CN101831903A - 一种软地基处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种软地基处理方法，包括如下步骤：步骤一，在被处理软土中插入电热棒；步骤二，在被处理软土中设置竖向排水通道，并与抽真空设备连通；步骤三，开启电热棒对被处理软土进行加热，同时开启抽真空设备进行抽真空，加速被处理软土结合水的排出。本发明还涉及另一种软地基处理方法，该方法为将电热棒设置在砂井中进行实施。本发明的方法可将软土中的结合水气化，进而结合水快速排除软土之外，解决了软土含水量难以低于35％这个临界点的难题；通过控制热能的大小，加热的时间，可有效地降低软土的结合水，实现可控提高软土的力学性能，满足工程建设需要；利用本发明的技术方案可缩短工期50％以上，造价节省30％以上，质量大幅度提高施工绿色环保。

Description

一种软地基处理方法

技术领域

本发明属于软土地基处理技术领域，具体涉及一种改进的软地基处理方法。

背景技术

随着经济的发展，世界各国的工业化区域多集中在沿海、沿江地带，而沿海、沿江地带的土地结构多为软弱地基(软地基)。软弱地基具有含水量高、渗透性差、承载力低的特点；不经地基改良，施工人员及施工机械难以进入，无法进行道路、厂房等建设；如果在没有处理好软地基的情况下进行建设，会带来建筑物、沉降、裂缝甚至断裂等严重后果。

目前国内外常见的软地基处理方法主要包括桩基法、强夯法、高真空击密法、排水固结法等，其中排水固结法主要有真空预压法，堆载预压法以及真空联合堆载法，其主要过程为：在被处理土体表面铺设水平透水层(砂和透气软管)，同时在土体中插入竖向排水通道(塑料排水板或砂井)，覆盖真空膜后抽气(或直接堆土4～6m或真空联合堆土)。该方法利用抽真空产生约一个大气压(真空极限为一个大气压，约100kPa)或堆土6m产生108kPa的压力，或两者联合产生208kPa的压力。由于压力作用，软土中的一部分水通过水平和竖向排水通道排出土外，软土含水量下降，承载力提高。

但排水固结法也存在缺点：工期长(一般3～6个月)，造价高，不够环保；同时该方法还存在如下难以解决的技术问题：软土含水量下降难以突破临界点(一般为35％)，主要原因在于：软土是由液态水和固态土颗粒两部分组成，液态水又分为自由水和结合水。其中的自由水即通常所说的地下水，而结合水是指通过分子引力吸附在土颗粒表面的水。真空预压对于降低自由水有效，但对于降低结合水的效果有限，因为结合水是通过分子引力作用吸附在土颗粒的表面，其分子引力可以高达几千乃至上万个大气压。所以真空预压过程中，当含水量达到接近临界含水量时，即使再大幅度堆土增加土压力，土体的结合水仍难以排出，软土的含水量难以再进一步较低。

因此，在软地基处理过程中，如何快速有效地降低土体所含的结合水，是业界急需解决的一个世界性的难题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有软地基处理方法所存在的、软土所含结合水下降到接近临界点时难以再进一步降低的技术难题，从而提供一种新型的软地基处理方法。

为解决上述难题，本发明的软地基处理方法包括以下步骤：

步骤一，在被处理软土中插入电热棒；

步骤二，在被处理软土中设置竖向排水通道，并与抽真空设备连通；

步骤三，开启电热棒对被处理软土进行加热，同时开启抽真空设备进行抽真空，加速被处理软土结合水的排出。

步骤一中，所述电热棒按正方形、矩形或三角形的方式设置。

优选地，所述电热棒在软土中的设置间距为0.3～10m。

步骤二中，所述竖向排水通道为塑料排水板、真空管或者为两种的结合。

优选地，所述塑料排水板与抽真空设备的连接方式为：塑料排水板的上端用带有接口的盖子封闭，盖子的接口连接水平向透气软管，水平向透气软管再连接至抽真空设备，同时在被处理软土上方设置密封层。

