较多,另一方目前其他理论尚未成熟,计算稍显复杂,难以满足工程需要,而有限元进行三维计算由于建模难度以及土体本构及参数选取问题未能广泛使用.3 固结计算实际工程中,荷载大多是分级加载.分级加载下,工程中常用的地基固结度计算主要有下列两种方法.3.1 改进的太沙基法基本思想为:各级荷载增量导致的固结进程是各自实施的;各级荷载为在加载起讫时间的中点一次瞬时加足的;其中各点时间的总平均固结度为此时每个级别荷载作用下固结度的加和.改进的太沙基法表达式为:公式中加荷修改之后的平均固结度;表示多级加荷修改之后的平均固结度; 表示瞬间加荷的平均固结度,ti,ti-1 为指的是第i 级加荷的开始与结束时间;Δp 为指的是第i 级荷载增加量.3.2 改进的高木俊介法依照巴伦原理,利用多级等速加荷使砂井地基在径向与垂直向条件下推断出其平均固结度的精准值,其主要优点为无需精确求取瞬时加荷条件下的地基固结度,能直接求取已修正的平均固结度,可适用于多种排水条件,具有通用性.修正后的平均固结度为:式中,α,β 的计算公式可根据不同的排水条件,查表得到.4 实例分析建筑场地为近年新淤积的海滩,含水量高,压缩性大,抗剪强度低,采用预压法进行地基加固.软弱土层厚度为12m,下部为不透水层.竖向排水通道采用塑料排水板,规格为100mm3.5mm,三角形布置,间距1.2m,穿透受压土层.经过室内土工实验获得相关指标,竖向固结系数是1.1×10-3cm2/s,径向固结系数是2.6×10-3 cm2/s.加载计划为0d ~20d,加荷50kPa;30d ~50d,加荷50kPa;70d ~90d,加荷40kPa;110d ~120d,加荷30kPa;140d ~160d,加荷20kPa.塑料排水板换算直径,塑料排水板径向排水范围的等效直径,井径比,根据改进的高木俊介法在Excel 中输入了公式,编制了相应的表格,计算了160d 各级荷载的固结度,如表1 所示.表1 各级荷载固结度加载级数加载大小(kPa)单级荷载开始时间(d) 单级荷载终止时间(d) 工程结束时间(d)加载速率(kPa/d)单级荷载固结度1 50 0 20 160 2.50 26.31%2 50 30 50 160 2.50 26.27%3 40 70 90 160 2.00 20.76%4 30 110 120 160 3.00 14.51%5 20 140 160 160 1.00 5.20%总固结度93.04%5 结论(1)本文论述了预压法在处理地基方面的发展过程,解释了真空预压与堆载预压的巩固原理,对真空预压巩固进行了深度估算,真空预压区地下水位的变化情况以及正负压联合作用机理还有待进一步研究.并从应力变化,加压系统的设计,处理深度等比较了两者加固机理的不同点.(2)目前研究者提出了许多竖井固结理论,考虑了不同的模型简化问题,但在工程实践中工程师们仍然广泛的使用Terzaghi 和Barron 固结理论然后结合修正系数进行修正方法.更加符合实际,更能满足工程设计需要的固结理论需要进一步研究.(3)介绍目前常用的固结计算方法,它们在长期被使用,积累了大量的经验.并通过工程实例,运用改进的高木俊介法进行了计算.手算过程略显复杂,故本文编制了Excel 表格进行计算.参考文献:[1]唐羿生,矫德全,杨玉玺.真空联合堆载预压加固软基试验研究[J].港口工程,1986,06:4-15.[2] Tang M,Shang J Q,CHU J,et al.Vacuum Preloading Consolidation of Yaoqiang Airport runway[J].Ground and Soil Improvement,2004:44. [3]陈环,鲍秀清.负压条件下土的固结有效应力[J].岩土工程学报,1984,6(5):39-47.[4]阎澍旺,陈环.用真空加固软土地基的机制与计算方法[J].岩土工程学报,1986,8(2):35-43.[5] Leong EC,Soemeitro RM,Rchardjo H.Soil Improvement by Surcharge and Vacuum Preloading[J].Geotechnique,2000(5):601-605. [6]龚晓南,岑仰润.真空预压加固软土地基机理探讨[J].哈尔滨建筑大学学报,2002,35(2):7-10.[7] Carrillo N.Simple Two and Three Dimensional Cases In the Theory of Consolidation of Soils[J].Journal of Mathematics and Physics,1942,21(1):1-5.[8] Barron R A.Consolidation of Fine-grained Soils by Drain Wells [J].1900.[9] Yoshikuni H,Nakanodo H.Consolidation of Soil by Vertical Drain Wells with Finite Permeability[J].Soil and Foundations,1974,14(2):35-46.。
