CN101182708B - 覆盖式复合真空电渗与强夯加固地基方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种覆盖式复合真空电渗与强夯加固地基方法及其装置，旨在提供一种地基处理的方法以及相关的装置，特别是针对大面积的各类土体渗透系数＜10^-5cm/s的软土进行全面地基处理的方法及其装置。本发明装置，采用了复合管和开孔冗余膜或网状帽眼膜；本发明方法是用全场覆盖密封开孔冗余膜或网状帽眼膜下的多层电渗与多层真空降水复合作用替换单一的电渗、真空降水作用，用覆盖密封膜下的低中能量强夯替换直接低中能量强夯加固地基的方法，它具有处理均衡、施工简便、工程期短、性价比高等优点。

Description

覆盖式复合真空电渗与强夯加固地基方法及其装置

技术领域

本发明一覆盖式复合真空电渗与强夯加固方法及其装置，涉及一种大面积的浅、深层软土地基处理方法及其装置，尤其适用于场地对承载力不高且对变形要求一般的软土地基加固。

背景技术

目前，真空电渗与强夯技术方面有中国专利局申请号200710020427.8真空电渗降水及低能量强夯的深层加固方法及其装置专利；该工法目前只在地表有1～2米厚沙性土覆盖的、且非雨季节的小范围工程项目中获得成功。该专利存在电渗过程只作单一高度层的电渗与真空降水，不能防雨水回灌，易受天气因素干扰，且真空系统真空衰减度大等不足。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种针对大面积的各类土体渗透系数＜10^-5cm/s的软土进行全面地基处理，且处理均衡、施工简便、工程期短、性价比高的覆盖式复合真空电渗与强夯加固地基的方法以及其装置。

为了解决上述技术问题，本发明是通过下述技术方案予以实现的：

一种覆盖式复合真空电渗与强夯加固地基方法所用的装置，主要包括：电渗装置、真空降水装置，本发明用复合管统一替换电渗装置中的阴阳电极与刚性排水管，增加网状帽眼膜或开孔冗余膜密封体系，电渗通电线路位于膜上。

本发明方法所用装置中的复合管是集排水、负压传递与电极为一体的复合电极排水管，其管体上布有很多小孔，外裹渗滤膜，既作电极，又作排水通道，还可作负压传递通道进行侧向真空预压，其长度尺寸有A、B、C三类，分别埋深1～3米、5～7米、7～12米，且B类0～3米区间保持绝缘，C类0～7米区间保持绝缘，当深度小于6米时布设B类复合管组，当深度为5～7米时布设A、B两类复合管组，当深度为7～12米时布设A、B、C三类复合管组。

本发明方法所用装置中的网状帽眼膜是由帽筒和网状膜构成，帽筒装在网状膜的网眼上，网眼的间距根据工程需要设定。

本发明方法所用装置中的开孔冗余膜是在复合管的位置预留一定面积的冗余，使此冗余部分裹住复合管上部外壁，筘以弹性箍圈，将膜与复合管外壁密封，再将膜位于复合管口上的位置开孔，使复合管伸出膜外。

一种覆盖式复合真空电渗与强夯加固地基的方法及其，是用全场覆盖开孔冗余膜或网状帽眼膜的多层电渗与多层真空降水复合作用替换单一的电渗、真空降水作用，用覆盖密封膜上的低中能量强夯替换直接低中能量强夯，其操作步骤如下：

1)施工前的准备工作

①布设复合管：按网状帽眼膜的网眼位置布设复合管，当采用开孔冗余膜时按工程设计布设复合管，依据工程要求深度＜6米时布设B类复合管组，5～7米时布设A、B两类复合管组，7～12米时布设A、B、C三类复合管组；

②布设网状帽眼膜：整场地铺设网状帽眼膜，将帽筒套在复合管上，复合管伸出帽筒外，帽筒与复合管外壁密封相连，然后开挖密封沟，并将膜的周边压在密封沟下；

或布设开孔冗余膜，全场铺膜时，在每一复合管的位置预留一定面积的冗余，使此冗余部分裹住复合管上部外壁，箍以弹性箍圈，将膜与复合管外壁密封，再将膜位于复合管口上的位置开孔，使复合管伸出膜外；

