CN101377077B - 吹填堆载降水预压强夯联合软土地基处理工法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种软土地基处理工法，具体是指吹填堆载降水预压强夯联合软土地基处理工法，特别适用于沿江、沿海的上为砂层、下为软土层的岸滩地域的吹砂造陆工程，在划定处理区域之后，其包括步骤如下：插竖向排水体达软土层内，围绕处理区域建造泥浆搅拌墙；布置降水设备，降低地下水位，同时在砂层上铺设土工布和隔水膜，围绕处理区域建造底部留有出水砂沟的围堰，在围堰内进行吹填堆载降水预压；当沉降稳定后进行强夯；平整土地，交付使用；本发明所述的软土地基处理方法，造价低，工期短，工后沉降小。

Description

吹填堆载降水预压强夯联合软土地基处理工法

技术领域

本发明涉及土木工程领域，是一种软土地基处理工法，具体说是吹填堆载降水预压强夯联合法。

背景技术

在建筑施工中，软土地基的处理是一项对工程建筑既十分重要而又复杂困难的必要工序，常见的处理方法主要分为4类：第一类，桩基法，如喷桩、搅拌桩、石灰桩、振冲桩，特点：造价高，工期长，效果好；第二类，排水固结法，如塑料排水板+真空预压，造价高、工期长，处理后承载低；第三类，传统强夯法，效果好，但对软土不适用；第四类，换填法，针对浅层软土，将软土挖除，换上硬土，特点：施工简单，仅适用于浅层软土，费用相对较高。

在实际工程中，造价、工期和工后沉降是最为关键的三个指标。有些工程资金紧张，因此要求节省；有些工程合同要求尽快完成，因此要求工期短；工后沉降关系着工程质量，其重要性不言而喻。针对下层为大厚度高压缩性淤泥类软土层，上层为厚层饱和砂层，且因软土层未来沉降量大而需再次填土的软土地基处理工程，目前常用的软土地基处理方法，如真空预压法、堆载预压法、真空+堆载联合预压法、普通降水强夯法等均存在施工难度大、工期长或造价高等问题，创造出适用于上述条件的软土地基处理方法是目前围海造陆的需要。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种处理时间较短、工艺简单便于操作、工后沉降小、表层刚度和承载力高、造价低的软土地基处理方法。

本发明的吹填堆载降水预压强夯联合软土地基处理工法适用于下层为大厚度高压缩性淤泥类软土层，上层为饱和砂层，因软土层未来沉降量大而需要再次填土或者标高不够，而需要在上填一层砂层的地基。

本发明的吹填堆载降水预压强夯联合软土地基处理工法，划定一定处理区域之后，其包括如下步骤：

(1)在所述处理区域从砂层向下插竖向排水体达软土层内；

(2)在所述处理区域布置降水设备；

(3)使用所述降水设备，降低所述处理区域内的地下水位，进行降水预压；

(4)在所述处理区域的砂层上铺设土工布和隔水膜；

(5)围绕所述处理区域堆筑地上围堰；

(6)在所述围堰内堆筑预压堆载；

(7)沉降趋于平稳后，对所述处理区域进行强夯；

(8)平整所述处理区域。

根据所述处理区域的实际情况，例如砂层比较厚的地域，必要时在步骤(3)之前，围绕所述处理区域建造深入软土层的地下泥浆搅拌墙。泥浆搅拌墙可避免处理区域以外的砂层内的地下水进入处理区域。建造泥浆搅拌墙，可在步骤(1)之前，可与步骤(1)同时，也可与步骤(2)同时。

如上所述的(1)到(8)的各个步骤，某些步骤之间由于施工位置不相同，或者同时施工具有更好的效果，故可以同时进行。

进行步骤(2)和(3)的同时，进行步骤(4)、(5)和(6)。

尤其可以在进行步骤(3)的同时进行步骤(6)，在使用降水设备降低所述处理区域内的地下水位的同时，在所述围堰21内堆筑预压堆载，在降水与堆载的同时作用下，两者互相促进，增加施工过程中的沉降量，从而减少工后沉降量，具有更好的施工效果。

