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通过对大型地面贮槽应用切割土壤混合搅拌成桩对
地面进行改善
J. Ameratunga
科菲土工技术企业有限公司,澳大利亚
D·Brown
瓦格斯塔夫打桩企业有限公司、澳大利亚
Ramachandran
科菲土工技术企业有限公司,澳大利亚
R·Denny
瓦格斯塔夫打桩企业有限公司,南国
摘要
深层土壤混合(DSM)已在欧洲和亚洲 国家使用了几年，但最近几年只
在澳大利亚进行了介绍。DSM是常用的改善软压缩粘土的方法，传统方法如预压排水板由于无论是稳定的原因、时间和或空间的限
制。都是不可行的。桥台和路堤是使 用传统的深层土壤混合方法的
典型例子。本文提出了一个在应用土壤混和搅拌设备的情况下，进
行土壤深层搅拌的案例研究。CSM桩用来支撑直径为53.5m，高20m
的大型贮槽，而不再用深桩 为基础建造。使用数值分析的方法为实
现客户提出的结算标准提供了信心。数值分析通过采用二维对称轴
条件进行简化，将CSM柱转化为圆圈。在完成设计之前，实验室测
试在评估不同的水泥体积的 混合强度、用数值模拟进行灵敏度的研
究时要在柱的强度变化影响的下进行。在安装后进行进一步的强度
测试，以确认实际强度增益。为了使应力转移到CSM柱列上， 要在
安装过程形成“桩帽”。 在每个柱的位置上预先挖成一米深的坑，
使用的水泥或土料从这些坑中溢出形成冒。这种环保友好的新措 施
可以避免在CSM操作中去除多余的胶凝材料。在水质检测过程中结
算会被监测，实验结果会 表明该项目的顺利完成。
关键词：地基改良，土层深厚搅拌，切割土壤混合搅拌，软土
1 介绍

深层土壤混合(DSM)已在欧洲和亚洲国家使用了几年，但最近几年 只
在澳大利亚进行了介绍。DSM是常用的改善软压缩粘土的方法，传
统方法如预压排水板由于 无论是稳定的原因、时间和或空间的限
制。都是不可行的。桥台和路堤是使用传统的深层土壤混合方法的
典型例子。本文提出了一个在应用土壤混和搅拌设备的情况下，进
行土壤深层搅拌的案例研究。 一个位于汤斯维尔浅层基础的直径
53.5m，高20m的大型储罐不能承担沉重的荷载。此外，严格的 结算
标准与储罐的性能有关。由于与该项目相关的时间限制，最初的建
议是在风化岩石上建造一 个贮槽，一般为15m深或者提高石桩基础
的土壤强度。桩基础需要通过加固的混凝土筏板将所有的荷载 转移
到桩，因此整体的整体估价高。用传统的设备制成的石柱来改善地
面不被认可，因为可压缩 粘土的深度和实现贮槽的严格的结算标准
的难度。客户是同意的关于承包商提出的使用DSM技术和CS M桩改
善地下基础的意见。CSM技术提供了各类临时和永久墙和支护结构
以及结构桩基础的通 用解决方案。这项使用CSM技术的替代技术能
被客户接受是因为它为项目提供了许多优点。包括以下几 点：




成本方法的有效性
CSM结构不会产生显著的震动，从而在周围结构中消除潜在的
破坏。
提出的改进后方法排出了场外设置。
在剖面上提高沙土材料的强度从而控制了潜在的土壤液化问题
2 项目说明
该地块 位于现有南汤斯维尔燃料储存终端的东南端。提高生产需将
现有设施扩大并且客户决定建设直径为53. 5米的附加地上钢燃料储
存箱。提议建造有盖的高度为20 m的罐体由中央柱八个内部柱支
撑 。该罐体由倒锥形的压实土支撑，并且此基础中设有高度为1.2m
的混凝土圈梁。水下测试，在不考虑 结构荷载的条件下路基预期承
受荷载大于220Kpa，在操作条件下，承受为单位重量90kn立方米
的荷载。
3 地下条件
一个勘察供客户进行现场包括三项钻孔到基岩和相关原位 测试和取
样。被客户指挥的现场地质勘察包括对基岩钻孔和相关的原位测试

