專利名稱：一種利用約束墻消減深厚軟土地基沉降量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土木建筑工程設(shè)計(jì)與施工領(lǐng)域的一種軟弱地基處理方法，尤其是涉及消減深厚軟土地基沉降量的方法。
背景技術(shù)：
關(guān)于軟弱(軟土)地基處理技術(shù)，傳統(tǒng)的辦法已很多，比如各種樁基技術(shù)(鉆
孔樁、錘擊成孔樁、預(yù)制樁......)；各種擠密技術(shù)(砂石擠密法、石灰擠密法、砂石振沖
法......)。流行的新技術(shù)也不少(如強(qiáng)夯法、粉噴法、深層攪拌法......)。關(guān)于以上傳統(tǒng)
技術(shù)與流行技術(shù)的詳細(xì)介紹，可參見(jiàn)地基處理規(guī)程(行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))和李慧民等編著的《土木工程施工技術(shù)》一書(shū)的有關(guān)章節(jié)(中國(guó)計(jì)劃出版社.2001年版、專門(mén)為全國(guó)注冊(cè)結(jié)構(gòu)師繼續(xù)教育進(jìn)修班編寫(xiě))。不論傳統(tǒng)的老技術(shù)，或流行的新技術(shù)，對(duì)于深厚軟土地基的處理都是一道難題，效果有限，而且費(fèi)用太高，工程學(xué)術(shù)界已有共識(shí)。比如強(qiáng)夯法處理深度有限，對(duì)于淤泥質(zhì)軟土來(lái)說(shuō)，其中的水不易排出，往往處理無(wú)效，而處理過(guò)程中有很大振動(dòng)，噪聲干擾嚴(yán)重， 不受居民歡迎，粉噴法、深層攪拌法成本高，不易操作，事故頻繁。

發(fā)明內(nèi)容
1.發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明提供了一種利用約束墻消減深厚軟土地基沉降量的方法，可以使得深厚軟土地基的處理成本低、可靠性強(qiáng)，而且便于操作與監(jiān)控。從而能有效消減深厚軟土地基的總沉降量。2.本發(fā)明技術(shù)方案如下一種利用約束墻消減深厚軟土地基沉降量的方法，其包括以下步驟①依據(jù)建筑物所在地的土質(zhì)條件和待建建筑物總重量和底面積，計(jì)算出其約束壓強(qiáng)和附加壓強(qiáng)；②由約束壓強(qiáng)計(jì)算出約束墻的厚度，并確定建造約束墻的材料；③根據(jù)附加壓強(qiáng)計(jì)算出約束墻的長(zhǎng)度；④由步驟②、③確定的厚度、材料、長(zhǎng)度，將待建建筑物底面相應(yīng)厚度的軟土置換為步驟②中確定的材料。本發(fā)明的理論基礎(chǔ)是根據(jù)地基附加壓力向深部衰減的原理和軟土地基被約束后水平變形(側(cè)向移動(dòng))終止，從而也相應(yīng)削減了垂直變形(沉降量)的原理，以及越到深部， 軟土的承載能力越高的原理。根據(jù)以上原理，就有了只將有限深度的上層軟土約束起來(lái)，使之在壓力作用下提高承載能力，減少沉降量不擾動(dòng)下層土，而只充分利用其故有承載能力的思路。上述的約束墻可以是上下兩部分，其中上約束墻可以利用護(hù)坡排樁來(lái)實(shí)現(xiàn)。步驟 (2)中置換軟土的工具可以是地下連續(xù)墻的造孔機(jī)或排樁式鉆孔灌注機(jī)。約束墻可以是單獨(dú)得整體結(jié)構(gòu)，也可以是幾個(gè)單獨(dú)整體機(jī)構(gòu)的組合。約束墻的材料可以是粘土加砂石料的混合物，也可以是三合土。上部約束墻完全可以利用深基坑開(kāi)挖過(guò)程中不可節(jié)省的護(hù)坡排樁來(lái)完成約束任務(wù)。因此，下部約束墻只是從護(hù)坡樁底部深度到附加壓應(yīng)力有效深度處的一段，由于在這一深度段內(nèi)，附加壓應(yīng)力已逐漸衰減至零，對(duì)約束墻的抗剪能力要求已不高，所以本發(fā)明所采用的技術(shù)可以節(jié)約大量的成本。基坑護(hù)坡樁的深度一般按基坑深度的1. 5倍計(jì)算，地基附加壓應(yīng)力的影響深度一般按基礎(chǔ)邊長(zhǎng)的1. 5倍計(jì)算，已是足夠安全。