CN105735245A - 海边吹填泥层地层中成槽施工的土体加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海边吹填泥层地层中成槽施工的土体加固方法，所述方法在现场地质调查的基础上，确定厚淤泥的基本信息；采用水泥搅拌桩和CFG桩相结合的方法加固影响地下连续墙成槽施工的厚淤泥，并确定地下连续墙槽壁两侧厚淤泥土的加固宽度；结合厚淤泥信息及现场试验，确定水泥搅拌桩和CFG桩的施工参数及具体加固措施。本发明克服了现有技术在地下连续墙槽壁两侧厚淤泥加固中施工工期长、造价高、甚至不能加固的缺点和不足，实现了槽壁两侧厚淤泥土的高效加固施工。采用本发明方法加固厚淤泥具有强度高、刚度大、成本低、施工效率高等特点。

Description

海边吹填泥层地层中成槽施工的土体加固方法

技术领域

本发明涉及一种地下建筑工程技术领域中的施工方法，具体地，涉及一种海边吹填泥层地层中成槽施工的土体加固方法。

背景技术

全国各大城市正在大规模地建设城市地下铁道以及各种地下空间。这些地下空间构筑物需要通过基坑开挖来建造，基坑开挖时需要用地下连续墙作为挡土与挡水的临时结构。由于各城市所处的地质条件和周围环境的不同，需要在各种地质条件下修筑地下连续墙。地下连续墙施工工艺已在我国天然沉积砂性土、粘性土等软土地层中得到了广泛应用。但在我国沿海地区，淤泥土分布广泛、埋深浅且层厚大。淤泥土是在静水或缓慢的流水环境中沉积，经物理、化学和生物化学作用形成的，未固结的软弱细粒或极细粒土，其特征为高含水量、高孔隙比、高压缩性、低强度。在这种厚淤泥土中进行地下连续墙成槽施工，传统成槽机难于抓挖淤泥土成槽，造成施工成槽困难、槽壁失稳、施工效率低、工期长的不利局面。针对上述难点，为保证地下连续墙成槽施工顺利进行，迫切需要一种加固地下连续墙槽壁两侧的厚淤泥土的安全施工方法。

传统处理淤泥土的方法包括换填法、排水固结法、压密灌浆法等。换填法适用于浅埋淤泥土加固，对层厚较大的淤泥土或者无法完全挖除进行换填，或者可以换填但成本高、工期长。排水固结法可分为真空预压、强夯、真空联合预压堆载，该方法适用于层厚为4～8m的淤泥土加固，对于厚度超过10m的淤泥层，采用该方法易产生堆载或强夯时间过长、造价高、甚至不能处理深部淤泥土的难题。压密灌浆法是通过钻孔在土中灌入极浓的浆液，在注浆点使土体压密，并在注浆管端部附近形成“浆泡”，采用该方法加固的土体密度不匀均、力学性质不统一，难以保证后续成槽施工过程中槽壁的稳定性。

经对现有文献的检索，中国发现发明专利：申请号为201110254239.8，发明名称：抛石挤淤也逐渐成为一种淤泥软土地基的加固技术；该专利自述为：“通过向淤泥中抛填开山料的整式挤淤方式，将较大块径的单块体抛入淤泥中，并用振动碾逐层加载，使较大块径的单块体在淤泥中形成骨架，然后在骨架上部及间隙采用大小级配良好，透水不透泥的爆破开山料进行整式压载挤淤置换。”该专利所述的淤泥软土地基处理方法对4～5m的浅埋深淤泥层是有效的，而对于厚度超过10m的淤泥层，上述专利提出的方法难以挖出置换深部淤泥土，且由于淤泥土含水饱和、流塑性极大、侧滑或上涌现象严重，上述方法易造成土体倾覆、塌陷等工程事故，难以确保工程质量和施工工期。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种海边吹填泥层地层中成槽施工的土体加固方法，所述方法打破了传统淤泥加固方法难于在短时间内加固厚度超过10m淤泥土的局面，克服了现有技术中存在的施工工期长、造价高、甚至不能加固的缺点和不足，实现了厚淤泥土的高效加固施工。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种海边吹填泥层地层中成槽施工的土体加固方法，所述方法包括如下步骤：

