软弱地基加固理论与工艺技术创新应用

　　本书较为全面、系统地介绍了软弱地基的工程特性、加固难点及当前的技术发展现状，主要包括海上软弱地基深层水泥搅拌法（DCM）加固理论与数字化工艺技术。全书由中交第四航务工程局（简称“四航局”）岩土技术研究团队总结多年的研究成果，在已完成的科研报告、学术论文基础上，依托四航局完成的重大工程项目，将核心研究成果提炼编写而成，集中体现了四航局在软土地基加固理论及工艺技术方面的研究成果、工程应用经验及技术水平。 本书按陆域与水下软基加固分为两大篇，包含绪论共16章，第一篇为深层加固理论及工艺技术，包括考虑负压衰减的软基真空预压固结理论、真空联合堆载预压下软弱地基强度增长计算方法、超软弱土地基沉降估算方法、排水固结法加固超软弱地基效果主要影响因素、塑料排水板弯曲对软基固结沉降的影响、软基处理创新工艺技术、软弱地基排 水固结理论发展展望。第二篇为海上软弱地基深层水泥搅拌法（DCM）加固理论与数字 化工艺，包括海上DCM法加固软基技术发展历程、DCM法软基加固机理及水泥土强度发展规律、海上DCM法加固软基设计方法、海上DCM法软基加固施工关键装备、海上DCM法加固软基数字化施工工艺技术、海上DCM法加固软基施工质量评价、海上DCM法加固软基工程应用、海上DCM法软基加固技术发展展望。 本书可供土木工程、地下结构、软基处理等领域的科研、设计及施工人员参考。

　　吕卫清 正高级工程师。中交第四航务工程局有限公司总工程师、副总经理。享受国务院特殊津贴专家，全国水运工程建造大师，南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）河口海岸与岛礁工程创新团队首席科学家。兼任中国土木工程学会理事、中国土木工程学会港口工程分会副理事长、广东省土木建筑学会副理事长。长期从事水运工程建设管理与科研攻关工作，主持或参与30余项境内外重大建设工程关键技术方案研究与制定，多项工程获国家优质工程奖、詹天佑奖、鲁班奖等；主持或参与国家科技支撑计划、广东省重点领域研发计划及重大工程科研项目30余项。获中交集团及省部级一等奖（特等奖）17项、二等奖14项；获茅以升科学技术奖－建造师奖、水运工程建设标准工作突出贡献（个人）奖等多项荣誉；获及省部级工法9项，主编行业标准4部，出版学术著作2部。董志良 正高级工程师。中交四航工程研究院有限公司党委书记、执行董事、法人代表。享受国务院特殊津贴专家，中国航海智库首批特约研究员，中交四航局首席技术专家。兼任中国航海学会理事、中国疏浚协会理事、广东省岩土力学与工程学会地基处理专委会主任委员，以及中山大学、华南理工大学、河海大学等大学兼职教授。长期从事软基加固理论与技术研究及应用实践工作，获国家科技进步一等奖1项，省部级一等奖（特等奖）9项、二等奖12项；获广东省青年科技标兵、中国航海学会科技贡献突出人物等多项荣誉；授权国家专利60余项，其中中国专利优秀奖1项；获及省部级工法4项，出版学术著作2部，发表论文130余篇。王婧 博士，正高级工程师。中交四航工程研究院有限公司岩土工程研究所副所长。主要从事地基处理、地下工程等方面的科技工作。主持参与了、省部级20余项重点科技攻关项目，获省部级科技奖5项、厅局级科技奖7项，主参编专著2本、规范4部，获专利20余项，1项软件著作权，发表论文40余篇，其中SCI/EI检索论文22篇。荣获广州市珠江科技新星、中交集团青年岗位能手等荣誉。刘志军 高级工程师。中交四航工程研究院有限公司科技管理部经理，注册一级建造师。兼任广东省岩土力学与工程学会青年工作委员会副主任委员。主要从事岩土工程领域相关科研与实践工作，主持或参与重大工程科研项目，获中国水运建设行业协会科技进步奖特等奖1项、中交集团科技进步特等奖1项，以及中央企业青年岗位能手、广东省土木建筑优秀科技工作者等荣誉；参编行业标准2部，参编专著1部，发表论文30余篇，其中SCI/EI检索论文15篇。鲍树峰 博士，正高级工程师。就职于广州交通大学（筹）/广州航海学院。首届工程建设行业杰出科技青年，中北大学校外硕士研究生导师，广州大学校外硕士研究生导师，中国水运建设行业协会科学技术专家库入库专家、中国建筑学会-工程建设学术委员会青年专家、中国施工企业管理协会科技专家、广东省建材行业专家委员会专家。主持、参与了10多项国家及企业技术课题研究，获省部级科技奖共5项，获授权国家发明专利7项、实用新型专利20多项、3项软件著作权，发表核心论文近40篇。

