CN102561374B

CN102561374B - 一种利用约束墙消减深厚软土地基沉降量的方法

Info

Publication number: CN102561374B
Application number: CN201010606813.7A
Authority: CN
Inventors: 何培玲; 谢征询; 谢敏; 谢秋菊
Original assignee: Nanjing Institute of Technology
Current assignee: Nanjing Institute of Technology
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2030-12-27
Also published as: CN102561374A

Abstract

本发明公开了一种利用约束墙消减深厚软土地基沉降量的方法，其步骤：包括：(1)依据建筑物所在地的土质条件和待建建筑物总重量和底面积，计算出其约束压强和附加压强；(2)由约束压强计算出约束墙的厚度，并确定建造约束墙的材料；(3)根据附加压强计算出约束墙的长度；(4)将待建建筑物底面相应厚度的软土置换为设计的约束墙。本发明对土木建筑工程设计与施工领域软弱地基以及消除减小深厚软土地基的沉降量进行了有效的解决。可以使得深厚软土地基的处理成本低、可靠性强，而且便于操作与监控，从而能有效减少深厚软土地基的总沉降量。其设计施工工序简便，所需设备便于取得，可操作性强。

Description

一种利用约束墙消减深厚软土地基沉降量的方法

技术领域

本发明涉及土木建筑工程设计与施工领域的一种软弱地基处理方法，尤其是涉及消减深厚软土地基沉降量的方法。

背景技术

关于软弱(软土)地基处理技术，传统的办法已很多，比如各种桩基技术(钻孔桩、锤击成孔桩、预制桩......)；各种挤密技术(砂石挤密法、石灰挤密法、砂石振冲法......)。流行的新技术也不少(如强夯法、粉喷法、深层搅拌法......)。关于以上传统技术与流行技术的详细介绍，可参见地基处理规程(行业标准)和李慧民等编著的《土木工程施工技术》一书的有关章节(中国计划出版社.2001年版、专门为全国注册结构师继续教育进修班编写)。不论传统的老技术，或流行的新技术，对于深厚软土地基的处理都是一道难题，效果有限，而且费用太高，工程学术界已有共识。比如强夯法处理深度有限，对于淤泥质软土来说，其中的水不易排出，往往处理无效，而处理过程中有很大振动，噪声干扰严重，不受居民欢迎，粉喷法、深层搅拌法成本高，不易操作，事故频繁。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明提供了一种利用约束墙消减深厚软土地基沉降量的方法，可以使得深厚软土地基的处理成本低、可靠性强，而且便于操作与监控。从而能有效消减深厚软土地基的总沉降量。

2.本发明技术方案如下：

一种利用约束墙消减深厚软土地基沉降量的方法，其包括以下步骤：

①依据建筑物所在地的土质条件和待建建筑物总重量和底面积，计算出其约束压强和附加压强；

②由约束压强计算出约束墙的厚度，并确定建造约束墙的材料；

③根据附加压强计算出约束墙的长度；

④由步骤②、③确定的厚度、材料、长度，将待建建筑物底面相应厚度的软土置换为步骤②中确定的材料。

本发明的理论基础是根据地基附加压力向深部衰减的原理和软土地基被约束后水平变形(侧向移动)终止，从而也相应削减了垂直变形(沉降量)的原理，以及越到深部，软土的承载能力越高的原理。根据以上原理，就有了只将有限深度的上层软土约束起来，使之在压力作用下提高承载能力，减少沉降量不扰动下层土，而只充分利用其故有承载能力的思路。

上述的约束墙可以是上下两部分，其中上约束墙可以利用护坡排桩来实现。步骤(2)中置换软土的工具可以是地下连续墙的造孔机或排桩式钻孔灌注机。约束墙可以是单独得整体结构，也可以是几个单独整体机构的组合。约束墙的材料可以是粘土加砂石料的混合物，也可以是三合土。

上部约束墙完全可以利用深基坑开挖过程中不可节省的护坡排桩来完成约束任务。因此，下部约束墙只是从护坡桩底部深度到附加压应力有效深度处的一段，由于在这一深度段内，附加压应力已逐渐衰减至零，对约束墙的抗剪能力要求已不高，所以本发明所采用的技术可以节约大量的成本。基坑护坡桩的深度一般按基坑深度的1.5倍计算，地基附加压应力的影响深度一般按基础边长的1.5倍计算，已是足够安全。地层特别复杂，地基土特别软弱时，也可以按实际进行计算。结合下部约束墙的换填式低标号混凝土或三合土施工，也为了最大限度地降低工程费用，上部约束墙(或护坡桩)的设计，可以做成双排低强度，不配筋的混凝土或三合土组合桩。前排桩抗压，后排桩抗拉，腹板与前后排桩断面组合成工字型面积抗剪，排桩间的夹心软土与工字型断面组合成的整体即为重力坝的平衡体。

