高真空击密法施工工艺课件.ppt

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1、高真空击密法施工工艺,1,软地基处理新技术,上海港湾软地基处理设计研究所 同济大学地下建筑与工程系,高真空击密法施工工艺,2,一、现有的软地基处理技术,复合地基法：水泥土搅拌桩、粉喷桩、碎石桩等； 优点：承载力高、变形小、稳定快 缺点：造价高 强夯法； 优点：设备简易、施工方便、工期相对较短、节省材料、造价较低 缺点：饱和软土质量不可控，易形成弹簧土,高真空击密法施工工艺,3,一、现有的软地基处理技术,排水固结法：真空或堆载预 优点：技术成熟；影响深度大 缺点：工期长 采用真空预压的，承载力80kPa,且施工中容易漏气造成质量问题 采用堆载预压的，造价高,高真空击密法施工工艺,4,二、快速“高

2、真空击密法”软地基处理工法,快速“高真空击密法”软地基处理工法是一种新型快速真空动力排水固结法，它是通过数遍高真空击密制造”压差” 排水，并结合数遍合适的变能量击密，逐步达到降低土体的含水量，提高密实度、承载力，减少地基工后沉降和差异沉降。,高真空击密法施工工艺,5,2.1 快速“高真空击密法”的理论创新,“压力差主动排水”：人为多次制造“压差”，即利用适当的能量击密产生的超静孔隙水压力为“正压”，然后同步插入高真空管产生“负压”，“正压”和“负压”形成可大于一个大气压的“压差”，进而可以达到低渗透软土含水量逐步降低的目的。 “超固结硬壳层”： 由于“高真空大能量击密”多次相互作用（等效静压力

3、可达300-500MPa），使软土表层形成“超固结硬壳层”，经应力扩散能较好的增大地基的抗变形能力。 “硬壳层作用下不留排水通道工后沉降估算”：通过大量的科研和实践证明，由于高真空击密施工后不留排水通道，工后沉降的速率和工后沉降量将明显小于常规计算。,高真空击密法施工工艺,6,2.2 快速“高真空击密法”的设计要素,采用特制的高真空系统强制调整土体的含水量，控制需处理的土体逐步接近最优含水量； 在需处理土体分遍逐步接近最优含水量的同时，采用特制的大型击密设备分遍击密需处理的土体，逐步接近最大密实度； 根据处理土体的自振频率，调整击振频率； 正确计算被处理土体超空隙水压力的消散时间，合理确定土体

4、每遍击密的固结恢复时间，严防“弹簧土”的形成 根据不同土体的渗透系数、含水量，分层多遍强制调整各层的真空度、真空气、平衡参数； 根据地基的处理深度要求，正确计算各层不同土体击密所需的击振能量。,高真空击密法施工工艺,7,2.3 快速“高真空击密法”的优点,1、造价低： 造价较常规方法节约30%左右； 2、工期短： 工期较常规方法节约50%左右； 3、质量可控： 通过施加不同的夯击能量控制地基承载力，通过控制施工沉降而有效控制工后沉降；通过采用不同的施工参数，区域差异沉降工前有效控制进而可以减小工后差异沉降； 4、施工环保： 地基处理过程中不加入任何添加剂，无泥浆等废弃物排出。,高真空击密法施工

5、工艺,8,2.4 快速“高真空击密法”施工流程,高真空击密法施工工艺,9,2.5 快速“高真空击密法”施工工艺,高真空击密法施工工艺,10,2.6 快速“高真空击密法”的信息化施工,对分部流程各项指标检测并调整施工参数 含水量 静力触探等原位测试 击振频率 击振能量 真空度调整 超孔隙水压力消散时间,高真空击密法施工工艺,11,三、快速“高真空击密法”技术介绍,3.1压力差排水 适能量击密产生的孔隙水压力为“正压”，高真空通过插入的真空管产生“负压”，从而产生“压差”（可达1.2-1.5个大气压）； “压差”的形成使得低渗透系数软土孔隙水排出； 通过人为多次制造“压差”，使得软土含水量逐步降低