第一步、对施工场地进行现场勘查，确定施工场地的土层划分信息和地下水分布情况；依据施工场地的土层划分，确定存在厚淤泥；所述的厚淤泥，是指层厚不小于10m的淤泥；

第二步、通过钻孔取芯确定厚淤泥的长度、宽度、层顶标高、层底标高的信息；结合地下连续墙设计图，确定厚淤泥影响地下连续墙成槽施工的区段长度L；

第三步、采用水泥搅拌桩和CFG桩相结合的方法，隔离加固影响地下连续墙成槽施工的厚淤泥土，并确定地下连续墙槽壁两侧厚淤泥的加固宽度B；

第四步、根据厚淤泥的信息，结合现场试验，确定水泥搅拌桩和CFG桩的桩径、桩长、平面布置、排数、中心间距、单排数量；

第五步、根据水泥搅拌桩和CFG桩的施工参数，在影响地下连续墙成槽施工的长度及加固宽度内，于地下连续墙槽壁两侧各施打平行于槽壁的水泥搅拌桩，之后再各施打平行于槽壁的CFG桩，且CFG桩位于水泥搅拌桩远离槽壁的一侧。

优选地，第一步中，所述的土层划分是指：采用孔压式静力触探法，检测施工场地周围地表以下1.5倍地下连续墙深度范围的土体；确定施工场地土体的贯入阻力与孔隙水压与深度的关系曲线；作出以孔隙水压力与贯入阻力之比为横轴、以贯入阻力与初始地层应力之比为纵轴的关系图，并在关系图上划分若干不同土性特征区，将实测的静力触探曲线的数据标于关系图上以判断现场土层的类型；将土的类型对照贯入阻力曲线与孔隙水压力分布曲线，确定施工场地的土层划分信息。

优选地，第一步中，所述的地下水分布情况是指：通过钻孔揭露的土体类型判断含水层类型及厚度；钻井观测不同含水层的稳定水位，对承压含水层需采取隔水措施。

优选地，第三步中，所述的水泥搅拌桩，是利用水泥作为固化剂的主剂，通过深层搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂就地强制拌合，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理‐化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土。

优选地，第三步中，所述的CFG桩，是水泥粉煤灰碎石桩(CementFly-ashGravel)，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌合，用成桩机械制成的具有强度的可变桩。

第三步中采用水泥搅拌桩与CFG桩相结合的方法，发挥了CFG桩强度高、刚度大及水泥搅拌桩不易在淤泥中产生紧缩的特性。

优选地，第三步中，所述的地下连续墙槽壁两侧厚淤泥的加固宽度B满足以下公式：

$B=max\{\frac{1.3(E_a+E_w)}{\mathrm{\ρ}Sg\mathrm{\μ}\×{10}^{-3}};\sqrt{\frac{3.2(1.4E_a{b}_a+E_w{b}_w)}{\mathrm{\ρ}Sg\×{10}^{-3}}};\frac{1}{4}\sqrt{\frac{12(E_a{b}_a+E_w{b}_w)}{2.4f_a-\mathrm{\ρ}Sg\×{10}^{-3}}}\},$

其中：E_a为主动土压力合力；E_w为水压力合力；b_a为主动土压力合力至淤泥层底的距离；b_w为水压力合力至淤泥层底的距离；ρ为混凝土密度，取2430kg/m³；S是根据厚淤泥层顶与层底标高的差值而预估的桩长；g为重力加速度；μ为折减系数，取0.55；f_a为桩底端土体承载力基本值。

更优选地，所述的主动土压力合力E_a满足以下公式：

$E_a=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{E}_{ai};$

所述的水压力合力E_w满足以下公式：

$E_w=\frac{1}{2}{y}_w{(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{h}_i-h_w)}^2;$

所述的主动土压力合力至淤泥层底的距离b_a满足以下公式：

$b_a=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\[h_i(K_{ai}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\γ}}_{i-1}{h}_{i-1}-2c_i\sqrt{K_{ai}})\×(\underset{j=i+1}{\overset{n}{\Σ}}{h}_j+\frac{h_i}{2})+\frac{{\mathrm{\γ}}_i{h_i}^2{K}_{ai}}{2}\×(\underset{j=i+1}{\overset{n}{\Σ}}{h}_j+\frac{h_i}{3})\]}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{E}_{ai}};$

所述的水压力合力至淤泥层底的距离b_w满足以下公式：

$b_w=\frac{1}{2}(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{h}_i-h_w);$

其中：i为自上至下的土体层数；j为第i+1层土体层数；n为淤泥土的层数；γ_i为第i层土体的重度，地下水位以上取天然重度，地下水位以下取浮重度；γ_w为水重度，取10kN/m³；γ_i-1为第i-1层土体的重度，地下水位以上取天然重度，地下水位以下取浮重度；c_i为第i层土体的有效粘聚力；h_i为第i层土体的层厚；h_i-1为第i-1层土体的层厚；h_j为第i+1层土体的层厚；h_w为地下水位与地表面的距离；E_ai为第i层土体的主动土压力合力；K_ai为第i层土体的主动土压力系数。