和取 样。在初始阶段有条件限制的实验室测验已经进行。基于现场
的钻孔工程日志，对地下条件的评估如下：
(1)填充 - 通常被描述为松散到中密砂变厚度，通常从1.5米到
3.3米厚
(2)

砂-通常被描述为松散到中等密度带有似贝壳碎片的沙子
(3)

河流粘土- 可压缩天然河口粘土，典型描述为软质粘土，变化范
围从0到最大为190
(4)

典型的冲积层冲积层通常被描述为中密砂或硬粉质粘土
(5)

基岩 - 风化花岗岩，这是从现有下方15米遇到16米地面
连续圆锥贯入试验证实了这个一般模型，并提供进一步的数据来协
助参数选择。
岩土 工程的设计模型是以根据在现场测试的结果评估的参数为基础
设计的。表一给出了分析得出的材料特性。
4 设计沉降准则
除了路基的承载能力，罐的性能应该被结算标准限制。有客户提出
的标准如下：
 任何两个之间的最大差异沉降以10m间隔不得超过100毫米
（1％）
 任何两个之间的最大差异沉降沿圆周点不得超过300毫米
 最大的中心到边缘的距离不应超过300毫米。
5 CSM柱的设计
深层土壤混合（DS M）进行改良土壤特征，例如，以增加抗剪强度，
并通过在土壤里混合一下添加剂降低土壤受压力。深层 搅拌可根据
混合方法和使用的添加剂分为两类。从设计的观点来看，如果要在
较大的规则区域内 使用DSM柱，可以通过等效强度和变形特性增强
土壤强度。所提出的基础处理的设计涉及以下步骤：
1) 估计土壤结构的可能强度，由CSM柱承受所有荷载。
2) 给CSM柱做一个初始的估计，并检查面积比

3) 在提供一个良好的覆盖层的布局上设计CSM并保持每一个CSM柱
的影响
4) 进行数值分析并且评估由参数引起的应力
5) 对参数变化进行敏感性分析
6) 增加或减少柱的数量，并重复2-4步骤，直到结果表明设计满足
要求
7) 如果观察发现行为反应与预期不同应及时在安装和施工过程中落
实补救措施
在当前项目中水泥 是由75％的普通硅酸盐水泥和25％的粉煤灰并且
以少量的膨土岩为辅助混合而成。这个基于对河口粘 土进行实验室
测试的组合被认为是当今技术发展的前列。共安装了147 根CSM
柱， 由CSM布局和通过了2.4米长0.5M宽的规划面积约9米深
度，分析给出在图1中。
5.1 数值分析
二维有限元是使用PLAXIS进行分析，应力感应出的路基和CSM列 用
于长期解决由于土壤的强度问题。PLAXIS程序已经专门为稳定岩土
工程进行分析开发。 在分析中，土壤和岩石材料以Mohr-库仑材料
和CSM柱为蓝本线性弹性材料为基础建模。而不是采 用三维有限元
分析，决定开展轴对称的分析该设计。轴对称模型被建立起来用于
圆形贮罐结构具 有均匀径向截面和装载围绕中心轴线，其中所述变
形和应力方案态被假定为在任何径向方向上是相同的。 由于CSM列
没有径向放置（见图1）是需要这种布局转换是轴对称。这是完成
使用等效面积的 做法。由轴对称PLAXIS分析，该贮槽被CSM柱分为
九个区，CSM列和CSM盖被模拟为刚性相 当于“甜甜圈”材料。该
材料的宽度是基于一种简化的方法确定的，每个“环形”被评定在
CS M在特定半径的区域内。CSM列做了创新性的改变的时候，以方便
分配CSM桩帽的结构的垂直负载。 溢出的量（水泥粘结剂和乡土）
被估计假设原生土壤饱和吸收。为了遏制这种溢出，一个“桩帽”
被预先挖好的每一列位置吸收。在建造完柱后，这个“桩帽”被混
合桨式混合器安装在挖掘机中。在内 部设计中，这个尺度为这个设
计的上限。在每个CSM列在由1.75米扩大到3米。从表面上看，通< br>过0.55米逐渐变细至0.240。除了通过在盖中提供的有益效果便于
垂直载荷重新分布，盖 结构提供了以下好处：