地層特別復(fù)雜，地基土特別軟弱時(shí)，也可以按實(shí)際進(jìn)行計(jì)算。結(jié)合下部約束墻的換填式低標(biāo)號(hào)混凝土或三合土施工，也為了最大限度地降低工程費(fèi)用，上部約束墻(或護(hù)坡樁)的設(shè)計(jì)，可以做成雙排低強(qiáng)度，不配筋的混凝土或三合土組合樁。前排樁抗壓，后排樁抗拉，腹板與前后排樁斷面組合成工字型面積抗剪，排樁間的夾心軟土與工字型斷面組合成的整體即為重力壩的平衡體。利用地下連續(xù)墻的造孔機(jī)或排樁式鉆孔灌注機(jī)，用合適的粘土加砂石料，將約束墻墻腔內(nèi)的軟土進(jìn)行置換，形成一道具有一定抗剪能力的封閉式三合土約束墻。在缺乏粘土原料的地區(qū)，也可利用約束墻造孔過(guò)程中排出來(lái)的淤泥漿，與砂石料(可利用碎石場(chǎng)的廢碴或天然混合砂卵石料)配置成三合土，成本更低，強(qiáng)度更高。如果能進(jìn)一步利用大量的建筑垃圾進(jìn)行粉碎處理后，用來(lái)制造地下約束墻，則更能收到環(huán)境保護(hù)的綜合效果。3.有益效果本發(fā)明公開(kāi)了一種利用約束墻消減深厚軟土地基沉降量的方法，其設(shè)計(jì)施工程序簡(jiǎn)便，便于操作，約束墻本身使用的材料成本低，通過(guò)本發(fā)明得到的約束墻強(qiáng)度高、沉降控制效果好。


圖1是小底盤(pán)建筑物的整體約束墻俯視圖；其中，1表示薄板或折底筏基；2表示約束墻。圖2是圖1的剖面圖；其中，3表示基底附加壓力；4表示約束力(軟土的側(cè)向擠脹力)；5表示被動(dòng)土壓力。圖3是大底盤(pán)建筑物的分區(qū)封閉式約束墻俯視圖；其中，1表示薄板或折底筏基；2 表示約束墻。圖4是圖3的剖面圖；其中，3表示基底附加壓力；4表示約束力(軟土的側(cè)向擠脹力)；5表示被動(dòng)土壓力。
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述本發(fā)明的具體設(shè)計(jì)程序如下(1)根據(jù)上部荷載條件，計(jì)算基底的附加壓力3。(2)根據(jù)擴(kuò)散理論和地基基礎(chǔ)規(guī)范計(jì)算附加壓應(yīng)力3的影響深度。(3)計(jì)算附加壓應(yīng)力影響深度范圍內(nèi)相應(yīng)的附加壓應(yīng)力強(qiáng)度。(4)根據(jù)附加壓應(yīng)力的強(qiáng)度變化計(jì)算相應(yīng)的側(cè)向擠脹力4，并根據(jù)約束力強(qiáng)度確定需要的約束深度。被動(dòng)土壓力5與側(cè)向擠脹力4方向相反，大小相同，是由側(cè)向擠脹力4 的反作用力。
(5)在折底筏基1的周圍設(shè)置約束墻2，按約束墻的約束力變化設(shè)計(jì)約束墻2(按抗剪能力控制)的厚度，選擇約束墻2用料。(6)約束墻的深度即相當(dāng)于附加壓應(yīng)力的影響深度。(7)上部約束墻完全可以無(wú)償利用深基坑開(kāi)挖過(guò)程中不可節(jié)省的護(hù)坡排樁來(lái)完成約束任務(wù)。因此，必須投入資金，計(jì)入成本的約束墻只有從護(hù)坡樁底部深度計(jì)算到附加壓應(yīng)力有效深度處的一段，由于在這一深度段內(nèi)，附加壓應(yīng)力已逐漸衰減至零，對(duì)約束樁的抗剪能力要求已不高，所以其實(shí)際投入是很有限的。(8)基坑護(hù)坡樁的如圖深度一般按基坑深度的1. 5倍計(jì)算，地基附加壓應(yīng)力的影響深度一般按基礎(chǔ)邊長(zhǎng)的1.5倍計(jì)算，已是購(gòu)安全。地層特別復(fù)雜，地基土特別軟弱時(shí)，也可以按實(shí)際進(jìn)行計(jì)算。(9)護(hù)坡樁的設(shè)計(jì)可按常規(guī)的單排鉆孔懸臂樁計(jì)算，也可以按單排懸臂加錨拉，甚至加坑內(nèi)水平支撐進(jìn)行計(jì)算與配筋。(10)為了結(jié)合下部約束墻2的換填式低標(biāo)號(hào)混凝土或三合土施工，也為了最大限度地降低工程費(fèi)用，上部約束墻2 (或護(hù)坡樁)的設(shè)計(jì)，也可做成雙排低強(qiáng)度，不配筋的混凝土或三合土組合樁，按重力式擋土墻進(jìn)行抗傾復(fù)計(jì)算前排樁抗壓，后排樁抗拉，腹板與前后排樁斷面組合成工字型面積抗剪，排樁間的夾心軟土與工字型斷面組合成的整體即為重力壩的平衡體。