更优选地，所述的第i层土体的主动土压力合力E_ai满足以下公式：

$E_{ai}=(K_{ai}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\γ}}_{i-1}{h}_{i-1}-2c_i\sqrt{K_{ai}})h_i+\frac{{\mathrm{\γ}}_i{h_i}^2{K}_{ai}}{2}.$

更优选地，所述的第i层土体的主动土压力系数K_ai满足以下公式：

其中为第i层土体的内摩擦角。

优选地，第四步中，所述的水泥搅拌桩的类型为单轴水泥搅拌桩，其桩径d为450mm～600mm，依据现场试验确定。

更优选地，所述的现场试验是指：在施工现场通过搅拌机施打4～6根水泥搅拌桩，采用卷尺测量其成桩直径，取平均，所得数值即为水泥搅拌桩的桩径d。

优选地，第四步中，所述的水泥搅拌桩的桩长为地表至淤泥层底下1m～4m的距离。

优选地，第四步中，所述的水泥搅拌桩的平面布置为矩形布置。

优选地，第四步中，所述的水泥搅拌桩的排数为双排，其中水泥搅拌桩与地下连续墙槽壁的最小距离为水泥搅拌桩直径的一半。

优选地，第四步中，所述的水泥搅拌桩的中心间距b满足公式：

$b=\sqrt{\frac{R_{a1}-{\mathrm{\β}}_1{A}_{p1}{f}_{sk1}}{F_1-{\mathrm{\β}}_1{f}_{sk1}}},$

其中：R_a1为水泥搅拌桩竖向承载力特征值；β₁为水泥搅拌桩桩间土承载力折减系数，取0.75～0.95；A_p1为水泥搅拌桩的截面积；f_sk1为处理后水泥搅拌桩桩间土承载力特征值，按当地经验取值，若无经验取天然地基承载力特征值；F₁为满足设计要求的水泥搅拌桩复合地基承载力特征值。

更优选地，所述的水泥搅拌桩竖向承载力特征值R_a1满足公式：

R_a1＝ηf_cA_p1，

其中：η为折减系数，取0.3～0.5；f_c为混凝土轴心抗压设计设计值。

更优选地，所述的水泥搅拌桩的截面积A_p1满足以下公式：

$A_{p1}=\frac{{\mathrm{\πd}}^2}{4}.$

优选地，第四步中，所述的水泥搅拌桩的单排数量n满足公式：

$n=ROUND(\frac{L}{b},0),$

其中：L为厚淤泥影响地下连续墙成槽施工的区段长度，b为水泥搅拌桩的中心间距，ROUND(X，0)为四舍五入取整函数。

优选地，第四步中，所述的CFG桩的桩长为地表至淤泥层底下3m～5m的距离。

优选地，第四步中，所述的CFG桩的平面布置为矩形布置，其中CFG桩与水泥搅拌桩最小距离为水泥搅拌桩的中心间距b。

优选地，第四步中，所述的CFG桩的排数m满足公式：

$m=\frac{B-2\×b-0.5d}{b_1}+1,$

其中：B为地下连续墙槽壁两侧厚淤泥的加固宽度；b为水泥搅拌桩的中心间距；d为水泥搅拌桩的桩径；b₁为CFG桩的中心间距。

优选地，第四步中，所述的CFG桩的中心间距b₁满足公式：

$b_1=\sqrt{\frac{R_{a2}-{\mathrm{\β}}_2{A}_{p2}{f}_{sk2}}{F_2-{\mathrm{\β}}_2{f}_{sk2}}},$

其中：R_a2为CFG桩竖向承载力特征值；A_p2为CFG桩的截面积；β₂为CFG桩桩间土承载力折减系数，取0.75～0.95；f_sk2为处理后CFG桩桩间土承载力特征值，按当地经验取值，若无经验可取天然地基承载力特征值；F₂为满足设计要求的CFG桩复合地基承载力特征值。

更优选地，所述的CFG桩竖向承载力特征值R_a2满足以下公式：

R_a2＝ηf_cA_p2，

其中：η为折减系数，取0.3～0.5；f_c为混凝土轴心抗压设计设计值。

更优选地，所述的CFG桩的截面积A_p2满足以下公式：

$A_{p2}=\frac{{{\mathrm{\πd}}_1}^2}{4}.$

优选地，第四步中，所述的CFG桩的单排数量e满足以下公式：

$e=ROUND(\frac{L}{b_1},0),$

其中：L为厚淤泥影响地下连续墙成槽施工的区段长度，b₁为CFG桩的中心间距，ROUND(X，0)为四舍五入取整函数。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明所述方法克服了现有技术在地下连续墙槽壁两侧厚淤泥加固中施工工期长、造价高、甚至不能加固的缺点和不足，实现了槽壁两侧厚淤泥土的高效加固施工。采用本发明方法加固厚淤泥具有强度高、刚度大、成本低、施工效率高等特点。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一优选实施例的厚淤泥层与车站基坑位置关系平面图；

