CN101871209A - 无密封膜真空预压法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无密封膜真空预压法。其包括下述步骤：1)对处理场地表层的透水透气土层的厚度进行测定；2)在处理场地上按正方形或梅花桩型打插竖向排水体，打插前根据打插深度和透水透气土层的厚度，预先用密封漆对处于透水透气土层中以及外露的排水体进行密封；3)将排水体的外端连接至抽真空装置，进行抽真空施工；4)满足卸载要求后卸除真空荷载。本发明预先用密封漆对处于透水透气土层中以及外露的排水体进行密封，以保证真空度不损失，在抽真空时不需要使用密封膜和砂垫层，节省砂垫层和密封膜的材料投入，同时减少了施工工序，缩短了工期；此外，真空度能直接传递到土层中，真空度传递的效率高。

Description

无密封膜真空预压法

技术领域

本发明属于软地基处理的技术领域，具体涉及一种用于大面积软土地基处理的无密封膜真空预压法。

背景技术：

随着我国现代化进程的加快，在(沿海)城市建设的过程中，大量的软土地基需要处理，使用较广泛的软地基处理方法有以下四种：

1、真空预压法：该方法使用大气预压作为预压荷重，先在地面上铺设一层排水垫层，然后使用插板机按设计间距插设塑料排水板，再在其上覆盖一至两层不透气密封膜。然后使用真空泵对排水板进行抽气使透水材料中保持较高的真空度，在土的孔隙水中产生负的孔隙水压力，孔隙水逐渐被吸出从而达到预压效果。但是传统真空预压软地基处理方法存在以下局限性：

(1)、要有辅助工程措施供挖沟压膜，才能形成真空，而且因抗滑稳定要求需卸载拆膜才能继续施工，其工序复杂，处理时间相对较长，造价也较高。

(2)、该方法仅能对下覆深厚软土层进行排水加固，对于场地表面的松散填土层往往无能为力。

(3)、真空负压一般不超过90KPa，处理后场地承载力增长有限。

2、堆载预压法：通过在场地上堆填一定厚度的填土层来作为预压荷载，以达到加固下覆软土层的目的，缺点是土方工程量巨大，处理时间长。

3、强夯法：该方法是反复将很重的锤(一般为10～40t)提到高处使其自由落下(落距一般为10～40m)给地基以振动和冲击，使地基压缩固结，从而提高地基的强度并降低其压缩性。强夯法应用广泛，但对于饱和度较高的粘性土，处理效果不佳，尤其是淤泥质土地基，处理效果更差。

4、桩基础法：例如粉喷桩，搅拌桩，石灰桩、振冲桩等桩基。这种处理方法施工造价高、施工工期长。

综上所述，现有的大面积软土地基处理方法无法达到施工工序少、工期短的目的，无法快速和高质量加固地表松散填土和下覆软土层。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不需要使用真空膜、施工工序少、工期短，可快速和高质量加固地表松散填土和下覆软土层的无密封膜真空预压法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：无密封膜真空预压法，包括下述步骤：

1)对处理场地表层的透水透气土层的厚度进行测定；

2)在处理场地上按正方形或梅花桩型打插竖向排水体，打插前根据打插深度和透水透气土层的厚度，预先用密封漆对处于透水透气土层中以及外露的排水体进行密封；

3)将排水体的外端连接至抽真空装置，进行抽真空施工；

4)满足卸载要求后卸除真空荷载。

所述的透水透气土层厚度通过现场钻机探摸确定，探摸以正方形网格为一个单元，单元宽度视场地地质条件复杂性而定，以正方形网格的四个角点透水透气土层厚度的平均值作为该单元的透水透气土层的厚度。

所述的排水体依次通过管体连接器、钢丝弹簧管、主管连接至抽真空装置。

在步骤3抽真空的后期结合对表层土层进行强夯或碾压。

在碾压前先直接在场地上铺设一定厚度粘土层再进行碾压。

在场地承载力要求较高的时候，可沿处理场地边线外扩一定距离，设置2～3排钢丝弹簧管和排水体，在后期进行强夯施工时将处理边线内管道拆除，保留外扩场地内的管道以加速夯击造成的超静孔隙水压力的消散。

