淤泥场界带状深基坑处理方法.pdf

本发明涉及深基坑施工，尤其涉及淤泥土层的深基坑施工方法。一种淤泥场界带状深基坑处理方法它包括：步骤一：分析地质地貌，设定场平标高，完成硬壳场平层；步骤二：设计、施工竖向排水砂桩及水平排水盲沟；步骤三：分级堆载预压；步骤四；抽测土工参数，优化基坑支护设计；步骤五：基坑施工及监测。本发明避免了开挖发生事故，保证施工成本和工期。

1.  一种淤泥场界带状深基坑处理方法，其特征在于，它包括：
步骤一：分析地质地貌，设定场平标高，完成硬壳场平层；
步骤二：设计、施工竖向排水砂桩及水平排水盲沟；
步骤三：分级堆载预压；
步骤四；抽测土工参数，优化基坑支护设计；
步骤五：基坑施工及监测。

2.  根据权利要求1所述的淤泥场界带状深基坑处理方法，其特征在于，所述步骤一包括：
   场平范围超过基坑两侧5m以上，场平后标高以高于原场地平均标高不小于1m控制，填土厚度H按以下两式经验计算：
H=1.5+0.08h，                                   （1）
其中h为场地淤泥层厚度；
公式二：H=1+0.1S,                               （2）
其中S为根据应力历史法计算的地基最终变形量，按下式

式中：s —— 地基最终变形量，mm；
      h_i —— 第i分层厚度，mm；
      e_oi—— 第i分层初始孔隙比；
      C_ci—— 第i层的压缩指数；
      P_zi—— 第i层土的自重应力平均值，kpa；
      P_oi—— 相当于荷载标准值时第i层附加应力平均值，kpa，工程建设之前上部荷载为零，即P_oi=0；
      P_ci——第i层土的前期固结压力，kpa；
     场平施工应先排除地表明水，适当晾晒，再铺设1~2层透水性较好的无纺土工布，土工布铺设范围应超出基坑两侧各6m以上，然后开始缓慢分层回填，回填场平层应形成中间向两侧约5%的排水坡面，回填土上层1m范围采用较好的砂性土或牛皮砂。

3.  根据权利要求1所述的淤泥场界带状深基坑处理方法，所述步骤二包括：
    竖向砂井桩选用沉管法成桩，桩径不小于300mm，桩间距、桩长应结合淤泥含水量、淤泥层厚、基坑开挖深度等设计：桩间距宜取1~2m，梅花形或正方形布置，且应避开结构基桩位；桩长宜超过基底面3~4m；对基坑加深段区域砂井桩应适当加密，桩长加长；基坑外两侧场平区桩长应同基坑内侧，桩间距按2m设置；选用中粗砂作为桩体材料，基坑加深段处基底以下部分用碎石材料；
   场平区中部沿纵向设置5m宽500mm厚碎石带，施工期作临时通行便道用，预压期作水平排水滤层用，场平区域横向应设置碎石排水盲沟，盲沟截面400×500mm间距5~8m；
   场平区两侧设置边沟，横向盲沟滤水自流排入边沟内；
   该步骤中施工顺序为：中央碎石带→结构基桩→竖向砂井桩→边沟→盲沟。

4.  根据权利要求1所述的淤泥场界带状深基坑处理方法，其特征在于，所述步骤三包括：
   堆载选用一般性杂土，厚度约1~3m，预压期100~180天；应分级加载，即：加载→持荷→加载→持荷，分级加载土层厚度控制在约1m，一般持荷时间7~10天；
   分级填土加载前在场地基面设置沉降板，沿边沟内侧对称布置，纵向间距10~20m，堆载及预压期间应连续对场地沉降及位移变形进行观测；
   堆载期间每不超过3天观测1次，场地边界侧向位移速率应控制小于5mm/天，变形过快时应减缓堆载填筑速度或拉长持荷时间，确保地基稳定；堆载恒压期间宜不超过7天观测1次，恒压末期应加密观测；
   根据权利要求1所述的淤泥场界带状深基坑处理方法，其特征在于，所述步骤四包括：
   a)当堆载后场地排水量趋于减少，观测沉降速率连续二周日沉降量小于2mm/天时，视为堆载预压结束，可对场地处理后的淤泥进行取样检测；
   检测内容包括含水率、十字板强度、孔隙率、粘聚力c、内摩擦角φ值、灵敏度等，取样点位避开砂井桩位置，包括处理后基坑范围内土样及基坑范围外土样；取样深度：在基坑范围内取在基底标高附近样品和砂井桩底标高附近样品；基坑范围外取基坑深度中点标高附近样品。

