CN101302757B

CN101302757B - 一种快速处理厚层软土地基的方法

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Publication number: CN101302757B
Application number: CN2008100707267A
Authority: CN
Inventors: 张伯谦
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2028-03-07
Also published as: CN101302757A

Abstract

本发明公开了一种快速处理厚层软土地基的方法。本发明中的软土地基处理方法通过使用竹栅、利用竹栅比重较小和具有一定强度的特点，无需等待淤泥面固化后再使用人工和机械设备在其上进行后道工序施工，并同时施加预压荷载和动力荷载作用，使处理土层在预压过程中短时间内不能形成硬壳薄层，从而保证预压荷载及动力荷载能有效传递到下部软土层，最终形成成片的超固结硬壳层，同时硬壳层与竹栅的紧密结合提高了其底板的刚度和硬壳层的应力扩散效应，使处理软土地基在短时间内满足施工沉降要求与承载力要求。

Description

一种快速处理厚层软土地基的方法

技术领域

本发明涉及岩土工程的地基处理领域，具体地涉及一种厚层软土的地基处理方法。

背景技术

1、厚层软土地基处理有广阔的应用前景

随着我国建设事业的飞速发展和土地资源的日益紧缺，选址于沿海、沿江、沿湖的淤泥类软土地基的建设项目越来越多，围海造地项目也在迅速增加。利用沿海、河、江边的高含水量厚层软土吹填造陆建造面积大于100万m²的工程场地也各处可见。这类工程场地的软土地基均存在含水量高、压缩性高、渗透性能差、短期内也不能为建设所使用的特性。因此，快速处理厚层软土地基的方法符合当前经济建设的需要，有着广阔的应用前景。

2、传统软土地基处理方法的不足

目前可用软土地基处理技术比较多，如石灰桩、碎石桩、砂桩、强夯法、高压喷射注浆法、深层搅拌法、真空预压法、堆载预压法和动力排水固结法等都得到了广泛的研究和应用。这些技术与方法要么需要大型设备，施工难度比较大，要么对材料要求比较高，要么对场地地质有较高要求。现有的动力排水固结法如高真空击密法在局部深度超过8m的淤泥层中无法实施。传统的厚层软土处理方法有真空预压法、堆载预压法、真空联合堆载预压法，三种方法均为采用静力排水固结法，需要等待淤泥面固化或先铺设土工格栅、土工布，再填0.8m以上砂垫层，待淤泥表层具有一定强度后，人工和机械设备才能在其上进行后道工序施工，导致所需的工期较长，场地强度不高。尤其是，在使用真空预压法、堆载预压法和真空联合堆载预压法处理软土地基的中后期，堆载料已形成一定强度的硬壳薄层，其应力扩散作用导致上部预压荷载无法有效传递到下部软土层，沉降速率减小。因此，如何快速处理深度超过8m的厚层软土地基成为试验区施工过程中的难题。软土地基处理中使用的传统加固材料为高分子材料土工格栅，其刚度和整体性均无法达到施工要求，在呈流塑状的淤泥中更是无法进行回填等工序的操作。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速处理厚层软土地基的方法，以解决现有技术存在的上述问题。本发明中的软土地基处理方法通过使用竹栅、利用竹栅比重较小和具有一定强度的特点，无需等待淤泥面固化后再使用人工和机械设备在其上进行后道工序施工，并同时施加预压荷载和动力荷载作用，使处理土层在预压过程中短时间内不能形成硬壳薄层，从而保证预压荷载及动力荷载能有效传递到下部软土层，最终形成成片的超固结硬壳层，同时硬壳层与竹栅的紧密结合提高了其底板的刚度和硬壳层的应力扩散效应，使处理软土地基在短时间内满足施工沉降要求与承载力要求。

