换填+明沟排水联合强夯法施工技术研究与应用.docx
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换填+明沟排水联合强夯法施工技术研究与应用
换填+明沟排水联合强夯法施工技术研究与应用
鉴定资料
河北建工集团有限责任公司
2014年2月15日
目录
一、鉴定大纲
二、项目申请书
三、项目批准文件
四、工作报告
五、技术报告
六、经济效益分析报告
七、科技检索查新报告
八、应用情况证明材料
鉴定会资料之一：
换填+明沟排水联合强夯法施工技术研究与应用
鉴定大纲
河北建工集团有限责任公司
2014年2月15日
换填+明沟排水联合强夯法施工技术研究与应用
鉴定大纲
“换填+明沟排水联合强夯法施工技术研究与应用”项目是河北建工集团有限责任公司完成的科研课题。
该工程以河北建工集团有限责任公司在唐山市曹妃甸工业区土地处理工程为实例，在施工时，因场区内水位较高，工期和现场条件又不允许进行强降水施工，本课题根据唐山曹妃甸地区气候情况，采用换填+明沟排水联合强夯法，在质量、工期和经济效益等方面都取得了较好的效果，现已具备鉴定条件，特由省建设厅组织并主持，邀请有关专家对该项目进行技术鉴定。
一、鉴定类型：
应用研究
二、鉴定形式：
专家评议
三、鉴定内容：
1、审查资料是否齐全、完整、数据是否正确可靠。
2、换填+明沟排水联合强夯法施工技术是否能满足有关工艺和标准要求。
3、对该工艺施工的推广应用提出结论性意见和改进意见。
四、鉴定会的组织
鉴定会由河北省建设厅组织并主持，邀请有关专家组成鉴定委员会，设主任委员一名、副主任委员一名，秘书长一名，委员若干名，鉴定会在主任委员的主持下开展工作。
五、鉴定程序
1、通过鉴定大纲。
2、通过鉴定委员会专家名单。
3、换填+明沟排水联合强夯法施工技术应用研究技术研究工作报告。
4、换填+明沟排水联合强夯法施工技术应用研究技术报告。
5、换填+明沟排水联合强夯法施工技术应用研究技术研究经济效益分析报告。
6、换填+明沟排水联合强夯法施工技术应用研究科技检索查新报告。
7、审查有关技术资料、质疑答辩。
8、通过鉴定意见，履行签字手续。
六、提交鉴定委员会资料及提供单位
1、工作报告——河北建工集团有限责任公司提供
2、技术报告——河北建工集团有限责任公司提供
3、经济效益分析报告——河北建工集团有限责任公司提供
4、科技检索查新报告——河北省科学技术信息研究所提供
5、应用情况证明材料——河北建工集团有限责任公司提供
河北省建设厅
二○一四年二月
鉴定会资料之二：
换填+明沟排水联合强夯法施工技术研究与应用
项目申请书
河北建工集团有限责任公司
2014年2月15日
填表说明
一、此申请书一至十项内容由主要承担单位填写，然后报所在的市、地建设科技主管部门（即归口申报单位）。
归口申报单位在对上列各项组织论证和审核的基础上，填写十一至十三项内容。
二、“类别”定为五大类，即：
应用基础研究、应用研究、新产品、开发研究（除新产品之外的中间试验、工业性试验、示范试验、改进试验）、软科学研究。
在填写时可省略“研究”二字。
三、“试验研究的依据”包括应用基础理论研究和应用研究依据的理论成果，新产品试制参考的图纸和样机，中间试验、工业性试验，示范试验、改进试验所依据的小试、中试成果等。
四、“拟采用的研究方法、工艺与技术路线”要论述其技术先进性、可行性和经济上的合理性。
五、研究“规模”，指新产品台件，中间试验、工业性试验的规模、示范试验的面积和范围等。
六、“研究进度安排”，要按年度或主要研究阶段具体填写。
七、“论证意见”，要具体明确，既要肯定其可行和合理的内容，又要提出存在问题和建议。
八、“归口申报单位审核意见”，要包括对论证中提出的问题所采取的对策和措施。
一、目的、意义及国内外现状、水平与发展趋势：