堆载预压及沉降观测施工方案为了完成施工期沉降、减小工后沉降,对软基处理段(陆地片石处理、沟塘片石处理、水泥搅拌桩)进行堆载预压。
1、预压施工当路堤填至路床标高后,按设计要求继续超填一定高度填方以进行路基超载预压。
预压填方的施工方法与路基填筑施工相同,其压实度和超高值控制按具体设计图纸要求执行。
根据路面使用年限内工后沉降控制:桥台与路堤相邻处控制在10cm 以下,箱式通道和涵洞部位控制在20cm以下,一般路段控制在30cm以下,本工程软土路基预压期设计为180天,预压方式为等载预压。
预压期沉降量当填筑高度≤1.8m按10cm控制,填筑高度每增加0.5m,预压期沉降量按10cm 递增控制。
预压期结束后,卸去多余填方,并按设计要求施工路基防护工程。
2、沉降观测①观测点位的布置沉降观测采用布设沉降板进行观测,沉降板布置在左路肩、路中、右路肩三处。
一般软土地段沿纵向每隔100~200m布设一观测断面,预压施工高度超过5m的路段,纵向每50m设一观测断面。
桥头路段设置2~3个观测断面,此外在两个桥梁的一侧桥台处设一观测断面。
②观测频率沉降观测:施工期间,每填筑一层观测一次。
填筑间歇期间,每3天观测一次。
预压期间,第1个月每3天观测一次,2~3个月每7天观测一次,第4个月起每半个月观测一次,直至铺筑路面前。
侧向位移观测:水平位移测定时间与沉降监测同步,路基填筑一层水平位移至少观测一次。
当路基填土高度超过2.5m或接近极限填筑高度时,水平位移观测频率与沉降监测同步。
3、路基填筑动态控制为了确保路堤填土的安全,防止地基失稳,加载填土的速率必须综合多方面因素来确定。
设计采用的平均速率为:水泥搅拌桩处理路段及填高小于4m的路段取15cm/d,同时考虑每月填土高度≤1m,施工期间再根据路堤稳定观测的结果予以适当的调整。
路堤填筑过程中,若中心日沉降量达到 1.0cm/d,或日侧向位移量达到0.5cm/d时,标志着不稳定状态的出现,应立即停止加载。
沿海滩涂区地基预处理方案摘要:本文根据海湾滩涂区的场地特点,针对场地地基预处理主要解决的问题,介绍了堆载预压+强夯及高真空击密两种软土地基处理方案的原理和工艺流程。
关键词:滩涂区;淤泥;地基预处理1 工程概况某工程拟建厂址大部分位于海湾滩涂与浅海地貌单元连接地带,考虑到场地的防洪和防内涝要求,场地设计整平标高为9.35m,目前厂区大部分地段表层为淤泥,厚度为7.9~19.7m,平均为15.5m,顶面标高为1.75~4.2m,平均为2.9m,因此场地需回填的厚度约为5.15~7.60m,平均为6.40m。
场地地基预处理主要解决的问题主要有:(1)淤泥层的压缩沉降和变形问题;(2)回填土的处理问题,处理后能满足一般建(构)筑物地基要求。
2 地基预处理地基预处理主要是预先固结,减少工后沉降,提高场地稳定性。
其方法有开挖换填(挖除淤泥,用中、粗砂结合碎石土换填)、静力排水固结(堆载预压法、真空预压法及两者的联合)、静动排水固结(堆载预压+低能量强夯)等多种。
排水固结法是对天然地基,或先在地基中设置砂井、塑料排水板等竖向排水通道,然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载,或是在建筑物建筑以前,在场地先行加载预压,使土体中的孔隙水被慢慢排出,孔隙体积慢慢地减小,地基逐渐固结,地基发生沉降,同时,随着超静水压力逐渐消散,有效应力逐渐提高,地基土的强度逐步提高的方法。
排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。
近年来,竖向排水系统应用广泛的有袋装砂井和塑料排水板。
增加固结压力的主要方法有堆载法、真空预压法以及这两种方法兼用的联合法等。
根据本工程特点,本工程排水固结法可采用两种方案:堆载预压、真空预压。
在土体回填过程中,对回填土也有一定的承载力和密实度要求,因此回填土也需要分层碾压或强夯。
综合对淤泥和回填土处理的要求,本工程地基预处理有两种方案:堆载预压+强夯,高真空击密。
3 堆载预压+强夯方案3.1堆载预压堆载预压是软土地基处理的方法之一。
高填方路基沉降量控制方法及质量控制措施摘要:随着交通运输事业的蓬勃发展,我国道路工程建设取得长足发展,但由于我国地域面积辽阔,在道路工程建设中所遇到的问题也有很大差异。
而高填方路基的沉降变形是路基工程中常见的通病之一,其原因不仅与路基的压实度和原有路基坡度有关,而且与地质条件、填料性质、施工技术等因素有关。
高填方路基工程项目施工过程中,路基的地基承载力过低或地基的压缩性较高,可能导致路面在车辆在行进过程中出现沉降变形现象,影响地面的平整度,情节较为严重时可能导致整个路面结构受到破坏。
关键词:高填方路基;沉降量控制;质量控制;措施引言在交通飞速发展的时代,公路工程的发展也变得十分迅速。
对于公路的建设,有的地方需要架桥,而有的地方则需要对公路路基进行高填方工程施工。
由于高填方工程在填方区域的土体经常会发生沉降变形,所以高填方路基的沉降稳定性对工程竣工后的路面质量以及整个公路的运营有着非常重要的影响。