本发明采用的技术方案如下：

一种快速处理厚层软土地基的方法，包括步骤A-D：

A：在厚层软土表层铺设竹栅、土工布；而后在其上建立水平排水通道，在厚层软土中建立竖向排水通道，所述竖向排水通道的上端与水平排水通道相连接；

B：按一定间距埋设集水井，集水井底部进入水平排水通道，集水井底部放置潜水泵；水平排水通道中按5～12m的间距埋设1根水平软式透水滤管(管径￠50mm)，将其通过高压真空总管连接至围堰岸边的真空泵，形成立体的排水系统；

C：埋设相应的观测仪器；

D：吹填或回填土至设计交工标高，并继续回填相当于计算沉降量厚度的填土，进行2～3级超载-降水预压和动力加载，在土层上逐步加载动力冲击，使土体的密实度逐步提高，并与竹栅形成一个整体性良好的超固结硬壳层，整个过程中使用立体排水系统排水。

在步骤A中，可以先在厚层软土表层铺设竹栅，而后铺设土工布；也可以先在厚层软土表层铺设土工布，而后铺设竹栅。在处理含水量为40％以下的软土地基时，可以直接在其上铺设竹栅；在处理含水量在40％～80％的软土地基时，需先铺设土工布，而后再铺设竹编土工格栅；而在处理含水量在80％以上的软土地基时，需要先铺设下方设置浮力块的竹编土工格栅，而后再铺设土工布。

本方法还可适用于吹填管口与管尾含水量等土质条件差异较大的厚层软土。

在水平排水通道中按5～12m的间距排列埋设管径￠50mm的水平软式透水滤管，可加快水平排水通道排水，将其通过高压真空总管连接至围堰岸边的真空泵，与集水井、潜水泵、水平软式透水滤管一起形成立体排水系统，作为软土地基快速固结处理过程中的排水节点进行全过程的排水。集水井可采用水泥管制成，也可采用PVC管或钢筋笼等其它材质制成。

观测仪器可以是孔隙水压力计、沉降观测标、深层沉降观测仪、测斜仪等测试仪器中的一种或多种。

步骤D中填土的厚度取决于在填土自重荷载和设计使用荷载下的厚层淤泥计算沉降量与填土的压实沉降量，沉降量计算采用分层总和法。在回填土过程中实施2～3级超载-降水预压加动力荷载的静动排水固结，按预压稳定性计算进行2～3级分层回填加载，并在各级分层回填时进行振动碾压给厚层软土施加动力荷载。直至沉降观测曲线稳定或施工沉降量与计算沉降量相比已满足设计的工后沉降量要求，沉降观测曲线稳定标准为后五次的平均沉降量小于2mm。整个预压过程处于静动排水相结合的排水固结中，促使厚层软土快速固结。利用竖向排水体在超强动力荷载下的“水柱”效应进一步加大厚层淤泥及竖向排水体底部淤泥的排水固结速度，以尽量减小工后沉降，并使填土成为高压实的超固结硬壳层及填土层底部与竹栅的紧密结合而提高硬壳层底板的刚度。

所述竹栅为由厚度为0.5～1.0cm、宽度为1.8～2.5cm、长度为2.5～4.0m的竹条纵横交错形成的网格状编织体，所述网格的横向长度为10～15cm和纵向长度为10～15cm。所述竹栅的竹条交错连接部通过设置在其上的钻孔用连接栓或捆绑件捆绑固定。捆绑件和连接栓可采用铁丝等不易腐蚀的材料。

竹栅为具一定刚性的半柔性体，密度较小，单位重量约为5kg/m²。竹栅整体连接后可浮于淤泥层表面，利用竹栅具有一定结构强度的特征可快速进行填砂、插竖向排水体等工序。以竹栅取代高分子材料土工格栅，当竹栅与压实的处理土层紧密结合后具有足够的整体性和刚度，对上部荷载有较好的应力扩散效应，减小在使用荷载下的工后沉降，在与超固结的硬壳层紧密结合后，形成刚度较高的硬壳层底板从而加大硬壳层的应力扩散效应。同时竹栅还具有抗腐蚀性强、对环境无污染和原材料丰富的特点，具有环保和节能效益。