③若工程需要在被加固场区边界设置竖向密封墙；根据现场需要，密封墙或防渗或防漏气或防漏电；密封墙深度、厚度根据工程需要设定；密封墙施工方法包括而不局限于注浆围幕、搅拌桩等，若工程不需要则不设此步骤；

④布设膜上水平排水系统：在膜上并排布设水平排水管，将水平排水管与复合管相连，水平排水管与集水管相连；

⑤连接膜上电渗通电线路，将B类或A、B两类或A、B、C三类复合管组的阴、阳极分别接外接电源；

2)先对A类复合管组进行真空抽水，没有A类复合管组时，本步不执行；

3)依次对B、C两类复合管组进行真空抽水，没有C类复合管组时，只针对B类复合管组；

4)依次对B、C两类复合管组进行电渗，同时进行真空抽水，没有C类复合管组时，只针对B类复合管组进行电渗和真空降水；

5)B、C两类复合管组并行或分项进行电渗，当复合管排水效果不明显时，暂停真空抽水而继续进行电渗，或同时暂停电渗与真空抽水；

6)在2)～5)步骤中，可以穿插进行A类复合管组的电渗与真空排水；

7)在2)～6)交叉进行中，当出水量明显减少，一般估计10天～15天施工工期，第一轮覆盖式复合真空电渗与降水工作结束；

8)拔出复合管，直接基于全场覆盖膜上，进行2～3轮低中能量强夯：①先点夯后满夯；②先低能量强夯后较高能量强夯，逐渐从500kN·m加能到2000kN·m；③点夯的间距一般4～7m，呈梅花形布置，每点夯击数要尽量控制在3击以下，以最后二击贯入量小于100mm时结束第一遍低能量强夯，最后用低能量夯击将地基表面夯实；

9)按1)～8)步骤进行第2轮或更多轮的覆盖式复合真空电渗与强夯加固处理。

10)经过上一轮继续处理之后，如果还需要进一步提高场地承载力到140kPa～200kPa，可以在平整之后的场地上铺置数层土工袋，上下层土袋之间的接缝相互错开，每个土袋四角与相邻土袋用扎线紧紧绑扎；每层土工袋铺设平整后，用振动机等设备压实。

11)经过第9)步骤处理之后的场地，可以采用进一步的地基处理措施来进一步提高地基承载力，具体方法，包括而不局限于疏混泥土桩、疏水泥土桩等的变形性疏桩，以及包括而不局限于振冲碎石桩、振冲沙桩、振冲低水泥含量的淤泥土桩等的振冲挤密桩等。

与传统相关软土电渗处理技术相比，本发明具有以下明显优点：

1、网状帽眼膜的帽筒或开孔冗余膜具有弹性和留有冗余长度，确保覆盖膜不会因为复合管与被加固土体之间不均匀沉降而导致膜破坏。

2、本发明直接基于全场覆盖的开孔冗余膜或网状帽眼膜上进行中低能量强夯，有利于强夯时保护地面浅层土体的整体性和提高强夯的均布作用。

3、解决了天气因素的干扰，能防雨水回灌。

4、除可进行真空电渗之外，还可进行侧向真空预压。

5、处理深度达12米以上。

6、施工操作更为简便，无需打设排水板，无需铺设渗透层。

7、开孔冗余膜的使用更是进一步的简化了施工和极大的降低了成本。

8、因膜材料只须防水即可，而大大拓宽了材料的选择范围，也从材料方面降低了成本。

附图说明

图1、使用A、B、C三类复合管的场地布置俯视示意图。

图2、使用A、B两类复合管的场地布置俯视示意图。

图3、使用B类复合管的场地布置俯视示意图。

图4、使用A、B、C类复合管的场地布置纵剖示意图。

图5、使用A、B类复合管的场地布置纵剖示意图。

图6、使用B类复合管的场地布置纵剖示意图。

图7、场地布置横剖面示意图。

图8、网状帽眼膜示意图。

图9、强夯作业示意图。

图10、开孔冗余膜俯视示意图。

图11、开孔冗余膜单个冗余及开孔示意图。

图中：复合管1，电渗电源2，网状帽眼膜3，沟槽4，水平排水管5，连接阴阳极的线路6，真空泵7，集水管8，帽筒底部9，帽筒顶部10，网眼11，A类复合管12，B类复合管13，C类复合管14，帽眼15、开孔冗余膜16、开孔冗余膜上的孔17、弹性箍圈18。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作祥细描述。