為了檢驗(yàn)本發(fā)明的真實(shí)效果，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了試驗(yàn)，具體如下1、工程概況某公寓工程地上16層，地下1層，建筑面積16000m2以上，地下室為40. 0X33. Om 的缺角矩形，根據(jù)原設(shè)計(jì)，采用的是Φ500Χ19. Om的混凝土鉆孔灌注樁與Φ500Χ10. Om 的水泥粉噴樁復(fù)合地基承重，樁的間距是1. 7mXl. 7m，兩種不同的樁交錯(cuò)相間布置，保持 1. 7mX 1. 7m(2. 89m2)面積內(nèi)有鉆孔樁和粉噴樁各一條的三元組合復(fù)合地基。要求復(fù)合地基的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)承載力達(dá)250kpa。2、地質(zhì)條件和安全論證工程位于海濱灘地軟土區(qū)，地表以下為①人工填土約1. 3m ；②淤泥、流塑，約 1. 5m ；③流塑淤泥混細(xì)砂約1. 7m ；④淤泥混細(xì)砂約4. 5m，含水量w為49. 3%;⑤淤泥質(zhì)粘土夾薄砂層約6. lm，含水量w為47. 7%;⑥中密砂層，含30% 50%的貝殼碎屑，標(biāo)貫數(shù)N = 13，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度f(wàn)k為200kpa，厚度為3. 0 8. 5m ；下面就是深度在20. Om以上的中等以上
壓縮性粉質(zhì)粘土，壓縮系數(shù)^ = 0.28 0.49Mpa-l，設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為fk = 220kpa。根據(jù)以上地質(zhì)條件，不僅地面以下有13. Om左右的特別軟弱的飽和流塑淤泥質(zhì)土，而且下面的幾十米范圍內(nèi)也并沒(méi)有可靠的持力層，其中雖然有一層砂，但厚度極不均勻，砂以下的粘土層則仍屬于不穩(wěn)定的中等以上壓縮性土，其最大壓縮系數(shù)在0. 49Mpa-l以上說(shuō)明如果按原來(lái)的設(shè)計(jì)方案施工，不僅達(dá)不到250kpa的承載力要求，可能導(dǎo)致流塑淤泥擠出破壞的事故，而且樁基以下土體的整體壓縮沉降量也會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)規(guī)范允許值。經(jīng)過(guò)按規(guī)范GBJ7-89進(jìn)行的沉降計(jì)算表明，總沉降量將達(dá)116. 4cm是驚人的，帶來(lái)的危害性決不是建筑物所能承受的，即使不致使整個(gè)工程裂損報(bào)廢，或整體傾斜后失去使用功能，而只是出現(xiàn)均勻下沉， 下沉量達(dá)1. Om以上，也必然導(dǎo)致建筑物底層失去使用功能。3、方案比較
要避免以上事故的形成，按常規(guī)，就只有將樁的有效長(zhǎng)度增加到40. Om以上， 40. Om以上的深樁基礎(chǔ)就只能選擇造價(jià)較高，施工難度較大，事故率最高的鉆孔灌注樁了。 從工程造價(jià)(投入)和工期考慮，本發(fā)明技術(shù)實(shí)施成本低，工期短，不僅保證了工期，比 40. Om深的鉆孔灌注樁方案和復(fù)合樁方案節(jié)約了造價(jià)。4、實(shí)施過(guò)程(1)建筑物總面積16000m2，總重量為Μ0000ΚΝ，基底面積為1320m2，基底面壓力值約為170kpa，基底埋置深度為6. 0m，基底附加壓力值Po約為80kpa。(2)附加壓力3影響深度一般取基礎(chǔ)寬度的1. 5倍，S卩1. 5X33 40. Om(按規(guī)范進(jìn)行分層總和法計(jì)算，影響深度一般在基礎(chǔ)寬度的1. 5倍，計(jì)算過(guò)程從略，工作量很大)。