6、，承载力逐步提高。,高真空击密法施工工艺,12,3.1-1 高真空+多遍击密下土应力的变化,高真空击密法施工工艺,13,1500kNm冲击荷载下饱和土的塑性区,高真空击密法施工工艺,14,1500kNm冲击荷载下非完全饱和土的塑性区,高真空击密法施工工艺,15,3.1.2 结论,如上可见，多遍冲击过程中孔压消散率越高，强度增长也越明显，同时减轻了冲击荷载对土的结构破坏，大大降低了夯击过程中地基土出现“橡皮土”的风险。 高真空击密法就是通过增加多遍高真空排水工序，来达到提高强夯击密效果的目的。但高真空排水不是强夯法的辅助手段，而至少是与强夯法同等重要的工序。,高真空击密法施工工艺,16,3.2

7、“快速”的机理,通过调整真空管的间距、真空度、时间等，控制软土中的孔隙水消散时间，使得原规范中的软土孔隙水自然消散时间从3-4周缩短为5-7天。 一般工程设计中采用3-4遍“高真空击密法”，施工总时间仅为21-28天。,高真空击密法施工工艺,17,3.3 施工参数的控制,工后沉降的控制： 通过调整地基处理深度，“高真空击密”处理遍数等施工参数，有效控制每一区域的施工沉降，从而使工后沉降满足设计要求 差异沉降的控制： 将施工区域按差异沉降的精度要求划分若干施工小区，不同地质的小区通过控制采用不同施工参数，控制处理范围内软土的差异沉降，使得工后的差异沉降满足设计要求,高真空击密法施工工艺,18,3

8、.4 超固结硬壳层,在“高真空击密”作用下，通过控制“高真空”施工遍数，逐步增大击密的能量，使软土表层形成一个超固结的“硬壳层”，大幅度增加应力扩散角，大大增加地基的抗变形能力。,高真空击密法施工工艺,19,3.7 硬壳层作用下无排水通道工后沉降估算,采用“高真空击密法”施工，用真空管取代塑料排水板。由于施工结束时拔除真空管，所以施工结束后不留排水通道。不留排水通道的工后沉降与排水固结法工后沉降的修正系数为 （0.3 0.8）,高真空击密法施工工艺,20,四、工程实例,上海浦东国际机场二号跑道 宁波北仑港三期 常熟兴华港二、三期 青岛大炼油工程 上海化工区（粉土）“高真空击密”与振冲碎石桩效果

9、比较,高真空击密法施工工艺,21,4.1,上海浦东国际机场二号跑道,高真空击密法施工工艺,22,上海浦东国际机场二号跑道地质情况,吹填砂：层厚2m左右，砂质相对密实，含泥量较高 褐黄色粉质粘土：层厚0.252.70 m，呈可塑软塑状态，含铁锰结核及侵染锈点，属中压缩性土。 灰色粘质粉土：层厚0.605.90 m，呈饱和、稍密状态，土质极不均匀，属中压缩性土。 灰色砂质粉土：层厚1.009.10 m，呈饱和、稍密状态，土质极不均匀，夹杂粘土，属中压缩性土。 灰色淤泥质粉质粘土：一般层厚5.0m左右，呈饱和、流塑状态，土质分布不均，夹有砂质粉土，属高压缩性土。 灰色淤泥质粘土：一般层厚11.0m左

10、右，呈饱和、流塑状态，夹有薄层粉细砂。土质比较均匀，粘性大，孔隙比大，含水量高，属高压缩性土。,高真空击密法施工工艺,23,上海浦东国际机场二号跑道七种方法处理前后对比,综上所述，竞标方案七（快速“高真空击密法”)综合指标最佳,高真空击密法施工工艺,24,上海浦东国际机场二号跑道与一号跑道处理效果对比,一号跑道：加道碴强夯法 施工沉降35cm 工后沉降30cm 造价高 工期十二个月,二号跑道：高真空击密法 施工沉降55.7cm 工后沉降10cm 比一号跑道节约1.2亿元 工期：四个月,高真空击密法施工工艺,25,上海浦东国际机场二号跑道施工现场（111万）,高真空击密法施工工艺,26,上海浦东

11、国际机场二号跑道反馈,上海机场网站(05年3月17日）： 报道本工程建设创造了国内“七个第一”，其中之一国内第一条成功采用高真空击密法 新闻晨报网站(05年3月18日）： 浦东国际机场跑道地基处理国内首次采用高真空降水强夯，大大超过了设计要求，节约资金1.2亿元,高真空击密法施工工艺,27,4.2,宁波北仑港三期,高真空击密法施工工艺,28,宁波北仑港三期地质情况,宁波北仑港区三期国际集装箱码头(二区)地基处理工程约46万 0 - 2米为新吹填的粉煤灰，为浆糊状，承载力接近于零，人无法在上面行走 2 - 10米为淤泥质粘土，Ps值约0.10MPa 设计要求 承载力要求fak = 120kPa