1、场地平整，相关设备、材料进场。

2、布设复合管：①按图8网状帽眼膜3的网眼11位置布设复合管1，当采用开孔冗余膜16时按工程设计布设复合管；②依据电渗深度＜6米时布设B类复合管组13，如图3、图6所示，5～7米时布设A、B类复合管组12、13，如图2、图5所示，7～12米时布设A、B、C三类复合管组12、13、14，如图1、图4所示，A、B两类，或A、B、C三类复合管组相隔布设；③复合管由分布有小孔的管体和外裹渗滤膜组成；④根据网状帽眼膜的网眼位置采用专门成孔设备对场地成孔，当采用开孔冗余膜时按工程设计分布的复合管位置对场地成孔，然后再插入复合管1；⑤根据场地的软硬程度，施工设备进场前，先铺设土工织物类的挚层，⑥根据需要场地布设相关监测设备。

3、铺设开孔冗余膜，全场铺膜时，在每一复合管的位置预留一定面积的冗余，使此冗余面积裹住复合管上部外壁，箍以弹性箍圈18，将膜与复合管外壁密封，再将膜位于复合管口上的位置开孔，使复合管伸出膜外，然后检查搭接缝、膜与复合管的密封性，并及时修补；禁止施工人员着硬底鞋在膜上作业或行走，以防将膜刮破；基本完成铺膜后，启动并维系膜少量的真空状态，以保证铺设好的膜能被稳定吸在地面上。

或铺设网状帽眼膜：①将网状帽眼膜3在现场拼成一个大于处理面积的整块，如图8所示；②将膜放在场区架子上，从一头开始逐渐使复合管1伸出膜的帽筒15外；③铺膜过程中随铺随时固定膜，防止起风将铺好的膜卷走或撕裂；④将帽筒9、10与复合管外壁密封；⑥检查搭接缝、帽筒的密封性，并及时修补；⑦禁止施工人员着硬底鞋在膜上作业或行走，以防将膜刮破；⑧基本完成铺膜后，启动并维系膜少量的真空状态，以保证铺设好的膜能被稳定吸在地面上。

4、挖密封沟，并将膜的边压在密封沟下，对于长期旱季施工，密封沟可以不挖，应用简易压载来压边，并视场地土体密封性，在被加固场区边界设置竖向密封墙。

5、布设膜上水平排水系统：在膜上并排布设水平排水管5，将水平排水管5与复合管1密封相连，水平排水管5与集水管8相连。

6、连接膜上电渗通电线路，将B或A、B两类或A、B、C三类复合管组的阴、阳极线路6分别接电渗电源2。

7、先对A类复合管组进行真空抽水，没有A类复合管组，本步不执行。

8、然后依次对B、C两类复合管组进行真空抽水，没有C类复合管组时，只针对B类复合管组。

9、然后依次对B、C两类复合管组进行电渗，同时进行真空抽水，没有C类复合管组时，只针对B类复合管组。

10、在7～9步骤中，可以穿插A组进行电渗与真空排水。

11、在7～10交叉进行中，当出水量明显减少，一般估计10天～15天施工工期，第一轮覆盖式复合真空电渗与降水工作结束。

12、拔出复合管，直接基于全场覆盖膜上，进行2～3轮低中能量强夯，如图9所示：①先点夯后满夯；②先低能量强夯后较高能量强夯，逐渐从500kN·m加能到2000kN·m；③点夯的间距一般4～7m，呈梅花形布置，每点夯击数要尽量控制在3击以下，以最后二击贯入量小于100mm时结束第一遍低能量强夯，最后用低能量夯击将地基表面夯实。

