一种网格式软土地基处理方法及地基结构与流程

本发明属于建筑技术领域，尤其是涉及一种网格式软土地基处理方法及地基结构。

背景技术：

伴随着我国工程的大规模建设，往往会出现软土地基。软土地基是指由软弱土(如淤泥、淤泥质土等)构成的压缩层或者其它高压缩性土层所组成的地基，具有天然含水量和压缩系数高、天然孔隙比和沉降变形大、抗剪强度和承载力低、渗透系数小等特点。由于软土地基普遍存在不稳定性，易受扰动，它常常造成道路地基出现不均匀沉降，甚至是整体失稳破坏，造成财产损失和安全隐患。因此对软土地基进行工程处理，是缩短建设工期、降低工程造价和确保工程质量的关键因素之一。

为了增强软土地基的整体稳定性，加快土体的固结沉降速率，使软土地基的变形及承载力能够满足工程设计使用要求，必须对软土地基进行处理。目前我国对于软土地基的处理方法有很多，主要包括砂垫层法、碾压及夯实法、排水固结法、换土垫层法、挤密法和震冲法等，都是现阶段工程施工中对软土地基常用的处理方法，但是传统的施工工艺成本较高、周期长，且施工控制水平等会造成一定的强度问题。

针对上述缺点，提出了基于淤泥固化的网格式复合地基处理技术，即采用软土地基固化技术及专用设备在吹填土地基中加固成类似箱桶结构的网格式网格式固化墙结构，并对地基表层软泥固化形成板壳结构，与网格结构形成整体，成为满足特定承载力需要的网格式复合地基。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种网格式软土地基处理方法及地基结构，以解决现有的软土地基建设难度高、工期长、造价高、质量差的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种网格式软土地基处理方法，在软土层中嵌入建造网格式固化墙，在软土层的上表面建造硬壳层。

进一步的，所述网格式固化墙与硬壳层之间通过固化剂一体连接固定。

进一步的，所述网格式固化墙包括横向固化墙和纵向固化墙，所述横向固化墙与纵向固化墙之间为一体固化成型；

所述横向固化墙垂直于纵向固化墙。

进一步的，由于载荷带来的压力不同，根据承载特性计算方法得到所述网格式固化墙的建造深度为3-10米；

网格式固化墙的墙体之间的间距为10-30米。

进一步的，所述硬壳层的厚度为0.8-2米。

进一步的，所述硬壳层的强度为60kpa以上。

一种网格式软土地基结构包括网格式固化墙和硬壳层，所述网格式固化墙嵌入安装在软土层内，为网格式结构，墙体都竖向设置；

所述硬壳层设置在软土层的上表面。

进一步的，所述网格式固化墙和硬壳层都为固化的软土结构；

所述网格固化墙的顶部与硬壳层一体连接固定。

进一步的，所述网格式固化墙包括横向固化墙和纵向固化墙，所述横向固化墙与纵向固化墙之间为一体固化成型；

所述横向固化墙垂直于纵向固化墙。

进一步的，所述网格式固化墙的建造深度为5-17米；

网格式固化墙的墙体之间的间距为10-20米；

所述硬壳层的厚度为1.5m以上。

相对于现有技术，本发明所述的网格式软土地基处理方法具有以下优势：

(1)本发明所述的网格式软土地基处理方法本软基处理方法及地基结构工期短、长期沉降小等特点，对扩散上覆荷载、提高地基承载力、减少对周边环境的影响等都具有很好的效果，能快速有效的对软土地基进行加固；减少目前传统地基处理方式中的垫层砂的用量，从而节省了工程造价，同时避免因砂源紧张而出现中粗砂的偷采、过采现象的发生，在节省成本的同时也带来不小的社会效益；该处理技术可以很好的应用到疏浚土、河塘淤泥、高含水率碱渣等地基的处理工程中，具有广泛的应用前景。

(2)本发明所述的网格式软土地基处理方法及地基结构在吹填土地基中加固成类似箱桶结构的网格式的网格式固化墙结构，并且对地基表层软泥固化成一个板壳结构，与网格结构形成一个整体，联合吹填土地基形成一个满足特定承载力需要的网格式复合地基，现场网格式复合地基处理区域的表层承载能力达到120kpa，以上完全满足设计需要。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的网格式软土地基结构剖面图；