5.  对比分析基坑地层处理前后土工物理力学指标变化，及淤泥总压缩量，根据分析结果对基坑支护设计进行优化，优化内容包括围护桩选型、入土深度、内支撑间距及大开挖与围护桩墙组合支护；优化后围护桩长入土深度缩减2~3m，内支撑减少1层，部分可采用上部大开挖放坡下部灌注桩支护。

6.  根据权利要求1所述的淤泥场界带状深基坑处理方法，其特征在于，所述步骤五包括：
    经处理后基坑场地土层工程参数会有较大改善，但仍属软基基坑范畴，应精细施工加强基坑监测，以观测数据指导安全施工；
   经处理后土层灵敏度不会有较大改善，基坑支护结构施工及基坑开挖施工应尽力避免对土层的频繁扰动；
   基坑上层较好的场平回填土卸载后应远离基坑5倍深度以上距离堆放，晾晒后用作基坑回填土料；
   带状基坑基坑开挖应遵循先撑后挖、分段分层原则，分段开挖控制在60m以内，分层厚度不大于1.5m；
当基坑监测数据趋近报警值时，应缩短分段长度，降低挖土速度，限制基坑两侧附加荷载或扰动，让基坑自行缓慢稳定后再逐步开挖。

淤泥场界带状深基坑处理方法
技术领域
本发明涉及深基坑施工，尤其涉及淤泥土层的深基坑施工方法。
背景技术
我国大部分沿海地区分布有深厚流塑淤泥土层，部分淤泥平均含水量60%以上，平均孔隙比1.7以上，粘聚力5kpa左右，内摩擦角1°左右，原状土抗剪强度小于20kpa，压缩性强，具有触变性，处理难度大。
现有的淤泥土层深基坑开挖方法是，先施工基坑围护桩，如钢板桩、钢筋混凝土灌注桩或地下连续墙等，再进行基坑开挖。进行基坑开挖时经常发生坑底隆起，边坡滑移，围护桩倾斜等病害，出现问题后处理难度大，处理费用高，处理时间长，提高施工成本，影响工期，一直是施工中的难题。
 
发明内容
本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种淤泥场界带状深基坑处理方法。本发明避免了开挖发生事故，保证施工成本和工期。
为了解决上述技术问题，一种淤泥场界带状深基坑处理方法，它包括：
步骤一：分析地质地貌，设定场平标高，完成硬壳场平层；
步骤二：设计、施工竖向排水砂桩及水平排水盲沟；
步骤三：分级堆载预压；
步骤四；抽测土工参数，优化基坑支护设计；
步骤五：基坑施工及监测。
所述的淤泥场界带状深基坑处理方法，其特征在于，所述步骤一包括：
场平范围超过基坑两侧5m以上，场平后标高以高于原场地平均标高不小于1m控制，填土厚度H按以下两式经验计算：
H=1.5+0.08h，                                   （1）
其中h为场地淤泥层厚度；
公式二：H=1+0.1S,                               （2）
其中S为根据应力历史法计算的地基最终变形量，按下式