所述竹栅的下方可设置对称分布的长80～100cm、宽10～12cm、高8～10cm的长方体浮力块。浮力块优选为泡沫塑料。在使用土工格栅处理含水量极大、处于流塑状态的软土时，竹条本身的比重难以使其放置在处于流塑状态的软土层表面，对于表层含水量超过80％的软土层难以使用。而在竹条编制的土工格栅的下方设置浮力块后，可以大大提高该土工格栅的浮力，使之可用于表层含水量超过80％，处于流塑状态的软土地基处理。对称设置的浮力块可以使竹栅在使用时保持平衡，使用更为方便。浮力块可以为长方体、正方体或其他形状，浮力块捆绑在竹栅下方。

所述厚层软土地基为厚度大于8m的软土地基。传统的静力排水固结法处理软土地基的工期长、操作不便捷、质量不稳定，而动力排水固结法的有效处理深度小于8m，本发明摒弃上述两类地基处理方法缺点，将二者的优点有效结合，形成动静结合的快速处理厚层软土地基的方法，使其可用快速处理厚度大于8m的厚层软土地基。

所述水平排水通道为厚度是0.8～1.5m的中粗砂层。中粗砂层可使用人工或小型机械回填铺设，优选使用人工铺设的中粗砂层。

本发明的所述的厚层软土为含水量高、孔隙比高、压缩性高、强度低、渗透性能差的欠固结土，可以为天然含水量大于液限含水量、天然孔隙比大于1.5的淤泥，或天然含水量大于液限含水量、天然孔隙比大于1.0的淤泥质土层，或欠固结的新近吹填土和填土。

所述竖向排水通道为软土层中排列的竖向贯穿的塑料排水板或袋装砂井或砂桩，竖向排水通道的上端与水平排水通道相连接。竖向排水通道按正三角形或正方形布置，间距为0.8～2.5m，长度为5～15m。常规堆载预压和真空联合堆载预压是通过对下部软土进行超载预压，通过竖向排水通道排水，达到对软土压缩固结的目的。但是当竖向排水通道长度超过10m以后，上部超载预压应力不能向下层软土有效传递，导致其排水固结作用大大折扣，而到竖向排水通道长度15m后作用不明显。因此若软土深度不超过15m，则竖向排水通道长度以穿透淤泥层进入下部硬土层为准，若软土深度超过15m，则竖向排水通道长度为15m即可。

所述土工布为梭织土工布、经编土工布和针织土工布，其作用是为阻隔淤泥侧向挤出或隆起形成淤泥包和吹填砂沉入淤泥中。

本发明中的软土地基处理方法通过使用竹栅、利用竹栅比重较小和具有一定强度的特点，无需等待淤泥面固化后再使用人工和机械设备在其上进行后道工序施工，并采用超载-降水预压、多层分层振动碾压和大能量强夯相结合的静动排水固结法对厚层软土进行处理，通过施加动力荷载作用，使处理土层在预压过程中暂时不能形成硬壳薄层，从而保证超载-降水预压荷载及动力荷载能有效传递到下部软土层，最终形成成片的超固结硬壳层，同时硬壳层与竹栅的紧密结合提高了其底板的刚度和硬壳层的应力扩散效应，使处理软土地基在短时间内满足施工沉降要求与承载力要求。

本发明中的软土地基处理方法只需设置竹栅、水平排水通道、竖向排水通道、集水井、潜水泵、水平软式透水滤管和通过高压真空总管连接至围堰岸边的真空泵，即可建立立体排水系统，操作步骤简单，工程造价较低。

本发明通过使用下方设置浮力块的竹栅还可用于表层含水量超过80％的软土地基的处理，使其在短时间内满足施工沉降要求与承载力要求。由于竹栅还具有造价低、抗腐蚀性强、对环境无污染和原材料丰富的特点，与传统方法相比，本发明的软土地基处理方法工程造价低于使用高分子材料土工格栅的静力排水固结法，并具有环保和节能效益。