图2为本发明实施例所述的网格式软土地基结构俯视原理结构图；

图3为本发明实施例所述的网格式软土地基处理方法承载实验原理结构图；

图4为单元体不同条件下应力分析图；

图5为b/l＝0.50时的模型俯视示意图；

图6为不同b/l地基破坏时位移矢量图；

图7为不同b/l下的p-s曲线；

图8为nc-b/l关系曲线。

附图标记说明：

1、硬壳层；2、网格式固化墙；3、软土层。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1，图2所示，一种网格式软土地基处理方法，在软土层3中嵌入建造网格式固化墙2，在软土层3的上表面建造硬壳层1。

所述网格式固化墙2和硬壳层1都是将区域内的软土经过固化设备搅拌、注入固化剂固化制得；

固化墙与硬壳层1一体连接固定。

所述网格式固化墙2包括横向固化墙和纵向固化墙，所述横向固化墙与纵向固化墙之间为一体固化成型；

所述横向固化墙垂直于纵向固化墙，固化墙的墙体都竖向设置。

由于载荷带来的压力不同，根据承载特性计算方法得到所述网格式固化墙2的建造深度为3-10米；

网格式固化墙2的墙体间距为10-30米。

所述硬壳层1的厚度为0.8-2米。

网格式软土地基承载特性的计算方法如下：

首先对网格式软土地基提高承受强度的机理进行分析：在未施加荷载前，软土地基处在初始应力状态，将土体假定为半无限弹性体。由于土体中所有竖直面和水平面上均无剪应力存在，故土体中任意深度z处的竖向自重应力等于单位面积土柱的重量：

σ10＝γg·z(1)

式中，γg为土柱的重度。

对于水平向应力：

σ30＝k0·σ10(2)

式中，k0为土的侧压力系数。

施加荷载后，在没有固化墙约束情况下，上覆荷载在单元体处产生附加应力σz，此时竖向应力为：

σ11＝σ10+σz>σ10(3)

在上覆荷载作用下，外部载荷下部土体会向外部载荷两侧挤出，外部载荷周围土体会提供一定的侧向约束力，此时水平方向应力为：

σ31＝σ30+σhz>σ30(4)

固化墙的存在也提供了较大的水平约束力σg，限制了土体的水平位移，使得水平应力继续提高：

σ32＝σ30+σg>σ31(5)

从图4可以看出，固化墙约束软土后，摩尔圆中大主应力σ11保持不变，小主应力向靠近大主应力的方向移动，即从无固化墙状态的σ31到有固化墙状态的σ32，土体的剪应力水平降低，从而使地基的承载力大大提高。

网格式软土地基承受特性计算方法具体如下：

(1)创建分析模型，运用有限元软件abaqus对硬壳层1软土地基在外部荷载的作用下变形以及破坏面的发展情况进一步分析：模型由网格式固化墙2、软土层3、硬壳层1和外部载荷四部分组成，外部载荷用于提供向下的载荷，网格式固化墙2、软土层3、硬壳层1和外部载荷均采用c3d8h单元。网格式固化墙2采用理想线弹性模型，土体采用mohr-coulomb模型，其参数如表1所示：

土质参数

假设外部载荷刚体，宽度b分别为5m、6m、7m、8m、9m、11.6m、14.8m，网格内壁间距为l＝10m。在外部载荷底部中心点位置参考点，以便施加竖向荷载。外部载荷和网格式固化墙2以及硬壳层1之间均为rough接触。为了减少边界效应的影响，硬壳层1沿外部载荷径向和纵向各延伸一定距离，垂直边界及底部边界均约束其法向位移。以b/l＝0.50为例，模型整体示意图如图6所示。