步骤(6)采用吹填的方法堆筑堆载。堆载可用任何合适的材料，优选采用吹填砂或者吹填土，其是富含水的泥和砂，塑性指数大、天然含水量和孔隙比大、重度小、高压缩性、渗透性小，采用吹填的方法堆筑堆载。吹填指的是采用泥浆泵或者其他设备将吹填砂或吹填土通过水力吹填堆筑在一起而形成堆载。

所述泥浆搅拌墙的深度为深入软土层0.5m～1.0m。

所述围堰用袋装粘性土或者袋装砂土堆筑而成，高度不小于2m，各边底部留出水砂沟，各边上部留出水口。出水砂沟一般深30cm，宽40cm，长度为围堰底宽的1.5倍，也可以根据施工中吹填的堆载的具体情况设置排水砂沟的尺寸。为防止排水砂沟淤塞，材料应为粗、砾砂，露出围堰底的内侧砂沟上面应用透水土工布覆盖。排水砂沟的间距和数量应根据堆载的性质而定。上层堆载的水是依赖自重沿围堰底部的出水砂沟排出。

所述围堰内的堆载的厚度取决于软土层的沉降量，可根据软土层的物理力学性质、厚度及附加荷载计算出，然后再考虑堆载的压密沉降量，一般可取计算沉降量的1.10～1.15倍，优选为沉降量的1.1倍。如果工程需要填高地基，则堆载厚度还可以加上工程需要的地基设计高度。

所述降水设备可为管井或大井。

所述竖向排水体可为塑料排水板。

管井或大井的深度应达到砂层以下0.5m～1.0m，上端应高出围堰0.5m～1.0m。管井由滤水井管、吸水管和抽水设备等组成，是土木工程中常用的降水措施，适用于渗透系数大，土质为砂类土，地下水丰富，降水深，面积大、时间长的降水工程。

竖向排水体插入到软土层的设计深度，即软土层的固结深度，根据不同工况确定。

土工布和隔水膜将砂层与堆载分隔成为两层独立的排水系统。上层的堆载通过围堰各边底部的出水砂沟进行自重排水，下层的砂层使用管井排水。软土层中的水在预压堆载和降水的作用下，通过竖向排水体排到砂层中，再通过管井排到地面，形成排水的接力。

围堰的作用是约束堆载，泥浆搅拌墙的作用是防止其他区域的地下水流入正在进行排水的处理区域。所述泥浆搅拌墙建于地下，从地表到深入软土层内0.5～1.0m。

吹填堆载降水预压停止的时间按下述条件确定：

1)、计算沉降量已完成80％以上，沉降—时间曲线已基本平稳；

2)、后五次沉降量均小于3mm/天；

3)、竖向排水体的排水量已接近于零。

预压后的强夯可采用二遍大夯能点夯和一遍小夯能满夯，降水设备在满夯前拔除。也可适当的留一部分的降水设备，用来继续抽取因竖向排水体的后期固结排水。

本发明将堆载降水预压与强夯有机结合，对其进行了创造性的改进，不同于普通的堆载预压和强夯，将堆载与砂层的降水分为两个独立的排水系统，同时进行排水，因此预压排水效果远远好于普通的堆载预压法。用堆载降水预压，可对下伏软土保持95Kpa以上的荷载压力。采用对堆载和砂层进行分隔独立的排水方式，既可快速使两者均处于非饱和状态对软土层进行堆载预压，又可因堆载为自重排水而降低排水成本，铺上土工布和隔水膜，可使吹填的堆载中的水不进入下层砂层而确保其处于地下水位以上；采用管井或大井排水，管井或大井的深度应达到砂层以下0.5m-1.0m，上端应高出围堰0.5m-1.0m。便于施工又节省排水费用，其数量及井径、水泵大小按该层砂的给水能力和砂层体积确定。砂层外围在处理区域边界采用泥浆搅拌墙封隔，既可防止区外的水进入而减少排水费用，又可保护经过强夯压实的砂层不易被水浸润而降低强度。上层堆载采用在下铺设不透水膜和土工布的工艺，可防堆载中的水渗入到下层砂层中；并采用在围堰底部布设排水砂沟的方式，使上层堆载中的水以自重方式排出，确保上下两层堆载与砂层处于非饱和状态，既可对软土层保持有效压力，又有利于预压后的强夯在合理的含水量下进行，使强夯取得最佳效果。下层软土层的排水固结是通过插入其中的竖向排水体在堆载和降水预压下完成的，竖向排水体排到砂层中的水则通过管井快速排出，使之不滞留砂层中。也可用降水设备直接排出软土层中的水。

