一种水下复合地基加固处理方法技术

本发明专利技术提供了一种水下复合地基加固处理方法，其包括如下步骤：第一步：根据水上结构物或水下边坡的水下地基处理所需达到地基承载力的要求、地基工后沉降量的要求，选择桩规格和桩间距，确定实际施工过程中水下桩的施打密度；第二步：使用挖泥船或高压水枪，除去水下待施工地基的上层浮泥或淤泥，曝露出下层淤泥质土或亚粘土；第三步：布桩，按第一步确定的桩间距及桩密度把桩送入指定位置；第四步：平整桩的面层，然后对施工后的面层进行垫褥层施工，使复合桩形成整体结构；第五步：对完成后的复合地基进行抽样检测和承载力检测。本发水下复合地基处理技术可在充分利用原状土的承载力基础上，利用复合地基处理进行补强，降低材料的消耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地基加固处理技术。
技术介绍
在欧美各国、日本、东南亚和我国的水工项目中，其工程地质情况都有海岸沉积、浅海沉积、湖泊沉积、河滩沉积和残积所形成的松、软土层分布。这些土层普遍存在：上层土为呈软塑与流塑态的泥炭、淤泥、淤泥质土和极松散的粉砂类土，下层土为呈可塑与软塑的淤泥质土或亚粘性土，具有一定的承载力。在这样的地质条件下，对于修建水工结构物或进行水下边坡施工，一般会针对此类土层采用的处理方法包括：水下大开挖换填石料、水下爆破挤淤换填石料、抛石挤淤、水下排水固结、水下挤密砂(碎石)桩等地基处理方法。1)对于采用水下大开挖换填石料的地基处理方法，既耗资巨大又费工费时，施工过程中会对周边产生影响，有可能引起周边土体的垮塌，从而产生较大的安全风险；而且受到地材的限制，施工进度往往受到影响较大。2)对于水下爆破挤淤换填石料的地基处理方法，水下爆破施工安全风险较大，爆破产生的危害有可能引起周边的强烈震动，和1)相似受地材的影响很大。3)对于抛石挤淤的地基处理方法，成本较高，且处理的深度范围有限和1)相似受地材的影响很大。4)对于水下排水固结的地基处理方法，处理的深度和效果有限，且施工工期较长，存在安全隐患。5)对于水下挤密砂(碎石)桩的地基处理方法，施工难度大，施工成本较高。
技术实现思路
本专利技术提供一种新型水下复合地基处理技术，可充分利用原状土的承载力基础上，利用复合地基处理进行补强，降低材料的消耗。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种水下复合地基加固处理方法，其包括如下步骤：第一步：根据水上结构物或水下边坡的水下地基处理所需达到地基承载力的要求、地基工后沉降量S设的要求，选择桩规格和桩间距，确定实际施工过程中水下桩的施打密度，其中桩的密度按以下步骤确定：(1)预选桩间距B、桩端截面积AZ和桩长l，通过PkAc-αAkfoa计算获得地基加固处理所需补偿的承载力标准值R补，其中，Pk为地基处理拟所需达到的地基承载力；Ac为计算面积，为相邻桩的中心连线所围成的封闭区域的面积，相邻桩的中心连线长度即为桩间距B，Ak为计算面积Ac减去桩端截面积Az后的值，即Ac-Az，foa为桩间地基承载力，α为加固后的桩间土地基承载力发挥系数，(2)计算单桩承载力Ra，Ra=12(μΣi=1nqsikli)+βAzqr]]>式中：μ-桩周长，qsik-第i层土的侧阻力特征值，li-第i层土中桩的长度，β-桩端端阻力发挥系数，qr-桩端土的端阻力特征值，Az-桩端截面积(3)计算桩的密度n，水下复合地基所需补偿的承载力应满足下式的要求并根据下式求得复合桩的密度n：n≥PkAc-αAkfoaRa]]>计算结果n取值为0.9～1.0，若n值﹤0.9，则增大桩间距B以增大计算面积；若n值＞1.0，则减小间距B以减小计算面积Ac；(4)通过验算工后沉降，对桩的布置进行校核，(4.1)计算复合地基的复合模量：Ep=P0foaEa]]>式中Ep-复合模量，单位为Mpa，Ea-地基土模量，单位为Mpa，其中，(4.2)计算总沉降量S,计算复合地基土层的沉降量S1，以及下卧土层的沉降量S2，S1=ψs1PkEpZϵ‾]]>式中：Pk-使用期间的附加荷载，kPa；ψs1-沉降计算分项系数；Z-基础底面至复合地基底层的距离；基础底面计算点至复合地基底层的平均附加应力系数，