CN101864761A

CN101864761A - 负压低能量夯击处理软土地基施工方法

Info

Publication number: CN101864761A
Application number: CN 201010225830
Authority: CN
Inventors: 朱奎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-07-03
Filing date: 2010-07-03
Publication date: 2010-10-20

Abstract

本发明公开了一种负压低能量夯击处理软土地基施工方法，其特征是施工步骤包括：1)场地平整；2)测量放线；3)铺砂垫层；先铺设500mm厚的砂砾垫层，排水板施工完成后，再铺设300mm厚砂砾垫层作为水平透水层；4)施工塑料排水板；5)安装抽气设备及膜下测头；6)铺密封膜；7)设沉降杆；8)抽气；9)低能量强夯；低能量强夯分两次进行，第二遍夯点与第一遍夯点错位布置，待夯坑下沉量小于300mm后停止此位置夯击，移至下一位置夯击。本发明安全可靠，实用性强。

Description

负压低能量夯击处理软土地基施工方法

技术领域

本发明涉及负压低能量夯击处理软土地基施工方法，适用于市政领域。

背景技术

在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后埋设塑料板排水板作为垂直排水通道，再在砂垫层顶面铺设一封闭薄膜使其与大气隔绝，薄膜四周埋入土中，通过砂垫层内埋设吸水管道，用抽气装置进行抽气，在砂垫层、塑料板排水板通道先后形成压差，在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，从而使土体固结。负压使地基土的孔隙水加速排出，缩短了固结时间，同时由于孔隙水排出过程中，渗流速度增大，由渗流力引起的附加应力也随之增大，提高了加固效果。

强夯是利用重锤自由落下的巨大冲击能所产生的冲击波夯击地基土，强夯时发生的冲击能造成一系列压缩波，从而产生很大的瞬时沉降，使土体压密，提高地基的承载力。软土地基经负压降水后，孔隙水被排出，土体成松散状态，此时施加强夯进行密实处理，能快速有效地从物理上改变被处理土体的特性，使土体达到所要求的承载力。

传统的软土地基处理采用堆载预压法，质量难以保证且存在造价高和工期慢的问题，可以采用负压预处理软土地基，然后再进行强夯处理。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供负压低能量夯击处理软土地基施工方法，解决传统软土地基处理质量难以保证和造价高以及工期慢的问题。

本发明施工步骤包括：

1)场地平整

清除地表300mm范围内杂物，用推土机配合人工进行原地面场地的平整。

2)测量放线

3)铺砂垫层

先铺设500mm厚的砂砾垫层，排水板施工完成后，再铺设300mm厚砂砾垫层作为水平透水层，垫层的砂砾采用级配较好中粗砂，含泥量小于3％，最大粒径小于50mm，渗透系数大于0.01mm/s，并去除杂物。

4)施工塑料排水板

排水板采用步履式插板机打设塑料排水板，当套管打设至预定位置后，将塑料排水板剪断，塑料排水板竖直地埋入砂垫层中，打设时要求排水板不能打穿淤泥层，不能进入透气层，至少与透气层顶面保持不小1m的距离。

5)安装抽气设备及膜下测头

主滤管采用Φ100mmPVC管，支滤管采用Φ60mm的筛孔PVC管，支滤管间距0.6m，在管外包一层无纺土工布。出膜口伸出加固区边界约300mm。抽气泵安装时注意进膜口和出膜口保持同一平面。膜下测头采用硬质空囊并钻花孔，外包无纺布。

6)铺密封膜

铺设管道和仪器安装完成后，对埋管和仪器形成的坑沟，回填中粗砂。在整平的砂垫层上铺两层0.14～0.16mm厚的聚氯乙烯膜作为密封膜，密封膜周边埋入密封沟内。

7)设沉降杆

间隔5～8m设置一个观测断面，每个观测断面在左、中、右布置3个沉降杆。沉降杆底板用500×500×30mm钢板制成，沉降杆采用Φ20圆钢筋，每节lm，用螺扣连接，沉降杆和底座之间通过管牙接头连接，外套内直径为50mm的聚乙烯硬套管。

8)抽气

开始阶段开启半数抽气泵，然后逐渐增加抽气泵工作台数。当膜下压力达到40kPa，经检查无漏气现象后开始膜面蓄水，开足所有泵，将膜下压力减少到15kPa以下。

9)低能量强夯

低能量强夯分两次进行，第一次强夯击数为2～4击，夯能为1000～1300kN·m；第一次强夯击数为3～5击，夯能为1800～2200kN·m，第二遍夯点与第一遍夯点错位布置，待夯坑下沉量小于300mm后停止此位置夯击，移至下一位置夯击。