第1章绪论1
1.1软土工程特性/2
1.2软土地基加固难点/2
1.2.1计算理论方面/2
1.2.2工艺技术方面/3
1.3本书主要研究内容/4
参考文献/4
篇软基排水固结理论及工艺技术7
第2章考虑负压衰减的软基真空预压固结理论9
2.1新近吹填淤泥地基的固结变形特点/10
2.2新近吹填淤泥地基真空固结的负压分布模式/10
2.2.1试验方案/10
2.2.2试验区概况/13
2.2.3试验监测方案/13
2.2.4试验结果/14
2.2.5负压分布模式/19
2.3轴对称固结模型/20
2.4基本假定/21
2.5基于Hansbo固结理论负压条件下的径向固结基本方程及近似解/21
2.5.1径向固结基本方程/21
2.5.2边界条件和初始条件/21
2.5.3径向固结基本方程的解/22
2.6负压条件下竖向固结基本方程和求解/22
2.6.1竖向固结基本方程/22
2.6.2边界条件和初始条件/23
2.6.3竖向固结基本方程求解/23
2.7负压条件下砂井地基固结径向竖向组合解析解/26
2.8负压条件下砂井地基固结度的计算/26
2.9解的特点及局限性/27
2.9.1解的特点/27
2.9.2解的局限性/27
参考文献/28
第3章真空联合堆载预压下软弱地基强度增长计算方法29
3.1土体强度的两个“性”原理/30
3.1.1有效强度理论/30
3.1.2“性”原理/32
3.2软基强度增长方法/33
3.2.1有效应力法/33
3.2.2应力路径法/34
3.3软土强度增长计算方法/36
3.3.1土体强度增长计算方法/36
3.3.2土体有效应力增量的理论计算/38
3.4土体强度增长计算公式的工程应用/39
参考文献/43
第4章超软弱土地基沉降估算方法45
4.1超软土定义/46
4.1.1超软土的工程特性/47
4.2超软土沉积和固结特性/51
4.2.1试验方案/51
4.2.2试验结果/52
4.3超软弱地基沉降估算方法/63
4.3.1自重沉积阶段的总沉降计算/63
4.3.2附加荷载下的总沉降计算/64
4.3.3超软土地基总沉降计算/65
4.3.4总沉降计算公式验证/65
参考文献/66目录
第5章排水固结法加固超软弱地基效果主要影响因素67
5.1土体性质的影响/68
5.1.1土体的物理性质/68
5.1.2渗透系数的影响/69
5.2设计参数的影响/73
5.2.1排水板间距/73
5.2.2预压时间/78
5.3排水板淤堵行为试验研究/79
5.3.1试验材料选取/79
5.3.2塑料排水板淤堵行为/83
5.3.3防淤堵准则/88
参考文献/90
第6章塑料排水板弯曲对软基固结沉降的影响91
6.1真空预压过程中排水板弯曲对固结沉降的影响/92
6.1.1工程概况/92
6.1.2排水板弯折状态对纵向通水量的影响研究/93
6.1.3塑料排水板弯曲对固结影响的计算分析/98
6.2工后塑料排水板性能测试/105
6.3塑料排水板对工后沉降的数值分析/106
参考文献/107
第7章软基处理创新工艺技术109
7.1潮间带水下真空预压技术/110
7.1.1概述/110
7.1.2技术创新/112
7.2三相荷载联合加固软基技术/112
7.2.1概述/112
7.2.2技术创新/113
7.3真空预压联合强夯技术/115
7.3.1概述/115
7.3.2技术创新/116
参考文献/124
第8章软弱地基排水固结理论发展展望127
8.1排水固结理论研究/128
8.2排水固结技术研发/128
8.3其他/129
第二篇海上软弱地基深层水泥搅拌法(DCM)加固理论与数字化工艺技术131
第9章海上DCM法软基加固技术发展历程133
9.1加固机理研究现状/135
9.1.1水泥土强度增长机理/135
9.1.2海上DCM基础承载特性/135
9.2施工技术与装备发展现状/136
9.2.1国外施工技术与装备/136
9.2.2国内施工技术与装备/139