图2为本发明一优选实施例的局部厚淤泥层水泥搅拌桩加固后的剖面图；

图3为本发明一优选实施例的地下连续墙槽壁两侧淤泥加固后的平面图；

图4为本发明一优选实施例的地下连续墙槽壁两侧淤泥加固后的A-A剖面详图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本实施例以某车站基坑为例，车站设计起点里程为DK79+338.678，终点里程为DK79+653.678。该车站采用明挖法施工，其围护结构采用地下连续墙加内支撑的围护结构形式，地下连续墙墙厚为800mm。车站基坑长约315m，深约16.8～18.7m，宽约21.3～37.8m。根据勘察资料，该车站场地岩土层可划分为：素填土、淤泥、粉质粘土、全风化混合花岗岩、强风化混合花岗岩以及中风化混合花岗岩，且施工场地按设计要求平整硬化后标高为4.56m。

本实施例提供一种海边吹填泥层地层中成槽施工的土体加固方法，具体实施方式如下：

第一步、对施工场地进行现场勘查，确定该施工场地的土层划分信息和地下水分布情况；依据施工场地的土层划分，确定存在厚淤泥。

本实施例采用孔压式静力触探法，确定车站基坑的土层自上而下为：

素填土：层厚为1m，内摩擦角为30°，有效粘聚力为0kPa，天然重度为20kN/m³；

淤泥：层厚为1.6～16.8m，内摩擦角为2.46°，有效粘聚力为4.48kPa，天然重度为16kN/m³，承载力基本值40kPa；

粉质粘土：层厚为1.1～21.60m，内摩擦角为19.18°，有效粘聚力为29.29kPa，天然重度为19kN/m³，承载力基本值180kPa；

全风化花岗岩：层厚为10.8～35.5m，内摩擦角为21.36°，有效粘聚力为5.61kPa，天然重度为19kN/m³，承载力基本值250kPa；

强风化花岗岩：层厚为0.3～22.5m，承载力基本值400kPa；

中风化花岗岩，层厚为3.1～3.8m，承载力基本值600kPa，且该施工场地的地下水位位于地表以下1m处。

由上述土层划分信息可知，本实施例的施工场地存在层厚大于10m的厚淤泥。

第二步、通过钻孔取芯确定车站基坑周围地表以下30m深度范围的淤泥，如图2所示，钻孔1、钻孔2及钻孔3在淤泥层的层顶标高分别为7.86m、6.93m、5.19m，层底标高分别为-7.14m、-7.07m、-7.07m，层厚分别为15m、14m、12.26m，探测结果表明该部分淤泥为厚淤泥土，影响地下连续墙成槽施工的厚淤泥土的厚度约为12m。该厚淤泥主要位于车站基坑场地西侧，如图1所示，其起点里程为DK79+470，终点里程为DK79+548，总长度约78m，最大宽度约为63.59m，其中，位于基坑内外的宽度分别为14.97m、48.62m。结合地下连续墙设计图，确定厚淤泥层影响地下连续墙成槽施工的区段长度L为65.67m，共计11幅(WW24～WW34)地下连续墙，如图3所示。

第三步、采用水泥搅拌桩和CFG桩相结合的方法，隔离加固影响地下连续墙成槽施工的厚淤泥土，并确定地下连续墙槽壁两侧厚淤泥的加固宽度B。

本实施例中，所述地下连续墙槽壁两侧厚淤泥的加固宽度B为8.78m；地下连续墙槽壁两侧厚淤泥的加固宽度B满足以下公式：

$B=max\{\frac{1.3(E_a+E_w)}{\mathrm{\ρ}Sg\mathrm{\μ}\×{10}^{-3}};\sqrt{\frac{3.2(1.4E_a{b}_a+E_w{b}_w)}{\mathrm{\ρ}Sg\×{10}^{-3}}};\frac{1}{4}\sqrt{\frac{12(E_a{b}_a+E_w{b}_w)}{2.4f_a-\mathrm{\ρ}Sg\×{10}^{-3}}}\},$

