1、地基处理新技术及应用化建新、闫德刚、赵杰伟、郭密文2019年9月一、前言二、岩土工程实录集中地基处理特点三、地基处理新技术四、结论与展望一、前言随着城市化进程中工程建设、高速公路、高铁、机场等建设，常面临非常复杂的岩土工程问题和环境问题，由于特殊土的分布广泛，工程建设中常常进行地基处理。2018年龚晓南院士团队的复合地基理论、关键技术及工程应用获得国家科学技术进步奖一等奖，项目成果广泛已应用于建筑工程、高速公路、高速铁路、市政道路、机场、港航等工程建设领域，标志着复合地基的应用已经达到了新的高度。2018年施斌教授团队地质工程分布式光纤监测关键技术及其应用获得国家科学技术进步奖一等奖。2019
2、年度国家科技奖初评结果：顾国荣大师参与的上海中心大厦工程关键技术评为国家科技进步一等奖。2019年度国家科技奖初评结果：刘文连总工参与的露天矿山岩体参数精细快速获取与边坡稳定性定量评价评为国家科技进步一等奖。二、岩土工程实录集中地基处理特点1.地基处理的分类建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012）根据工法不同，地基处理分类如下。编号地基处理方法1换填垫层法2预压地基堆载预压真空预压真空预压和堆载联合预压3压实地基和夯实地基压实地基夯实地基（强夯处理地基/强夯置换地基）4复合地基振冲碎石桩和沉管砂石桩复合地基水泥土搅拌桩复合地基旋喷桩复合地基灰土挤密桩和土挤密桩复合地基夯实水泥土桩复合地基水
3、泥粉煤灰碎石桩复合地基柱锤冲扩桩复合地基多桩型复合地基5注浆加固6微型桩加固树根桩预制桩注浆钢管桩复合地基技术规范（GB/T50783-2012）中复合地基分类为：深层搅拌桩复合地基、高压旋喷桩复合地基、灰土挤密桩复合地基、夯实水泥土桩复合地基、石灰桩复合地基、挤密砂石桩复合地基、置换砂石桩复合地基、强夯置换墩复合地基、刚性桩复合地基、长短桩复合地基、桩网复合地基。工程地质手册（第五版）中地基处理分类为：置换类、排水固结类、振 密、挤密类、灌入固化物类四大类。编号实录集地基处理内容1第一届论文40篇，其中地基处理10篇,换填垫层2篇，预压地基篇1，碎石桩复合地基4篇，灰土挤密桩和土挤密桩复合地
4、基1篇，注浆加固2篇。2第二届论文71篇，其中地基处理15篇,预压地基3篇，夯实地基3篇，碎石桩复合地基4篇，水泥土搅拌桩复合地基1篇，灰土挤密桩和土挤密桩复合地基3篇，注浆加固1篇，微型桩加固1篇。3第三届论文87篇，其中地基处理15篇,换填垫层法1篇，预压地基1篇，夯实地基3篇，碎石桩复合地基5篇，灰土挤密桩复合地基2篇，夯实水泥土桩复合地基1篇，柱锤冲扩桩复合地基1篇，微型桩加固1篇。4第四届论文84篇，其中地基处理13篇,换填垫层法2篇，夯实地基1篇，碎石桩复合地基6水泥土搅拌桩复合地基1篇，夯实水泥土桩复合地基1篇，水泥粉煤灰碎石桩复合地基1篇，柱锤冲扩桩复合地基1篇。5第五届论文1
5、00篇，其中地基处理22篇,预压地基1篇，夯实地基1篇，碎石桩复合地基6水泥土搅拌桩复合地基3篇，旋喷桩复合地基2篇，夯实水泥土桩复合地基2篇，水泥粉煤灰碎石桩复合地基3篇，柱锤冲扩桩复合地基3篇，注浆加固1篇。6第六届论文83篇，其中地基处理22篇,压实地基2篇，夯实地基3篇，碎石桩复合地基6篇，水泥土搅拌桩复合地基1篇，灰土挤密桩复合地基1篇，水泥粉煤灰碎石桩复合地基3篇，柱锤冲扩桩复合地基1篇，注浆加固1篇，微型桩加固5篇。7第七届论文144篇，其中地基处理14篇,预压地基2篇，压实地基1篇，夯实地基2篇水泥土搅拌桩复合地基1篇，水泥粉煤灰碎石桩复合地基7篇，注浆加固1篇。2 岩土工程实