式中：s —— 地基最终变形量，mm；
      h_i —— 第i分层厚度，mm；
      e_oi—— 第i分层初始孔隙比；
      C_ci—— 第i层的压缩指数；
      P_zi—— 第i层土的自重应力平均值，kpa；
      P_oi—— 相当于荷载标准值时第i层附加应力平均值，kpa，工程建设之前上部荷载为零，即Poi=0；
      P_ci——第i层土的前期固结压力，kpa；
     场平施工应先排除地表明水，适当晾晒，再铺设1~2层透水性较好的无纺土工布，土工布铺设范围应超出基坑两侧各6m以上，然后开始缓慢分层回填，回填场平层应形成中间向两侧约5%的排水坡面，回填土上层1m范围采用较好的砂性土或牛皮砂。
所述的淤泥场界带状深基坑处理方法，所述步骤二包括：
竖向砂井桩选用沉管法成桩，桩径不小于300mm，桩间距、桩长应结合淤泥含水量、淤泥层厚、基坑开挖深度等设计：桩间距宜取1~2m，梅花形或正方形布置，且应避开结构基桩位；桩长宜超过基底面3~4m；对基坑加深段区域砂井桩应适当加密，桩长加长；基坑外两侧场平区桩长应同基坑内侧，桩间距按2m设置；选用中粗砂作为桩体材料，基坑加深段处基底以下部分用碎石材料；
场平区中部沿纵向设置5m宽500mm厚碎石带，施工期作临时通行便道用，预压期作水平排水滤层用，场平区域横向应设置碎石排水盲沟，盲沟截面400×500mm间距5~8m；
场平区两侧设置边沟，横向盲沟滤水自流排入边沟内；
该步骤中施工顺序为：中央碎石带→结构基桩→竖向砂井桩→边沟→盲沟。
所述的淤泥场界带状深基坑处理方法，其特征在于，所述步骤三包括：
堆载选用一般性杂土，厚度约1~3m，预压期100~180天；应分级加载，即：加载→持荷→加载→持荷，分级加载土层厚度控制在约1m，一般持荷时间7~10天；
    分级填土加载前在场地基面设置沉降板，沿边沟内侧对称布置，纵向间距10~20m，堆载及预压期间应连续对场地沉降及位移变形进行观测；
堆载期间每不超过3天观测1次，场地边界侧向位移速率应控制小于5mm/天，变形过快时应减缓堆载填筑速度或拉长持荷时间，确保地基稳定；堆载恒压期间宜不超过7天观测1次，恒压末期应加密观测；
所述的淤泥场界带状深基坑处理方法，所述步骤四包括：
当堆载后场地排水量趋于减少，观测沉降速率连续二周日沉降量小于2mm/天时，视为堆载预压结束，可对场地处理后的淤泥进行取样检测；
检测内容包括含水率、十字板强度、孔隙率、粘聚力c、内摩擦角φ值、灵敏度等，取样点位避开砂井桩位置，包括处理后基坑范围内土样及基坑范围外土样；取样深度：在基坑范围内取在基底标高附近样品和砂井桩底标高附近样品；基坑范围外取基坑深度中点标高附近样品。
对比分析基坑地层处理前后土工物理力学指标变化，及淤泥总压缩量，根据分析结果对基坑支护设计进行优化，优化内容包括围护桩选型、入土深度、内支撑间距及大开挖与围护桩墙组合支护；优化后围护桩长入土深度缩减2~3m，内支撑减少1层，部分可采用上部大开挖放坡下部灌注桩支护。
所述的淤泥场界带状深基坑处理方法，所述步骤五包括：
经处理后基坑场地土层工程参数会有较大改善，但仍属软基基坑范畴，应精细施工加强基坑监测，以观测数据指导安全施工；
    经处理后土层灵敏度不会有较大改善，基坑支护结构施工及基坑开挖施工应尽力避免对土层的频繁扰动；
基坑上层较好的场平回填土卸载后应远离基坑5倍深度以上距离堆放，晾晒后用作基坑回填土料；
带状基坑基坑开挖应遵循先撑后挖、分段分层原则，分段开挖控制在60m以内，分层厚度不大于1.5m。当基坑监测数据趋近报警值时，应缩短分段长度，降低挖土速度，限制基坑两侧附加荷载或扰动，让基坑自行缓慢稳定后再逐步开挖。
本发明先期对基坑涉及范围进行回填、场平形成有一定承载能力的硬壳层，然后打设一定数量竖向排水砂桩，再加载进行一定时间排水沉降处理；后期根据沉降及基坑范围内土工参数的优化，调整基坑支护设计进行基坑施工。本发明避免了开挖发生事故，保证施工成本和工期，对于处理宽度在10m以内，开挖深度5~9m的深基坑经济效益较明显。
附图说明
图1为本发明断面图；
图2为本发明平面图；
图中：1.硬壳层；2.流塑淤泥土层；3.中粗砂层；4.排水砂桩；5.碎石带；6.盲沟；7.堆载土；8.边沟。
具体实施方式