其中：E_a为主动土压力合力；E_w为水压力合力；b_a为主动土压力合力至淤泥层底的距离；b_w为水压力合力至淤泥层底的距离；ρ为混凝土密度，取2430kg/m³；S是根据厚淤泥层顶及层底标高预估的桩长；g为重力加速度；μ为折减系数，取0.55；f_a为桩底端土体承载力基本值。具体的，通过如下步骤获得：

素填土的主动土压力系数K_a1为：

得到素填土的主动土压力合力E_a1为：

$E_{a1}=0+\frac{20\×1^2\×0.33}{2}=3.3kN/m;$

淤泥土的主动土压力系数K_a1为：

得到淤泥土的主动土压力合力E_a2为：

$\begin{array}{c}{E}_{a2}=(0.92\×20\×1-2\×4.48\×\sqrt{0.92})\×12+\frac{(16-10)\×{12}^2\×0.92}{2}\\ =515.11kN/m\end{array};$

从而得到主动土压力合力E_a为：

E_a＝3.3＋515.11＝518.41kN/m；

水压力合力E_w为：

$E_w=\frac{1}{2}\×10\×{(1+12-1)}^2=720kN/m;$

主动土压力合力至淤泥层底部b_a的距离为：

$\begin{array}{c}{b}_a=\frac{\frac{20\×1\×0.33}{2}\×(12+\frac{1}{3})+1\×(0.92\×20\×1)\×\frac{12}{2}+\frac{(16-10)\×{12}^2\×0.92}{2}\×\frac{12}{3}}{3.3+515.11}\\ =3.6m\end{array}$

水压力合力至淤泥层底部的距离b_w为：

$b_w=\frac{1}{2}(1+12-1)=6m;$

综上，得到本实施例所述的地下连续墙槽壁两侧厚淤泥的加固宽度B：

$\begin{array}{c}B=\max \{\frac{1.3(E_a+E_w)}{\mathrm{\ρ}Sg\mathrm{\μ}\×{10}^{-3}};\sqrt{\frac{3.2(1.4E_a{b}_a+E_w{b}_w)}{\mathrm{\ρ}Sg\×{10}^{-3}}};\frac{1}{4}\sqrt{\frac{12(E_a{b}_a+E_w{b}_w)}{2.4f_a-\mathrm{\ρ}Sg\×{10}^{-3}}}\}\\ =\max \left\{\begin{array}{c}\frac{1.3(518.41+720)}{2430\×15\×10\×0.55\×{10}^{-3}};\sqrt{\frac{3.2(1.4\×518.41\×3.6+720\×6)}{2430\×15\×10\×{10}^{-3}}};\\ \frac{1}{4}\sqrt{\frac{12(1.4\×518.41\×3.6+720\×6)}{2.4\×180-2430\×15\×10\×{10}^{-3}}}\end{array}\right\}\\ =8.78m\end{array}$

第四步，根据厚淤泥的基本信息，结合现场试验，确定水泥搅拌桩和CFG桩的桩径、桩长、平面布置、排数、中心间距、单排数量。

本实施例中，所述水泥搅拌桩的类型为单轴水泥搅拌桩，通过现场试验确定桩径d为600mm，桩长为15m(进入淤泥层下3m)，中心间距b为1.26m；所述单轴水泥搅拌桩采用的是双排矩形布置方式，其中单轴水泥搅拌桩与地下连续墙槽壁的最小距离为300mm。所述单轴水泥搅拌桩通过如下步骤制作：

采用型号为GPT-9000A的拓普康全站仪定位桩孔；单轴水泥搅拌机就位，保持其平稳，不发生倾斜、位移；开启单轴水泥搅拌机，该单轴水泥搅拌机的搅拌轴转速为60r/min、电动机功率为50kW、最大扭矩为1500Kgm、搅拌叶片外径为50cm、灰浆泵送浆压力为0.5Mpa，待搅拌深度达到15m时，关闭单轴水泥搅拌机，单轴水泥搅拌桩制作完成。

本实施例中，所述单轴水泥搅拌桩的中心间距b＝1.26m，b满足以下公式：

$b=\sqrt{\frac{R_{a1}-{\mathrm{\β}}_1{A}_{p1}{f}_{sk1}}{F_1-{\mathrm{\β}}_1{f}_{sk1}}},$

其中：R_a1为水泥搅拌桩竖向承载力特征值；β₁为水泥搅拌桩桩间土承载力折减系数，取0.75～0.95；A_p1为水泥搅拌桩的截面积；f_sk1为处理后水泥搅拌桩桩间土承载力特征值，按当地经验取值，若无经验取天然地基承载力特征值；F₁为满足设计要求的水泥搅拌桩复合地基承载力特征值。