每排排水体铺设一条钢丝弹簧管，每条钢丝弹簧管与同排的排水体相连接，每三根排水体通过管体连接器连接到钢丝弹簧管上，并用密封胶密封。

每隔三排排水体铺设一条钢丝弹簧管，每条钢丝弹簧管与其同排的排水体、及位于两侧的排水体相连接，每三根排水体通过管体连接器连接到钢丝弹簧管上，并用密封胶密封。

所述的管体连接器由高密聚乙烯塑料制成，两端为圆筒状，两端与钢丝弹簧管相连，中间设有与排水体形状相适应的开口，开口可容许三根排水体插入其中。

所述的钢丝弹簧管和管体连接器在进场前进行预连接，并绕制成方便运输的卷状。

本发明打插排水体前预先用密封漆对处于透水透气土层中以及外露的排水体进行密封，以保证真空度不损失，在抽真空时不需要使用密封膜和砂垫层，节省砂垫层和密封膜的材料投入，同时可不用采用密封墙施工和铺设砂垫层以及挖沟压膜，减少施工工序，缩短工期；此外，真空度能直接传递到土层中，真空度传递的效率高；同时在后期可根据承载力要求在场地上结合强夯或碾压施工，能在处理深厚软土层的同时加固表层松散填土，加固效果好，是一种非常有效的地基处理方法，达到快速和高质量地加固地表松散填土和下覆软土层的目的。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

图1是钢丝弹簧管与排水体采用第一种实施方式连接的某软基处理项目施工场地平面布置图。

图2是钢丝弹簧管与排水体采用第二种实施方式连接的某软基处理项目施工场地平面布置图。

图3是某软基处理项目施工场地钢丝弹簧管与排水体采用第一种实施方式连接的平面图。

图4是某软基处理项目施工场地钢丝弹簧管与排水体采用第二种实施方式连接的平面图。

图5是排水体密封的剖面示意图。

图6是某软基处理项目施工场地剖面图。

图中：1主管，2钢丝弹簧管，3透水透气土层，4软土层，5排水体，6密封段排水体，7地层界限，8止回阀，9真空表，10抽真空设备，11管体连接器。

具体实施方式：

如图1至图6所示，本发明的详细施工步骤如下：

(1)清理施工现场，准备施工作业。

(2)对处理场地表层的透水透气土层3的厚度进行测定；所述的透水透气土层厚度通过现场钻机探摸确定，探摸以正方形网格为一个单元，单元宽度视场地地质条件复杂性而定，以正方形网格的四个角点透水透气土层厚度的平均值作为该单元的透水透气土层的厚度。

(3)排水体施工：按正方形或梅花桩型布置，间距可根据承载力和工期要求计算得到。施工过程及技术要求必须符合相关规范。排水体5为排水板，排水体打设长度一般至软土层4底部直至地层界限7，当软土层下部有透水层时，板底须与透水层顶面有1m的距离。排水体5打插前根据打插深度和透水透气土层的厚度，预先用密封漆对处于透水透气土层中以及外露的排水体进行密封，图5中排水体的黑色部分为密封段排水体6。排水体露头长度应满足能够接到管体连接器11为准。在钢丝弹簧管2与排水体第一种连接方式中，按管体连接器位于排水体桩位上算，排水体最大外露长度一般比其间距多20cm；在钢丝弹簧管与排水体第二种连接方式中，与钢丝弹簧管同排的排水体外露长度一般为20cm，在钢丝弹簧管两侧的排水体外露长度一般比排水体间距多20cm。排水体在透水透气段和外露段采用密封漆进行密封，密封漆涂在排水体外表面，以保证真空度不损失。

(4)布设排水系统：排水系统的布设方式采取钢丝弹簧管+管体连接器+排水体铺设方式。

a、材料选择和制备：钢丝弹簧管一般采用通径为50mm的管材。管体连接器总长度约40cm，该管体连接器由高密聚乙烯塑料制成，管体连接器两端管口可以和钢丝弹簧管相连接，管口径一般为50mm，中间为矩形开口状，容许三根排水体插入其中，开口形状和尺寸可根据排水体规格订制，开口高度约15mm。

b、钢丝弹簧管和管体连接器的预连接：为了实现对大面积软土的快速处理以及大规模规格化施工，需要对钢丝弹簧管和管体连接器进行预连接。钢丝弹簧管在出厂前，根据施工要求将其加工成相同管长的弹簧管段。钢丝弹簧管与排水体采用图1中的方式连接，弹簧管段一般为290cm/段(按排水板间距1m计算)；钢丝弹簧管与排水体采用图2中的方式连接，弹簧管段一般为90cm/段(按排水板间距1m计算)。使用管体连接器两端管口将各段钢丝弹簧管连接起来，钢丝弹簧管插入管口部分约5cm，要保证接头处连接的紧密性，做到不透水、气及砂，逐段连接到30m长度为宜，这时可将连接后的钢丝弹簧管卷成团状以方便运输。

c、管道的铺设及与排水体的连接：将成卷的钢丝弹簧管运往施工场地后即可在场地上按施工设计将其摊开铺设在相应的位置上，当一卷钢丝弹簧管的长度不够时可与其它管段通过管体连接器搭接到相应的长度。将每三根排水体插入相应的管体连接器的开口端，并用密封胶对开口端进行密封。这样在土层上排水体和弹簧管管网共同形成一个排水网络，作用相当于传统的中粗砂排水垫层。