对比现有技术，本发明的软土地基处理方法具有突出的实质性特点和显著的进步，但可使用常规的土木工程机械和设备，又不需要真空预压法所需的特殊设备，所以工期短，造价低，施工沉降量大，因此工后沉降小；结合了堆载降水预压方法与强夯法在不同工况下的优势，此方法预压后的强夯能够强化软基固结，工后沉降小。

附图说明

图1为本发明的软土地基处理方法的处理区域横断面示意图。

具体实施方式

结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，沿江、沿海的岸滩地域地质情况比较复杂，在地表为一层富含水的砂层12，下面为软土层13，再下具有硬土层14。在这类富含水的地域，原水位41一般较高。

首先划定处理区域，若处理区域的砂层具有足够厚度，则开始施工；若处理区域的砂层厚度不足，或者施工区域不具有砂层，地表即为软土层，则在施工前在所述处理区域内人工铺设砂层。然后施工步骤顺序如下所述：

①在处理区域内插竖向排水体32达到软土层13的设计深度。竖向排水体32可以采用常用的塑料排水板，或者砂井。也可以在特殊情况下，插竖向排水体32之前，或者同时，或者之后，在处理区域的边界建造深度达砂层、软土层分界线123以下0.5m～1.0m的泥浆搅拌墙22。

使用插板机可以快速方便地将处理场地插满塑料排水板，塑料排水板的密度根据工程实际情况计算。

砂层12外围用泥浆搅拌墙22封隔，既可防止处理区域外的水进入而减少排水费用，又可保护经过强夯5压实的砂层12不易被水浸润而降低强度。

②布置降水设备，如管井31、大井，使用所述降水设备降低砂层12中的水位，使预压水位42达到砂层、软土层分界线123以下0.5m～1.0m。降水过程持续进行，直到进行强夯5。

管井31一般由三部分组成，井管312、吸水管311、抽水泵(图中未示出)。吸水管311伸入管井31底部，抽水泵连接吸水管311，可将滲入管井31的地下水抽出，起到降低原水位41的作用。布置好管井31之后，启动抽水泵，渗入井管312的地下水通过吸水管311被抽到底面，从而降低了地下水位。

管井31的深度应进入砂层、软土层分界线123以下0.5m～1.0m，井管31的长度应高出围堰21上部0.5m～1.0m，管井31的数量及井径、水泵大小按砂层12的给水度和体积确定。

③在砂层12上铺一层土工布23、一层隔水膜24；在处理区域边界用袋装粘性土或者袋装砂土堆筑高度不小于2m的围堰21，围堰21底部留若干出水砂沟211，围堰21各边上部留出水口212；向围堰21吹填砂或砂类土，形成堆载11，进行堆载降水预压，堆载的厚度为设计标高差加上1.1倍计算的沉降量。

此步骤与步骤②可以同时进行，优选为在使用所述降水设备降低所述处理区域内的地下水位的同时，向所述围堰21内吹填堆载。

在砂层12上铺设土工布23和隔水膜24，可防止堆载11中的水渗入砂层12中，并采用在围堰21底部布设排水砂沟211的方式，使堆载11中的水以自重方式通过排水砂沟211排出，确保上下两层的堆载11和砂层12处于非饱和状态，既可对软土层13保持有效压力，又有利于预压后的强夯5在合理的含水量下进行，使强夯5取得最佳效果。

围堰21底部的排水砂沟211，一般深30cm，宽40cm，长度为围堰21底宽的1.5倍，为防止排水砂沟211淤塞，材料应为粗、砾砂，露出围堰底的排水砂沟211内侧上面应用透水土工布覆盖。排水砂沟211的间距和数量应根据砂的性质而定。为便于堆载中的淤水排出，应在围堰21上部各边留出水口212。围堰21可建造在泥浆搅拌墙22之上。

软土层13处于已疏干的砂层12和新的含水堆载11双重荷载作用下，利用插入软土层13中的竖向排水体32实施排水固结。竖向排水体31排到砂层12中的水则通过置于砂层12中的管井31排出，使得砂层12始终在预压水位42以上而处于非饱和状态。