优选地，所述塑料排水板与抽真空设备的连接方式为：所述塑料排水板的上端环绕于水平向透气软管上，水平向透气软管再连接至抽真空设备，同时在被处理软土上方设置密封层。

所述密封层为在被处理软土上方设置厚度0.5～1m的粘土或者为真空膜。

优选地，所述塑料排水板与抽真空设备的连接方式为：被处理软土上方铺设砂垫层，塑料排水板的上端连通砂垫层，且砂垫层中设置水平向透气软管，水平向透气软管再连接至抽真空设备，同时在砂垫层上方设置密封层。

所述密封层为在被处理软土上方铺设真空膜。

优选地，所述真空管与抽真空设备的连接方式为：真空管上方以软管连至水平向透气软管，水平向透气软管再连接至抽真空设备。

所述真空管为长2～10m，直径为20～50cm的钢管。

优选地，所述步骤三之前还包括对被处理土体进行真空预压处理的步骤。

本发明还涉及一种软地基处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，在被处理软土中设置砂井，之后在砂井中插入电热棒；

步骤二，在砂井上铺设砂垫层，砂井的上端连通砂垫层，且砂垫层中设置水平向透气软管，水平向透气软管再连接至抽真空设备，同时在砂垫层上方设置密封层；

步骤三，开启电热棒对被处理软土进行加热，同时开启抽真空设备进行抽真空，加速被处理软土结合水的排出。

优选地，所述密封层为在被处理软土上方铺设真空膜。

优选地，所述步骤三之前还包括对被处理土体进行真空预压处理的步骤。

相对于现有技术，本发明具有如下的优点：1、本发明将电热棒插入软土中，将软土中的结合水气化，并产生蒸汽压力(正压力)，再在软土中插入排水通道，同时在排水通道上施加真空(抽真空为负压力)，由于压力差能将气化的结合水快速排除软土之外，解决了软土含水量难以低于35％这个临界点的难题；2、通过控制热能的大小，加热的时间，可有效地降低软土的结合水，实现可控提高软土的力学性能，满足工程建设需要；3、利用本发明的技术方案可缩短工期50％以上，造价节省30％以上，质量大幅度提高(含水量大幅度下降，软土大幅度硬化)，特别是施工绿色环保，无需添加化学添加剂。

附图说明

图1为实施例1的实施示意图；

图2为实施例2的实施示意图；

图3为实施例3的实施示意图；

图4为实施例4的实施示意图；

图5为实施例5的实施示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

本发明的上下文中，对于软土中电热棒间距@的设定，可利用如下公式进行计算：

$@=\mathrm{\λ}\×\frac{\mathrm{\ω}\·k}{W\·d}$

其中：λ-修正系数，ω-含水量，k-渗透系数，W-电功率，d-天数。处理的土层含水量越高，渗透系数越小，电热棒的间距调小，电功率越大，电热时间越长，间距可调小，施工中一般划3000～5000平方米为一施工小区，电热棒互相连接通电。

实施例1

某海边开发区进行施工，该处的地质情况为：新吹淤泥厚4～8m，形成陆域，含水量80～90％，渗透系数为5×10^-8cm/s，首先通过真空预压后，含水量下降至38～40％，经检测承载力仅55kPa，由于该区域需要大面积建市政道路，上述地质条件不能满足设计要求。

本实施例的处理方法具体步骤如下(示意图见图1)：

步骤一，在市政道路软土中插入直径φ2cm的电热棒112，按正方形布置，间距为0.3m，插入深度6m，每1000根电热棒相互连接作为一组，再连接总电源；

步骤二，在软土102上插入塑料排水板104作为竖向排水通道，插入深度6m，正方形布置，间距为1m；塑料排水板104的上端用带有接口的盖子103封闭，通过软管110将一条直线上的盖子103全部连接，然后连接真空泵101，同时在排水板及接口上层覆盖0.5～1m厚的粘土作为密封层；

步骤三，接通电源，同时抽真空和加热电热棒，加热使得软土中的结合水汽化，产生蒸汽压力(正压力)，同时在排水通道上施加真空(抽真空为负压力)，由于压力差的作用，汽化的结合水通过真空泵101被快速排出软土之外。

施工四天后进行检测，6m厚的原软土含水量下降至25％，承载力提高至100kPa，满足设计要求。

实施例2

某水库清淤后放入污水池(深4m)，含水量98％，渗透系数为2×10^-8cm/s；因道路交通防滴漏的环保要求和改良后的淤泥直接作为可利用的干土源，要求淤泥改良的含水量小于30％。