从位移矢量图4可以发现，当b/l≤0.5时，如图6(a)所示，滑动面刚好接近网格式固化墙2，固化网格式固化墙2对地基的破坏模式基本没有影响，地基土可以形成完整的破坏面，处于临界状态；随着b/l的增大，固化网格式固化墙2会对土体的侧向位移起到一定的约束作用，影响滑动面的发展，从而对地基的破坏模式产生影响，使土体的位移向深处发展，无法产生完整的滑动破坏面，承载力系数有所提高；当b/l＝1.16时，如图6(b)所示，外部载荷刚好完全覆盖固化网格式固化墙2，外部载荷、网格式固化墙2和内部土体共同作用形成一个箱桶式基础，相当于复合地基，其破坏模式及荷载传递模式也与复合地基类似；当b/l＞1.16时，如图6(c)，由位移云图可以看出，随着b/l增大，在固化网格式固化墙2下部形成弹性核，进而形成新的完整的滑动面，导致承载系数降低。

(2)对不同工况的承载力模拟结果进行分析，推导出承载特性计算公式：通过对不同外部载荷尺寸的网格式复合地基进行承载力模拟，可以得到每一种情况下的荷载-位移曲线，根据图7的曲线即可确定相应极限承载力；采用地基土强度和外部载荷面积对承载力进行归一化处理，得到承载力系数nc，其表达式为：

nc＝p/sua(6)

式中，p为地基的极限承载力(kn)，su为地基的不排水抗剪强度(kpa)，a为外部载荷面积(m²)。

通过归一化处理后的图8的nc-b/l关系曲线，利用分段函数可将nc与b/l关系曲线表示为：

将公式(7)代入承载力计算公式p＝ncsua中即可得到网格式复合地基承载力：

如图3所示，对网格式软土地基结构进行强度实验，具体内容如下：

现场载荷板试验选择3个关键区域进行检测，位于试验区域靠近路侧边缘选择1个测点、中心位置选择2个测点测定，试验过程如下:

(1)开挖试坑。试坑宽度为承压板直径的4～5倍。对于本次试验，试坑宽度为4m。然后在拟试压表面用粗砂找平，其厚度为10～20mm。

(2)安放载荷板、千斤顶，架设基准梁。千斤顶的合力中心应与桩轴线重合。

(3)安装反力装置。要求反力装置能提供的反力大于最大加载量的1.2倍。压重施加于地基的压应力不宜大于地基承载力特征值的1.5倍。本次试验采用的反力装置为混凝土块体，自重为18t，满足实验要求。

(4)试验开始前须用1级荷载进行预压，预压时间为5min，预压后卸去荷载，然后将百分表全部归零，然后开始试验；加载时荷载传递应均匀、连续、无冲击，每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过分级荷载的。

(5)地基的变形值由百分表测量，其最大量程为50mm，精度为0.01mm。荷载板上对称放置2块百分表，取其平均值作为载荷板的沉降值。

(6)加载时：每加一级荷载按10min、10min、10min、15min、15min的时间间隔各观测一次沉降值，然后每隔半小时读一次沉降值，当连续2小时的沉降速率小于0.1mm/h时，则认为沉降已达到相对稳定标准，可以进行下一级加载。

(7)试验终止条件为：

①承压板周围的土明显地侧向挤出；

②沉降急骤增大，压力-沉降曲线出现陡降段；

③在某一级荷载下，24h内沉降速率不能达到稳定标准；

④承压板的累计沉降量已大于其宽度或直径的6％。

(8)承载力特征值按下列规定确定：

①当压力-沉降曲线上有比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值；

②当极限荷载小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极限荷载值的一半；

③当不能按上述两款要求确定时，可取s/b＝0.01～0.015所对应的荷载，但其值不应大于最大加载量的一半。

结果显示，各试验点在整个试验过程中，3个试验点各级沉降量处于0.13mm～1.82mm之间，加至最大试验荷载时，累计最大沉降量为5.40mm～7.94mm，加载至最大加载量240kpa时，各点均未发生破坏，按照规范“s/b＝0.01～0.015所对应的荷载，但其值不应大于最大加载量的一半”的规定，各点承载力特征值均取120kpa，满足设计要求。

尽管上面结合实施例对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，例如：上述固化剂的更换，搅拌方式的不同。这些均属于本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。