变截面搅拌桩加固高速公路成层软弱地基研究.doc

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1、变截面搅拌桩加固高速公路成层软弱地基研究1.立项背景国内外工程实践表明水泥土搅拌桩具有施工方便、处理效果较好、适用性广、造价适中等优点，在国内外铁路、公路、市政工程、港口码头、工业与民用建筑等领域得到了广泛应用。桩体置换率是搅拌桩复合地基设计的主要内容，一般被加固土体性质较差时取大值，土体性质较好时取小值。目前，工程应用的搅拌桩大多为等截面搅拌桩，即加固区内不同深度的桩体置换率也是相同的。但工程中遇到的软弱地基地基往往具有成层性,由于历史沉积原因，在很多地方（如江苏徐州地区）存在软土层处于中间的成层软弱地基，这种成层软弱

2、地基的上部和下部为中等压缩性土层，中间为高压缩性的软土层。对于这类成层软弱地基，采用传统的等截面搅拌桩参照软弱土层的平均性质进行设计,往往导致中间软土层的桩体置换率过小，而其他土层的桩体置换率过高，既造成了工程浪费，又导致处理效果较差。为了解决该问题，本课题基于地基竖向刚度优化理论，在国内外首次提出了变截面搅拌桩优化处理成层软弱地基的方法，通过调整不同土层的搅拌桩置换率来实现成层复合地基承载力、沉降性能的优化，减小地基处理工程的建设成本和施工时间。故课题组依托济（宁）徐（州）高速公路（江苏段）的工程建设，对该方法进行了系

3、统的研究。1.详细技术内容总体思路：基于地基竖向刚度优化理论，提出了变截面搅拌桩优化处理成层软弱地基的方法，基本原理是通过调整不同土层的搅拌桩置换率来实现成层复合地基承载力、沉降性能的优化，以减小地基处理工程的建设成本和施工时间。变截面搅拌桩优化处理成层软弱地基的示意图见图1所示，本项目以济（宁）徐（州）高速公路（江苏省）建设工程为依托，以图1（c）的变截面搅拌桩复合地基为主要研究对象（图la、b是c的特殊形式），通过室内模型试验、现场试验、三维数值模拟和理论分析来验证这种优化处理方法的有效性，分析这类新型成层复合地基的

4、承载、变形和固结性状，揭示变截面搅拌桩加固成层软弱地基的力学机理，并提出变截面搅拌桩复合地基的系统设计理论。（b）钉形搅拌桩加固双层软弱地基（C）中字形搅拌桩加固三层软弱地基图1变截面搅拌桩加固成层软弱地基示意@）扩底搅拌桩加固双层软弱地基（b）钉形搅拌桩加固双层软弱地基（C）中字形搅拌桩加固三层软弱地基图1变截面搅拌桩加固成层软弱地基示意图技术方案：1）通过室内模型试验，初步检验变截面搅拌桩加固成层软弱地基的有效性。2）通过试验段现场试验，进一步对比、检验变截面搅拌桩加固成层软弱地基的有效性，同时研究变截面双向水泥土搅

5、拌桩號工工艺、质量控制与检测技术。3）通过三维数值模拟，研究变截面搅拌桩加固成层软弱地基的力学机理，及其承载、变形和固结性状。4）通过理论推导，提出变截面搅拌桩复合地基的系统设计理论。1.主要技术创新点1）在国内外首次提出了变截面搅拌桩优化处理成层软弱地基的方法，通过调整不同土层的搅拌桩置换率对成层地基进行竖向刚度优化来实现复合地基承载力、沉降性能的优化目的，减小地基处理工程的建设成本和施工时间。2）通过室内模型试验证明了相同等效面积置换率的变截搅拌桩能有效减小软土层的桩间土附加应力、加快复合地基固结速率，减小复合地基总

6、沉降和工后沉降，并通过现场试验段工程验证了变截面搅拌桩优化处理成层软弱地基的有效性和经济性。3）在变截面搅拌桩单桩破坏模式的基础上，提出了变截面搅拌桩单桩承载力计算方法。4）在变截面搅拌桩复合地基破坏模式的基础上，提出了变截面搅拌桩复合地基承载力计算方法和基于承载力设计的变截面搅拌桩复合地基优化方法。5）在一定理论简化的基础上，提出了变截面搅拌桩复合地基沉降计算方法、固结计算方法和基于沉降设计的变截面搅拌桩复合地基优化方法。6）提出了成层软弱地基中变截面搅拌桩施工设备、施工和质量检测等成套技术。1.与当前国内外同类技术主

7、要参数、效益、市场竞争力的教育部科技查新工作站的查新报告表明：提出基于竖向刚度优化的变截面搅拌桩优化处理成层软弱地基的方法方面，除查新课题研究者的文献，国内外未见其它公开的文献报道。即本技术属于国内外首创的新技术。由于，国内外未见专门针对成层软弱地基的优化处理的搅拌桩技术，本技术在成层软弱地基处理领域具有独特的市场竞争力。1.应用情况在成层软弱地基处理工程中应用本技术可以显著地减少地基处理工程的施工时间和工程造价。目前，我国公路、铁路、港口码头、机场、工业与民用建筑等基础工程建设领域正在大量采用水泥土搅拌桩进行软土地基处

8、理，而工程建设中经常遇到成层软弱地基，故本技术具有广阔的推广应用前景，推广应用后将产生重大的经济效益和社会效益。本技术首先在济（宁）徐（州）高速公路（江苏段）进行了现场试验段研究，随后福建省晋江机场扩建工程成功推广应用了本技术，为该军民两用机场的建设节省了25%的工程造价（200余万）,2/3的號工时间（约4个月）。