利用地下连续墙的造孔机或排桩式钻孔灌注机，用合适的粘土加砂石料，将约束墙墙腔内的软土进行置换，形成一道具有一定抗剪能力的封闭式三合土约束墙。在缺乏粘土原料的地区，也可利用约束墙造孔过程中排出来的淤泥浆，与砂石料(可利用碎石场的废碴或天然混合砂卵石料)配置成三合土，成本更低，强度更高。如果能进一步利用大量的建筑垃圾进行粉碎处理后，用来制造地下约束墙，则更能收到环境保护的综合效果。

3.有益效果

本发明公开了一种利用约束墙消减深厚软土地基沉降量的方法，其设计施工程序简便，便于操作，约束墙本身使用的材料成本低，通过本发明得到的约束墙强度高、沉降控制效果好。

附图说明：

图1是小底盘建筑物的整体约束墙俯视图；其中，1表示薄板或折底筏基；2表示约束墙。

图2是图1的剖面图；其中，3表示基底附加压力；4表示约束力(软土的侧向挤胀力)；5表示被动土压力。

图3是大底盘建筑物的分区封闭式约束墙俯视图；其中，1表示薄板或折底筏基；2表示约束墙。

图4是图3的剖面图；其中，3表示基底附加压力；4表示约束力(软土的侧向挤胀力)；5表示被动土压力。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明作进一步描述：

本发明的具体设计程序如下：

(1)根据上部荷载条件，计算基底的附加压力3。

(2)根据扩散理论和地基基础规范计算附加压应力3的影响深度。

(3)计算附加压应力影响深度范围内相应的附加压应力强度。

(4)根据附加压应力的强度变化计算相应的侧向挤胀力4，并根据约束力强度确定需要的约束深度。被动土压力5与侧向挤胀力4方向相反，大小相同，是由侧向挤胀力4的反作用力。

(5)在折底筏基1的周围设置约束墙2，按约束墙的约束力变化设计约束墙2(按抗剪能力控制)的厚度，选择约束墙2用料。

(6)约束墙的深度即相当于附加压应力的影响深度。

(7)上部约束墙完全可以无偿利用深基坑开挖过程中不可节省的护坡排桩来完成约束任务。因此，必须投入资金，计入成本的约束墙只有从护坡桩底部深度计算到附加压应力有效深度处的一段，由于在这一深度段内，附加压应力已逐渐衰减至零，对约束桩的抗剪能力要求已不高，所以其实际投入是很有限的。

(8)基坑护坡桩的如图深度一般按基坑深度的1.5倍计算，地基附加压应力的影响深度一般按基础边长的1.5倍计算，已是购安全。地层特别复杂，地基土特别软弱时，也可以按实际进行计算。

(9)护坡桩的设计可按常规的单排钻孔悬臂桩计算，也可以按单排悬臂加锚拉，甚至加坑内水平支撑进行计算与配筋。

(10)为了结合下部约束墙2的换填式低标号混凝土或三合土施工，也为了最大限度地降低工程费用，上部约束墙2(或护坡桩)的设计，也可做成双排低强度，不配筋的混凝土或三合土组合桩，按重力式挡土墙进行抗倾复计算：前排桩抗压，后排桩抗拉，腹板与前后排桩断面组合成工字型面积抗剪，排桩间的夹心软土与工字型断面组合成的整体即为重力坝的平衡体。

为了检验本发明的真实效果，对本发明进行了试验，具体如下：

1、工程概况：

某公寓工程地上16层，地下1层，建筑面积16000m2以上，地下室为40.0×33.0m的缺角矩形，根据原设计，采用的是Φ500×19.0m的混凝土钻孔灌注桩与Φ500×10.0m的水泥粉喷桩复合地基承重，桩的间距是1.7m×1.7m，两种不同的桩交错相间布置，保持1.7m×1.7m(2.89m2)面积内有钻孔桩和粉喷桩各一条的三元组合复合地基。要求复合地基的设计标准承载力达250kpa。