    本发明如图1和图2所示，要开挖的基坑区域原状场地为鱼塘，分布有流塑淤泥土层2和中粗砂层3，其中流塑淤泥土层2厚13m，为深灰色，土质均匀细腻，含少量有机质，局部富集贝壳碎屑，呈饱和、流塑状态，原位十字板剪切强度17kpa；中粗砂层3为黄褐色、主要成分为石英，质纯，呈饱和、松散状态。基坑开挖深度7m，施工步骤如下:
步骤一：分析地质地貌，设定场平标高，完成硬壳场平层1；
步骤二：设计、施工竖向排水砂桩4及水平排水盲沟6；
步骤三：分级堆载预压；
步骤四；抽测土工参数，优化基坑支护设计；
步骤五：基坑施工及监测。
    所述步骤一分析地质地貌，设定场平标高，完成硬壳场平层1，具体实施内容为：
a)从地勘报告中可知场地内淤泥含水率67%，天然孔隙比1.8，液性指数1.6，灵敏度高，粘聚力c值为5.9kpa，内摩擦角φ为1.2°；
b)场平范围应超过基坑两侧5m以上，场平后标高宜以高于原场地平均标高不小于1m控制，填土厚度H可按公式：H=1.5+0.08h，其中h为场地淤泥层厚度，实际填土厚度2.54米；
    c)场平施工应先排除地表明水，适当晾晒，再铺设2层透水性较好的无纺土工布，土工布铺设范围应超出基坑两侧各6m以上，然后开始缓慢分层回填，回填场平层应形成中间向两侧约5%的排水坡面，回填土上层1m范围应采用较好的砂性土；
    所述步骤二设计、施工竖向排水砂桩4及水平排水盲沟6，具体实施内容为：
    a)竖向砂井桩4选用沉管法成桩，桩径300mm，桩间距1米，正方形布置，且应避开结构基桩位；桩长宜超过基底面3~4m；对基坑加深段区域砂井桩应适当加密，桩长加长；基坑外两侧场平区桩长应同基坑内侧，桩间距可按2m设置；选用中粗砂作为桩体材料，基坑加深段处基底以下部分可用碎石材料。
   b)场平区中部沿纵向宜设置5m宽500mm厚碎石带5，施工期作临时通行便道用，预压期作水平排水滤层用，场平区域横向设置碎石排水盲沟6，盲沟截面400×500mm，间距5m。
   c)场平区两侧设置边沟8，横向盲沟滤水自流排入边沟内。
   d)该步骤按以下施工顺序施工：中央碎石带→结构基桩→竖向砂井桩→边沟→盲沟。
   所述步骤三分级堆载预压，具体实施内容为：
   a)堆载目的是加大下部淤泥层孔隙水压，加速地基排水固结，堆载厚度2.5m，预压期120天。
   b)由于场地较软弱，为确保场界地基的稳定，应分级加载，即：加载→持荷→加载→持荷，分级加载土层厚度易控制在1m左右，中间持荷时间及加载速率需结合场地变形速率和孔隙水压力来确定，一般持荷时间7~10天。
   c)分级填土加载前在场地基面应设置沉降板，可沿边沟内侧对称布置，纵向间距10~20m，堆载及预压期间应连续对场地沉降及位移变形进行观测。
   d)堆载期间宜每不超过3天观测1次，场地边界侧向位移速率应控制小于5mm/天，变形过快时应减缓堆载填筑速度或拉长持荷时间，确保地基稳定；堆载恒压期间宜不超过7天观测1次，恒压末期应加密观测。
   所述步骤四抽测土工参数，优化基坑支护设计，具体实施内容为：
   a)预压120天后，场地排水量趋于减少，观测沉降速率连续2周沉降量小于2mm/天，此时对场地的淤泥进行取样检测，取样点位避开砂井桩位置，包括处理后基坑范围内土样及基坑范围外土样，取样深度：在基坑范围内应取在基底标高附近样品和砂井桩底标高附近样品；基坑范围外应取基坑深度中点标高附近样品。检测结果含水率52%，十字板强度51kpa、孔隙比1.5，粘聚力c值为9.8kpa、内摩擦角φ值为2.7，灵敏度2.8；
   b)对比分析基坑地层处理前后土工物理力学指标变化，及淤泥总压缩量，根据分析结果对基坑支护设计进行优化，优化内容包括围护桩选型、入土深度、内支撑间距及大开挖与围护桩墙组合支护，优化后围护桩长入土深度可缩减3m，内支撑减少1层，处理效果好的超深基坑部分可采用上部大开挖放坡下部灌注桩支护。
    所述步骤五基坑施工及监测，具体实施内容为：
    a)经处理后基坑场地土层工程参数有较大改善，但仍属软基基坑范畴，应精细施工加强基坑监测，以观测数据指导安全施工；
    b)经处理后土层灵敏度不会有较大改善，基坑支护结构施工及基坑开挖施工应尽力避免对土层的频繁扰动；
    c)基坑上层较好的场平回填土卸载后应远离基坑5倍深度以上距离堆放，晾晒后可用作基坑回填土料；
    d)带状基坑基坑开挖应遵循先撑后挖、分段分层原则，分段开挖宜控制在60m以内，分层厚度宜不大于1.5m。当基坑监测数据趋近报警值时，应缩短分段长度，降低挖土速度，限制基坑两侧附加荷载或扰动，让基坑自行缓慢稳定后再逐步开挖。