(5)铺设主管1：一般采用通径75mm或90mm的PVC管作为主管，铺设在场地两侧，当场地面积较大时也可在场地中间加设主管，在本次地基处理施工中只在两侧铺设主管。主管和钢丝弹簧管之间采用与之匹配的三通接头连接。主管则直接和抽真空设备10相连接，抽真空设备10即真空泵，真空泵还接有止回阀8和真空表9。

(6)安装抽真空系统：在场地两侧布置抽真空设备10每台真空泵处理面积为800m²～1000m²，将真空泵水平放置在加固区两侧。

(7)安装发电机及布设电缆。

(8)抽真空施工：抽真空5～10d然后逐渐增加真空泵工作台数。当真空度达到60kPa，开足所有真空泵，将真空度提高到大于设计要求的荷载。此时，可开始恒载计时抽真空达到预定天数。

(9)待真空度稳定后，持续抽真空的后期进行强夯或碾压施工。在碾压施工中，在场地承载力要求较高的时候，可不拆除场地内管道，直接在场地上铺设一定厚度粘土层(约30cm)后进行碾压。在强夯施工中，当场地承载力要求较高的时候，可在前期铺设管道时，沿处理场地边线外扩一定距离，铺设2～3排钢丝弹簧管，在后期进行强夯施工时可将处理边线内管道拆除，保留外扩场地内的管道以加速夯击造成的超静孔隙水压力的消散。

(10)卸载。在满足真空度要求的前提下，应连续抽气，当沉降稳定后，方可停泵卸载，钢丝弹簧管及连接装置可回收利用。卸载标准如下：1)真空预压处理后地基承载力大于设计值，通过载荷板试验验证。2)恒载抽真空达到预定天数。3)软土固结度达到设计值。

根据地基处理设计承载力要求可设计不同的排水体打设深度、间距和调整真空泵数量以达到要求。

本发明的原理为：

1、在恒载抽真空时，真空泵在主管中产生真空度，并传递到钢丝弹簧管中，并通过管体连接器将大部分真空度传递到与之紧密连接的排水体中，排水体所传递的真空度在软弱粘性土层中产生一个负的孔隙水压力，垂直排水通道作为负压源的一部份与加固土体内的孔隙水压力形成压力差而产生渗流力，渗流力促使孔隙水从土体中排出，而孔隙水的排出导致孔隙水压力的降低。当土体中总应力基本不变的情况下，孔隙水压力的降低值即为有效应力的增加值，在新增加的有效应力的作用下促使土体固结。孔隙水通过垂直向排水通道排出并进入钢丝弹簧管中，并由该管流向主管，最后通过抽真空装置排出。

2、在场地承载力要求较高时候，可结合强夯或碾压施工，强夯开始的夯能将浅层土率先排水固结，使其强度增长，在表层形成有应力扩散作用的“硬壳层”，使强夯的冲击波通过该层介质传播到其下卧的软土层，促使软土超静孔隙水压力迅速上升，迫使土体中的孔隙水排出，逐步增加土粒间的有效应力，加快软弱土层固结。真空预压与强夯或碾压有机结合，并相互补充与促进，加快了土体固结时间，加深了土体固结深度，土体强度得到显著提高，达到同时加固场地表层松散填土和下覆深厚软土层的目的。同时，由于前面真空预压，实现了场地的主动排水，使超静孔隙水压力快速消散，避免了强夯施工中的“地表液化”和“橡皮土”等问题。

无密封膜真空预压法适用于大面积软土地基加固，可用于如机场跑道、公路、港口、码头以及岸堤填海造陆的水下软土等的地基处理施工，特别是对于松散填土层和深厚软土层同时加固有很好的效果，能有效消除场地后期的不均匀沉降，除节省了铺设砂垫层，挖密封沟和铺设密封膜的大量投入，处理场地在真空预压与强夯或碾压的动、静力共同作用下，可短时间内实现快速固结，土体强度得到显著提高。