13、按1～12步骤进行第2轮或更多轮的覆盖式复合真空电渗与强夯加固处理。

14、收回可被重复利用材料，清理场地，振动碾压、平整场地。

15、经过以上处理步骤的场地，其地基承载力初步可以达到100～150kPa承载力，如果还需要进一步提高场地承载力到140kPa～200kPa，可以在平整之后的场地上铺置数层土工袋，上下层土袋之间的接缝相互错开，每个土袋四角与相邻土袋用扎线紧紧绑扎；每层土工袋铺设平整后，用振动机等设备压实。

16、振动碾压、平整场地。

17、经过前14步处理之后的场地，可以采用进一步的地基处理措施来进一步提高地基承载力，具体方法，包括而不局限于疏混泥土桩、疏水泥土桩等的变形性疏桩，以及包括而不局限于振冲碎石桩、振冲沙桩、振冲低水泥含量的淤泥土桩等的振冲挤密桩等。

18、振动碾压、平整场地。

其中：场地承载力要求达到100kPa～150kPa，实施1～14步；场地承载力要求达到140kPa～200kPa，实施1～16步；场地承载力要求达到＞200kPa，实施1～18步。

实施例一：参见附图1、附图4、附图7、附图8、和附图9所示，

在浙江某试验工地，要求处理深度11m

1、进场后大致平整场地，清除锐利物，在平整面上按网状帽眼膜的网眼的分布进行复合管位置施工放样，网眼的间距设定为0.5米。

2、在试验区进行小镙钻详探，深度钻至地表下不小于11米处，因试验区面积较小，采用25m×25m的方格网布孔进行小镙钻详探，并作好记录。探清试验区各类土层的埋置深度、厚度，以便及时了解试验区的土性、土层含水量、渗透系数和赋予状态，绘制钻探剖面图。

3、准备机械设备和材料：包含真空泵、电渗电源、复合管、水平排水管、集水管、网状帽眼膜等。

4、布设复合管：布设A、B、C三类复合管组，深度分别为3米、7米、11米。按膜的网眼位置采用专门成孔设备对场地成孔，然后再插入复合管，并布设相关监测设备。

5、铺设网状帽眼膜：将膜在现场拼成一个大于处理面积的整块；将膜放在场区架子上，从一头开始逐渐使复合管伸出膜的帽眼；铺膜过程中随铺随时固定膜，防止起风将铺好的膜卷走或撕裂；将帽筒与复合管外壁密封；检查搭接缝、帽筒的密封性，并及时修补；禁止施工人员着硬底鞋在膜上作业或行走，以防将膜刮破；基本完成铺膜后，启动并维系膜少量的真空状态，以保证铺设好的膜能被稳定吸在地面上。

6、挖密封沟，并将膜的周边压在密封沟下。

7、布设膜上水平排水系统：在膜上并排布设水平排水管，将水平排水管与伸出网状帽眼膜外的复合管相连，布设集水管，与水平排水管相连。

8、连接膜上电渗通电线路，将A、B、C三类复合管组的阴、阳极分别接外接电源。

9、首先对A类复合管组进行真空抽水。

10、然后依次对B、C两类复合管组进行真空抽水。

11、然后依次对B、C两类复合管组进行电渗，同时相应进行真空抽水。

12、于9～11步骤中，穿插A组进行电渗与真空排水。

13、交叉实施9～12步骤，14天之后，出水量明显减少，第一轮覆盖式复合真空电渗与降水工作结束。

14、拔出复合管，直接基于全场覆盖膜上，进行2～3轮低中能量强夯：①先点夯后满夯；②先低能量强夯后较高能量强夯，逐渐从500kN·m加能到2000kN·m；③点夯的间距一般4～7m，呈梅花形布置，每点夯击数要尽量控制在3击以下，以最后二击贯入量小于100mm时结束第一遍低能量强夯，最后用低能量夯击将地基表面夯实。

