越南西贡真空联合堆载预压设计计算书8p

越南西贡真空联合堆载预压设计计算书 中交四航工程研究院有限公司 2008 年 6 月 越南西贡真空联合堆载预压设计计算书 中交四航工程研究院有限公司 第 2 页 共 8 页 越南西贡真空联合堆载预压设计计算书 1 计算依据 （1） 《Site Investigation Report of SITV TERMINAL》 （2） 《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002） （3） 《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）； （4） 《真空预压法加固软土地基施工技术规程》（HG/T20578-95） （5） 《塑料排水板施工规程》（JTJ/T256-96） （6） 《塑料排水板质量检验》（JTJ/T257-96） （7） 《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001） 2 总体设计要求 （1） 原场地按+1.7m、+2.2m、+2.5m CD 三个不同标高对地基有机土进行清理,再吹填 至+4.1m CD 标高进行塑料排水板打设，要求地基处理后交工面标高为+5.2m ； 堆载结构层 0.5m，即+5.7m CD； （2） 地基处理后工后沉降量 S≤20cm/20yr； （3） 地基稳定安全系数施工期要求大于 1.3，使用期要求大于 1.5； （4） 设计荷载：A.1.1(FP1)、A.1.2(FP6)、A.1.3(FP5)、A.5(FP8)四个堆载区按 2T 设计； A.1.1.a(FP1 局部堆载区)按 3T 设计；其它 9 个堆载区均按 4T 设计。 3 处理和计算参数 3.1 处理方案概述 根据勘察，场地待加固软弱土层主要为软塑状的淤泥，土层含水率很高，压缩 性大，软土结构性强，强度及承载力低。堆载预压排水固结处理工期久、施工安全可靠 度低、容易引起岸坡失稳、需要堆载材料量大；而真空联合堆载预压有利于提高港池开 挖和堆载期间地基稳定性。该法具有质量优良、快速高效、经济合理、安全环保等优势， 得到了广泛应用。 越南西贡真空联合堆载预压设计计算书 中交四航工程研究院有限公司 第 3 页 共 8 页 3.2 参数初选 1)最初场地参数 清淤后地面为+1.7m、+2.2m、+2.5m CD 三个不同标高，塑料排水板打设时砂垫层 标高+4.1m CD，地下水位按平均水位+2.7 m CD 设计； 2)荷载 砂垫层上设计荷载按真空荷载 80kPa 联合堆载预压、A.1.1、A.1.2、A.1.3、A.5 按 按 2.5m 厚堆载，其它区域按 3.5m 厚堆载，堆载料重度取 17kN/m3； 3)塑料排水板 排水板宽度取 100mm，厚度 5mm，排水板通水能力，在侧压 200kPa、单位水压梯 度下取 500m3/year，涂抹区受扰动土的水平渗透系数，可按 hk 的一半取值，正三角形布 置，间距 1.2m。 4)土的物理性质参数 根据勘察报告的结果，本项目的土层可分为四层，从上到下依次为：(1)软土层（分 层 3 个亚层）；(2)砂土层；(3)中硬粘土层；(4)全风化岩层。土的物理力学参数室内试验 结果如表 1 所示： 表 1 土的物理力学设计参数总表 单位 土层 物理力学 参数 W 1a 1b 1c 2a TK 2b 3 W % 67.8 79.7 70.2 60.9 21.34 35.4 21.0 23.3 e - 1.732 2.018 1.836 1.570 0.632 0.938 0.584 0.617 CC - 0.489 0.930 0.788 0.619 - 0.329 - - Ce - 0.063 0.103 0.096 0.082 - - max labP - 3.87 'VOσ 2.19 'VOσ 1.31 'VOσ 1.31 'VOσ 1.29 'VOσ OC m2/yr 5.49 5.92 5.65 5.69 6.29 CV90 NC m2/yr 2.28 1.07 1.10 1.24 3.62 OC m2/yr 25.55 11.34 8.93 8.20 Ch NC m2/yr 10.60 2.05 1.74 1.79 越南西贡真空联合堆载预压设计计算书 中交四航工程研究院有限公司 第 4 页 共 8 页 4 设计计算 4.1 沉降计算 由于该地基软土的结构性强，室内土工试验结果表明该区域软土处于弱超固结状 态，压缩指数大、但回弹指数比较小，因此需考虑软土的先期固结压力进行总沉降计算。 在计算各土层压缩时，应判断土体在附加应力 pΔ 作用下是处于超固结状态 ( 0cp p pΔ < − )，还是已进入正常固结状态( 0cp p pΔ > − )。