在我国沿海的港口建设过程中，大量的陆域堆场是通过吹填造成的，往往具有高含水量、高含泥量、面积大等特点，传统的地基处理方法，施工成本高、工期长或者施工机械进场困难、施工质量难易保证，近几年由由上海港湾软地基处理工程自主研发的快速软地基处理新工法“高真空击密法”在沿江沿海的大面积处理松软地基工程中，得到了迅速的推广应用，处理对象包括了除淤泥外的各种松软土层，但由于夯击问题的复杂性，理论落后于实践的现象依然存在，要进一步发展完善该工法，还需要更多科研、设计、施工人员的继续协作努力，同时由于场区内吹填土水位较高，工期和现场条件又不允许进行强降水施工。
我单位对唐山曹妃甸地区承建的大量淤泥质地基处理项目研究，经多方案比较优化，根据不同地质特性、不同处理后承载力要求，采用了不同形式的强夯处理方法，经检索有关资料，该研究在国内属领先水平。
该研究的应用和推广对我国继续进行淤泥质软基处理项目的开发有着深远的意义。
二、研究内容、依据、拟采用的工艺技术路线、规模与地点
（五点内容分别列小题依次填写）：
1、研究内容：
淤泥地基处理顺序；淤泥总量计算；淤泥土三相比例及回填碾压土方量计算；排水沟设置；回填碾压；强夯施工工艺和施工参数；强夯施工通病防治。
2、依据：
1）工程设计及工程技术指标要求；
2）国家、地方施工规范及标准、市政工程项目管理规范以及施工经验。
3、拟采用的研究方法：
项目研究策划
项目研究课题选择
N
成立项目研究小组
研究方法路线图
4、规模：
611880平米土地整理、50000平米道路施工
5、地点：
唐山市曹妃甸工业区
三、主要技术关键及预期达到的技术经济指标：
1、主要技术关键：
1）淤泥地基处理顺序
2）淤泥总量计算
3）淤泥土三相比例及回填碾压土方量计算
4）排水沟设置
5）强夯施工工艺和施工参数
6）强夯施工通病防治
2、预期达到的技术经济指标：
1）总结出换填+明沟排水联合强夯法施工技术质量安全的相关要求
2）编制出了淤泥质地基处理工程的施工成套技术
3）降低了施工成本，保证了施工质量
4）在获得较好经济效益的同时创造最大社会效益
四、取得成果后的应用推广计划、推广前景及年经济效益或社会效益：
1、推广计划：
通过我单位在唐山曹妃甸地区承建的地基处理工程，研究总结出换填+明沟排水联合强夯法施工技术研究与应用的主要应用技术，并在今后同类工程中大力推广。
同时，在整个项目施工期内完成该课题，需要有力的组织保证和精细的协调管理，取得成果后，我单位拟首先在本单位内部进行推广应用，对成果进行充分的验证完善后，再通过申报建设科技成果推广来实现该成果在省内乃至国内的推广应用。
2、推广前景：
目前，该技术在国内尚属领先水平，对于地基处理工程，保证工程质量，同时在施工期内，安全顺利，并有效降低施工成本是建设单位和施工单位的一致愿望。
因此，换填+明沟排水联合强夯法施工技术研究与应用工程施工技术应用前景广阔。
3、年经济效益或社会效益：
随着成果的推广，所取得的经济效益将不断扩大，获得的社会效益也将进一步扩大。
五、准备工作情况：
目前，我单位已成立了由公司总工牵头，换填+明沟排水联合强夯法施工技术工程项目部人员组成的课题小组，关键技术的设计验算已初步完成。
六、研究进度安排：
2013年03月—2013年04月，立项阶段；
2013年04月—2013年06月，关键技术设计验算阶段；
2013年06月—2013年11月，计划实施阶段；
2013年11月—2014年02月，项目总结验收阶段。
七、参加研究的人员及分工
姓名
性别
年龄
专业
技术职称
单位
分工
八、经费预算（万元）
年度
用途
金额
来源
自筹
贷款
省建设厅拨款
2013~2014
调研费、差旅费、设备费、检测费、研发费
60
55
5
合计
60
55
5
九、偿还经费计划
年度
数额（万元）
偿还经费来源
注：
十、所需主要材料、仪器、设备