所以非常有必要对于高填方路基沉降量进行预测,并根据预测结果对高填方路基工程的实施有效的措施,避免公路因路基的沉降稳定性不足而引起道路的质量问题。
因此,国内外的学者针对高填方路基的沉降量提出很多预测的方法并运用在实际的工程中取得了不错的效果。
1高填方路基沉降量控制方法1.1路堤填筑期沉降控制标准第一路基沉降控制标准规范。
对路基的沉降变形现象进行研究的过程中,需要对地基的沉降量、水平位移进行分析,同时对路基的沉降速率、水平位移速率展开分析。
结合我国现行的规范要求进行分析,检测路基沉降时,检测对象主要涉及地面的沉降量、水平位移量、管线位移量。
第二结合以往的成功经验控制路基沉降。
结合实际施工情况,路基沉降现象由多方面因素促成,面对不同地质条件的地基时,沉降控制标准存在一定差异。
第三铺土工格栅。
高填方路基各个回填层之间必须铺设土工布,形成加筋土,有效地提升土体的抗剪强度、抗压强度,间接降低路基沉降的变形量。
第四采用轻质填料。
某大型陆域形成地基处理工程优化设计范莹莹,戚志慧,陈思周(中交第一航务工程勘察设计院有限公司,天津 300220)摘要:某大型陆域形成地基处理工程的实施需要配合水上施工作业,但存在部分区域的水深条件不满足施工船舶的吃水要求的矛盾;另外,工程实施还面临疏浚土方外抛受限的困难。
施工图设计阶段结合工程地质特点和施工条件进行了方案的优化分区设计,结合原泥面标高、软土层整体厚度及工后沉降要求,合理设置吹填区位置,细化了陆域形成的分区。
本工程方案的优化用以指导本标段场地造陆及地基处理施工,也为本地区其他造陆工程项目提供一定的借鉴意义。
关键字:陆域形成;地基处理;沉降;稳定中图分类号:TU471.8 文献标识码:A 文章编号:2097-3519(2024)02-0064-05 DOI: 10.16403/ki.ggjs20240214Optimum Design of a Large Land Formation and Foundation Treatment WorksFan Yingying, Qi Zhihui, Chen Sizhou( CCCC First Harbor Consultants Co., Ltd., Tianjin 300220, China )Abstract: The execution of a large land formation and foundation treatment works requires the assistance in waterborne operation, but the water depth conditions in some areas do not meet the draft requirements of construction ships. In addition, the disposal of dredged earthworks is also a problem to solve during construction. In the stage of detailed design, an optimized zoning design was carried out based on the combination of engineering geological characteristics and local conditions. The comprehensive study of original mud surface elevation, overall thickness of soft soil layer, and post-construction settlement requirements led to reasonable layout of dredger-filled area as well as refined land formation zones. The optimum plan applies to the land reclamation and foundation treatment within the range of this bid section, and also provides a certain reference for other local land reclamation works.Key words: land formation; foundation treatment; settlement; stabilization引言陆域形成地基处理工程的设计,要充分考虑地质情况、水深条件及场地使用要求,选择合理方案和施工工艺方法,达到既满足工程需要,又降低造陆成本,同时兼顾环境保护的目的,是一个合理调配、利用资源的过程,其经济、环境及社会效益均十分显著[1]。
