CN100549305C - 提高夹薄砂层软粘土地基真空度的方法 - Google Patents
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Abstract
一种建筑工程技术领域的提高夹薄砂层软粘土地基真空度的方法。本发明通过在插板钢管的端头上安装孔隙水压力计探头测试每个插板位置的地基孔隙水压确定土层分布与性质，然后在土工塑料排水板薄砂层的标高处粘贴密封塑料片将透气通道隔断。本发明在砂层处对塑料排水板外面加贴不透水的塑料片，使砂层中水不漏入塑料排水板中，从而防止在砂层处真空压降低。使用方便，操作简单，无需大量设备，且费用并不增加。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑工程技术领域的方法，具体是一种提高夹薄砂层软粘土地基真空度的方法。
背景技术
自1952年瑞典科学家杰尔曼(Kjellman)提出使用大气压(抽真空预压)的方法对软土地基进行排水固结处理后，世界上许多国家的工程师针对各自国家的软土地基条件开发了各种技术方案，形成了各有特点的真空预压技术。进入20世纪80年代后，我国对真空预压处理软土地基的施工工艺进行了改进，此后真空预压技术在国内得到较快的发展；从单一的真空预压法发展到真空联合堆载、真空联合降水等。被逐步应用到水利、市政、道路、港湾、疏浚淤泥的快速处理等各个领域，取得了巨大的经济效益与社会效益。
在打入塑料排水板时，需确定地基中的土层分布与土性特征，1992年Robertson等(Estimating coefficient of consolidation from piezocone test，CanadianGeotechnical Journal，29(4)，551-557；加拿大国家科学研究委员会主办的《加拿大岩土工程学报》，“用孔隙水压式的静力触探测定的成果推算土层的固结系数”)通过应用孔隙水压式的静力触探测定土层中的孔隙水压力的分布规律；然后，利用孔隙水压力的分布规律来确定土层分布及土层的固结性状与相关计算公式(以下简称Robertson方法)。而且，为防止真空密封失效，当粘土层下有渗透性良好的砂性土层时，需确定塑料排水板打入粘土层中的有效深度或离下卧砂层的最小距离。2006年，Chai等(Chai，J.-C.，Carter J.P.and Hayashi S.(2006)：Vacuumconsolidation and its combination with embankment loading，Canadian GeotechnicalJournal，43(10)，985-996；加拿大国家科学研究委员会主办的《加拿大岩土工程学报》，“真空预压固结及其与路堤荷载的组合效应”)根据处理的技术要求与土层的固结性状，提出了确定塑料排水板打入粘土层中有效深度的计算公式(以下简称Chai等的方法)。这些为进一步开发真空预压技术提供了条件。
经对现有的技术文献检索发现，中国专利申请号ZL200410014257，发明名称：快速“低位高真空分层预压击密”软地基处理方法，以及专利申请号ZL02257905.2，发明名称：真空预压软基加固的排水板，这些专利真空预压首先在地基中打入塑料排水板；其次，在软土地基上铺设砂垫层及网状排水滤管组成水平通道，然后在其上覆盖不透气的密封膜。采用真空装置进行抽气将膜内地基中空气排出，使膜内外产生一个气压差，这个气压差作用于地基上，相当于给地面增加一个负压荷载。随膜内空气与水不断地被排出，气压差逐渐增大，地基中的水气不断地被排出而使地基发生固结，使地基的强度得到增加。在地基中打入塑料排水板是为了加快水分从地基中排出，加速软粘土地基的排水效果。但是真空预压法加固软土地基技术的关键之一是应时刻保持塑料排水板、水平管路的密封性。稍有漏气就会使真空度降低，影响真空预压效果。但当粘土地基中存有贯通性薄砂层时，由于砂层的渗透系数比粘性土大得多，通过塑料排板施加的真空压由于砂层的漏气，产生较大的压力损失，甚至在局部完全不起作用，影响真空预压的加固效果。
发明内容
本发明的目的就在于克服上述缺陷，提供一种提高夹薄砂层软粘土地基真空度的方法，使其可以克服由于薄砂层存在而引起的固结差效果的问题。本发明在砂层处对塑料排水板外面加贴不透水的塑料片，使砂层中水不漏入塑料排水板中，从而防止在砂层处真空压降低。使用方便，操作简单，无需大量设备，且费用并不增加。