2、地质条件和安全论证

工程位于海滨滩地软土区，地表以下为：①人工填土约1.3m；②淤泥、流塑，约1.5m；③流塑淤泥混细砂约1.7m；④淤泥混细砂约4.5m，含水量w为49.3％；⑤淤泥质粘土夹薄砂层约6.1m，含水量w为47.7％；⑥中密砂层，含30％～50％的贝壳碎屑，标贯数N＝13，设计标准强度fk为200kpa，厚度为3.0～8.5m；下面就是深度在20.0m以上的中等以上压缩性粉质粘土，压缩系数设计强度标准值为fk＝220kpa。根据以上地质条件，不仅地面以下有13.0m左右的特别软弱的饱和流塑淤泥质土，而且下面的几十米范围内也并没有可靠的持力层，其中虽然有一层砂，但厚度极不均匀，砂以下的粘土层则仍属于不稳定的中等以上压缩性土，其最大压缩系数在0.49Mpa-1以上说明如果按原来的设计方案施工，不仅达不到250kpa的承载力要求，可能导致流塑淤泥挤出破坏的事故，而且桩基以下土体的整体压缩沉降量也会远远大于设计规范允许值。经过按规范GBJ7-89进行的沉降计算表明，总沉降量将达116.4cm是惊人的，带来的危害性决不是建筑物所能承受的，即使不致使整个工程裂损报废，或整体倾斜后失去使用功能，而只是出现均匀下沉，下沉量达1.0m以上，也必然导致建筑物底层失去使用功能。

3、方案比较

要避免以上事故的形成，按常规，就只有将桩的有效长度增加到40.0m以上，40.0m以上的深桩基础就只能选择造价较高，施工难度较大，事故率最高的钻孔灌注桩了。从工程造价(投入)和工期考虑，本发明技术实施成本低，工期短，不仅保证了工期，比40.0m深的钻孔灌注桩方案和复合桩方案节约了造价。

4、实施过程

(1)建筑物总面积16000m2，总重量为240000KN，基底面积为1320m2，基底面压力值约为170kpa，基底埋置深度为6.0m，基底附加压力值Po约为80kpa。

(2)附加压力3影响深度一般取基础宽度的1.5倍，即1.5×33≈40.0m(按规范进行分层总和法计算，影响深度一般在基础宽度的1.5倍，计算过程从略，工作量很大)。

(3)附加压力从80kpa衰减到0的深度为40.0m，但根据地质条件，本工程在地面以下15.0m左右就是砂层，有较高的承载能力，砂层以下的软粘土虽然仍有较大的压缩量，但承载能力也完全能够满足附加压力3的要求，因此，决定将约束墙的约束深度定为16.0m，(大于15.0m，插进砂层1.0m)一层地下室的基底埋置深度为6m，则基底以下约束墙的深度仅10.0m左右，从地面到基底的基坑开挖深度为6.0m+1.0m＝7.0m的坑壁支护桩不计入约束墙成本。

(4)将基坑开挖的支护桩与约束墙进行综合设计，沿基坑周边布置双列粉喷水泥桩列距保持2.0m。

(5)将33m×40.0m的大面积再按井字条格分划为6个约束小区，实施对小区内的土体进行分区约束。

(6)在约束小区内，再按Φ500×8.0m的布桩密度布置粉喷水泥桩，使之成为改良土复合地基。

(7)按复合地基承载力fk＝170kpa、Es＝5.0mpa，附加压力ρ₀为80kpa，按规范GBJ7-89计算的沉降量(分层总和法)为26.24cm(计算过程从略)。

(8)考虑约束墙的约束作用以后，最终实际沉降量不会大于10.0cm(根据理论分析与实际记录)完全满足了工程安全要求。

Claims

1.一种利用约束墙消减深厚软土地基沉降量的方法，其特征在于包括以下步骤：

③根据附加压强计算出约束墙的长度；

2.根据权利要求1所述的一种利用约束墙消减深厚软土地基沉降量的方法，其特征在于，约束墙包括上下两部分，其中上约束墙利用护坡排桩来实现。

3.根据权利要求1或者2所述的一种利用约束墙消减深厚软土地基沉降量的方法，其特征在于步骤④中置换软土的工具是地下连续墙的造孔机或排桩式钻孔灌注机。

4.根据权利要求1或者2所述的一种利用约束墙消减深厚软土地基沉降量的方法，其特征在于，约束墙是单独的整体结构或几个单独整体机构的组合。

5.根据权利要求1或者2所述的一种利用约束墙消减深厚软土地基沉降量的方法，其特征在于，约束墙的材料是粘土加砂石料的混合物或三合土。