吹填陆域软土地基加固方法及工艺研究成果汇报.ppt

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1、 一航局一航局港研院港研院吹填陆域软土地基加固方法及工艺研究 一航局一航局港研院港研院目录一、研究背景、目的和意义一、研究背景、目的和意义四、成果水平及收益四、成果水平及收益二、研究方法与内容二、研究方法与内容三、主要成果和创新点三、主要成果和创新点博士后创新项目，从以下4各方面展开论述：一航局一航局港研院港研院1.1.研究背景、目的和意义研究背景、目的和意义世界世界中国中国天津天津吹填造陆是吹填造陆是世界世界范围内解决范围内解决土地资源紧缺土地资源紧缺的重要途径的重要途径 ！目前中国填海造陆确权面积已超过1100平方公里。以天津市为例：仅天津滨海新区规划造陆超过320平方公里。一航局一航局港

2、研院港研院1.1.研究背景、目的和意义研究背景、目的和意义软土 砂土 对超软土的认知和处理技术高渗透性高渗透性 渗透差渗透差有承载力有承载力 无承载力无承载力砂土砂土 软土软土/超软土超软土一航局一航局港研院港研院1.1.研究背景、目的和意义研究背景、目的和意义香港香港天津连云港连云港新加坡新加坡v含水率高v强度低v流动性强v颗粒细v塑性指数高v渗透性差对土的认知对土的认知一航局一航局港研院港研院1.1.研究背景、目的和意义研究背景、目的和意义真空预压技术方法分级真空预压劈裂法增压法真空堆载联合预压真空电渗联合预压真空强夯联合预压真空化学联合预压联合法。常规式直排式常用法对真空预压施工工艺的认

3、知对真空预压施工工艺的认知一航局一航局港研院港研院1.1.研究背景、目的和意义研究背景、目的和意义对排水加固效果的认识对排水加固效果的认识排水板淤堵排水板弯折加固区沉降不均匀一航局一航局港研院港研院1.1.研究背景、目的和意义研究背景、目的和意义吹填土特性：吹填土具有很大的地区差异性。排水板性能：防於堵性能和工后性能。有限元仿真：有限元仿真：土体的加固过程中土体的加固过程中刚度刚度和和强度强度的的变化变化。施工工艺：直排式、常规式和增压式等。吹填土仿真分析施工工艺排水板性能一航局一航局港研院港研院2.2.研究方法与内容研究方法与内容 现场取土，开展3万多组室内试验，分析吹填土的物理力学特性。室

4、内模型试验室内模型试验现场取土1.1.吹吹 填填 土土特性研究特性研究一航局一航局港研院港研院2.2.研究方法与内容研究方法与内容1.1.吹吹 填填 土土性能研究性能研究天然含水天然含水率率孔隙比孔隙比液限液限塑性指数塑性指数液性指数液性指数压缩系数压缩系数压缩模量压缩模量塑限塑限相关性分析相关性分析一航局一航局港研院港研院2.2.研究方法与内容研究方法与内容1.1.吹吹 填填 土土性能研究性能研究通过统计学的知识，获取各物理力学指标间的相关性通过统计学的知识，获取各物理力学指标间的相关性液限(%)塑限（%）R2=0.8166203040506070101520253035含水量w（%）孔隙比

5、eR2=0.995802040608010000.511.522.53含水率w（%）液限wL（%）R2=0.824210305070901102030405060708090液限（%）塑性指数（%）R2=0.960320304050607001020304050一航局一航局港研院港研院试验区编号试验区编号1#直排式直排式2#常规式常规式3#增压式增压式砂垫层砂垫层无0.5m无预压50天开始增压，增压管深5m，间距0.8m，正方形。真空荷载真空荷载/kPa 858585抽真空天数抽真空天数/day150150130施工工艺施工工艺直排式常规式增压式深度深度/m181818间距间距/m111布置方

6、式布置方式正方形正方形正方形类型类型标准板标准板标准板2.2.研究方法与内容研究方法与内容2.2.真真 空空 预预压压 施施 工工 工工艺研究艺研究建立建立3个试验区，分别开展个试验区，分别开展直排式、常规式、增压式直排式、常规式、增压式真真空预压施工工艺空预压施工工艺。一航局一航局港研院港研院2.2.研究方法与内容研究方法与内容2.2.真真 空空 预预压压 施施 工工 工工艺研究艺研究表层沉降表层沉降孔隙水压力孔隙水压力 分层沉降分层沉降 地下水位地下水位一航局一航局港研院港研院2.2.研究方法与内容研究方法与内容表层沉降表层沉降区号区号1#2#3#打板期沉降打板期沉降mm609 602 6