名称
规格型号
数量
产地
解决途径
水准仪
DZS3-1
2
杭州
自行购置
经纬仪
ET-02
2
北光
自行购置
挖掘机
0.4m3
1
徐州
租赁
水泵
DM-110
4
自行购置
鉴定会资料之三：
换填+明沟排水联合强夯法施工技术研究与应用
批准文件
河北建工集团有限责任公司
2014年3月15日
鉴定会资料之四：
换填+明沟排水联合强夯法施工技术研究与应用
工作报告
河北建工集团有限责任公司
2014年3月15日
工作报告
我国沿江、沿湖、沿海等地区广泛分布着软土，许多建设项目的投资商为担负软土层处理的高成本，而深感忧虑。
据介绍，软地基处理的传统工法主要有三类：
一是复合地基法：
水泥土搅拌桩、粉喷桩、碎石桩等；二是排水固结法：
插塑料板（砂桩）加真空或堆载预压法）；三是强夯法。
传统工法，具有施工造价较高、工期较长或质量不可控等缺点。
针对传统工法的缺点，上海港湾软地基处理工程公司发明了“高真空击密法”软地基处理新工法，它是通过对需处理的软土体施加数遍高真空，并与之结合施加数遍相应的变能量击密，达到降低土体含水量，提高土体密实度和承载力，减少地基的工后与差异沉降量的地基土处理工法，但是由于夯击问题的复杂性，理论脱离实际的问题还存在。
所以本课题以我单位承建的唐山曹妃甸地区淤泥土质土地整理工程为研究背景，综合工期、成本、要求的质量标准等因素，提出了换填+明沟排水联合强夯法施工技术，克服了高真空击密地基处理技术施工中存在的问题。
与高真空击密法相比，换填+明沟排水联合强夯法主要具有下述特点：
一是：
淤泥质土中，不具备强排水条件下，能有效的达到强夯条件降水效果；二是：
造价低；三是质量可控；
依我单位承建的曹妃甸工业区中日产业园土地整理二期工程为例，该项目处于吹填造陆区域，要求对吹填造陆区域进行处理后，地基承载力特征值不小于60kPa，并查明处理层内液化土层的处理效果。
根据本工程地质特点主要做好以下几个方面研究：
一、由于场区内水位较高，工期和现场条件又不允许进行强降水施工，考虑现场排水沟的形式及布置。
利用特殊机械在待处理区域挖排水沟，根据处理范围大小，确定排水沟截面尺寸、间距数量。
同时，考虑工业区排水管网或渠道，合理设计排水方向。
二、根据勘察资料，计算各区的淤泥方量，根据土工试验参数，确定淤泥土的三相比例（液：
固：
气），计算各区处理淤泥所需要的回填土方量。
施工期间，通过A区南侧范围的实际情况，收集数据，验证并优化淤泥土和回填土比例。
三、根据施工参数，确定夯锤重量及直径，夯点的布置，夯点的夯击次数，夯击遍数，满夯遍数及搭夯面积，实测土中超孔隙水压力消散时间，两遍夯击之间所需的间隔时间，给出不同夯击能夯后的有效加固深度，并绘制有效加固深度等高线图。
鉴定会资料之五：
换填+明沟排水联合强夯法施工技术研究与应用
技术报告
河北建工集团有限责任公司
2012年3月15日
技术报告
一、工程概况
本课题以曹妃甸工业区中日产业园土地整理二期工程、曹妃甸工业区中粮屯河精炼糖厂加工区土地整理工程一标段、曹妃甸工业区石化路工程、曹妃甸工业区中日一道环线工程等实际工程项目为研究背景，其中以曹妃甸中日产业园土地整理二期工程第一标段工程做具体研究如下：
本区域位处于曹妃甸中恒科技园区东侧，许昌道以北，石家庄道以南，总面积约为311,880m2。
根据现场测量资料分析，场区地形呈南北两侧略高，中间部位稍低，但总体来讲地势相对于比较平坦，场区范围内高差约为30～60cm。
二、水文与地质条件
现场初步勘察并综合临近工程的地质状况分析，场区主要以淤泥为主，其余为砂土。
其中淤泥面积约为235,496m2，砂土、粉土面积约为76,384m2。
表层土范围见《场区区域划分图》
图一场区区域划分图
根据勘查资料并参考临近场区地质情况，土质分层情况如下：