低能量强夯主要施工步骤如下：

(1)准确测量第一遍夯点位置，进行强夯施工时，将各工作区按小区分开。夯点定位时，用50m钢尺纵横向测量尺寸放出夯点中心，用红色装土的塑料袋进行标记。

(2)根据设计夯能及锤重确定落锤的有效高度，然后强夯机就位，使夯锤对准夯点位置。并测量夯前锤顶标高及场地标高，做好记录。

(3)将夯锤起吊到预定高度，待夯锤脱钩自由下落，夯入地面后，再测量夯锤顶标高，计算出第一击夯沉量，并做好原始记录。重复这一步骤，按要求的夯击击数及控制标准完成一个夯坑的强夯施工。

(4)重复步骤2、步骤3，按要求的夯击击数及控制标准完成强夯区的点夯施工。

(5)每遍强夯后的间隙时间通过孔隙水压力的量测确定，第一遍与第二遍强夯之间间隔必须在孔隙水压力消散度达85％以上且不小于7d后方可进行。强夯结束后整平，并测量标高。

本发明特点有：

1、负压可一次加足(负压达到80kPa仅需3～7d)，地基土不会发生剪切破坏，缩短了施工期。

2、孔隙水的流向及渗流力引起的附加应力均指向被加固土体内，由此引起土体在固结过程中的侧向变形指向土体内，结果使得动力夯实引起的侧向挤出变形与之相抵消，因而该法加固软基安全可靠。

3、抽气过程中，竖向排水体内的水位大幅度下降，地基土与竖向排水体间的水头差增大，加速了地基土的固结，缩短了总加固时间。

4、加固深度较大，影响深度可达竖向排水体以下6～8m，尤其适合加固深厚软土层。

附图说明

图1负压低能量夯击处理软土地基施工工艺流程示意图

具体实施方式

某道路K36+760～K36+880段路基采用本发明进行软基处理。该地段地质情况为：覆土表层为海冲积淤泥、淤泥质粘土夹淤泥质砂层，厚度大15～25m，下层为冲洪积粘性土层、淤泥质土、砂层及砾石层，厚11～22m不等。其物理力学指标平均值如下：含水量72％，密度1.53g/cm³，孔隙比2.04，十字板抗剪强度8.1KPa。

本实施例工艺原理如下：

1、在加固区的地面上造成负压，使这些边界的孔压降低，与原孔压形成压力差，发生不稳定渗流，随时间增长，孔压逐渐降低，降低的孔压逐渐转化为土体的有效压力。在地基表面覆盖不透水的密封膜与大气隔绝，通过埋设于砂垫层中的吸水通道(滤水管)产生一个气压差，这部分气压差即变成了作用地基表面形成的一个荷载。随着膜内空气的不断排出，压差逐渐增大，软基土中的水、气不断排出而产生固结。同时，抽气产生的负压使土体受到球应力的作用，不产生剪应力，而产生向场地内的收缩变形，可抵消因强夯引起的向场地外的挤出变形。

2、场地软土经负压作用后，将大部分的孔隙水经排水管排出，该软土的含水量降至塑性附近，这为后续的低能量强夯不产生“橡皮土”创造了条件。

3、负压降水后，虽含水量大幅降低，但孔隙比基本无太大变化，而通过低能量强夯的动力荷载作用，使软土的孔隙比大幅度减小，使浅层软土达到超固结。

施工工艺流程如图1所示。

该工程施工步骤包括：

1)场地平整

2)测量放线

3)铺砂垫层

先铺设500mm厚的砂砾垫层，排水板施工完成后，再铺设300mm厚砂砾垫层作为水平透水层，垫层的砂砾采用级配较好中粗砂，含泥量小于3％，最大粒径小于50mm，渗透系数大于0.01mm/s。

4)施工塑料排水板

5)安装抽气设备及膜下测头

在每个单元(分区)排水体施工完成后，铺设滤水管道和膜下测头。主滤管采用Φ100mmP VC管，支滤管采用Φ60mm的筛孔PVC管，支滤管间距0.6m，在管外包一层无纺土工布。出膜口伸出加固区边界约300mm。在布置滤管出膜口时，需比设计多预留3～5个出膜口，以备抽气设备数量不足，当压力表压力达不到设计要求值时，增加抽气设备。抽气泵安装时注意进膜口和出膜口保持同一平面，以保证抽气泵能发挥最大效率。膜下测头采用硬质空囊并钻花孔，外包无纺布。