具体的，通过如下步骤获得：

单轴水泥搅拌桩的截面积

$A_{p1}=\frac{\mathrm{\π}\×{600}^2}{4}=282743.3{\mathrm{mm}}^2;$

单轴水泥搅拌桩竖向承载力特征值R_a1＝ηf_cA_p1，

R_a1＝0.3×14.3×π×300²×10^-3＝1213kN；

综上，得到本实施例所述单轴水泥搅拌桩的中心间距b为：

$b=\sqrt{\frac{1213-0.8\×0.2827\×1.70\×{10}^3}{1.88\×{10}^3-0.8\×1.70\×{10}^3}}=1.26m.$

本实施例中，所述单轴水泥搅拌桩的单排数量

$n=ROUND(\frac{65.67}{1.26},0)=52.$

本实施例中，所述CFG桩的直径即桩径d₁为400mm，桩长为15m(进入淤泥层下3m)；所述CFG桩制作通过如下操作完成：

采用型号为GPT-9000A的拓普康全站仪定位桩孔；长螺旋钻机就位，保持其平稳，不发生倾斜、位移，对好桩位；开动长螺旋钻机钻孔，待钻孔深度为15m时，拔出钻杆；通过80拖式泵泵送混合料，当钻杆充满混合料后开始拔管，不得先提管后泵料，且成桩的提拔速度宜控制在2～3m/min，至此CFG桩制作完成。

本实施例中，所述CFG桩的中心间距b₁满足以下公式：

$b_1=\sqrt{\frac{R_{a2}-{\mathrm{\β}}_2{A}_{p2}{f}_{sk2}}{F_2-{\mathrm{\β}}_2{f}_{sk2}}},$

其中：R_a2为CFG桩竖向承载力特征值；β₂为CFG桩桩间土承载力折减系数，取0.75～0.95；A_p2为CFG桩的截面积；f_sk2为处理后CFG桩桩间土承载力特征值，按当地经验取值，若无经验可取天然地基承载力特征值；F₂为满足设计要求的CFG桩复合地基承载力特征值。

具体的，通过如下步骤获得：

CFG桩的截面积

$A_{p2}=\frac{\mathrm{\π}\×{400}^2}{4}=125663.7{\mathrm{mm}}^2;$

CFG桩竖向承载力特征值R_a2＝ηf_cA_p2，

R_a2＝0.3×14.3×π×200²×10^-3＝539.1kN；

综上，得到本实施例所述CFG桩的中心间距b₁为：

$b_1=\sqrt{\frac{539.1-0.8\×0.13\×1.70\×{10}^3}{1.40\×{10}^3-0.8\×1.70\×{10}^3}}=2.97m.$

本实施例中，所述CFG桩的单排数量

$e=ROUND(\frac{65.67}{2.97},0)=22.$

本实施例中，所述CFG桩的排数

$m=\frac{8.78-2\×1.26-0.3}{2.97}+1=3.$

第五步，根据水泥搅拌桩和CFG桩的施工参数，在确定的厚淤泥层影响地下连续墙成槽施工的11幅(WW24-WW34)地下连续墙区段，采用型号为GPT-9000A的拓普康全站仪定位槽壁两侧两排水泥搅拌桩的中心线，在距离地下连续墙槽壁两侧0.30m及1.56m处采用单轴搅拌机各施打两排水泥搅拌桩，如图2、3和4所示。采用型号为GPT-9000A的拓普康全站仪定位三排CFG桩的中心线，在距离地下连续墙槽壁两侧2.82m、5.79m、8.76m处采用长螺旋钻机各施打三排CFG桩，如图3和4所示。

本实施例中应用本发明所述方法，克服了现有技术在地下连续墙槽壁两侧厚淤泥加固中施工工期长、造价高、甚至不能加固的缺点和不足，实现了槽壁两侧厚淤泥土的高效加固施工。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种海边吹填泥层地层中成槽施工的土体加固方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

第一步、对施工场地进行现场勘查，确定施工场地的土层划分信息和地下水分布情况；依据施工场地的土层划分，确定存在厚淤泥；所述的厚淤泥，是指层厚不小于10m的淤泥；

第二步、通过钻孔取芯确定厚淤泥的长度、宽度、层顶标高、层底标高的信息；结合地下连续墙设计图，确定厚淤泥影响地下连续墙成槽施工的区段长度L；

第三步、采用水泥搅拌桩和CFG桩相结合的方法，隔离加固影响地下连续墙成槽施工的厚淤泥土，并确定地下连续墙槽壁两侧厚淤泥的加固宽度B；

第四步、根据厚淤泥的信息，结合现场试验，确定水泥搅拌桩和CFG桩的桩径、桩长、平面布置、排数、中心间距、单排数量；

第五步、根据水泥搅拌桩和CFG桩的施工参数，在影响地下连续墙成槽施工的长度及加固宽度内，于地下连续墙槽壁两侧各施打平行于槽壁的水泥搅拌桩，之后再各施打平行于槽壁的CFG桩，且CFG桩位于水泥搅拌桩远离槽壁的一侧。