①层为吹填土，土质松散、不均匀，且严重液化，较大型工程设备无法进入，为方便下一步工程施工，建议将该层土进行硬化处理，该层土工
程性质极差；
②层淤泥质粉质粘土分布较稳定，土质不均，夹粉土，土质较软，工程性质较差；
③层粉砂分布较稳定，存在轻微液化现象，含粘粒，工程性质较好；
另外，场区地下水位埋深为0.50～1.20米，地下水受降水、潮汐及人工补给影响，地下水位变化幅度为±1.00米，近年最高地下水位高于地表。
场地地震效应评价
依据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010,拟建场地抗震设防烈度为7度。
设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第一组。
根据附近以有的勘察的资料可知，本场地覆盖层厚度大于50m,依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）综合判定，本场地类别为Ⅲ类。
按照《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）公式4.3.4计算判别，在地震烈度达到7度时，地下水水位按近期年内最高水位采用，可以判定本场地地面以下饱和粉土与砂土液化，其中①层吹填土严重液化、③层粉砂轻微液化。
根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中4.1.1条的规定判定：
拟建场地属于建筑抗震不利地段。
三、施工方案分析
场地①层为吹填土，处于松散浸水饱和状态，下覆厚度不等的淤泥质土层和其它软弱下卧层②。
由于人工填土结构疏松且存在大孔隙、强度低、变形大，目前场区内无法进入重型施工机械。
根据场区水文地质状况及地震效应评价，地层一定深度范围内的砂土存在液化的可能性。
综上所述，本场区需要进行加固处理，以提高土体的变形模量，减少沉降量，提高土的抗剪强度和抗滑稳定性。
场区土地整理标准应结合场地的用途和建筑物结构型式确定，鉴于目前该地块用途尚不明确，故结合已有经验，本场区地基处理后续满足大型施工机械进场的需要，地下3米范围内承载力不小于60KPa。
根据场区土质情况，考虑本场地内存在大量淤泥，本次设计综合采用砂土回填碾压结合强夯法加固处理。
四、地基处理施工方案思路
综合场区地质情况，处理思路为利用场区砂土，经过初步处理后碾压至淤泥范围，使之表层强度达到能承载大型设备的能力。
综合考虑经济性、可操作性以及工期等方面因素，制定处理方案：
工业区5km范围内寻找砂源运至场区，翻晒，回填至B区淤泥范围，反复碾压排水，提高土层承载力，以满足设计要求。
碾压后淤泥隆起、堆积量较大区域用装载机械将淤泥清运至已处理区域或砂土区域，晾晒备用。
碾压完成后整个场区进行强夯处理。
1.地基处理顺序
首先对Ｂ区南侧进行施工。
之后进行A，B区域的大范围施工。
本次做法出发点为首先对小范围区域进行处理，为后续施工提供实际数据，动态施工，优化设计。
2.地基处理设计内容
“砂土回填碾压法”设计内容如下：
（1）根据勘察资料，计算各区淤泥方量；
（2）根据土工试验参数，确定淤泥土的三相比例（液：
固：
气），计算各区处理淤泥所需要的回填土方量。
施工期间，通过A区南侧范围的实际情况，收集数据，验证并优化淤泥土和回填土比例；
（3）根据回填土方量，综合考虑工期等因素的影响，安排场区内砂土运输方案，以节约工期及运输成本；
（4）用于回填的堆积物用各种机械反复晾晒使水分蒸发至接近最佳含水量；
（5）利用特殊机械在在处理区域挖排水沟，根据处理范围大小，确定排水沟截面尺寸、间距数量。
同时，考虑工业区排水管网或渠道，合理设计排水方向；
（6）分层回填碾压：
回填砂土分层厚度不大于300mm，压实系数不小于0.95；
（7）处理过程中淤泥堆积区域，淤泥挖出，晾晒备用；