本实施例的处理方法具体步骤如下(示意图见图2)：

步骤一，人工铺设土工布一层，人工铺设0.5m厚的砂垫层107，砂垫层中每6m埋入水平透气软管105；

步骤二，插入电热棒112，间距1.5m，深度3.5m，每800根为一组，三角形布置，将电热棒相互连接，然后通入总电源变压器；

步骤三，再插入4m的塑料排水板104，间距0.3m，三角形布置；塑料排水板104的上端连通砂垫层，水平透气软管105连接至抽真空设备，在砂垫层107上先覆一层土工布，再铺两层真空膜进行密封；

步骤四，将水平透气软管105经过一段PVC管106接入真空泵101，抽真空三个月，连续5天每天沉降量小于3mm时，说明真空降水软土的含水量即将接近临界点(水抽不出，软土体积不能压缩，即表现为软土沉降幅度越接近零，考虑成本，一般当沉降量小于3mm/d时就认为自由水真空预压基本完成)；

步骤五，将电热棒112接通电源，同时抽真空和加热电热棒五天，加热使得软土中的结合水气化，并产生蒸汽压力(正压力)，同时在排水通道上施加真空(抽真空为负压力)，由于压力差的作用，气化的结合水被排出到砂垫层107中，之后水汽再通过水平透气软管105经由抽真空泵101排出软土之外。

本实施例的实施效果：施工五天后进行检测，软土的含水量小于30％，突破了工程难题，达到了国外环保的要求，彻底改变了原添加大量水泥、石灰等其他不够环保、成本极大的传统方法，获得了巨大的经济、环保效应，特别是人为可控的排出结合水，较好地控制了软土含水量。

实施例3

同实施例2中的软土施工条件，本实施例采用不同的方法进行处理，具体步骤如下(示意图见图3)：

步骤一，制备砂井113，所述砂井是为加速软弱地基排水固结，在地基中钻孔，灌入中、粗砂而成的排水柱体，或者将砂灌入织袋放进孔内而形成；在砂井113中插入电热棒112，每个砂井113中插入1根电热棒112，将电热棒112相互连接，然后通入总电源变压器；砂井113之间为三角形布置，间距0.3～5米，深度3.5m；

步骤二，在砂井113上先铺设土工布一层，人工铺设0.5m厚的砂垫层107，砂垫层中每6m埋入水平透气软管105；砂井113的上端连通砂垫层107，水平透气软管105连接至抽真空设备101，在砂垫层107上先覆一层土工布，再铺两层真空膜进行密封；

步骤三，将水平透气软管105经过一段PVC管106接入真空泵101，抽真空三个月，连续5天每天沉降量小于3mm时，说明真空降水软土的含水量即将接近临界点(水抽不出，软土体积不能压缩，即表现为软土沉降幅度越接近零，考虑成本，一般当沉降量小于3mm/d时就认为自由水真空预压基本完成)；

步骤四，将电热棒112接通电源，同时抽真空和加热电热棒五天，由于采用电热棒112直接插在砂井113内，使得传热效果更好，能够快速使得软土102中的结合水气化，并产生蒸汽压力(正压力)，同时在排水通道上施加真空(抽真空为负压力)，由于压力差的作用，气化的结合水被排出到砂垫层107中，之后水汽再通过水平透气软管105经由抽真空泵101排出软土之外。

本实施例的实施效果：施工五天后进行检测，软土的含水量小于30％，施工方案环保且成本低，可人为控制排出结合水，较好地控制了软土含水量。

实施例4

某大型工厂建在100万m²的软土地基上，软粘土厚10m，含水量45％，渗透系数为7×10^-7cm/s，下卧层为粉质粘土等。设计要求：承载力f_ak＝80kPa，工后沉降小于5cm，现场无土方。通过计算，直接采用真空预压等排水法难以达到要求，桩基法造价每平方超千元，成本太高。

本实施例的处理方法具体步骤如下(示意图见图4)：

步骤一，在软土地基上插入电热棒112，1插入深度为10m，间距2.5m，长方形布置；

步骤二，在软土102上插入10m塑料排水板104，间距5m，正方形布置，塑料排水板104环绕圈在水平透气软管105上，水平透气软管105通过一段PVC管106连接真空泵101；在水平透气软管105上覆土工布一层，再覆盖两层真空膜进行密封；