6)铺密封膜

铺设管道和仪器安装完成后，对埋管和仪器形成的坑沟，回填中粗砂。为防止抽气过程中密封膜被硬物刺破，埋好抽气管后，需将外露塑料排水板埋入砂面以下，并将所有硬物捡开，用铁铲将砂面抹平实。在整平的砂垫层上铺两层0.14～0.16mm厚的聚氯乙烯膜作为密封膜，密封膜周边埋入密封沟内，进入淤泥层不小于1m，压实固定后要及时回填保护层，保证密封膜与边沟斜坡面之间无缝隙，然后往沟中灌水密封。

7)设沉降杆

8)抽气

装好抽气泵系统，当射流泵上压力达到4kPa以下，在膜面上、压膜沟处仔细检查密封膜有无漏气处，如有漏气要及时补好。一般在抽气时，漏气孔眼会发出呜叫声，根据声源进行彻底检查。逐台检查抽气泵系统连接处，要保证在关闭闸阀的情况下，射流泵上压力达到15kPa以下。以确保抽气泵系统发挥最佳功效。

开始阶段，为防止负压过大造成瞬间破坏，必须严格控制抽气速率，可先开启半数抽气泵，然后逐渐增加抽气泵工作台数。当膜下压力达到40kPa，经检查无漏气现象后开始膜面蓄水，开足所有泵，将膜下压力减少到15kPa以下。

9)动力夯实

(1)准确测量第一遍夯点位置。进行强夯施工时，将各工作区按小区分开。夯点定位时，用50m钢尺纵横向测量尺寸放出夯点中心，用红色装土的塑料袋进行标记。

本实施例中抽气装置由电动机、单极单吸离心泵、清水高压射流泵、蓄电池、进水管、出水管、回水管组成。密封系统由土工布、密封膜、密封沟等组成。排水系统包括塑料排水板、砂垫层、滤水管、吸水管。量测系统包括压力表、孔隙水压力器、沉降板等组成。

该工程施工过程质量控制要点包括：

1、对每批进场的塑料排水板进行检验，保证投入使用的塑料排水板100％合格。施工现场堆放的塑料板盘带要加覆盖，防止暴露在空气中老化。

2、当碰到地下障碍物而不能继续打进或令塑料排水板倾斜，则应拔管移位，并请监理工程师认可，作好记录，重新施打排水板。

3、砂垫层中的中粗砂，渗透系数不小于0.1mm/s，颗粒组成较均匀，不均匀系数小于4，其含泥量不大于3％。铺设下层垫层前将基底浮土，杂物清除干净，分层铺设，厚度按设计要求。摊铺后适当洒水压实，然后用平板式振捣器往复振捣压实。粗粒料应无分离现象，坑内预先安好标桩控制砂垫层的厚度。

4、插板机上设进尺标志，控制塑料排水板打设深度。锚靴要与塑料板连接好，与套管扣紧，施工过程中防止泥土等杂物进入套管中，一旦发现须及时清除。插入过程中，导轨必须保证垂直。

5、要求土工布、密封膜、密封沟各个环节密封性能好，各种管线通过密封膜处不漏气，膜下压力满足设计要求。

6、测定密封膜下压力时，需要注意其分布是否均匀及深度的变化情况。

7、测定负压处理后软基的垂直沉降变化情况，以沉降变化情况验证固结度是否满足预定要求。

8、强夯前应详细查明施工区域周围及场地范围内的地下构筑物和管线埋设情况，以免因强夯施工而造成损坏。

9、低能量强夯过程中局部出现“橡皮土”时应采取必要的措施，可以翻松干燥或掺和生石灰，来调整其含水量，并重新压实至密实度。

10、强夯及降水过程中的监测按规定进行，停夯及回填土方期间应做好施工区地面排水系统，确保地表水能及时排走：夯坑及地表有积水时应及时抽干，严禁浸泡夯坑。

该工程经过95d的负压排水以及45d的低能量夯击，地面沉降量为1.85m，平均固结度达到86％，上层含水量降至34.9％，孔隙比降至1.14，十字板抗剪强度由原来的8.1KPa升至31.8KPa，地基承载力达到86.3KPa，负压低能量夯击处理软土地基施工技术很好地解决了路基的不均匀沉降的问题。