（8）强夯处理整个场区；
（9）场地平整
3.地基处理施工方案
根据地基处理设计思路，本着经济、可行、快速的原则，制定下述地基处理方案。
3.1淤泥总量计算
本部分设计根据勘察及现场踏勘资料，预估淤泥深度，进而评价淤泥总量。
根据场地地形和现场实际量测，经过估算，淤泥总量约为：
1059732m3。
3.2淤泥土三相比例及回填碾压土方量计算
根据土工试验报告中对于淤泥质土含水量、干密度、孔隙比、比重以及孔隙度等参数的定义，通过理论计算，确定淤泥土的三相比例。
为了使数据更加接近实际，本次设计采用均值法对大量数据进行处理，得到土工试验主要数据均值如下表：
表1土工试验数据表
参数
含水量ω（%）
干密度ρd（g/cm3）
孔隙比
e
比重
Gs
孔隙度n（%）
数值
61.1
1.04
1.653
2.75
62.5
以上数据中，对回填碾压所需土方影响最为直接的数据位孔隙比。
设计中利用本参数，进行回填碾压土方量计算。
对于淤泥质土，为饱和状态，即饱和度为100%，因此，土体只包含固相和液相。
引入参数Vs表示固相（土粒）体积，Vw代表液相（水）体积。
根据e=Vw/Vs可知，淤泥质土中水与土粒体积之比即为孔隙比。
假设土体体积为1m3,根据表中孔隙比数值，计算得到Vs（土粒体积）为：
0.377m3。
场区其它部分为粉砂，本次设计要求淤泥质土经回填碾压之后主要土工物理指标也达到粉质粘土的水平。
根据经验，粉质粘土的孔隙比约为1，即每立方米土体中含有土颗粒为0.5m3。
因此，要使淤泥土达到粉质粘土水平，则每立方米土体需要加入0.123m3的土颗粒。
按照淤泥总量为1059732m3计算，总计需要土颗粒约为130347m3。
场区粉质砂土孔隙比约为0.8，则每立方米土体中含有土颗粒0.555m3,y因此，要处理全部淤泥质土，需在5km范围内运送砂土总量约为130314/0.555=234860m3。
为能在处理效果和经济费用之间找到平衡点，本工程采用动态施工的方式进行，小范围处理后获取处理数据，根据处理效果，进一步优化设计参数。
3.3土方开挖翻晒
土方开挖一般不宜在雨季进行，划定的工作面不宜过大，应从上到下分层分段依次进行开挖、铲运，并将土堆积，并随时做成一定坡势，以利泄水，挖土核心原则是“随挖随运随集中”，堆积土要用各种机械反复晾晒。
3.4排水沟设置
由于场区内水位较高，工期和现场条件又不允许进行强降水施工，只能采用明排水并利用污泥泵配合，首先在施工区内采用挖泥船从南北-东西向开挖倒梯形状排水沟，其中主排水沟下口宽3米，上口宽7.5米，深2米，间距306m,中间东西向设置辅助排水沟，上口宽5.5米，下口宽2米，深1.8米。
主、辅排水沟呈网状分布。
其中主排水沟延伸至场区边缘，场区水由排水井泵排入7号河。
排水沟应向场区外侧倾斜加深，并随时清除沟底。
排水沟平面布置见：
《排水沟布置图》
图二排水沟布置及流向图
图三排水沟截面图
3.5回填碾压
（1）分层回填碾压每层厚度不大于0.3m。
压实系数不小于0.95。
（2）根据相同车型每车平均载重重量计算出布料的分格大小，划分好区域，力争等厚全面分布。
（3）碾压时，轮（夯）迹应相互搭接，防止漏压或漏夯，长度比较大时，填土应分段进行，每层接缝处应作成斜坡形，碾迹重叠0.5～1.0m左右上下层错缝距离不应小于1m。
（4）填方超出基底表面时，应保证边缘部位的压实质量。
填土后，宜将填方边缘宽填0.5m；
（5）碾压过程中，若在某集中区域出现淤泥堆积或隆起，用机械将堆积或隆起部分移动至已经完成碾压区或砂土区域，对挖出淤泥进行晾晒，以备重复利用。
（6）填方全部完成后，应进行表面拉线找平，用铲车推平场地，控制高差±20cm。
3.6强夯施工方案设计
3.6.1强夯地基加固处理方案设计目标
（1）提高人工填土的强度和抗变形能力；