步骤三，将电热棒112接通电源，同时抽真空和加热电热棒七天，加热使得软土中的结合水气化，并产生蒸汽压力(正压力)，同时在排水通道上施加真空(抽真空为负压力)，由于压力差能将气化的结合水经由水平透气软管105通过真空泵101快速排出软土之外。

本实施例的实施效果：施工四天后进行检测，软土的含水量小于30％，突破了工程难题，达到了国外环保的要求，相对于传统方法，可缩短工期50％以上，造价节省30％以上，经检测及计算分析，满足设计要求。

实施例5

同实施例4中的软土施工条件，本实施例采用不同的方法进行处理，具体步骤如下(示意图见图5)：

步骤一，在软土地基上插入电热棒112，深度10m，间距10m，三角形布置；

步骤二，在软土102上插入10m真空管108，间距0.9m，正方形布置，将真空管108上方以软管110连至水平透气软管105，水平透气软管105再连接至抽真空设备；所述真空管为长2～10m，直径为20～50cm的钢管；

步骤三，将电热棒112接通电源，同时抽真空和加热电热棒七天，加热使得软土中的结合水气化，并产生蒸汽压力(正压力)，同时在真空管上施加真空(抽真空为负压力)，由于压力差能将气化的结合水进入真空管下部开有小孔的部分，之后经由真空管108通过真空泵101快速排出软土之外。

本实施例的实施效果：施工五天后进行检测，软土的含水量小于30％，突破了工程难题，达到了国外环保的要求，经检测及计算分析，满足设计要求。

根据实际施工情况的不同，本领域的技术人员亦可同时使用塑料排水板、真空管、砂井或它们的任意结合作为竖向排水通道，同样能够达到本发明的预期效果，这种组合对于本领域的技术人员来讲是显而易见的，因而也在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种软地基处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，在被处理软土中插入电热棒；

步骤二，在被处理软土中设置竖向排水通道，并与抽真空设备连通；

步骤三，开启电热棒对被处理软土进行加热，同时开启抽真空设备进行抽真空，加速被处理软土结合水的排出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中，所述电热棒按正方形、矩形或三角形的方式设置。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电热棒在软土中的设置间距为0.3～10m。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二中，所述竖向排水通道为塑料排水板、真空管或者为两种的结合。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述塑料排水板与抽真空设备的连接方式为：塑料排水板的上端用带有接口的盖子封闭，盖子的接口连接水平向透气软管，水平向透气软管再连接至抽真空设备，同时在被处理软土上方设置密封层。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述塑料排水板与抽真空设备的连接方式为：所述塑料排水板的上端环绕于水平向透气软管上，水平向透气软管再连接至抽真空设备，同时在被处理软土上方设置密封层。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述密封层为在被处理软土上方设置厚度0.5～1m的粘土或者为真空膜。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述塑料排水板与抽真空设备的连接方式为：被处理软土上方铺设砂垫层，塑料排水板的上端连通砂垫层，且砂垫层中设置水平向透气软管，水平向透气软管再连接至抽真空设备，同时在砂垫层上方设置密封层。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述密封层为在被处理软土上方铺设真空膜。

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述真空管与抽真空设备的连接方式为：真空管上方以软管连至水平向透气软管，水平向透气软管再连接至抽真空设备。

11.根据权利要求4或10所述的方法，其特征在于，所述真空管为长2～10m，直径为20～50cm的钢管。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三之前还包括对被处理土体进行真空预压处理的步骤。

13.一种软地基处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，在被处理软土中设置砂井，之后在砂井中插入电热棒；

步骤二，在砂井上铺设砂垫层，砂井的上端连通砂垫层，且砂垫层中设置水平向透气软管，水平向透气软管再连接至抽真空设备，同时在砂垫层上方设置密封层；

步骤三，开启电热棒对被处理软土进行加热，同时开启抽真空设备进行抽真空，加速被处理软土结合水的排出。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述密封层为在被处理软土上方铺设真空膜。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述步骤三之前还包括对被处理土体进行真空预压处理的步骤。

Images