堆载11位于围堰21内，围堰21底部留有出水砂沟211，可使堆载11中的水迅速经过它们排出而保持非饱和状态，这样就使软土层13的上下两层预压荷载均处于正常容量状态，可得到足够大的预压压力。一般可实施降水预压的堆载11为砂或砂类土，可为细、中、粗砂，厚度不小于4m，如果堆载11厚度大于1m(这同软土层13的沉降大小相关)，则可对软土层13形成95Kpa以上的荷载压力，可使软土层13较快地进行排水固结，与真空预压相比可缩短15％以上的预压时间。

用对上下分隔独立排水方式，既可快速使堆载11和砂层12处于非饱和状态对软土层13进行堆载预压，又可因上层堆载11为自重排水而降低排水成本，还可使上层堆载11中的水不进入下层砂层12而确保砂层12处于预压水位42以上。

堆载11的厚度，取决于软土层13的沉降量，可根据软土层13的物理力学性质、厚度及附加荷载计算出，然后再考虑砂层12的压密沉降量。堆载11的厚度一般可取设计标高差加上计算的沉降量的1.10～1.15倍。

在降水的同时进行堆载11自重排水的堆载预压，达到加大预压荷载，缩短软土层13排水固结时间和加大预压沉降量的目的。

④当沉降稳定，软土固结度大于80％，对处理区域进行强夯5，使先后的砂层12和堆载11成为超固结(密实度大于93％)的硬壳层。强夯5采用二遍大夯能点夯和一遍小夯能满夯。降水设备，如管井31，在点夯时保留一部分，继续抽取因竖向排水体32的后期固结排水，以进一步加大施工沉降量和减少工后沉降量，在满夯前拔除全部降水设备。

堆载降水预压停止的时间按下述条件确定：

1)、计算沉降量已完成80％以上，沉降—时间曲线已基本平稳；

2)、后五次沉降量均小于3mm/天；

3)、竖向排水体32的排水量已接近于零。

堆载降水预压之后通过强夯5，一方面可促使竖向排水体32继续排水而加大软土层13的排水固结达到加大固结度和减少工后沉降量的目的，更可对砂层12和堆载11进行夯击密实形成大厚度超固结的高强度硬壳层，对未来的使用荷载具有良好的应力扩散效应，而使工后沉降难于产生；同时还因堆载11的砂土密实度高而具有较高的承载力，使之成为良好的人工地基土。

⑤平整处理区域达设计标高，进行碾压整平交工。

下面结合工程实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

某海边软土地基处理工程，面积为15万平方米，表层为5～7米的中粗砂的砂层，其下为10～13米的淤泥类软土层，其平均含水量为81.3％。

地基处理要求：地基承载力不小于120kpa，使用荷载50kpa，工后沉降不大于25cm。根据场地地质条件，采用了本发明的堆载降水预压强夯联合法进行处理，具体工艺流程如下：

插塑料排水板，形成1.1×1.1m的网格，正方形布置，长度为15～19m。

按50×50m的间距网格状布设直径600mm的管井，长度为7m。

将场地分成5个处理区域，每个处理区域面积3万m²。

通过管井快速将地下水位降低至砂层以下；同时清理平整砂层，并在其上铺一层隔水膜和一层土工布，隔水膜周边埋入处理区域围堰下。

在每个处理区域边界用袋装砂土堆筑围堰，堰高3.5m，厚度为0.5m，在围堰各边底部留出水砂沟。

往围堰内吹填砂至3.5m，进行吹填堆载降水预压。

持续从管井内抽水，同时进行沉降观测。

沉降基本稳定，软土固结度大于80％时，拆除排水管井，进行两遍点夯，一遍满夯，点夯间距5.5×5.5m，夯击能2500～3000KN.m，每点6～8击，满夯能量800～1000KN.m。

采用吹填堆载降水预压强夯联合法，充分利用了堆筑堆载和降水预压的时间，对于50kpa的使用荷载而言，堆载与砂层共同形成的7～8m厚砂荷重为超载预压，可形成足够的工期沉降量，减少工后沉降量，并且大大缩短工期。再经过大能量强夯，使上部形成超固结硬壳层，对未来的使用荷载具有良好的扩散效应。共用75天时间，地基软土完成固结沉降1.5～1.6m，地基承载力达到150kpa，造价约65元/m²，满足了设计要求。