7、15 抽真空期沉降抽真空期沉降/mm1749 17771791 总总沉降量沉降量/mm23582379 2406 沉降速率沉降速率/mm/day2.42.21.7固固结结度度/%85.286.089.2表层沉降量相当!一航局一航局港研院港研院2.2.研究方法与内容研究方法与内容孔隙水压力孔隙水压力时间时间（天）（天）孔隙水孔隙水压压力（力（kPa）04080120160-100-500501001502002501.4m4.4m7.4m10.4m13.4m16.4m时间时间（天）（天）040801201600501001502002505.5m8.5m11.5m14.5m17.5m21m时间时

8、间（天）（天）050100150-100-500501001502002500m3.5m7.5m11.5m19.5m23.5m直排式直排式常规式常规式增压式增压式一航局一航局港研院港研院2.2.研究方法与内容研究方法与内容孔隙水压力孔隙水压力增压式直排式直排式常常规规式式一航局一航局港研院港研院2.2.研究方法与内容研究方法与内容分层沉降分层沉降时间（天）累累计计沉降量沉降量（m）05010015000.40.81.21.625m8m11m14m17m时间（天）05010015000.40.81.21.625m8m11m14m17m时间（天）020406080100 12000.40.81.2

9、1.625m8m11m14m17m直排式直排式常规式常规式增压式增压式一航局一航局港研院港研院2.2.研究方法与内容研究方法与内容分层沉降分层沉降累计沉降量（m）深度（m）00.511.546810121416181#2#3#沉降量均随着深度的增加而逐渐减小 11#和2#表层土体的沉降量相比于3#试验区较大，最大相差 23%23#经增压处理之后，沉降量随着深度变化的均匀性良好 3一航局一航局港研院港研院2.2.研究方法与内容研究方法与内容地下水位时间（天）水面高程（m）0501001500246810121#试验区2#试验区3#试验区 3个试验区的地下水位不会随着土体压缩而变化。地基土体在加固

10、过程中，仅受到真空压力的作用，而没有水位上升或者下降而引发的浮力或者压力作用。一航局一航局港研院港研院2.2.研究方法与内容研究方法与内容加固效果直接增压增压式直排式直排式常常规规式式42%一航局一航局港研院港研院实验室2.2.研究方法与内容研究方法与内容加固效果加固效果加固效果现场试验现场试验实验室实验室直接增压直接增压延时增压延时增压直接增压直接增压延时增压延时增压十字板强度增长率69%81%90%120%一航局一航局港研院港研院2.2.研究方法与内容研究方法与内容3.3.仿仿 真真 分分析析 方方 法法 研研究究 建立有效建立有效模拟真空预模拟真空预压加固方法压加固方法的有限元仿的有限元

11、仿真技术真技术一、一、BiotBiot固结理论固结理论三、平面应变问题等效方法三、平面应变问题等效方法二、有限元仿真技术二、有限元仿真技术四、刚度和强度随固结程度变化四、刚度和强度随固结程度变化一航局一航局港研院港研院2.2.研究方法与内容研究方法与内容3.3.仿仿 真真 分分析析 方方 法法 研研究究时间（天）表层平均沉降（m）0501001500.00.40.81.21.62.0实测有限元表层沉降表层沉降一航局一航局港研院港研院2.2.研究方法与内容研究方法与内容3.3.仿仿 真真 分分析析 方方 法法 研研究究孔隙水压力孔隙水压力时间（天）孔隙水压力（kPa）05010015005010

12、01502002505m（实测）5m（有限元）8m（实测）8m（有限元）11m（实测）11m（有限元）14m（实测）14m（有限元）17m（实测）17m（有限元）在深层土层差异明显浅层差异较小。一航局一航局港研院港研院2.2.研究方法与内容研究方法与内容u防淤防淤堵性堵性能能排水板排水板u工后工后性能性能 梯度比试验轴向压缩淤堵试验滤膜滤膜4.4.排排 水水 板板性能研究性能研究芯板芯板一航局一航局港研院港研院2.2.研究方法与内容研究方法与内容 梯度比试验4.4.排排 水水 板板性能研究性能研究试试样样滤膜滞滤膜滞留土量留土量滤滤膜渗膜渗透系数透系数土和滤膜土和滤膜的综的综合渗透系数合渗透系