根据本实施例进行质量、工期、成本方面分析以下：

1、质量方面

利用膜内外压力差形成负压，迫使土中孔隙水产生渗流，经排水固结；加固范围内固结均匀，沉降一致，且影响范围大，无堆载预压容易产生侧向挤出的危险。确保了工程施工质量。

2、工期方面

负压一次加上，不需分期进行，加荷时间短，固结压力大，使固结时间缩短，节省了时间，缩短了施工工期。

3、成本方面

采用本工法，其综合单价为81.5元/m²(包括工料和机费)，若采用堆载预压，其预压土方数量远远大于填筑的路体土方数量，造成材料和工费的不必要浪费，堆载预压单价为96.7元/m²(包括预压土方的工料机费和二次开挖、运输等费用)，因此，大大节约了工程成本。

Claims

1.负压低能量夯击处理软土地基施工方法，其特征是施工步骤包括：

1)场地平整

清除地表300mm范围内杂物，用推土机配合人工进行原地面场地的平整；

2)测量放线

3)铺砂垫层

先铺设500mm厚的砂砾垫层，排水板施工完成后，再铺设300mm厚砂砾垫层作为水平透水层；

4)施工塑料排水板

排水板采用步履式插板机打设塑料排水板，当套管打设至预定位置后，将塑料排水板剪断，塑料排水板竖直地埋入砂垫层中，

5)安装抽气设备及膜下测头

主滤管采用Φ100mmP VC管，支滤管采用Φ60mm的筛孔PVC管，支滤管间距0.6m，在管外包一层无纺土工布；出膜口伸出加固区边界约300mm；膜下测头采用硬质空囊并钻花孔，外包无纺布；

6)铺密封膜

铺设管道和仪器安装完成后，对埋管和仪器形成的坑沟，回填中粗砂；在整平的砂垫层上铺两层0.14～0.16mm厚的聚氯乙烯膜作为密封膜，密封膜周边埋入密封沟内；

7)设沉降杆

间隔5～8m设置一个观测断面，每个观测断面在左、中、右布置3个沉降杆；沉降杆底板用500×500×30mm钢板制成，沉降杆采用Φ20圆钢筋，每节lm，用螺扣连接，沉降杆和底座之间通过管牙接头连接，外套内直径为50mm的聚乙烯硬套管；

8)抽气

开始阶段开启半数抽气泵，然后逐渐增加抽气泵工作台数；当膜下压力达到40kPa，经检查无漏气现象后开始膜面蓄水，开足所有泵，将膜下压力减少到15kPa以下；

9)低能量强夯

低能量强夯分两次进行，第二遍夯点与第一遍夯点错位布置，待夯坑下沉量小于300mm后停止此位置夯击，移至下一位置夯击。

2.根据权利要求1所述的负压低能量夯击处理软土地基施工方法，其特征是垫层的砂砾采用级配较好中粗砂，含泥量小于3％，最大粒径小于50mm，渗透系数大于0.01mm/s，并去除杂物。

3.根据权利要求1所述的负压低能量夯击处理软土地基施工方法，其特征是打设塑料排水板时要求排水板不能打穿淤泥层，不能进入透气层，至少与透气层顶面保持不小1m的距离。

4.根据权利要求2所述的负压低能量夯击处理软土地基施工方法，其特征是打设塑料排水板时要求排水板不能打穿淤泥层，不能进入透气层，至少与透气层顶面保持不小1m的距离。

5.根据权利要求1所述的负压低能量夯击处理软土地基施工方法，其特征是第一次强夯击数为2～4击，夯能为1000～1300kN·m；第一次强夯击数为3～5击，夯能为1800～2200kN·m。

6.根据权利要求2所述的负压低能量夯击处理软土地基施工方法，其特征是第一次强夯击数为2～4击，夯能为1000～1300kN·m；第一次强夯击数为3～5击，夯能为1800～2200kN·m。

7.根据权利要求3所述的负压低能量夯击处理软土地基施工方法，其特征是第一次强夯击数为2～4击，夯能为1000～1300kN·m；第一次强夯击数为3～5击，夯能为1800～2200kN·m。

8.根据权利要求1所述的负压低能量夯击处理软土地基施工方法，其特征是每遍强夯后的间隙时间通过孔隙水压力的量测确定，第一遍与第二遍强夯之间间隔必须在孔隙水压力消散度达85％以上且不小于7d后方可进行。

9.根据权利要求2所述的负压低能量夯击处理软土地基施工方法，其特征是每遍强夯后的间隙时间通过孔隙水压力的量测确定，第一遍与第二遍强夯之间间隔必须在孔隙水压力消散度达85％以上且不小于7d后方可进行。

10.根据权利要求3所述的负压低能量夯击处理软土地基施工方法，其特征是每遍强夯后的间隙时间通过孔隙水压力的量测确定，第一遍与第二遍强夯之间间隔必须在孔隙水压力消散度达85％以上且不小于7d后方可进行。