实施例2

某岸滩地域的路基工程，处理区域面积50000m²，表层为10m厚的软土层。

首先在软土层上铺设2.5m厚的人工砂层。

用插板机布置塑料排水板，长度为13m，形成1.0×1.0m²的网格。

在砂层中布置直径550mm长度为6.5m的管井41口；同时围绕处理区域在其边界用袋装砂堆筑厚度为0.8m，高度为2.7m的围堰。

在人工砂层表面铺设一层土工布、一层隔水膜，计算沉降量约为1.2m。

然后堆筑厚度为2.7m的砂层，进行60～70天抽水。

当水位降到地面下2.5m，沉降量约1.2m时。开始强夯，前两遍大夯能点夯，能量为1600～2000KNm，夯点间距5m，夯击数5击，第三遍为小能量满夯，能量为1000KNm，沉降量0.2m，强夯时间约为3周。

最后平整土地达设计标高，交付使用。经此方法处理后，完全满足设计对承载力和工后沉降的要求，工期三个半月，造价约90元/m²。

实施例3

某沿江岸滩地域的造陆工程，处理区域面积30000m²，表层3m为中细砂层，下伏软土层厚度为13m。

围绕处理区域在边界建造厚度为0.45m深入到地下3.3m的泥浆搅拌墙；用插板机布置塑料排水板，长度为16.5m，形成1×1m²的网格。

在砂层中布置直径650mm长度为6.5m的管井15口，抽水时间50天～60天；同时围绕处理区域在其边界用袋装粘性土堆筑厚度为0.8m，高度为2.3m的围堰，计算沉降量约为2.2m。

在地面铺设一层土工布、一层隔水膜，然后在抽水的同时向围堰内吹填厚度为2.3m的砂层，进行堆载降水预压，水位降到地面下3.5m，沉降量2.0m。

开始强夯，前两遍大夯能点夯，能量为1800～2000KNm，夯点间距4.5m，夯击数5击，第三遍为小能量满夯，能量为800KNm，沉降量0.5m，强夯时间约为1周。

最后平整土地，交付使用。

经此方法处理，土体的性能有了极大的改善，工后100天固结度达89％，工期约10周，造价约75元/m²。

本发明特别适用于吹砂造陆的沿江、沿海岸滩地域，通过本发明方法施工，可同时在短时间内，满足工程对沉降和承载力的要求，从而具有明显的社会效益和经济效益，对我国的沿江、沿海土地开发有着良好的应用前景。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例，不能以此限定本发明的权利保护范围，依照本发明的范围所做的等同变化，仍然属于本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.吹填堆载降水预压强夯联合软土地基处理工法，划定一定处理区域之后，其包括如下步骤：

(1)在所述处理区域从砂层向下插竖向排水体达软土层内；

(2)在所述处理区域布置降水设备；

(3)使用所述降水设备，降低所述处理区域内的地下水位；

(4)在所述处理区域的砂层上铺设土工布和隔水膜；

(5)围绕所述处理区域堆筑地上围堰；

(6)在所述围堰内堆筑预压堆载，进行降水预压；

(7)沉降趋于平稳后，对所述处理区域进行强夯；

(8)平整所述处理区域；

进行步骤(3)之前，围绕所述处理区域建造深入软土层的地下泥浆搅拌墙；步骤(5)所述的围堰的高度不小于2m，并在围堰各边底部留出水砂沟。

2.如权利要求1所述的吹填堆载降水预压强夯联合软土地基处理工法，其特征在于：进行步骤(2)和(3)的同时，进行步骤(4)、(5)和(6)。

3.如权利要求1所述的吹填堆载降水预压强夯联合软土地基处理工法，其特征在于：进行步骤(3)同时，进行步骤(5)和(6)。

4.如权利要求1～3任一所述的吹填堆载降水预压强夯联合软土地基处理工法，其特征在于：步骤(6)采用吹填的方法堆筑堆载。

5.如权利要求1～3任一所述的吹填堆载降水预压强夯联合软土地基处理工法，其特征在于：所述泥浆搅拌墙的深度为深入软土层内0.5m～1.0m。

6.如权利要求1～3任一所述的吹填堆载降水预压强夯联合软土地基处理工法，其特征在于：所述围堰用袋装粘性土或者砂土堆筑而成。