中国港湾建设Optimization of treatment parameters by surcharge preloading underthe controlling condition of post-construction settlementSONG Yan(CCCC-Shanghai Waterway Engineering Design and Consulting Co.,Ltd.,Shanghai 200120,China )Abstract :When the drainboards are used in preloading ground treatment with surcharge and the construction period islimited,the spacing of drainboards and the surcharge thickness are the two main factors affecting the effect of treatment.It is necessary to optimize the engineering design to meet the requirements of ground treatment,and reduce the project cost as much as possible.In this paper,taking a ground treatment project in Nanhui of Shanghai as the example,we carried out the optimization of the spacing of drainboards and the surcharge thickness using Matlab programming,with the post-construction settlement as the controlling condition and the economic benefits as the goal.The method can consider all kinds of possible parameter combinations,and it's efficient,reliable and convenient for application.It meets the design requirements,and achieves better economic benefits.Key words :preloading with surcharge of fill;ground treatment;post-construction settlement;plastic drainboard;consolidationdegree摘要:在打设排水板的堆载预压地基处理中,当施工工期受限时,排水板间距和堆载厚度是影响地基处理效果的两大主要因素,需进行工程设计优化,不仅应满足地基处理要求,且尽可能降低工程造价。
以上海南汇某陆域地基处理工程为例,以工后沉降为控制条件,以经济效益为目标,采用Matlab 编程对排水板间距和堆载厚度进行优化设计。
该方法可考虑各种可能的参数组合,高效可靠,便于应用,不仅达到了设计要求,而且可获得更好的经济效益。
关键词:堆载预压;地基处理;工后沉降;塑料排水板;固结度中图分类号:U655.543文献标志码:A文章编号:2095-7874(2018)11-0034-03doi :10.7640/zggwjs201811007控制工后沉降条件下堆载预压地基处理参数的优化宋艳(中交上海航道勘察设计研究院有限公司,上海200120)收稿日期:2018-04-18作者简介:宋艳(1975—),女,山东青岛人,博士,高级工程师,港口与航道工程专业。
E-mail :270036109@第38卷第11期2018年11月Vol.38No.11Nov.20180引言预压法是建筑物建造以前,在建筑场地进行加载预压,使地基的固结沉降基本完成和提高地基土强度的方法。
堆载预压一般用填土、砂石等散粒材料对地基进行预压[1]。
堆载预压法适用于处理淤泥质土、淤泥、冲填土等饱和黏性土地基[2]。
堆载预压法具有施工简单、加固效果可靠等优点,但如果天然地基的排水性差,其固结时间将会较长。
因此在工期较紧的情况下,为了加速压缩过程,可以在地基中设置竖向排水体以加速土层的固结,缩短预压时间。
由于塑料排水板的排水作用能够加速软黏土的固结和强度增长,用塑料排水板联合堆载预压处理软土地基已成为国内外岩土工程中广泛应用、行之有效的地基加固方法[3]。
在规定的施工工期内,打设塑料排水板的堆载预压地基处理效果与排水板的布设、堆载的大2018年第11期小有直接关系。
对于需控制工后沉降的工程,排水板间距在合理范围内取值越小,施工期内地基所能达到的固结度越高;在保证地基稳定的前提下,堆载越大,则施工期沉降越大。
因此较小的排水板间距和较大的堆载都可以提高地基处理效果,降低卸载后的工后沉降。
但在实际应用中,采用较小的排水板间距和较大的堆载往往造成工程费用过高,而采用较大的排水板间距和较小的堆载又达不到预期的效果。