本发明的具体应用实例如下：

以珠海裕嘉矿产品有限公司球团二期地基处理工程为例。该工程项目中料场厂区区域淤泥层厚度约为25m，拟对该区域进行地基处理，考虑到其淤泥层厚度过厚，而且工期要求紧，为了保证处理效果达到地基承载力施工要求，经多方论证，讨论，决定采取无密封膜真空预压法进行地基处理。

该场地为面积为40476m²的矩形区域，场地按1m的间距正方形打设塑料排水板，打设深度为30m，并对表层的透水透气土层段和外露段的排水板采用特制的密封漆进行密封，密封长度为4.5m。每隔两排排水板布设一根钢丝弹簧管，每根钢丝弹簧管与同排塑料排水板和两侧塑料排水板相连接，每三根排水板利用管板连接器连接到钢丝弹簧管上，在处理区域两侧铺设主管。全区共布置了48台真空泵。

试抽真空10天后，经检查无漏气现象后，开足所有真空泵，将真空度提高到大于85kPa。恒载抽真空30d后，全场进行真空预压同时，开始进行堆载施工，先采用当地粘性土进行满场堆载施工，堆载厚度2.5m，此外后期进行砂石桩施工的砂石料也作为预压荷载堆填到堆料区，可堆载到厚度5m，总堆载厚度7.5m，采用分层堆载，每层的层厚不超过30cm。采用40t碾压机进行碾压施工，碾压2～3遍。真空预压恒载85kPa达到80d时，进行抽真空卸载施工。处理后地基承载力达到180kPa，淤泥层固结度达到约90％。

此项目采用无密封膜真空预压法地基处理新技术，处理后地基承载力增长显著，加固效果明显，工期比传统施工方法缩短近1/2～2/3，造价节约原预算的1/2。

总之，本发明虽然例举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种无密封膜真空预压法，其特征在于，包括下述步骤：

1)对处理场地表层的透水透气土层的厚度进行测定；

2)在处理场地上按正方形或梅花桩型打插竖向排水体，打插前根据打插深度和透水透气土层的厚度，预先用密封漆对处于透水透气土层中以及外露的排水体进行密封；

3)将排水体的外端连接至抽真空装置，进行抽真空施工；

4)满足卸载要求后卸除真空荷载。

2.按照权利要求1所述的无密封膜真空预压法，其特征在于：所述的透水透气土层厚度通过现场钻机探摸确定，探摸以正方形网格为一个单元，单元宽度视场地地质条件复杂性而定，以正方形网格的四个角点透水透气土层厚度的平均值作为该单元的透水透气土层的厚度。

3.按照权利要求1所述的无密封膜真空预压法，其特征在于：所述的排水体依次通过管体连接器、钢丝弹簧管、主管连接至抽真空装置。

4.按照权利要求1或2或3所述的无密封膜真空预压法，其特征在于：在步骤3抽真空的后期结合对表层土层进行强夯或碾压。

5.按照权利要求4所述的无密封膜真空预压法，其特征在于：在碾压前先直接在场地上铺设一定厚度粘土层再进行碾压。

6.按照权利要求4所述的无密封膜真空预压法，其特征在于：在场地承载力要求较高的时候，可沿处理场地边线外扩一定距离，设置2～3排钢丝弹簧管和排水体，在后期进行强夯施工时将处理边线内管道拆除，保留外扩场地内的管道以加速夯击造成的超静孔隙水压力的消散。

7.按照权利要求3所述的无密封膜真空预压法，其特征在于：每排排水体铺设一条钢丝弹簧管，每条钢丝弹簧管与同排的排水体相连接，每三根排水体通过管体连接器连接到钢丝弹簧管上，并用密封胶密封。

8.按照权利要求3所述的无密封膜真空预压法，其特征在于：每隔三排排水体铺设一条钢丝弹簧管，每条钢丝弹簧管与其同排的排水体、及位于两侧的排水体相连接，每三根排水体通过管体连接器连接到钢丝弹簧管上，并用密封胶密封。

9.按照权利要求3或7或8所述的无密封膜真空预压法，其特征在于：所述的管体连接器由高密聚乙烯塑料制成，两端为圆筒状，两端与钢丝弹簧管相连，中间设有与排水体形状相适应的开口，开口可容许三根排水体插入其中。

10.按照权利要求3或7或8所述的无密封膜真空预压法，其特征在于：所述的钢丝弹簧管和管体连接器在进场前进行预连接，并绕制成方便运输的卷状。

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