12、工前沉降 600mm,高真空击密法施工工艺,29,处理前地面状况,高真空击密法施工工艺,30,处理后地面状况,高真空击密法施工工艺,31,处理后开挖沟槽情况,高真空击密法施工工艺,32,北仑港粉煤灰加固前后的ps曲线,高真空击密法施工工艺,33,大面积加固后的静载试验,高真空击密法施工工艺,34,03年宁波北仑港三期二种地基处理方法主要成果对比,高真空击密法施工工艺,35,宁波北仑港反馈,宁波港网站(04年7月23日）视频和文字报道： “宁波北仑港三期二阶段工程地基处理采用了先进的 高真空击密法，具有投资省、工期短、质量可靠等特点”。 宁波北仑港软地基高真空击密法处理工程被评为宁波港第三届科技

13、进步一等奖。 ！宁波北仑港四期、五期、煤码头继续采用快速“高真空击密法”,高真空击密法施工工艺,36,4.3,常熟兴华港二、三期,高真空击密法施工工艺,37,常熟兴华港地质情况,表层吹填粉细砂，层厚为13m； 第二层粘土及粉质粘土，平均层厚2m； 第三层为淤泥及淤泥质土，该层分布较不均匀，层厚变化较大，层厚在06m之间变化，夹有粉砂层，属高压缩性的软土； 第四层为粉细砂。,高真空击密法施工工艺,38,常熟兴华港吹填砂加固前后的地基承载力,高真空击密法施工工艺,39,常熟兴华港局部加固效果较差区域重新加固前后,高真空击密法施工工艺,40,常熟兴华港“高真空击密”二遍、三遍加固效果前后对比,高真空

14、击密法施工工艺,41,常熟兴华港高真空击密处理后标贯试验,高真空击密法施工工艺,42,常熟兴华港业主评价,一期工程： 粉喷桩复合地基 质量无法保证 造价高,二期工程 高真空击密法 施工质量好 造价比一期节约100元/,！三期工程继续使用高真空击密法，效果良好,高真空击密法施工工艺,43,4.4,青岛大炼油工程,高真空击密法施工工艺,44,青岛大炼油工程地质情况,-1素填土：主要回填粘性土、砂；层厚1.5m-3.2m； -1细砂：深灰色-灰色，松散。饱和，含有较多淤泥质；厚度0.4-2.3m； 粉土：灰色，松散-稍密，饱和，层厚4.4-7.9m -1粉质粘土：可塑-硬塑，层厚2.6-9.4米,高

15、真空击密法施工工艺,45,青岛大炼油工程处理要求,由于本场地层素填土和层粉土属软弱土层，且在抗震设防烈度为7度的情况下属液化土层，不能直接做为待力层，为了满足设计要求，本场地采用快速“高真空击密法”进行地基预处路，地基处理要求如下： 1层素填土地基承载力特征值150kPa，Es10MPa；层粉土地基承载力特征值120kPa，Es8MPa。 2地基处理后层或层消除液化。,高真空击密法施工工艺,46,青岛大炼油工程检测结论,本场地在最大检测揭露深度8.2m范围内的地层，表层为素填土，上部为第四系全新统海相沉积的粉土层及上更新统花岗岩残坡积土，下部为燕山期花岗岩。 经过高真空击密预处理后，场地第层素

16、填土承载力特征值达到150kPa,第层粉土承载力特征值为120kPa;压缩模量建议值Es为8.0MPa. 如本场地按7度进行抗震设防，设计基本地震加速度值按0.1g，设计地震分组按第一组考虑，地基经“高真空击密”预处理后，本场地第层粉土不具有液化潜势，场地为非液化场地。,高真空击密法施工工艺,47,4.5,上海化工区（粉土）“高真空击密”与振冲碎石桩效果比较,高真空击密法施工工艺,48,上海化工区高真空击密法（粉土）,高真空击密法施工工艺,49,粉土地基振冲碎石桩桩间土,高真空击密法施工工艺,50,粉土地基振冲碎石桩桩身,由此可见，粉土中、HVDM加固后，标贯击数明显好于振冲碎石桩的桩间土，表