附图说明

图1为本发明实施例工程的截面图。

具体实施方式

通过下面给出的本发明实施例可进一步了解本发明，但本发明的保护范围不限于此。

实施例1

参照图1所示。在厚度为8m，表层含水量为38％的淤泥层1上铺设竹栅2，所述竹栅2由厚度为0.5cm、宽度为1.8cm、长度为2.5m的竹条纵横交错形成的网格状编织体，网格的横向长度为10cm，纵向长度为10cm，竹栅上的竹条交错连接部用连接栓通过设置在其上的钻孔固定，竹栅2的单位重量为5kg/m²。在完成竹栅2的铺设后，立即在其上人工铺设厚度为0.8m的中粗砂层4，铺设时需保持厚度均一。

淤泥层1中排列有数条竖向贯穿的塑料排水板5，塑料排水板5的上端进入中粗砂层4中。

按每隔40m间距埋设集水井6，集水井底部进入中粗砂层4，集水井6的井管采用管径￠400mm的水泥管，管壁上开滤孔，井管外壁用透水土工布或200目滤网包缠，井管底部回填中粗砂作为透水层，集水井6与潜水泵7连接；中粗砂层4中间隔10m排列埋设1层管径为￠50mm的水平软式透水滤管3，相邻的塑料排水板5上端缠绕在水平软式透水滤管3上，水平软式透水滤管3通过高压真空总管连接至围堰岸边的真空泵9。在各软土土层中埋设孔隙水压力计、沉降观测标、深层沉降观测仪和测斜仪，集水井6的井口高度达到预设的超载填料高度以上0.5m，为适应填土过程中的排水，井筒可分节加高，然后在井底安放潜水泵7，将地下水抽出。潜水泵7上安装有牵引装置，在全部完成淤泥层的排水后，可以将潜水泵7从集水井6抽离。

继续吹填或回填土至场地设计交工标高，土质为砂类土；吹填或回填达设计交工标高后即可从使用潜水泵7和真空泵9抽水进行降水预压。继续回填土的厚度取决于在附加荷载下的厚层淤泥沉降量与填土的压实沉降量，沉降量采用分层总和法计算，附加荷载包括填土自重荷载和设计使用荷载。在回填土时按0.5m的单层厚度进行分层大功率振动碾压，与静止的降水预压相结合形成动静排水固结过程。在土层上面逐步加载动力冲击，使土体的密实度逐步提高，并与竹栅形成一个整体的超固结层。

在填土结束经监测下部淤泥的侧向位移状况，经过稳定性计算后分级进行回填加荷超载-降水预压，每级加载荷重及稳压时间根据观测资料选定，但应遵循先轻后重的加荷原则，不能使下伏厚层软土产生侧向挤出破坏。

加荷级数依设计的固结度或沉降量完成情况确定；在每级加荷稳压过程中，应及时绘制时间-沉降曲线及水压力消散曲线，以确定下级加荷时间和卸荷时间。当每级加载的后五次沉降量均小于5mm，孔隙水压力消散达到75％以上时，进行下一级加载。

集水井6排水应全过程进行，直到出水量逐渐减小抽水难以继续，方可回填压实并拆除超出地表以上的集水井6。

经检测，以本实施例方法处理的淤泥土层符合地基处理后残余沉降量要求≤20cm的设计要求。

实施例2

参照图1所示。与实施例1的不同之处在于：在厚度为12m，表层含水量为50％的淤泥层1上铺设比重为300g/m²一层的针织土工布，而后在其上铺设竹栅2，所述竹栅2由厚度为0.8cm、宽度为2.0cm、长度为3.0m的竹条纵横交错形成的网格状编织体，网格的横向长度为12cm，纵向长度为12cm，竹栅上的竹条交错连接部使用连接栓通过设置在其上的钻孔固定，竹栅2的单位重量为5kg/m²。在完成土工布和竹栅2的铺设后，立即在其上人工铺设厚度为1.0m的中粗砂层4，铺设时需保持厚度均一。