2.根据权利要求1所述的一种海边吹填泥层地层中成槽施工的土体加固方法，其特征在于，第一步中：

所述的土层划分是指：采用孔压式静力触探法，检测施工场地周围地表以下1.5倍地下连续墙深度范围的土体；确定施工场地土体的贯入阻力与孔隙水压与深度的关系曲线；作出以孔隙水压力与贯入阻力之比为横轴、以贯入阻力与初始地层应力之比为纵轴的关系图，并在关系图上划分若干不同土性特征区，将实测的静力触探曲线的数据标于关系图上以判断现场土层的类型；将土的类型对照贯入阻力曲线与孔隙水压力分布曲线，确定施工场地的土层划分信息；

所述的地下水分布情况是指：通过钻孔揭露的土体类型判断含水层类型及厚度；钻井观测不同含水层的稳定水位，对承压含水层需采取隔水措施。

3.根据权利要求1所述的一种海边吹填泥层地层中成槽施工的土体加固方法，其特征在于，第三步中：

所述的水泥搅拌桩，是利用水泥作为固化剂的主剂，通过深层搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂就地强制拌合，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理‐化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土；

所述的CFG桩，是水泥粉煤灰碎石桩(CementFly-ashGravel)，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌合，用成桩机械制成的具有强度的可变桩。

4.根据权利要求1所述的一种海边吹填泥层地层中成槽施工的土体加固方法，其特征在于，第三步中，所述的地下连续墙槽壁两侧厚淤泥的加固宽度B满足以下公式：

$B=max\{\frac{1.3(E_a+E_w)}{\mathrm{\ρ}Sg\mathrm{\μ}\×{10}^{-3}};\sqrt{\frac{3.2(1.4E_a{b}_a+E_w{b}_w)}{\mathrm{\ρ}Sg\×{10}^{-3}}};\frac{1}{4}\sqrt{\frac{12(E_a{b}_a+E_w{b}_w)}{2.4f_a-\mathrm{\ρ}Sg\×{10}^{-3}}}\},$

其中：E_a为主动土压力合力；E_w为水压力合力；b_a为主动土压力合力至淤泥层底的距离；b_w为水压力合力至淤泥层底的距离；ρ为混凝土密度，取2430kg/m³；S是根据厚淤泥层顶与层底标高的差值而预估的桩长；g为重力加速度；μ为折减系数，取0.55；f_a为桩底端土体承载力基本值。

5.根据权利要求4所述的一种海边吹填泥层地层中成槽施工的土体加固方法，其特征在于，所述的主动土压力合力E_a满足以下公式：

$E_a=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{ai};$

所述的水压力合力E_w满足以下公式：

$E_w=\frac{1}{2}{\mathrm{\γ}}_w{(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{h}_i-h_w)}^2;$

所述的主动土压力合力至淤泥层底的距离b_a满足以下公式：

$b_a=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\[h_i(K_{ai}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\γ}}_{i-1}{h}_{i-1}-2c_i\sqrt{K_{ai}})\×(\underset{j=i+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{h}_j+\frac{h_i}{2})+\frac{{\mathrm{\γ}}_i{h_i}^2{K}_{ai}}{2}\×(\underset{j=i+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{h}_j+\frac{h_i}{3})\]}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{ai}};$

所述的水压力合力至淤泥层底的距离b_w满足以下公式：

$b_w=\frac{1}{2}(\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{h}_i-h_w);$

其中：i为自上至下的土体层数；j为第i+1层土体层数；n为淤泥土的层数；γ_i为第i层土体的重度，地下水位以上取天然重度，地下水位以下取浮重度；γ_w为水重度，取10kN/m³；γ_i-1为第i-1层土体的重度，地下水位以上取天然重度，地下水位以下取浮重度；c_i为第i层土体的有效粘聚力；h_i为第i层土体的层厚；h_i-1为第i-1层土体的层厚；h_j为第i+1层土体的层厚；h_w为地下水位与地表面的距离；E_ai为第i层土体的主动土压力合力；K_ai为第i层土体的主动土压力系数。