17、层2m效果也较好于碎石桩桩身,高真空击密法施工工艺,51,静载试验比较,静载实验也比较理想,高真空击密法施工工艺,52,五、“高真空击密法”扩展技术,快速“低位高真空分层预压击密”软地基处理方法 （国家发明专利号2.9 ） 快速“高真空击密、桩基”复合软地基处理方法 （国家专利申请号2.5 ）,高真空击密法施工工艺,53,5.1 “低位高真空分层预压击密”,为了有效控制深厚淤泥工后沉降、差异沉降，公司又开发快速“低位高真空分层预压击密”复合软地基处理方法： “低位高真空分层预压击密法”软地基处理方法是在快速“高真空击密法” 软地基处理专利技术的基础上进一步改进、研制成功的一种软地基处理专利技术

18、。 本工法利用低位高真空预压，解决深层工后沉降的问题，然后利用高真空击密法，在浅层形成一定厚度的超固结硬壳层，解决承载力的问题。 优点为利用低位高真空预压，控制深层工后沉降；表层“高真空击密”使地基土形成超固结硬壳层，以满足附加荷载的承载力及地基土变形的要求。 该工法处理深度深、造价低、工期快、质量可控。,高真空击密法施工工艺,54,低位高真空分层预压击密法工程实例,宁波航空港物流标准仓库 2005年上海临港工业大电气项目,高真空击密法施工工艺,55,5.1.1,宁波航空港物流标准仓库,高真空击密法施工工艺,56,宁波航空港物流标准仓库,宁波航空港物流标准仓库，道路淤泥厚26米，经本专利技术快

19、速处理，工后沉降、承载力都满足设计要求。,高真空击密法施工工艺,57,宁波航空港物流标准仓库施工现场,高真空击密法施工工艺,58,5.1.2,2005年上海临港工业大电气项目,高真空击密法施工工艺,59,2005年上海临港工业大电气项目,2005年上海临港工业大电气项目，地质主要为新吹填粉土夹淤泥，人机不能进入。通过“低位高真空分层预压击密”方法处理，承载力从3040kPa快速提高到100120kPa。,高真空击密法施工工艺,60,2005年上海临港工业大电气项目施工后情景,高真空击密法施工工艺,61,5.2HVDM+桩基复合地基,为了满足高承载力设计的需要，公司二次开发了快速“高真空击密、桩

20、基”复合软地基处理方法(专利申请号：ZL 2005 1 0134966.5),高真空击密法施工工艺,62,HVDM+桩基复合地基应用实例,山东黄岛10万m3的石油储备罐 亚洲铝厂,高真空击密法施工工艺,63,5.2.1,山东黄岛10万m3的石油储备罐,高真空击密法施工工艺,64,山东黄岛10万m3的石油储备罐,山东黄岛10万m3的石油储备罐，成功的用HVDM结合桩基，使原地质承载力4050kPa通过HVDM处理达到120kPa，再结合碎石桩，提高到210kPa，造价节省，工期缩短，并有效解决了碎石桩的软地基离散现象。,高真空击密法施工工艺,65,山东黄岛10万m3的石油储备罐,高真空击密法施工

21、工艺,66,5.2.2,亚洲铝厂,高真空击密法施工工艺,67,亚洲铝厂,亚洲铝厂高精密流水车间，地质土层复杂，工后沉降要求高（小于5cm），经HVDM+水泥搅拌桩，形成复合地基，有效控制工后沉降和差异沉降。造价比原方案节约30%以上，工期60%以上，获外方设计高度评价并要求合作全力推广。,高真空击密法施工工艺,68,亚洲铝厂,高真空击密法施工工艺,69,六、专利技术发展应用简介,2000年：快速“高真空击密法”开发成功 2001年：上海市科委鉴定达到国际先进水平 2006年：获上海市科技委科技成果奖 2006年：中央电视台科技频道科技之光专题报导 2007年：公司与同济大学、河海大学、浙江大学、大连理工大学、解放军后勤工程学院联合成立 “上海港湾软地基设计开发研究院”，进一步深化研究现有专利技术 2007年：以技术出口形式出口海外 2007年：中央电视台国际频道中国新闻栏目主动报导 2007年：“高真空击密法”开始入编地基处理新技术第六章 截至2007：工程应用面积超4000万,高真空击密法施工工艺,70,七,集科研、设计、施工为一体的上海港湾软地基处理工程有限公司真诚欢迎各位领导、专家批评指正、携手合作。 衷心感谢各位领导、专家及各位嘉宾的光临！,