[01352158]深厚覆盖层释水-变形特性与基础施工安全控制关键技术

本项目属于土木建筑工程领域中的土木建筑工程施工领域。 近年来,深厚覆盖层基础施工中安全事故频发,造成了重大的人员伤亡、经济损失和社会影响。其中很重要的技术原因在于：①对深厚覆盖层释水—变形内在机理的认识不到位,造成变形趋势预测的不准确;②基础尺寸规模巨大已超出了现有设计规范,需要进行施工监控和反馈设计的监控体系和监控技术不完善;③由于岩土体物理力学性质及水理特性的不确定性、时空变异性,对于特殊工况遇到的特殊问题缺少应急处置办法。我国第四系深厚覆盖层分布广泛,特别是在冲积平原地区（如长江三角洲、珠江三角洲等）,覆盖层多发育淤泥软土且含水量丰富;构筑于深厚覆盖层之上的建筑物的安全很大程度上取决于地层变形及其稳定性。深厚覆盖层地基基础变形及安全控制的理论研究远远落后于工程实践,仍有许多理论和技术问题有待深入研究。如何准确预测释水过程中不同地层的分层变形规律,建立施工监控体系,提出特殊工况、特殊问题的应急处置工法,是保证基础施工期稳定与安全的关键技术难题。针对上述关键技术难题,项目结合重大工程的不同类型大型地基基础,自1998年起开展了十余年的技术攻关研究,取得了系列创新性成果。 基于基础—地层—地下水之间相互作用和相互影响的内在机理,在实验研究和理论分析的基础上建立了饱和软土释水—变形的控制单元体（CEV）和变形单元体（DEV）的概念,提出了饱和软土释水—变形概念模型,推导出了饱和软土释水—变形模型计算的应变量与实际发生的应变量之间的关系式,揭示了饱和软土释水—变形之间的内在规律和传导系数与固结系数之间的关系。提出了可同时确定传导系数与固结系数等渗流、变形系列参数的流量衰减测试技术与方法和累积变形测试技术与方法,同时提出了现场获取深厚覆盖层水文地质参数的分层振荡试验技术和方法。 基于非完整井流理论和渗透变形基本理论,提出了深厚覆盖层中大型沉井基础施工的注水助沉和纠偏技术、降水进度与施工进度相匹配的工序降水理论和基础施工中阻—排组合的地下水安全控制技术;建立了基于沉降变形约束的基坑降水系统控制模型,实现了工程降水过程中沉降的主动控制。通过工程总结和理论分析揭示了不同类型基础埋深与沉降量之间的关系和规律,提出了深厚覆盖层中大型基础埋深的优选原则和方法,建立了深厚覆盖层中深埋基础“埋深—沉降关系”。 通过桩孔扩张过程分析建立了半无限土体中有限长桩的桩孔扩张模型,提出了带待定系数位移解答;建立了深厚覆盖层中不同类型基础安全监控的技术体系,突破了地基基础工程安全监控设计主要依赖工程经验的局限;研发了超长灌注桩桩底应力监测技术和装置、沉井刃脚触底探测装置、封底混凝土反力监测技术、用于直接监测大型基础与土体剪应力的弹梁式侧壁摩阻力技术和设备,发展了侧壁摩阻力计算模型,为更精确地指导深厚覆盖层中沉井基础施工提供了理论和实践参考。 本成果获授权发明专利4项、实用新型专利5项,申请发明专利3项;编写规程2部、2部地方规程批文;发表论文80篇,其中SCI、EI检索论文15篇。该成果已应用于泰州长江公路大桥、润扬长江公路大桥、苏通大桥、南京市地铁工程、南京市纬七路过江隧道等大型工程中,节约投资5.285亿元,产生经济效益2.89亿元,并产生了重大的社会效益。