1）有效利用胶凝材料将浪费降到最低。
2）从基站中除去多余的水泥废料
散装样品从地下轮廓收集并经受实验室试验，得到的强度参 数。将
样品混合，用水泥和无侧限抗压强度（UCS）不同比例进行测试，得
到7天和28天强 度。结果允许获得4MPa的的设计值为UCS为CSM
列和杨氏模量2000MPa的强度。CSM的 列安装（147号），于24个
工作日内完成。在CSM建设，抽样进行记录的CSM柱强度的变化。< br>CSM的材料的无侧限抗压强度试验表明典型的强度增益随着时间的
推移。在所有168样品进行 了检测和UCS强度结果总结如下： -
•14天后2.14兆帕
•在28天，3.07兆帕
•在56天5.11兆帕
为了更好地模拟在PLAXI S分析产生的CSM列的适当侧摩擦，元件的
一个窄区，在PLAXIS模型已被引入，CSM的列的两 侧，和0.8的强
度降低系数施用于土壤在这些区域中。以下负载被应用到在PLAXIS
模型 建议箱基础：
•总负荷=直径502754千牛以上53.5米区（等效均匀分布224kN平
方米的负载）。
•外围圈梁=154千牛米（相当于342千牛平方米以上0.45μm的
均布荷载
6 分析结果
为碱性的情况下，分析表明，该罐基础的最大估计沉降约115毫
米 ，这是内部的结算标准。横跨罐的结算信息是大体上恒定作为一
个希望与在边缘处减少到最大值的50％ 以下。罐的覆盖范围内的最
大差异沉降是53毫米超过10m的距离。在为750mm的宽度最大估计< br>边缘沉降约为45毫米。这些不均匀沉降是由客户端，并规定在上一
节中讨论的结算标准范围内。 分析表明，该布局结果相当均匀穿过
CSM列坦克基地，并强调解决。作为分析是AXI对称的，这是不 可
能的，以评估沿圈梁不均匀沉降。这是没有考虑到相比整个坦克基
础不均匀沉降是至关重要的 。在CSM柱和盖的评估最大垂直应力约
为3.2兆帕。

灵敏度研究也进行了 评估effectof变为土壤和CSM强度。结果表
明，效果不会增加超过规定的设计标准的定居点。 CSM缺陷柱的影
响也减少了环的实力，土体强度分析。结果显示增加垂直安置和垂
直应力，但 该命令是小于10％。更重要的是，该结果表明，沉降差
没有受到不利影响。
基于PLAXI S的分析结果，有人评价说，最大沉降标准将得到满意的
的布局和9米长的改进CSM列。以下容器的制 造，检测水进行检查
水箱的完整性和结算的性能。十八个沉降监测点，建立圈梁周围等
距和解决 被水试验前监测，水质检测，25％满，满50％，达到
75％，整整100％期间。 32小时全空了 。监测结果汇总图上的4。
从这些短期住区未来的长期定居点进行了评估，并与设计长期定居
点 进行了比较。结果表明，沿环梁最大沉降小于从数值分析所评估
的沉降进行了设计。从这个评估的结果认 为整个基础不均匀沉降也
将是跨基础，因此在设计标准的设计定居点内。
7 结论
土壤混合列有效控制了受到严密结算标准影响的基础不均匀沉降。
充分调查，在适当岩土工程设计中， 包括敏感性分析，加上土壤结
构的实验室测试之前和施工期间，使之得能够产生有效和经济的结
果。
致谢
笔者要感谢科菲岩土工程私人有限公司的普乐施哈里教授审阅的文
件。作 者也感谢黄志光，弗朗西斯Badelow和科菲岩土工程的苏
菲·绍博，约翰瓦格斯塔夫和瓦格斯塔夫 批零Pty Ltd的格雷
格·安德森作者还希望感谢BP澳大利亚有限公司的安德鲁·斯基特
对他的帮助和提供的对本文的许可。