（2）提高供淤泥质软弱下下卧层的强度和抗变形能力；
（3）消除本场地可液化砂土5m范围内的液化可能；
（4）提高场地的整体均匀性。
3.6.2夯击能
由《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）推荐的依据土类和夯击能的有效加固深度表可知，当单击夯击能为3000KN.m时，砂土类地基的有效加固深度约为6.0`7.0m。
通过分析本工程岩土工程初步勘察资料并结合周围场区地质条件，根据业主要求的有效加固深度，先初步定单击夯击能为3000KN.m。
3.6.3强夯施工工艺设计
强夯施工前应在现场地标高基础上采取挖高填低工艺整平场地，点夯后，平整场地，然后进行满夯。
工程施工前应在场地有代表性的区域对全部能级的强夯进行试验性施工，验证强夯处理效果，确定强夯收锤控制标准、间歇时间、夯点间距等施工参数，为大面积强夯施工提供依据。
本次强夯设计，夯击能为3000KN.m点夯分两遍进行，满夯为一遍，夯击能采用1000KN.m。
第一、第二遍为3000KN.m点夯，夯点间距5.0m,呈正方形布置。
夯点的夯击次数暂定8击，但需满足最后两击的平均夯沉量小于5cm。
最后一遍为1000KN.m能级的满夯，每夯点夯击2击，要求夯锤的底面积彼此搭接1/4。
强夯范围及布置见：
《夯点平面布置图》
图四强夯点位布置图
3.6.4强夯试验性施工及检测要求
（1）施工区的选择
根据本工程的具体情况，工程施工前，按照《建筑地基处理技术规范》（JGJ97-2002），拟在1个区进行强夯试验，试验区采用3000kN.m能级强夯，试验区的实际面积可根据夯点布置情况进行适当调整。
试验区选择的原则是：
强夯范围内中地质条件最差、设计处理深度最大的区域。
试夯位置是依据淤泥竖向布置图及岩土工程勘察测量过程中揭露的店址条件选取的。
试验执行下列规范：
《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002；
《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002；
《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002。
按照本设计初步确定的工艺和参数进行试验性施工时，根据地面沉降和变形的实际情况，可对施工参数进行调整，使其更趋合理。
（2）强夯试验要求
A、对强夯法用于此类场地土的适应性提出评价，应提出合理建议和解决方案；
B、使影响深度范围内土层的物理力学指标达到设计要求。
（3）提供设计和设计参数
A.确定夯锤重量及直径，夯点的布置，夯点的夯击次数，夯击遍数，满夯遍数及搭夯面积；
B.实测土中超孔隙水压力消散时间，两遍夯击之间所需的间隔时间；
C．提供不同单击夯击能的单击夯沉量、最后两击的夯沉量，加固深度范围内各土层的夯沉量及总夯沉量；
D．给出不同夯击能夯击后的有效加固深度及影响深度，并绘制有效加固深度等高线图；
E.提供有效加固深度及影响深度范围内各土层的地基承载力特征值及压缩模量；
F．提供加固深度范围内各土层夯前与夯后的物理力学性质，并进行对比；
G．确定强夯土的最佳含水量；
3.6.5试验区的检测
（1）地基处理效果的检测应由业主认可的第三方进行。
（2）应根据土质条件待试夯结束一周后，方可对试夯场地进行检测，并与夯前测试数据进行对比，检验强夯效果，确定工程采用的各项强夯参数。
（3）强夯后地基承载力特征值及有效加固深度内涂层的压缩模量，应通过原位测试和土工试验按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2
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