本发明是通过以下技术方案实现的，首先通过在插板套管的端头上安装孔隙水压力计探头测试每个插板位置的地基孔隙水压确定土层分布与性质；然后在土工塑料排水板薄砂层的标高处粘贴密封塑料片将透气通道隔断。
本发明方法包括以下步骤：
(1)施工设备设置：在普通塑料排水板插板机的套管侧面设置一根圆形钢管，其端部安装孔压式静力触探的探头，并设置电缆，从钢管内通到地表的孔隙水压力记录仪，用于记录插板过程的孔隙水压变化。
(2)将需进行插板的区域分块整平，使中间部分略高，并按设计要求在地表标上将要插入的塑料排水板的位置。
(3)确认现场土层分布：在要进行真空预压固结加固的位置，插入第一根塑料排水板；记录插板过程的孔隙水压变化。根据孔隙水压变化情况，采用现有技术确定地层的分布深度与厚度，并确定各土层的固结系数与渗透系数，特别注意砂性土层的厚度与分布深度。
(4)粘贴密封塑料片：根据上一步中确定的砂性土层的厚度与分布深度，在塑料排水板的对应位置粘贴密封塑料片；塑料片长度应比薄砂层的厚度大10cm，保证砂层上下各5cm以达到封闭砂层的目的；粘贴剂材料应使用不透气的树脂类材料，保持完全密封。
(5)插板与记录孔隙水压力：在将塑料排水板插入地层，边插边记录孔隙水压。根据插入过程中的孔隙水压力，判断砂层的厚度及记录其深度。将该孔的砂层厚度与深度的数据作为下一孔排水板粘贴不透水塑料片位置与长度的依据。
(6)如果粘土层下存在无需处理的砂层时，塑料排水板应离砂层有一段距离以保证密封。
(7)重复步骤(4)至(6)在下一个位置插板直至整个区域完成插板作业。
(8)在表层土上铺设一根集水管，将集水管与各带盒塑料排水板的软管相接；将集水管与射流真空泵相连接；
(9)抽真空：启动抽真空装置将排水板顶盒中的水气抽出，在顶盒中形成负压加到软土地基中。抽真空时，打开软管中的锥形阀；停泵时，关闭锥形阀。保持顶盒中的真空状态。
本发明在步骤(9)结束后，根据需要可以进行重复加压与重复抽真空。
本发明的效果在于：采用这种局部密封的塑料排水板后，可以有效地防止漏气，减小预压过程中真空压的损失，使真空压完全作用于粘土层，有效提高整个预压固结软土地基的真空度。设备方面仅需在插板机套管上附加孔隙水压式静力触探头，制作较为简单。塑料排水板上密封塑料片的粘贴可在现场进行，操作方便。
附图说明
图1为实施例中插板机套管上部安装钢管与孔压式静力触探的探头示意图。
图2为本发明实施例中的排水板在土层中的配置图。
图3为本发明实施例中的塑料排水板分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
某需进行真空预压的地基，经现场用孔压式静力触探(图1所示)检测确认软弱粘土层总厚度为23m，其下为砂层。其中下部为初始堆积的软弱粘土层，厚为8m，土层顶面标高为-12.0m；上部为后期堆积的淤泥质粘土层，厚13m，土层顶面标高为+3.00m；中间夹一层薄砂层，厚度约为2m。初始水位位于地表，即地下水位标高为+3.0m。用Robertson方法确定各土层的固结系数很低。
现场采用一种带盒塑料排水板的真空预压固结法对土体进行加固处理，加固的平面范围为100m×22m，经用Chai等的方法确定塑料排水板的长度为约21米，间距为1.2m；带盒塑料排水板的构造如图2所示，具体说明如下：
(1)施工设备设置：插板机、孔压式静力触探的探头、孔隙水压力记录仪。具体如图1所示，在普通塑料排水板1插板导管2的侧面一角设置一根内径为11.3毫米的钢管3；在钢管的头部安装孔压式静力触探探头4，电缆线5通过钢管接出到地面的测试仪上，用于记录插板过程的孔隙水压变化。
(2)将现场100m×22m的区域平整好，使中间部分略高0.5m左右，并按设计要求在地表标上将要插入的塑料排水板的位置。
(3)在要进行真空预压固结加固的位置，插入第一根塑料排水板；记录插板过程的孔隙水压变化。根据孔隙水压变化情况，用Robertson方法确定砂层13米的深度，其厚度约为2米，如图3所示。
(4)如图2所示，本实施例中应用带顶盒的土工塑料排水板(但并不仅限于这类土工塑料排水板)，其构成为塑料排水板10，锚板12，顶盒13，密封粘土层14。根据上述确定的中间砂性土薄层15的深度与厚度，在塑料排水板的对应位置粘贴密封塑料片11；塑料片长度应比薄砂层的厚度大10cm，保证砂层上下各5cm以达到封闭砂层的目的；粘贴剂材料应使用不透气的树脂类材料，保持完全密封。