现计算第i层土体压缩量 iSΔ ， 设 0cp p> ，即土体为超固结土，当附加应力 0cp p pΔ < − 时，即土体在 pΔ 作用下还处于 超固结状态时， 0 0 0 log 1 e i i C p pS H e p + ΔΔ = + （1） 式中 0e ——土体初始孔隙比； iH ——第 i层土体厚度。 当 0cp p pΔ > − 时，即土体在 pΔ 作用下，已由超固结状态转变为正常固结状态时， 期压缩量分两段计算,即 0 0 0 ( log log ) 1 i C i e C C H p p pS C C e p p + ΔΔ = ++ （2） 得到各土层的压缩量后，再求和得到固结沉降，即 ∑ = Δ= n i ic SS 1 ξ （3） 《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）；真空预压地基最终竖向变形计算 时 ξ 取 0.8～0.9；真空-堆载联合预压法以真空预压为主时，ξ 取 0.9，因此本区域真空联 合堆载预压区的总沉降计算 ξ 按 0.9 计算。 由于场地面积较大，取若干个典型孔(对应钻孔 BH03～BH10，BH16～BH18， BH24～BH26)分别进行沉降计算，取瞬时沉降为固结沉降的 15％，施工期地基的平均 固结度为 85％，各钻孔的真空联合堆载超载预压施工的沉降量如表 2 所示。 4.2 固结度的计算 越南西贡真空联合堆载预压设计计算书 中交四航工程研究院有限公司 第 5 页 共 8 页 （1） 塑料排水板计算参数 表 2 各钻孔沉降计算统计表 设计分区 编号 施工分区 编号 代表钻孔 编号 软土厚度 /m 插板深度/m 真空联合堆载 施工总沉降/m 备注 A.1.1 FP1 BH-09 11.7 20.0 1.90 A.1.3 FP5 BH-08 8.1 13.5 1.73 A.1.2 FP6 BH-10 10.6 15.5 1.58 A.5 FP8 BH-24 13.0 16.5 1.89 2T 区 （真空预压＋ 2.5m 堆载） A.2.1 FP2 BH-18 18.2 22.5 2.31 A.2.2 FP3 BH-18 18.2 22.5 2.31 A.3 FP4 BH-06 21.5 22.5 2.72 A.4 FP7 BH-26 15.0 17.5 1.88 A.6 FP9 BH-25 17.0 21.5 2.08 B.7 FP10 BH-17 19.0 18.0 2.27 B.8 FP11 BH-05 14.2 19.5 2.67 B.10 FP12 BH-16 19.3 18.0 2.32 4T 区 （真空预压＋ 3.5m 堆载） B.11 FP13 BH-04 17.5 19.5 2.15 平均值 2.14 塑料排水板平面布置方式按正三角形排列，间距 1.2m，则塑料排水板等效直径和排 水板等效排水圆柱体直径为： 2( ) /wd b δ π= + （4） 1.05ed d= （5） 式中： ,b δ 分别是塑料排水板的宽度和厚度； d 为排水板间距。 （2） 固结系数、渗透系数选取 竖向固结系数 vC 根据现场钻孔所取图样的室内土工试验得出，可参见 Appendix 09； 水平向固结系数 hC 按 2 倍 vC 取值计算。 当考虑砂井的井阻效应时，水平向渗透系数 hk 由固结系数反推得出： * *h h v wk C m r= （6） 式中： vm 为体积压缩系数， 越南西贡真空联合堆载预压设计计算书 中交四航工程研究院有限公司 第 6 页 共 8 页 1 v vm e α= + （7） 考虑井阻与涂抹效应的非理想井固结度计算： 按砂井固结理论，当垂直排水通道打穿整个软土层时，对真空预压来说，可按堆载预压 瞬时加载情况考虑，地基在加载历时 t的平均固结度下式计算： 1 tU e βα −= − （8） 式中： 2 8α π= ； 2 2 2 8 4 h v e C C Fd H πβ = + 其中： n s rF F F F= + + 3ln( ) 4n F n= − 1 ln( )h ss s w k dF k d ⎡ ⎤⎛ ⎞= −⎢ ⎥⎜ ⎟⎝ ⎠⎣ ⎦ 2 2 4 h r w kLF q π= e w dn d = 这里， sk ：涂抹区受扰动土的水平渗透系数，可按 hk 的一半取值； sd ：涂抹区直径，按排水板等效直径 wd 的两倍取值； L : 排水通道长度； wq ：排水板通水能力，在侧压 200kPa、单位水压梯度下取 500m3/year。 根据 PORTCOAST 勘察和室内土工试验数据，原位取样孔和现场十字板剪切试验孔 的固结度计算结果列于表 3。 