13、数梯度比梯度比GR试验前试验后i=1i=2.5i=4i=10g/cm3cm/s10-6cm/si=1i=2.5i=4i=10普普通通0.130.0060.0043.053.654.263.60.110.110.15-防淤防淤堵堵0.070.1060.0345.946.234.754.070.380.380.460.46梯度比值越大，淤堵越严重。一航局一航局港研院港研院试样试样滞留土量滞留土量渗透系数渗透系数试验前试验后g/cm3cm/s普通普通滤滤膜膜0.0530.0060.0036防淤堵防淤堵滤滤膜膜0.1360.1060.00952.2.研究方法与内容研究方法与内容 轴向压缩试验4.4.排

14、排 水水 板板性能研究性能研究防防淤淤堵堵滤滤膜膜普普通通滤滤膜膜一航局一航局港研院港研院类型类型复合体复合体宽度厚度单位长度质量抗拉强度延伸率纵向通水量mmmmg/mkN/10cm%cm3/s普普通排通排水板水板新板1004.6583.3 1123工后1004.680-16防淤防淤堵堵排水板排水板新板994.3942.3 1524工后994.21382.415222.2.研究方法与内容研究方法与内容排水板：褶皱排水板：褶皱 内含土颗粒内含土颗粒 工后性能4.4.排排 水水 板板性能研究性能研究一航局一航局港研院港研院2.2.研究方法与内容研究方法与内容滤膜：滤膜表面滤膜：滤膜表面粘附有土颗粒

15、，粘附有土颗粒，渗透系数降低渗透系数降低 工后性能4.4.排排 水水 板板性能研究性能研究类型类型厚度厚度单位面积质量单位面积质量单位面积滞留土量单位面积滞留土量滤膜渗透系数滤膜渗透系数mmg/m2g/cm2cm/s普通排水板普通排水板新板0.2170-0.006工后0.231200.005-防淤堵排水板防淤堵排水板新板0.67100-0.106工后-1670.00670.010一航局一航局港研院港研院2.2.研究方法与内容研究方法与内容芯板：粘附有土颗粒，倾斜芯板：粘附有土颗粒，倾斜 工后性能4.4.排排 水水 板板性能研究性能研究一航局一航局港研院港研院排水板排水板单单价价面面积积间间距距

16、深度深度差差值值常常规规塑料排塑料排水板水板1.25元/m39451 m21 m18m35640元防淤堵塑料防淤堵塑料排水板排水板1.30元/m2.2.研究方法与内容研究方法与内容 经济性4.4.排排 水水 板板性能研究性能研究 费用与效率的双重评价。一航局一航局港研院港研院3.3.主要成果和创新点主要成果和创新点1.2.3.吹填土地基的吹填土地基的各物理力学指标具有各物理力学指标具有较大的地区差异较大的地区差异，采用统计学的方法将各，采用统计学的方法将各指标间的相关性进行函数拟合，可有效指导工程施工。指标间的相关性进行函数拟合，可有效指导工程施工。将将Biot固结理论固结理论与与有限元有限元

17、仿真技术有效地结合起来可准确地对真空预压方法仿真技术有效地结合起来可准确地对真空预压方法进行分析，模拟真空预压加固吹填土地基时土体进行分析，模拟真空预压加固吹填土地基时土体刚度和强度刚度和强度在土体固结过程中不在土体固结过程中不断断增长。增长。三种施工工艺均可提高土体的抗剪强度，但其三种施工工艺均可提高土体的抗剪强度，但其处理范围和加固效果处理范围和加固效果存在明显的存在明显的差异差异。延时增压延时增压的方法可有效提高施工效率，的方法可有效提高施工效率，增压法加固效果受尺寸影响显著增压法加固效果受尺寸影响显著。4.防淤堵排水板比普通排水板具有更好的防淤堵性能，渗透性能更高，对土的防淤堵排水板比

18、普通排水板具有更好的防淤堵性能，渗透性能更高，对土的固结速率提高显著，但造价相对略高。工后塑料排水板固结速率提高显著，但造价相对略高。工后塑料排水板力学性能变化较小力学性能变化较小，物理物理性能、水力学性能性能、水力学性能变变化较大化较大一航局一航局港研院港研院4.4.成果水平及收益成果水平及收益ISTP/EIISTP/EI论文论文1414篇检索篇检索应用证明应用证明一航局一航局港研院港研院4.4.成果水平及收益成果水平及收益科技查新：国内外均未见具备该查新项目的文献报告科技查新：国内外均未见具备该查新项目的文献报告!一航局一航局港研院港研院4.4.成果水平及收益成果水平及收益制定土木工程学会标准：制定土木工程学会标准：增压式真空预压加固超软土地基技术规程增压式真空预压加固超软土地基技术规程已启动已启动汇报完毕，谢谢！敬请各位领导、专家指正！