6、录集中地基处理综述篇，篇，论文193篇，其中地基处理18篇：预压地基3篇，压实地基2篇，夯实地基5篇复合地基7篇（水泥土搅拌桩复合地基1篇，、水泥粉煤灰碎石桩复合地基3篇、DJP管桩复合地基1篇、管桩复合地基1篇、柱锤冲扩复合地基1篇）注浆加固1篇。特点：（1）一带一路遇到的岩土地基处理、珊瑚礁地基处理；（2）18篇实录中有4篇涉及到事故处理，应引起岩土工程师的重视；（3）多种地基处理技术相结合，处理复杂的地基问题；（4）数值分析方法用于地基处理，为优化地基处理设计方案提供技术支持。三、地基处理新技术岩土工程技术每年发表地基处理论文7篇左右，平均占发表论文总数的9.4%。1.换填垫层法刘争宏（
7、2010）、彭友君（2014）张富华（2016）、唐国艺（2019）在研究安哥拉Quelo砂湿陷性基础上，换填碾压红砂，满足压实度95%,经建筑物沉降观测，建筑物沉降较小，满足设计要求。田予东（2016）2. 预压地基预压地基适应于淤泥、淤泥质土、吹填土等饱和粘性土地基，按工艺不同，分为堆载预压、真空预压、堆载预压+真空预压、电渗法、动力固结及其组合处理方法。刘松玉（2012）提出了劈裂真空法加固深厚软土地基技术，并把其应用于江苏省江海高速公路软基处理项目，根据综合检测结果:劈裂真空法可以提高真空荷载向深层土体的传递效率，提高深部软土的加固效果，进而提高真空预压法的有效处理深度;同时劈裂真空法
8、还可以加速地基固结，缩短地基处理工期，有利于工后沉降的控制。金亚伟等(2011）提出增压式真空预压法，是在塑料排水板间设置增压管待常规真空预压固结度达40%后，使增压管开始工作，土体中心增加了正气压(压力为40 N)，使土体中心与排水板的压力差增加，使真空预压的加固效果得到了明显改善。雷华阳（2018）团队提出交替式真空预压法处理吹填超软土的加固技术。研究表明, 该方法中土颗粒的交替运移可有效地抑制淤堵泥层的形成及“土柱”现象的产生,使整体加固效果更加均匀有效。与常规真空预压法相比,交替式真空预压法的排水量增加14.92%,沉降量增大11.80%,加固后土体十字板剪切强度提升21.65%,含水
9、率降低26.74%,所形成的淤堵泥层致密程度降低,淤堵泥层形成区域的孔隙率提升30%以上,破淤效果明显，该方法已应用于新建天津新港北铁路集装箱中心站工程等工程。3压实地基姚仰平（2018）机场高填方压实质量实时监控系统4夯实地基强夯常用于地基处理,具有处理深度大，工效高，价格低的特点，不仅用于处理碎石土、砂土、粉土、粘性土、湿陷性土、杂填土、素填土，与其他方法配合也可以处理软土。对于高填方工程尤其是机场工程，强夯发挥了很大作用，如三明机场、龙洞堡机场、铜仁机场、攀枝花机场、兴义机场、九寨黄龙机场、稻城亚丁机场、荔波机场、昆明新机场等都采用强夯处理回填土。延安新城的回填土处理。强夯的有效加固深度
10、（m）击夯击能（kN.m）10002000300040005000碎石土、砂土等粗颗粒土4.05.05.06.06.07.07.08.08.08.5粉土、粘性土、湿陷性黄土等细粒土3.04.04.05.05.06.06.07.07.07.5击夯击能（kNm）600080001000012000碎石土、砂土等粗颗粒土8.59.09.09.59.510.010.011.0粉土、粘性土、湿陷性黄土等细粒土7.58.08.08.58.59.09.510.0注：强夯法的有效加固深度应从最初起夯面算起；单击夯击能 E 大于 12000kNm 时，强夯的有效加固速度应通过试验确定。高能量强夯有效加固深度和建