因此在工程设计中需要对排水板的布设及堆载厚度参数进行优化,使其既能满足地基处理要求,又降低投资,取得较高的经济效益。
本文结合上海南汇某陆域基地的地基处理工程,采用适于工程计算的matlab数学软件进行编程,以排水板间距和堆载厚度为变量,以工后沉降为控制条件,以工程费用最低为目标,对堆载预压设计参数进行优化,提出了地基处理设计方案。
该方法可同时考虑各种可能的排水板间距与堆载厚度方案,并选出最优的参数组合,计算快速准确,在今后的工程设计中可推广应用。
1工后沉降的计算工后沉降指施工结束至使用期结束这一时间段内发生的沉降。
它直接关系到建筑物的使用效果和安全,而施工期和使用期以后的沉降并不对上部结构产生危害,因此工程实际中建筑工程除保证稳定和安全外,常以地基工后沉降作为控制目标,以保证满足建筑物对变形的要求。
对于打设排水板的堆载预压地基处理方法,当堆载预压处理范围内的施工期沉降小于该范围使用荷载下的沉降量时,工后沉降按下式计算:驻s=(s fp1-s fc1U c1)+(s fp2U p2-s fc2U c2)(1)式中:驻s为工后沉降,m;s fp1为使用荷载作用下处理土层的最终沉降量,m;s fc1为施工荷载作用下处理土层的最终沉降量,m;U c1为处理土层的施工期固结度;s fp2为使用荷载作用下未处理土层的最终沉降量,m;U p2为未处理土层的使用期固结度;s fc2为施工荷载作用下未处理土层的最终沉降量,m;U c2为未处理土层的施工期固结度。
当预压处理范围内的施工期沉降大于该范围使用荷载下的最终沉降量时,工后沉降量按下式计算:驻s=s fp2U p2-s fc2U c2(2)1.1固结度1)处理土层的地基固结度打设排水板部分的地基固结度计算根据JTS 206-1—2009《水运工程塑料排水板应用技术规程》,可分别计算径向平均应力固结度U r和竖向平均应力固结度U z,然后计算地基平均总应力固结度U rz[4]。
U rz=1-(1-U z)(1-U r)(3)其中排水板间距是影响径向固结度的主要变量之一。
2)未打设排水板的下卧层固结度未处理土层的固结度仅考虑竖向平均应力固结度,采用化解当量层法计算[5],与下卧层各土层特性及预压时间有关。
由此可见,排水板间距直接影响到固结度的变化。
1.2最终沉降量对于排水固结法处理的软土地基,由于瞬时沉降和次固结沉降的计算方法和理论尚不成熟且影响因素较多,工程设计中常由一维固结沉降计算结果乘以经验系数得到总沉降[1]。
最终沉降量采用分层总和法[2]进行计算,堆载作为附加应力对土层沉降有较大影响,计算公式如下:s f=孜移n i=1e0i-e1i1+e0i h i(4)通过减小排水板间距来提高施工期固结度或增大堆载来增加施工期沉降均可以减小工后沉降。
以下将结合上海南汇某工程的地基处理工程案例,对设计参数进行优化,使其既能达到较好的地基处理效果,又节省投资,提高工程经济效益。
2工程案例2.1工程概况该工程位于长江口南槽航道南侧,在滩地上由吹填砂吹填形成,场地面积为232m伊103m,吹填砂厚度约4.0m。
其下为天然地基,依次为:淤1灰~灰黄色淤泥(海滩土),流塑状,压缩性高等,平均厚度约1.2m;淤2淤泥质粉质黏土,流塑状,压缩性高等,平均厚度约2.1m;于3砂质粉土,松散到稍密,压缩性中等,平均厚度约2.9m;盂淤泥质粉质黏土,流塑,压缩性高等,平均厚度约2.7m;榆淤泥质黏土,流塑,压缩性高等,平均厚度约10.3m;虞1-1黏土,软塑,压缩性高等,平均厚度约11.1m;虞1-2粉质黏土,宋艳:控制工后沉降条件下堆载预压地基处理参数的优化35··中国港湾建设2018年第11期软塑,压缩性中等,平均厚度约3.6m;其下依次为粉质黏土、黏土、砂质粉土等土层,软塑至密实。
本工程在吹填完成后拟在该场地上建设生产辅助建筑物,使用期10a,工后沉降要求小于0.2m。
受项目运营总体工期限制,建筑物将于吹填完成约半年后动工。
2.2设计方案由于天然地基存在软土层,其压缩性较大,透水性差,所需固结时间长,不进行地基处理将产生较大的工后沉降,难以满足建筑物的变形要求。
考虑到工期紧张,以及尽可能减小对周围围堤的影响,并考虑到外部建设条件等一系列因素,经过综合比选,拟采用打设排水板的堆载预压地基处理方法。
根据工期要求,堆载预压时间控制在6个月。
地基处理方案为吹填完成后打设塑料排水板,排水板打至榆淤泥质黏土层底,正方形布置。
排水板打设完成后进行堆载,堆载预压6个月后卸载,之后进行低能量强夯并碾压整平。
为保证地基处理效果,同时考虑工程的经济性,需对排水板间距及堆载厚度进行优化。
2.3基于工后沉降控制的地基处理设计参数优化本文目的是要求采用塑料排水板联合堆载预压处理软土地基在满足工后沉降要求时获得更好的经济效果,即投资额最小。
此处造价主要按塑料排水板材料费和打设费及堆载土方费用估算。
根据前文,在工期一定的情况下,排水板间距与堆载厚度为影响工后沉降及造价的两大因素。
本工程以工后沉降为约束条件,以造价最小为目标,可概化为如下最优化问题模型:min z=f(x,y)(5)驻s(x,y)臆0.2式中:z为工程费用,万元;x为排水板间距,m;y为堆载厚度,m;驻s为工后沉降,m。