参考文献/142
第10章DCM法软基加固机理及水泥土强度发展规律145
10.1DCM法软基加固机理/146
10.1.1水泥的水解与水化反应/146
10.1.2水泥水化物与土颗粒的相互作用/147
10.1.3水环境中无机盐与水泥土的相互作用/148
10.1.4有机质与水泥土的相互作用/148
10.2水泥土强度影响因素室内试验/149
10.2.1室内试验研究的影响因素/149
10.2.2室内试验方法/149
10.2.3水泥土强度发展规律/153
10.2.4水泥土强度多因素影响敏感性分析/172
参考文献/176
第11章海上DCM法软基加固工程设计177
11.1加固形式/178
11.1.1常见加固设计形式/178
11.1.2加固形式选择/181
11.1.3加固形式应用案例/181
11.2工程设计计算方法/183
11.2.1海上DCM复合地基体系/183
11.2.2承载力分析/184
11.2.3沉降分析/185
11.2.4稳定性分析/187
11.3桩体强度离散性及设计取值/188
11.3.1桩体强度离散性/188
11.3.2桩体设计强度取值/189
参考文献/190
第12章海上DCM法软基加固施工关键装备191
12.1船舶总体情况/192
12.2施工管理系统/193
12.3处理机系统/196
12.3.1处理机结构及技术参数/196
12.3.2搅拌刀具/196
12.3.3处理机受力计算/197
12.3.4处理机选型/201
12.4桩架系统/204
12.4.1主要构造与技术参数/204
12.4.2桩架横向移位/205
12.5粉料泵送及存储计量系统/206
12.5.1主要组成/206
12.5.2粉料存储系统/207
12.5.3粉料计量系统/209
12.5.4制浆供浆系统/210
12.5.5自动冲洗防堵系统/212
12.6船舶浮态智能调节系统/214
12.6.1浮态智能调节原理/214
12.6.2船舶浮态测量系统/215
12.6.3船舶浮态控制系统/215
12.6.4船舶浮态智能调节/217
第13章海上DCM法软基加固数字化施工工艺技术219
13.1工艺流程/220
13.2数字化施工控制体系/223
13.3施工关键技术/226
13.3.1持力层数字化实时判别/226
13.3.2自动化施工路径曲线分析/228
13.3.3喷水与喷浆实时控制/229
13.3.4每米搅拌切土次数(BRN)分析/231
13.4数字化施工决策/233
13.4.1勘察施工检测数据库创建/233
13.4.2数据处理方法/234
13.4.3数据分析结果/237
13.4.4施工决策/242
13.5施工环保控制技术/243
13.5.1两级防污帘系统/243
13.5.2污水处理系统/246
13.5.3减振降噪及排烟过滤/246
参考文献/248
第14章海上DCM法加固软基施工质量评价249
14.1DCM复合地基失稳模式/250
14.2现行海上DCM施工质量检测评定方法/252
14.2.1水泥搅拌桩国内相关规范检测要求/252
14.2.2DCM施工质量检测方法比较/252
14.2.3取芯检测存在的不足/257
14.3考虑整体服役性能的海上DCM施工质量综合评价方法/257
14.3.1DCM施工质量检测受检桩选择/257
14.3.2海上DCM施工强度智能预估分析/261
14.3.3基于概率统计的海上DCM施工质量置信度评价分析/263
参考文献/267
第15章海上DCM法软基加固工程应用269
15.1香港国际机场第三跑道项目/270
15.1.1工程概况/270
15.1.2工程设计要求/271
15.1.3工程重难点技术分析/271
15.1.4关键技术应用/272
15.1.5加固效果分析/272
15.2深圳至中山跨江通道项目/272
15.2.1工程概况/272
15.2.2工程设计要求/276
15.2.3工程重难点技术分析/276
15.2.4关键技术应用/276
15.2.5加固效果分析/278
第16章海上DCM法软基加固技术发展展望281
16.1技术发展展望/282
16.2推广应用前景/283
附录284