另取表 1 中的固结系数统计表，按 Ch 从原位 CPTCu 测试结果计算地基土层固 结度与时间关系见表 4 和表 5，考虑软土超固结阶段与正常固结阶段的共同作用，软土 的达到 85％平均固结度的时间应小于 148 天。从表 3、表 4、表 5 的固结度计算结果， 该软土地基三角形布置 1.2m 间距的塑料排水板进行加载预压，固结 140 天地基土体的 平均固结度可大 85％。 越南西贡真空联合堆载预压设计计算书 中交四航工程研究院有限公司 第 7 页 共 8 页 表 3 各钻孔固结度计算统计表 钻孔号 120d 固结度 140d 固结度 BH9 82% 86% BH8 89% 92% BH10 84% 88% BH24 75% 79% BH18 70% 75% BH18 70% 75% BH6 70% 75% BH26 75% 79% BH25 78% 82% BH17 96% 98% BH5 74% 78% BH16 81% 86% BH4 70% 74% FV10 92% 94% FV13 76% 80% FV14 81% 85% FV16 81% 85% FV17 96% 98% FV18 87% 90% 81% 85% （a）对正常固结阶段（NC） 表 4 Ch=2.05m2/yr Ch=1.74m2/yr Ch=1.79m2/yr 固结度 t/days 固结度 t/days 固结度 t/days 70.0% 94 70.0% 111 70.0% 107 80.0% 125 80.0% 148 80.0% 144 85.0% 148 85.0% 174 85.0% 169 90.0% 179 90.0% 211 90.0% 205 （b）对超固结阶段（OC） 表 5 Ch=11.34m2/yr Ch=8.93m2/yr Ch=8.20m2/yr 固结度 t/days 固结度 t/days 固结度 t/days 70.0% 17 70.0% 22 70.0% 23 80.0% 23 80.0% 29 80.0% 31 85.0% 27 85.0% 34 85.0% 37 90.0% 32 90.0% 41 90.0% 45 越南西贡真空联合堆载预压设计计算书 中交四航工程研究院有限公司 第 8 页 共 8 页 4.3 真空预压联合堆载设计计算表 真空预压为负压，淤泥的采用沉降系数 ξ 取 0.9，根据地质资料。计算的预压荷载 条件下的最终沉降和使用荷载条件下的最终沉降见表 5。超载预压地基施工沉降按平均 固结度 85％计算，即计算时间（施工期一半＋恒载时间）不少于 140 天时，施工期沉降 量平均为 2.18m，考虑到设计荷载为 2T 的四个加固区超载相对较大，超载基本消除了 使用荷载作用下的次固结沉降，固结时间缩短 20d，即（施工期一半＋恒载时间）不少 于 120 天时。 表 6 真空预压联合堆载预压计算结果一览表 超载预压施工沉降/m 使用期最终沉降/m 设计分 区编号 典型钻 孔 设计荷载 (堆载 17KPa/m) 瞬时 沉降 固结 沉降 总沉 降 主固结 沉降 次固结 沉降 总沉降 残余沉 降（m） A.1.1 BH09 0.31 1.59 1.90 1.77 0.17 1.94 0.04 A.1.3 BH08 0.27 1.46 1.73 1.69 0.12 1.81 0.07 A.1.2 BH10 0.25 1.33 1.58 1.46 0.16 1.62 0.03 A.5 BH24 真空预压 80 KPa＋ 2.5m 堆载 0.30 1.59 1.89 1.78 0.19 1.97 0.08 A.2.1 BH18 0.35 1.96 2.31 2.22 0.27 2.49 0.18 A.2.2 BH18 0.35 1.96 2.31 2.22 0.27 2.49 0.18 A.3 BH06 0.41 2.31 2.72 2.64 0.28 2.92 0.20 A.4 BH26 0.28 1.60 1.88 1.71 0.23 1.94 0.06 A.6 BH25 0.31 1.77 2.08 1.99 0.25 2.24 0.16 B.7 BH17 0.34 1.93 2.27 2.15 0.28 2.44 0.17 B.8 BH05 0.40 2.27 2.67 2.66 0.21 2.87 0.20 B.10 BH16 0.35 1.97 2.32 2.20 0.29 2.49 0.17 B.11 BH04 真空预压 80KPa＋ 3.5m 堆载 0.32 1.83 2.15 2.03 0.26 2.30 0.14 平均值 0.33 1.85 2.18 2.06 0.17 2.29 0.18