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软土地基处治新方法

自五十年代开始,我所就开展了软土基本性质与理论的研究工作,对于我国东南地区的软土特别是海相沉积粘土的物理、力学特性,变形与强度特性以及测试方法进行深入研究,为沿海地区的水利、港口海堤工程建设提供了技术依据。出版的《软粘土的强度和变形》(1987,人民交通出版社)学术专著,长期来一直是岩土工程学者研究软土问题时必备的参考文献。近年来,对饱和软粘土的固结、流变等基本性质与理论进行研究,建立比较全面地反映软土弹性、塑性、粘性的粘弹塑性体的本构关系模型和考虑软土粘性影响的固结理论,建立完善饱和软粘土地基粘弹塑性固结分析的解析、半解析及数值分析方法,研究揭示深厚软基的工后变形规律,《软土固结与流变》(1995,河海大学出版社)学术专著。这些基本性质、理论和方法的研究成果为地基处理加固机理和设计计算方法的研究奠定了坚实的基础。

本学科一直重视软土与建筑物相互作用的研究工作。即使在十年动乱时期,仍坚持码头岸坡滑坡调查,提出了提高码头岸坡稳定性的技术总结和注意事项,受到交通部的好评,由部组织鉴定,并发文要求部属系统参照执行,为避免滑坡事故发生,节约工程投资,发挥了积极作用。八十年代承担了交通部重大课题沿海软粘土工程性质和数据库的开发研究,研究了软土取土技术及对土样扰动的影响,以连云港港区粘土为典型,建立了软土工程性质数据库,此项成果经交通部科技司组织鉴定,达到国际先进水平。我所结合宁镇公路等工程,较早对加筋土挡墙进行试验研究,揭示了土和挡土墙相互作用的规律,推动了这种结构形式的推广应用。近几年来承担了国家自然科学基金重大项目岩土与水工建筑物相互作用的研究子项目桩基结构与岸坡相互作用湛江港一区南码头结构分析深圳赤湾港四泊位离心模型试验等项目,论证了某些已建高桩码头发生变形破坏的原因,提出了码头结构设计的改进意见,经鉴定,此成果达到了国际先进水平,对于软基上的高桩码头建设有重要指导意义。

数十年来地基加固方面研究成果丰富,1987年国家科委授予我所软基加固技术研究成果国家科技进步二等奖。出版了学术专著《地基处理手册》(1988,中国建筑工业出版社)、《软基加固新技术振动水冲法》(1986,水利水电出版社)、《真空排水预压的理论与实践》(2000,水利水电出版社)、《塑料排水板质量标准及检测方法》(1996,人民交通出版社)、《高速公路软基处理》(1997,人民交通出版社)

排水固结法是大面积软土地基加固的最经济有效的处理方法,本学科关于排水固结加固技术的研究始终处于国内领先水平。1953年在武昌造船厂砂井预压加固软基成功以后,逐步推广到港口、海堤、水利、电力、建筑等多项工程。六十年代初我所就对真空预压法技术进行了研究,八十年代开始在连云港碱厂、浙江舟山老塘山码头、温州港一期扩建工程等加固了近二十万平米极软弱地基,节省工程投资数百万元,在加固技术上,膜下真空度达到670mm汞桩,单块加固面积在十万平方米以上;对堆载预压和真空预压排水固结加固软粘土地基施工工艺、加固机理、设计计算方法等进行了长期深入的研究,先后提出砂井地基固结计算的弹性、粘弹性、粘弹粘塑性、损伤粘弹粘塑性的解析方法和数值方法及主次固结简化计算方法,达到国际先进水平,多次获得水利部科技进步奖。研究了塑料排水板静压插板机,使这项加固技术达到国际领先地位。开发研制的排水板长度自动记录仪,对控制排水板的施工质量,降低工程造价,发挥了十分积极的作用,该项技术并获得了国家实用新型专利。八十年代以来,我所结合东陇海铁路、深圳蛇口、厦门石湖山煤码头,湛江霞山、厦门象屿、福建过桥山等海堤工程对塑料排水板预压加固的技术开展了系统的试验研究,为确保施工安全,节省工程投资做出了积极贡献。我所作为主要单位,组织召开了五届塑料板排水法加固软基学术研讨会,编写出版交通部行业标准《塑料排水板质量标准及检测方法》(1996,人民交通出版社)和《塑料排水带地基设计规程》(1997,人民交通出版社),由于是该产品的全国唯一标准,全国各相关部门均参照执行。