11、议夯点间距（王铁宏2009）谢俊平(2017）介绍了采用25000kN.m夯击能处理沿海回填超厚碎石土（17.00m20.00m）地基。周国钧（2019）在建筑云联盟讲座介绍采用25000kN.m30000kN.m处理23m厚抛石地基。谢俊平(2017）介绍了采用25000kN.m夯击能处理沿海回填超厚碎石土（17.00m20.00m）地基。周国钧（2019）在建筑云联盟讲座介绍采用25000kN.m30000kN.m处理23m厚抛石地基。搜狐新闻（2017年9月20日）山西建工机械化公司大连新机场 30000kN.m超高能级强夯工程顺利竣工交验。4 复合地基4.1振冲碎石桩复合地基振冲碎石桩
12、复合地基适用于挤密处理松散砂土、粉土、粉质粘土、素填土、杂填土地基、也常用于液化地基处理和黄土地基。周国钧（2019）在建筑云联盟讲座介绍采用220kw振冲机处理90m后砂土情况。引自刘松玉林鸣（2012）介绍了挤密砂桩在港珠澳大桥岛隧工程的应用4.2水泥土搅拌桩复合地基刘松玉刘松玉4.3旋喷桩复合地基适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、黄土、素填土和杂填土等地基。施工工艺有单管法、二重管法、三重管法。常与其他工艺相配合处理地基。李耀良（2019）在第十三届全国土力学及岩土工程学术大会上介绍改进的旋喷工法：N-Jet、MJS、RJP工法北京荣创岩土DJP工法（潜孔冲击高压旋喷桩）适用
13、于：一般地层，卵石、砾石、抛石填海、建筑垃 圾回填等复杂地层条件。项目名称设计要求CFG桩设计载荷试验沉降观测成都某工程10栋3032层建筑承载力650kPa桩径1.0m，桩长5.510.5m，进入中风化岩石满足要求小于20mm成都某工程，9栋34层建筑承载力500kPa桩径0.8m，桩间距2.8m,桩长20.0m，进入中风化岩石满足要求最大15.21mm4.4 CFG桩复合地基CFG桩体直径400mm-1500mm。大直径CFG桩应用案例（康景文基于工程实践的大直径素混凝土桩复合地基技术研究2019）项目名称设计要求CFG桩设计载荷试验沉降观测成都世纪城2栋45层建筑承载力915kPa桩径1
14、.5m，桩间距3.0m,桩长12.5m满足要求成都柏仕公馆8号楼地上32层，承载力600kPa桩径1.4m，桩间距2.8m,桩长13.0m，进入中风化岩石满足要求成都塔子山壹号2栋34层承载力700kPa桩径1.1m，桩间距2.3m,桩长6.0-8.5m进入中风化岩石，满足要求成都ICON云端46层建筑承载力1500kPaA区：桩径1.1m，桩间距2.7m,桩长9.0mB区：桩径1.1m，桩间距2.8m,桩长13.0mC区：桩径1.3m，桩间距2.7m,桩长19.0m，进入中风化岩石满足要求成都半岛城邦7-9号楼33层承载力585kPa桩径0.8m，桩间距2.0-3.0m,桩长5.0m，进入中
15、风化岩石满足要求成都锦荣家园1号楼地上30层承载力580kPa桩径1.1m，桩间距2.3m,桩长5.5-9.5m满足要求项目名称设计要求CFG桩设计载荷试验沉降观测呼和浩特某项目地上28层区、区、区复合地基承载力标准值分别1000kPa、800kP、600kPa，其最大沉降量不大于50mm。桩径0.8m，区桩间距2.352.35m，桩长53m，区桩间距2.402.40m，桩长41m，区桩间距2.402.70m，桩长41m满足要求最大23.33mm南宁某超高层建筑，地上43层（邓日海2013）承载力820kPa桩径0.6m，桩长为10.024.5mA，B，C，C1，分别为1.3m,1.54m,1
16、.64m,1.4m桩间距满足要求最大54.08mm北京朔黄发展大厦采用CFG桩后压浆工艺承载力特征值: 主楼 450kPa,核心筒 700kPa。朔黄发展大厦共施工 794 根后压浆 CFG 桩,桩长9. 5m,单桩压浆量 600 800kg 。低应变检测 80 根, 类桩 77 根占 96.3%、类桩 3 根占 3. 8%, 无、类 桩。复合地基承载力检测 6 根桩, 均超过设计要求。康景文（2019）对CFG桩复合地基地震动力响应进行数值分析：（1）CFG桩复合地基+筏板的模型比桩+筏板的模型能更好地减弱地震荷载传至上部结构，减少了上部荷载自重所产生的地震效应。（2）在地震作用下，复合地基