6.根据权利要求5所述的一种海边吹填泥层地层中成槽施工的土体加固方法，其特征在于，所述的第i层土体的主动土压力合力E_ai满足以下公式：

$E_{ai}=(K_{ai}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\γ}}_{i-1}{h}_{i-1}-2c_i\sqrt{K_{ai}})h_i+\frac{{\mathrm{\γ}}_i{h_i}^2{K}_{ai}}{2};$

所述的第i层土体的主动土压力系数K_ai满足以下公式：

其中为第i层土体的内摩擦角。

7.根据权利要求1所述的一种海边吹填泥层地层中成槽施工的土体加固方法，其特征在于，第四步中：

所述的水泥搅拌桩的类型为单轴水泥搅拌桩，其桩径d为450mm～600mm，依据现场试验确定，其中现场试验是指：在施工现场通过搅拌机施打4～6根水泥搅拌桩，采用卷尺测量其成桩直径，取平均，所得数值即为水泥搅拌桩的桩径d；

所述的水泥搅拌桩的桩长为地表至淤泥层底下1m～4m的距离；

所述的水泥搅拌桩的平面布置为矩形布置；

所述的水泥搅拌桩的排数为双排，其中水泥搅拌桩与地下连续墙槽壁的最小距离为水泥搅拌桩直径的一半；

所述的水泥搅拌桩的中心间距b满足公式：

$b=\sqrt{\frac{R_{a1}-{\mathrm{\β}}_1{A}_{p1}{f}_{sk1}}{F_1-{\mathrm{\β}}_1{f}_{sk1}}},$

其中：R_a1为水泥搅拌桩竖向承载力特征值；β₁为水泥搅拌桩桩间土承载力折减系数，取0.75～0.95；A_p1为水泥搅拌桩的截面积；f_sk1为处理后水泥搅拌桩桩间土承载力特征值，按当地经验取值，若无经验取天然地基承载力特征值；F₁为满足设计要求的水泥搅拌桩复合地基承载力特征值；

所述的水泥搅拌桩的单排数量n满足公式：

$n=ROUND(\frac{L}{b},0),$

其中：L为厚淤泥影响地下连续墙成槽施工的区段长度，b为水泥搅拌桩的中心间距，ROUND(X，0)为四舍五入取整函数。

8.根据权利要求7所述的一种海边吹填泥层地层中成槽施工的土体加固方法，其特征在于，所述的水泥搅拌桩竖向承载力特征值R_a1满足以下公式：

R_a1＝ηf_cA_p1，

其中：η为折减系数，取0.3～0.5；f_c为混凝土轴心抗压设计设计值；A_p1满足公式：

9.根据权利要求1所述的一种海边吹填泥层地层中成槽施工的土体加固方法，其特征在于，第四步中：

所述的CFG桩的桩长为地表至淤泥层底下3m～5m的距离；

所述的CFG桩的平面布置为矩形布置，其中CFG桩与水泥搅拌桩最小距离为水泥搅拌桩的中心间距b；

所述的CFG桩的排数m满足公式：

$m=\frac{B-2\×b-0.5d}{b_1}+1,$

其中：B为地下连续墙槽壁两侧厚淤泥的加固宽度，b为水泥搅拌桩的中心间距，d为水泥搅拌桩的桩径，b₁为CFG桩的中心间距；

所述的CFG桩的中心间距b₁满足公式：

$b_1=\sqrt{\frac{R_{a2}-{\mathrm{\β}}_2{A}_{p2}{f}_{sk2}}{F_2-{\mathrm{\β}}_2{f}_{sk2}}},$

其中：R_a2为CFG桩竖向承载力特征值；β₂为CFG桩桩间土承载力折减系数，取0.75～0.95；A_p2为CFG桩的截面积；f_sk2为处理后CFG桩桩间土承载力特征值，按当地经验取值，若无经验可取天然地基承载力特征值；F₂为满足设计要求的CFG桩复合地基承载力特征值；

所述的CFG桩的单排数量e满足公式：

$e=ROUND(\frac{L}{b_1},0),$

其中：L为厚淤泥影响地下连续墙成槽施工的区段长度，b₁为CFG桩的中心间距，ROUND(X，0)为四舍五入取整函数。

10.根据权利要求9所述的一种海边吹填泥层地层中成槽施工的土体加固方法，其特征在于，所述的CFG桩竖向承载力特征值R_a2满足以下公式：

R_a2＝ηf_cA_p2，

其中：η为折减系数，取0.3～0.5；f_c为混凝土轴心抗压设计设计值；A_p2满足公式：