(5)插板与记录孔隙水压力：在将塑料排水板插入地层，边插边记录孔隙水压。根据插入过程中的孔隙水压力，利用Robertson方法判断砂层的厚度及记录其深度。将该孔的砂层厚度与深度的数据作为下一孔排水板粘贴不透水塑料片位置与长度的依据。
(6)如果粘土层下存在无需处理的砂层时，塑料排水板应离砂层有一段距离以保证密封，排水板至砂层顶面的距离用Chai等提出的确定塑料排水板打入粘土层中有效深度的计算公式确定。
(7)重复步骤(4)至(6)在下一个位置插板直至整个区域完成插板作业。
(8)在表层土上铺设一根集水管，将集水管与各带盒塑料排水板的软管相接；将集水管与射流真空泵相连接，如图3所示；
(9)抽真空：启动抽真空装置将排水板顶盒中的水气抽出，在顶盒中形成负压加到软土地基中。抽真空时，打开软管中的锥形阀；停泵时，关闭锥形阀。保持顶盒中的真空状态。
(10)根据需要进行重复加压与重复抽真空；
(11)施工结束。
本实施例的效果：采用上述局部密封的塑料排水板后，可以有效地防止漏气，减小预压过程中真空压的损失，使真空压完全作用于粘土层。有效提高整个预压固结软土地基的真空度，即使有薄砂层存在时也能保持真空度达-65kPa以上。设备方面仅需在插板杆上附加孔隙水压计，制作较为简单。塑料排水板上密封塑料片的粘贴在现场进行，操作方便。
Claims (7)
1、一种提高夹薄砂层软粘土地基真空度的方法，其特征在于，通过在插板钢管的端头上安装孔隙水压力计探头测试每个插板位置的地基孔隙水压确定土层分布与性质，然后在土工带顶盒塑料排水板薄砂层的标高处粘贴密封塑料片将透气通道隔断，具体包括以下步骤：
(1)施工设备设置：在普通塑料排水板插板机的套管侧面设置一根圆形钢管，其端部安装孔压式静力触探的探头，并设置电缆，从钢管内通到地表的孔隙水压力记录仪，用于记录插板过程的孔隙水压变化；
(2)将需进行插板的区域分块整平，并按设计要求在地表标上将要插入的带顶盒塑料排水板的位置；
(3)确认现场土层分布：在要进行真空预压固结加固的位置，插入第一根带顶盒塑料排水板，记录插板过程的孔隙水压变化，根据孔隙水压变化情况，确定地层的分布深度与厚度，并确定各土层的固结系数与渗透系数，包括砂性土层的厚度与分布深度；
(4)粘贴密封塑料片：根据上一步中确定的砂性土层的厚度与分布深度，在带顶盒塑料排水板的对应位置粘贴密封塑料片；
(5)插板与记录孔隙水压力：将带顶盒塑料排水板插入地层，边插边记录孔隙水压，根据插入过程中的孔隙水压力判断砂层的厚度及记录其深度，将该孔的砂层厚度与深度的数据作为下一孔排水板粘贴不透水塑料片位置与长度的依据；
(6)如果粘土层下存在无需处理的砂层时，带顶盒塑料排水板应离砂层有一段距离以保证密封；
(7)重复步骤(4)至(6)在下一个位置插板直至整个区域完成插板作业；
(8)在表层土上铺设一根集水管，将集水管与各带顶盒塑料排水板的软管相接，将集水管与射流真空泵相连接；
(9)抽真空：启动抽真空装置将排水板顶盒中的水气抽出，在顶盒中形成负压加到软土地基中，抽真空时，打开软管中的锥形阀，停泵时，关闭锥形阀，保持顶盒中的真空状态。
2、根据权利要求1所述的提高夹薄砂层软粘土地基真空度的方法，其特征是，所述步骤(2)中，将需进行插板的区域分块整平，使中间部分高于其余部分。
3、根据权利要求1所述的提高夹薄砂层软粘土地基真空度的方法，其特征是，所述步骤(3)中，利用孔隙水压力的分布规律确定地层的分布深度与厚度，并确定各土层的固结系数与渗透系数。
4、根据权利要求1所述的提高夹薄砂层软粘土地基真空度的方法，其特征是，所述步骤(4)中，塑料片长度比薄砂层的厚度大10cm，保证砂层上下各5cm以封闭砂层。
5、根据权利要求1或4所述的提高夹薄砂层软粘土地基真空度的方法，其特征是，所述步骤(4)中，粘贴密封塑料片所用的粘贴剂材料为不透气的树脂类材料，保持完全密封。
6、根据权利要求1所述的提高夹薄砂层软粘土地基真空度的方法，其特征是，所述步骤(5)中，砂层的厚度及记录其深度利用孔隙水压力的分布规律判断。
7、根据权利要求1所述的提高夹薄砂层软粘土地基真空度的方法，其特征是，所述步骤(6)中，带顶盒塑料排水板应离砂层之间的距离用确定带顶盒塑料排水板打入粘土层中有效深度的计算公式确定。
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