S2=ψs2Σi=1nPkEi(Ziϵ‾i-Zi-1ϵ‾i-1)]]>式中：Ei-复合地基下第i层土的压缩模量，MPa；ψs2-沉降计算分项系数；Zi、Zi-1-基础底面至下卧土层第i层土、第i-1层土的距离；-基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底层的平均附加应力系数，S＝S1+S2若总沉降量S大于设计要求的地基工后沉降量S设，则增加桩端截面积AZ或增加桩长l若总沉降量S小于等于设计要求的地基工后沉降量S设，则按选定的桩端截面积Az及桩长l确定桩规格与桩间距B。第二步：使用挖泥船或高压水枪，除去水下待施工地基的上层浮泥或淤泥，曝露出下层淤泥质土或亚粘土；第三步：布桩，按第一步确定的桩间距B及桩密度n把桩送入指定位置；第四步：平整桩的面层，然后对施工后的面层进行垫褥层施工，使复合桩形成整体结构；第五步：对完成后的复合地基进行抽样检测和承载力检测。所述第四步的垫褥层由下至上的组成为：一层土工格栅、一层土工布、45～55cm厚的砂垫层或者碎石层。对于拟加固深度为8m以内的桩使用松木桩，对于超过8m但小于20m的使用素混凝土桩。素混凝土桩横截面为扁长方形，在平面上横向、竖向依次间隔布置。本专利技术能够把传统水工技术替代为使用本文中提出的水下加固地基处理技术，可满足重力式码头地基、防波堤地基，其极限承载力、整体稳定、允许偏差及沉降要求，使复合地基的各项指标满足设计要求和规范规定。对于水下开挖工程、高桩码头的岸坡处理工程，可以使得水下边坡稳定。且由于本专利技术的地基加固方法是采用“补强”的做法，大大降低了原材料的消耗，成本低、速度较快且施工风险低，相对环境影响小，而且使用后达到的加固方法可操作调节性强，效果更加理想。附图说明图1桩的正方形布置示意图。图2桩的等边三方形布置示意图。图3水上施打复合桩示意图。图4施工过程的简单示意图，图中从左至右顺次为施工过程的不同状态。图5是施工后的剖面效果示意图。图6是施工后的松木桩布桩平面示意图。图7是施工后的砼桩布桩平面示意图。其中数字标号指代的名称：1-浮泥；2-垫褥层；3-软土层；4-下卧土层；5-送桩设备；6-桩。具体实施方式本专利技术的水下复合地基加固处理方法，包括如下步骤：第一步：根据水上结构物的承载力或水下边坡处理所需达到的地基承载力的要求、地基工后沉降量的要求，以及复合地基施工的范围，先预选桩规格和桩间距，从而确定实际施工过程中水下桩的施打密度，其中桩的密度按以下步骤确定：(1)计算获得地基加固处理所需补偿的承载力标准值R补，R补＝PkAc-αAkfoa(1-1)其中，Pk为拟施工施加的设计荷载，c为相邻桩的中心连线所围成封闭区域的面积；若正方形布置(如图1所示)，则Ac＝B×B。若等边三角形布置(如图2所示)，则其中B为桩间距，即相邻桩的中心距。foa为桩间地基承载力标准值，(通过查阅相关的规范或通过现场载荷试验获得)Ak为计算面积减去单桩的桩端截面积AZ，即Ac-Az。α为加固后的桩间土地基承载力发挥系数，可查阅相关的规范或通过现场载荷试验获得。(2)计算单桩承载力Ra，Ra=12(μΣi=1nqsikli)+βAzqr---(2-1)]]>式中：μ-桩周长，qsik-第i层土的侧阻力特征值，li-第i层土中桩的长度，β-桩端端阻力发挥系数，qr-桩端土的端阻力特征值，Az-桩端截面积，若桩为圆形，则(d为桩的直径)；若桩为方形，则b×l，(b为桩短边，l为桩长边)。(3)计算复合桩的施打密度n，水下复合地基所需补偿的承载力应满足下式的要求并根据下式求得复合桩的施打密度n：n=PkAc-αAkfoaRa--本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下复合地基加固处理方法，其特征在于包括如下步骤：第一步：根据水上结构物或水下边坡的水下地基处理所需达到地基承载力的要求、地基工后沉降量S设的要求，选择桩规格和桩间距，确定实际施工过程中水下桩的施打密度，其中桩的密度按以下步骤确定：(1)预选桩间距B、桩端截面积Az和桩长l，通过PkAc‑αAkfoa计算获得地基加固处理所需补偿的承载力标准值R补，其中，Pk为地基处理拟所需达到的地基承载力；Ac