在国内率先引进了强夯法加固地基技术,发明振动水冲碎石桩法加固软土地基技术,对加固机理、设计计算方法、施工工艺和设备作了深入系统的研究工作,达到国际领先水平,振动水冲法已推广到全国二十多个省、高、自治区的几千项工程为国家节省巨额基建投资,在技术上成功地加固了不排水抗剪强度仅16.1kPa的天津长芦盐场第二化工厂软基,突破了国外天然强度大于20kPa才能加固的界限,在南京上元门水厂用短密碎石桩减少过滤池地基差异沉降等技术,都处于国际领先水平。我所在八十年代初推广强夯法加固技术,成功地加固了大连香炉礁码头、南京杨子乙烯、南京北河口水厂等软基,为国家节省投资一千万元。九十年代又开发了强夯石碴法加固软土地基技术,应用于宁波港北仑矿石堆场地基,交通部基建司组织鉴定后给予推广,关于强夯加固机理、设计计算方法等研究成果达到国际领先水平,获得教育部科技进步奖。

高速公路和油罐等大型建筑物地基加固是近年来国民经济发展对岩土工程技术人员提出的新课题,我所在新墟一级公路领先试验段、宁镇一级公路东阳路段,沪宁高速公路昆山试验段、宁波同三国道试验路、上海炼油厂和天津港油罐充水预压、南京炼油厂与扬子石化公司大型油罐地基加固技术研究中,从室内试验、现场测试、离心模型试验与计算分析相结合的办法,对于不同的加固方法(包括振冲法、深层搅拌法、堆载预压法、加筋法等)进行了综合比较,对沪宁高速公路全线施工起到了指导作用,节省建设投资数千万元。并且在土质原位测试技术、地基的固结沉降计算方法等方面提出了较高水平的成果,通过了交通部与江苏省有关部门主持的鉴定。我所作为主要参加单位的七?五重点科研项目软土过湿土路段高等级公路筑路技术研究1992年获江苏省科技进步三等奖。

土工合成材料加筋补强加固软土地基技术得到广泛应用,本学科在该方面的研究成果居国内先进水平。1993年率先研制出我国第一台张拉式铺设机,在宁波港与广东深汕高速公路软基加固中应用。关于土工织物加固堤坝地基的加固机理、设计方法及土工合成材料测试技术研究,形成了自己的特色。土工合成材料测试技术与测试方法的标准化研究1987年获得国家自然科学基金会,水利部科教司与水利技术开发基金会资助与支持,1989年建成土工合成材料试验室,1990年主编出版了土工合成材料测试手册(1991  水利电力出版社)1999年主编出版了土工合成材料测试规程SL/T  235—1999),至今承担了全国数百家土工合成材料生产厂家或用户的测试工作,为土工合成材料在各行业工程中的应用做出了重要贡献。近年来对土工织物加固堤坝地基的加固机理和设计计算方法进行了深入研究,提出的加筋垫层复合整体参与地基共同作用的有限元分析方法及简化计算方法的加固效果计算值达到与现场实测值接近的20%左右,达到了国际先进水平,改变了现有设计规范方法长期以来低估加固效果(计算值仅5%左右)的现状。

后承担江苏淮河入海水道、温州围海海堤、沪宁高速公路、深汕高速公路连云港碱厂、扬子乙烯等国家重大工程地基处理方案论证、关键技术科学研究及现场试验段研究等任务,为国家重大建设工程建设做出了重要贡献。鉴于在沪宁高速公路所做出的积极贡献,被授予“沪宁高速公路建设有功单位”。


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