其余步骤同实施例1。

实施例3

参照图1所示。与实施例1的不同之处在于：在厚度为15m，表层含水量为80％的淤泥层1上先铺设一层比重为300g/m²的针织土工布，而后在其上铺设竹栅2，所述竹栅2由厚度为1.0cm、宽度为2.5cm、长度为4.0m的竹条纵横交错形成的网格状编织体，网格的横向长度为15cm，纵向长度为15cm，竹栅上的竹条交错连接部使用连接栓通过设置在其上的钻孔固定，竹栅2的单位重量为5kg/m²。在完成土工布和竹栅2的铺设后，立即在其上人工铺设厚度为1.5m的中粗砂层4，铺设时需保持厚度均一。

其余步骤同实施例1。

实施例4

参照图1所示，与实施例1的不同之处在于：竹栅由厚度为1.0cm、宽度为2.5cm、长度为4.0m的竹条纵横交错形成的网格状编织体，网格的横向长度为15cm，纵向长度为15cm。竹栅上的竹条交错连接部使用连接栓通过设置在其上的钻孔固定，竹栅的单位重量为5kg/m²。竹栅的下方固定设置有长80～100cm、宽10～12cm、高8～10cm的长方体泡沫塑料。在厚度为8m，表层含水量为90％的淤泥层1上铺设设置有长方体泡沫塑料的竹栅，而后在其上铺设比重为300g/m²的针织土工布，而后立即在其上人工铺设厚度为1.2m的中粗砂层4，铺设时需保持厚度均一。

其余步骤同实施例1。

上述仅为本发明的具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims

1.一种快速处理厚层软土地基的方法，包括步骤A～D：

B：按一定间距排列埋设集水井，集水井底部进入水平排水通道，集水井底部放置潜水泵；水平排水通道中埋设1层水平软式透水滤管，将其通过高压真空总管连接至围堰岸边的真空泵，形成立体的排水系统；

C：在各软土土层中埋设相应的观测仪器；

2.根据权利要求1中所述的快速处理厚层软土地基的方法，其特征在于：所述竹栅为由厚度为0.5～1.0cm、宽度为1.8～2.5cm、长度为2.5～4.0m的竹条纵横交错形成的网格状编织体，所述网格的横向长度为10～15cm和纵向长度为10～15cm。

3.根据权利要求2中所述的快速处理厚层软土地基的方法，其特征在于：所述竹栅的竹条交错连接部通过设置在其上的钻孔用连接栓或捆绑件捆绑固定。

4.根据权利要求2中所述的快速处理厚层软土地基的方法，其特征在于：所述竹栅的下方可设置对称分布的长80～100cm、宽10～12cm、高8～10cm的长方体浮力块。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的快速处理厚层软土地基的方法，其特征在于：所述水平排水通道为厚度是0.8～1.5m的中粗砂垫层。

6.根据权利要求1、2、3或4中所述的快速处理厚层软土地基的方法，其特征在于：所述厚层软土为厚度大于8m的软土地基。

7.根据权利要求1、2、3或4所述的快速处理厚层软土地基的方法，其特征在于：所述厚层软土为含水量高、孔隙比高、压缩性高、强度低、渗透性能差的欠固结土。

8.根据权利要求1、2、3或4所述的快速处理厚层软土地基的方法，其特征在于：所述观测仪器为孔隙水压力计、沉降观测标、深层沉降观测仪、测斜仪的一种或多种。

9.根据权利要求1、2、3或4所述的快速处理厚层软土地基的方法，其特征在于：所述竖向排水通道为软土层中排列的竖向贯穿的塑料排水板，塑料排水板的上端与水平排水通道相连接。