15、按1～14步骤进行第2轮覆盖式复合真空电渗与强夯加固处理。

16、收回可被重复利用材料，清理场地，振动碾压、平整场地，经检测，地基承载力初步可以达到140kPa，满足工程基本需要。

实施例二：参见附图2、附图5、附图7、附图9、附图10和附图11所示，

同实施例一，在浙江某试验工地，要求处理深度7m

1、进场后大致平整场地，清除锐利物，在平整面上进行复合管位置施工放样，复合管之间的间距设定为0.5米。

2、在试验区进行小镙钻详探，深度钻至地表下不小于7米处，因试验区面积较小，采用25m×25m的方格网布孔进行小镙钻详探，并作好记录。探清试验区各类土层的埋置深度、厚度，以便及时了解试验区的土性、土层含水量、渗透系数和赋予状态，绘制钻探剖面图。

3、准备机械设备和材料：包含真空泵、电渗电源、复合管、水平排水管、集水管、开孔冗余膜等。

4、布设复合管：布设A、B两类复合管组，深度分别为3米、7米。按工程设计分布的复合管位置采用专门成孔设备对场地成孔，然后再插入复合管，并布设相关监测设备。

5、铺设开孔冗余膜，全场铺膜时，在每一复合管的位置预留一定面积的冗余，使此冗余面积裹住复合管上部外壁，箍以弹性箍圈，将膜与复合管外壁密封，再将膜位于复合管口上的位置开孔，使复合管伸出膜外，然后检查搭接缝、膜与复合管的密封性，并及时修补；禁止施工人员着硬底鞋在膜上作业或行走，以防将膜刮破；基本完成铺膜后，启动并维系膜少量的真空状态，以保证铺设好的膜能被稳定吸在地面上。

6、挖密封沟，并将膜的周边压在密封沟下，并在被加固场区边界设置注浆围幕作竖向密封墙。

7、布设膜上水平排水系统：在膜上并排布设水平排水管，将水平排水管与伸出开孔冗余膜外的复合管相连，布设集水管，与水平排水管相连。

8、连接膜上电渗通电线路，将A、B两类复合管组的阴、阳极分别接外接电源。

9、首先对A类复合管组进行真空抽水。

10、然后依次对B类复合管组进行真空抽水。

11、然后依次对B类复合管组进行电渗，同时相应进行真空抽水。

12、于9～11步骤中，穿插A组进行电渗与真空排水。

13、交叉实施9～12步骤，14天之后，出水量明显减少，第一轮覆盖式复合真空电渗与降水工作结束。

14、拔出复合管，直接基于全场覆盖膜上，进行2～3轮低中能量强夯：①先点夯后满夯；②先低能量强夯后较高能量强夯，逐渐从500kN·m加能到2000kN·m；③点夯的间距一般4～7m，呈梅花形布置，每点夯击数要尽量控制在3击以下，以最后二击贯入量小于100mm时结束第一遍低能量强夯，最后用低能量夯击将地基表面夯实。

15、按1～14步骤进行第2轮覆盖式复合真空电渗与强夯加固处理。

16、收回可被重复利用材料，清理场地，振动碾压、平整场地，经检测，地基承载力达到150kPa，满足工程基本需要。

Claims (3)

1.一种覆盖式复合真空电渗与强夯加固地基方法所用的装置，主要包括：电渗装置、真空降水装置，其特征在于：用复合管统一替换电渗装置中的阴阳电极与刚性排水管，增加网状帽眼膜或开孔冗余膜密封体系，电渗通电线路位于网状帽眼膜上，其中：复合管是集排水、负压传递与电极为一体的复合电极排水管，其管体上布有很多小孔，外裹渗滤膜，既作电极，又作排水通道和真空预压传递通道，网状帽眼膜是由帽筒和网状膜构成，帽筒装在网状膜的网眼上，开孔冗余膜是在复合管的位置预留一定面积的冗余，使此冗余部分裹住复合管上部外壁，箍以弹性箍圈，将膜与复合管外壁密封，再将膜位于复合管口上的位置开孔，使复合管伸出膜外。