为计算面积，为相邻桩的中心连线所围成的封闭区域的面积，相邻桩的中心连线长度即为桩间距B，Ak为计算面积Ac减去桩端截面积Az后的值，即Ac‑Az，foa为桩间地基承载力，α为加固后的桩间土地基承载力发挥系数，(2)计算单桩承载力Ra，Ra=12(μΣi=1nqsikli)+βAzqr]]>式中：μ‑桩周长，qsik‑第i层土的侧阻力特征值，li‑第i层土中桩的长度，β‑桩端端阻力发挥系数，qr‑桩端土的端阻力特征值，Az‑桩端截面积(3)计算桩的密度n，水下复合地基所需补偿的承载力应满足下式的要求并根据下式求得复合桩的密度n：n≥PkAc-αAkfoaRa]]>计算结果n取值为0.9～1.0的范围，若n值﹤0.9，则增大桩间距B以增大计算面积Ac；若n值＞1.0，则减小间距B以减小计算面积Ac；(4)通过验算工后沉降，对桩的布置进行校核，(4.1)计算复合地基的复合模量：Ep=P0foaEa]]>式中Ep‑复合模量，单位为Mpa，Ea‑地基土模量，单位为Mpa，其中，(4.2)计算总沉降量S,计算复合地基土层的沉降量S1，以及下卧土层的沉降量S2，S1=ψs1PkEpZϵ‾]]>式中：Pk‑使用期间的附加荷载，kPa；ψs1‑沉降计算分项系数；Z‑基础底面至复合地基底层的距离；‑基础底面计算点至复合地基底层的平均附加应力系数，S2=ψs2Σi=1nPkEi(Ziϵ‾i-Zi-1ϵ‾i-1)]]>式中：Ei‑复合地基下第i层土的压缩模量，MPa；ψs2‑沉降计算分项系数；Zi、Zi‑1‑基础底面至下卧土层第i层土、第i‑1层土的距离；‑基础底面计算点至第i层土、第i‑1层土底层的平均附加应力系数，S＝S1+S2若总沉降量S大于设计要求的地基工后沉降量S设，则增加桩端截面积AZ或增加桩长l若总沉降量S小于等于设计要求的地基工后沉降量S设，则按选定的桩端截面积Az及桩长l确定桩规格与桩间距B；第二步：使用挖泥船或高压水枪，除去水下待施工地基的上层浮泥或淤泥，曝露出下层淤泥质土或亚粘土；第三步：布桩，按第一步确定的桩间距B及桩密度n把桩送入指定位置；第四步：平整桩的面层，然后对施工后的面层进行垫褥层施工，使复合桩形成整体结构；第五步：对完成后的复合地基进行抽样检测和承载力检测。...

【技术特征摘要】
1.一种水下复合地基加固处理方法，其特征在于包括如下步骤：第一步：根据水上结构物或水下边坡的水下地基处理所需达到地基承载力的要求、地基工后沉降量S设的要求，选择桩规格和桩间距，确定实际施工过程中水下桩的施打密度，其中桩的密度按以下步骤确定：(1)预选桩间距B、桩端截面积Az和桩长l，通过PkAc-αAkfoa计算获得地基加固处理所需补偿的承载力标准值R补，其中，Pk为地基处理拟所需达到的地基承载力；Ac为计算面积，为相邻桩的中心连线所围成的封闭区域的面积，相邻桩的中心连线长度即为桩间距B，Ak为计算面积Ac减去桩端截面积Az后的值，即Ac-Az，foa为桩间地基承载力，α为加固后的桩间土地基承载力发挥系数，(2)计算单桩承载力Ra，Ra=12(μΣi=1nqsikli)+βAzqr]]>式中：μ-桩周长，qsik-第i层土的侧阻力特征值，li-第i层土中桩的长度，β-桩端端阻力发挥系数，qr-桩端土的端阻力特征值，Az-桩端截面积(3)计算桩的密度n，水下复合地基所需补偿的承载力应满足下式的要求并根据下式求得复合桩的密度n：n≥PkAc-αAkfoaRa]]>计算结果n取值为0.9～1.0的范围，若n值﹤0.9，则增大桩间距B以增大计算面积Ac；若n值＞1.0，则减小间距B以减小计算面积Ac；(4)通过验算工后沉降，对桩的布置进行校核，(4.1)计算复合地基的复合模量：Ep=P0foaEa]]>式中Ep-复合模量，单位为Mpa，Ea-地基土模量，单位为Mpa，其中，(4.2)计算总沉降量S,计算复合地基土层的沉降量S1，以及下卧土层的沉降量S2，S1=ψs1P...

【专利技术属性】
技术研发人员：董志良，刘嘉，曾子明，张伟，
申请(专利权)人：中交四航局第二工程有限公司，中交四航工程研究院有限公司，中交第四航务工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44