17、中CFG桩承担的水平荷载，小于桩基中桩承担的水平荷载，后者是前者的10.513.92倍。阎明礼等认为夹有松散饱和粉土、粉细砂的土层，成孔时在剪切荷载作用下，土体液化，导致刚打完处于流动状态桩的桩周土丧失对桩的侧向约束能力，桩体侧向澎出、桩顶下沉，产生窜孔，液化区域连成片甚至导致基坑失稳或周边建筑物倾斜开裂、道路破坏(例如，郑州地区、山东东营、菏泽地区)。4.5劲性桩复合地基引自刘松玉4.6多桩型复合地基多桩型复合地基适用于处理不同深度存在相对硬层的正常固结土，或浅层存在欠固结土、湿陷性黄土、可液化土等特殊土，以及地基承载力和变形要求较高的地基。多桩型复合地基应充分发挥各桩型的特点。组合型复合地
18、基没有固定的模式，选择应根据要求的地基承载力、变形情况、地基土特点、周边环境要求选择地基处理的组合模式，按变形控制设计的原则，选择合适的桩端持力层、选择消除液化、湿陷性、挤密桩间土的措施，确保地基处理设计安全、经济、环保。4.7 桩网复合地基桩网复合地基由刚性桩、桩帽、加筋层和垫层构成。桩网复合地基中刚性桩可采用CFG桩、管桩、预制桩等，目前已经在高速铁路、高速公路、桥头路基、机场跑道等构筑物中应用。试验结果表明:桩土差异沉降较大时，桩帽承担约90%的动荷载和静荷载，土拱加强了路基中动应力往桩帽的传递;长期动荷载作用下，桩土动应力比减小，但幅度变化不大，说明土拱弱化不明显。陈仁朋（2015）研
19、究了列车速度324 km/h时列车120万次轮轴动荷载作用下桩网加筋路堤土拱效应。陈仁朋（2016）研究了桩网结构路基格栅加筋作用从图中可以看到，对于桩顶，格栅下表面承担的静荷载大于格栅上表面;对于桩间，格栅上表面承担的静荷载大于格栅下表面。土工格栅的兜提作用，桩顶上方多承担了约12%的静荷载。在长期动荷载作用下，格栅拉力产生了明显的变化，尤其是桩帽中心上方的格栅拉力，约增长了8%，在设计筋材的时候，有必要考虑动荷载对筋材拉力的影响。4.8 珊瑚砂的地基处理采用的地基处理方法有：汪稔等提出了“饱和冲击碾压”技术，快速处理珊瑚砂地基，经碾压后地基沉降小、稳定快、承载性能高。王笃礼（2019）介绍
20、了马尔代夫机场采用振动碾压处理吹填珊瑚砂 。段志刚（2019）对吹填的珊瑚砂采用强夯、振冲进行了处理效果对比，认为振冲处理效果好于强夯处理。严与平(2008)援建巴哈马国家体育场：南、北附属建筑物采用旋喷桩复合地基，体育场东、西看台采用钻孔灌注桩基础。贺迎喜（2010）沙特RSGT码头项目吹填珊瑚礁采用振冲和强夯处理地基余东华（2015）对苏丹新港集装箱码头后方堆场地基处理工程,采用强夯联合振动碾压对珊瑚礁回填料地基进行加固处理。贺迎喜（2010）对中东红海沿岸某项目中，采用振冲挤密法对吹填珊瑚礁砂(砾)进行了地基处理。四、结论与展望1.我国岩土工程师和教授共同努力使我国地基处理水平总体处于国际领先水平，地基处理技术服务于国家建设的各个领域，取的了举世瞩目的成果；2.国家和社会对绿色节能、生态环保的关注和要求不断提高，应加强对新材料、新工艺的研究，减少地基处理对环境的不利影响。3.深厚软土地基处理一直是难题，加强深厚软土地基处理技术和工后沉降研究，使其更好的服务于国家重大工程项目之中；4. 随着BIM技术、大数据、云计算、5G、AI技术在地基处理中的应用，计算机技术将发挥更大的作用，希望加强地基处理仿真、大数据分析等方面的研究。5.研发智能化管控的地基处理设备；6.以市场为导向，加强新技术的标准编制，将地基处理技术形成国际化标准，服务于一带一路。谢谢！