2.根据权利要求1所述的一种覆盖式复合真空电渗与强夯加固地基方法所用的装置，其特征在于：复合管的长度尺寸有A、B、C三类，分别埋深1～3米、5～7米、7～12米，且B类0～3米区间保持绝缘，C类0～7米区间保持绝缘，当深度小于6米时布设B类复合管组，当深度为5～7米时布设A、B两类复合管组，当深度为7～12米时布设A、B、C三类复合管组。

3.利用权利要求1所述的一种覆盖式复合真空电渗与强夯加固地基的装置进行加固地基的方法，其特征在于：用全场密封覆盖开孔冗余膜或网状帽眼膜下的多层电渗与多层真空降水复合作用替换单一的电渗、真空降水作用，用覆盖膜上的低中能量强夯替换直接低中能量强夯，其操作步骤如下：

1)施工前的准备工作

①布设复合管：复合管长度尺寸有A、B、C三类，分别埋深1～3米、5～7米、7～12米，且B类0～3米区间保持绝缘，C类0～7米区间保持绝缘，按网状帽眼膜的网眼位置布设复合管，当采用开孔冗余膜时按工程设计布设复合管，依据工程要求深度＜6米时布设B类复合管组，5～7米时布设A、B两类复合管组，7～12米时布设A、B、C三类复合管组；

②布设网状帽眼膜：整场地铺设网状帽眼膜，将帽筒套在复合管上，复合管伸出帽筒外，管外壁与帽筒密封，然后开挖密封沟，并将膜的周边压在密封沟下；或布设开孔冗余膜，全场铺膜时，在每一复合管的位置预留一定面积的冗余，使此冗余部分裹住复合管上部外壁，箍以弹性箍圈，将膜与复合管外壁密封，再将膜位于复合管口上的位置开孔，使复合管伸出膜外；

③若工程需要在被加固场区边界设置竖向密封墙，若工程不需要则不设此步骤；

④布设膜上水平排水系统：在膜上并排布设水平排水管，将水平排水管与复合管相连，水平排水管与集水管相连；

⑤连接膜上电渗通电线路，将B类或A、B两类或A、B、C三类复合管组的阴、阳极分别接外接电源；

2)先对A类复合管组进行真空抽水，没有A类复合管组时，本步不执行；

3)依次对B、C两类复合管组进行真空抽水，没有C类复合管组时，只针对B类复合管组；

4)依次对B、C两类复合管组进行电渗，同时进行真空抽水，没有C类复合管组时，只针对B类复合管组进行电渗和真空降水；

5)B、C两类复合管组并行或分项进行电渗，当复合管排水效果不明显时，暂停真空抽水而继续进行电渗，或同时暂停电渗与真空抽水；

6)在2)～5)步骤中，可以穿插进行A类复合管组的电渗与真空排水；

7)在2)～6)交叉进行中，当出水量明显减少，一般估计10天～15天施工工期，第一轮覆盖式复合真空电渗与降水工作结束；

8)拔出复合管，直接基于全场覆盖膜上，进行2～3轮低中能量强夯：①先点夯后满夯；②先低能量强夯后较高能量强夯，逐渐从500kN·m加能到2000kN·m；③点夯的间距一般4～7m，呈梅花形布置，每点夯击数要尽量控制在3击以下，以最后二击贯入量小于100mm时结束第一遍低能量强夯，最后用低能量夯击将地基表面夯实；

9)按1)～8)步骤进行第2轮或更多轮的覆盖式复合真空电渗与强夯加固处理；

10)经过上一轮继续处理之后，如果还需要进一步提高场地承载力到140kPa～200kPa，可以在平整之后的场地上铺置数层土工袋，上下层土袋之间的接缝相互错开，每个土袋四角与相邻土袋用扎线紧紧绑扎；每层土工袋铺设平整后，用振动机设备压实；

11)经过第9步骤处理之后的场地，可以采用进一步的地基处理措施来进一步提高地基承载力，具体方法，包括而不局限于疏混泥土桩、疏水泥土桩等的变形性疏桩，以及包括而不局限于振冲碎石桩、振冲沙桩、振冲低水泥含量的淤泥土桩的振冲挤密桩。

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