(3)附加壓力從80kpa衰減到O的深度為40. Om,但根據(jù)地質(zhì)條件，本工程在地面以下15. Om左右就是砂層，有較高的承載能力，砂層以下的軟粘土雖然仍有較大的壓縮量，但承載能力也完全能夠滿足附加壓力3的要求，因此，決定將約束墻的約束深度定為 16. Om,(大于15. Om，插進(jìn)砂層1. Om) 一層地下室的基底埋置深度為6m，則基底以下約束墻的深度僅10. Om左右，從地面到基底的基坑開(kāi)挖深度為6. Om+1. Om = 7. Om的坑壁支護(hù)樁不計(jì)入約束墻成本。(4)將基坑開(kāi)挖的支護(hù)樁與約束墻進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，沿基坑周邊布置雙列粉噴水泥樁列距保持2. Om。(5)將3;3mX40. Om的大面積再按井字條格分劃為6個(gè)約束小區(qū)，實(shí)施對(duì)小區(qū)內(nèi)的土體進(jìn)行分區(qū)約束。(6)在約束小區(qū)內(nèi)，再按Φ 500 X 8. Om的布樁密度布置粉噴水泥樁，使之成為改良
土復(fù)合地基。(7)按復(fù)合地基承載力fk = 170kpa,Es = 5. Ompa,附加壓力P Q為80kpa，按規(guī)范 GBJ7-89計(jì)算的沉降量(分層總和法)為26. 24cm(計(jì)算過(guò)程從略)。(8)考慮約束墻的約束作用以后，最終實(shí)際沉降量不會(huì)大于10. Ocm(根據(jù)理論分析與實(shí)際記錄)完全滿足了工程安全要求。
權(quán)利要求
1.一種利用約束墻消減深厚軟土地基沉降量的方法，其特征在于包括以下步驟①依據(jù)建筑物所在地的土質(zhì)條件和待建建筑物總重量和底面積，計(jì)算出其約束壓強(qiáng)和附加壓強(qiáng)；②由約束壓強(qiáng)計(jì)算出約束墻的厚度，并確定建造約束墻的材料；③根據(jù)附加壓強(qiáng)計(jì)算出約束墻的長(zhǎng)度；④由步驟②、③確定的厚度、材料、長(zhǎng)度，將待建建筑物底面相應(yīng)厚度的軟土置換為步驟②中確定的材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用約束墻消減深厚軟土地基沉降量的方法，其特征在于，約束墻可以是上下兩部分，其中上約束墻可以利用護(hù)坡排樁來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的一種利用約束墻消減深厚軟土地基沉降量的方法，其特征在于步驟②中置換軟土的工具可以是地下連續(xù)墻的造孔機(jī)或排樁式鉆孔灌注機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的一種利用約束墻消減深厚軟土地基沉降量的方法，其特征在于，約束墻可以是單獨(dú)得整體結(jié)構(gòu)，也可以是幾個(gè)單獨(dú)整體機(jī)構(gòu)的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的一種利用約束墻消減深厚軟土地基沉降量的方法，其特征在于，約束墻的材料可以是粘土加砂石料的混合物，也可以是三合土。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用約束墻消減深厚軟土地基沉降量的方法，其步驟包括(1)依據(jù)建筑物所在地的土質(zhì)條件和待建建筑物總重量和底面積，計(jì)算出其約束壓強(qiáng)和附加壓強(qiáng)；(2)由約束壓強(qiáng)計(jì)算出約束墻的厚度，并確定建造約束墻的材料；(3)根據(jù)附加壓強(qiáng)計(jì)算出約束墻的長(zhǎng)度；(4)將待建建筑物底面相應(yīng)厚度的軟土置換為設(shè)計(jì)的約束墻。本發(fā)明對(duì)土木建筑工程設(shè)計(jì)與施工領(lǐng)域軟弱地基以及消除減小深厚軟土地基的沉降量進(jìn)行了有效的解決?？梢允沟蒙詈褴浲恋鼗奶幚沓杀镜汀⒖煽啃詮?qiáng)，而且便于操作與監(jiān)控，從而能有效減少深厚軟土地基的總沉降量。其設(shè)計(jì)施工工序簡(jiǎn)便，所需設(shè)備便于取得，可操作性強(qiáng)。
文檔編號(hào)E02D31/10GK102561374SQ20101060681
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者何培玲, 謝征詢, 謝敏, 謝秋菊 申請(qǐng)人:南京工程學(xué)院