CN101949153A - 地基排水控制法 - Google Patents
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Abstract
一种地基排水控制法。该法是在建筑物地基的四周设置一圈竖向防渗帷幕，在竖向防渗帷幕内的地基内部设置竖向排水体，在竖向排水体的上面依次设置排水砂垫层、水平防渗层和保护层，并且竖向防渗帷幕与水平防渗层密封连接。施工期间通过真空联合堆载预压来强制加速地基土的排水固结，以提高地基土的强度，并使得地基的固结沉降在施工期间尽可能多地完成。至工程运营期开始之前，停止预压过程，并且将排水管道严密封堵，以阻止地基土固结沉降的进一步发生，从而可以达到良好的控制地基工后沉降的目的。本发明提供的地基排水控制法适用于强度低、压缩性大的软土地基，具有造价低、工期短，工后沉降控制效果良好的特点。
Description
技术领域
本发明属于土木建筑地基处理技术领域，特别是涉及一种软弱地基加固处理方法。
背景技术
由本发明申请人提出并获得国家知识产权局授权的专利号为03130321.8，名称为“地基延缓固结处理法”和专利号为200710057149.3，名称为“地基孔压调节处理法”的两项发明专利都属于以控制工后沉降为主要目标的大面积地基处理技术。
其中地基延缓固结处理法的主要做法是在建筑物地基的四周设置一圈或路基两侧的坡脚位置沿线路方向设置两道竖向防渗帷幕，而在建筑物或路基的底面铺设一层与竖向防渗帷幕密封连接的水平防渗层，也就是采用一个类似于倒扣的茶杯一样的结构将地基的主要受力部分包裹起来，以限制地基土的排水固结过程，从而达到控制工后沉降的目的。
地基孔压调节处理法的主要做法则是在地基的主要受力部分设置竖向防渗帷幕和在基底面设置表层水平防渗层，并且在地基深层设置一层或者多层与竖向防渗帷幕密封连接的深层水平防渗层，并且在地基系统以外设置能够将可调节压力的流体介质引入由各防渗层围住的地基处理范围以内的压力流体调节系统。
虽然这两种方法都具有工程造价低，施工工期短，可最大限度地发挥地基土的天然强度等优点，但其存在下列缺点和不足：
1、由于水平防渗层和竖向防渗帷幕限制了地基土的排水固结，在控制工后沉降的同时，也带来了地基土强度无法得到提高的弊端，使得此两种方法只能适用于地基承载力和稳定性满足要求，而只需要控制地基工后沉降的松软土地基，而无法应用于承载力很低的软土地基，因此工程应用范围受到限制。
2、由于没有采用水泥等固化剂、砂石料或者预制桩等对地基进行整体补强，只是利用水平防渗层和竖向防渗帷幕限制了地基土的排水固结，地基在特定荷载作用下总的固结沉降量并没有减少，只是发生的过程被延缓了，为了限制工后沉降在工程要求的范围之内，就需要设置较深的竖向防渗帷幕，且对水平防渗层和竖向防渗帷幕的技术要求也比较高，从而使得技术实施难度较大，工程造价仍然较高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够在提高软土地基承载力的同时，很好地控制地基工后沉降的地基排水控制法。
为了达到上述目的，本发明提供的地基排水控制法包括按顺序进行的下列步骤：
1)在建筑物地基的四周设置一圈竖向防渗帷幕；
2)在由竖向防渗帷幕围成的地基土内部均布多个竖向排水体；
3)在竖向排水体顶端的地基土表面铺设一层底层排水砂垫层，然后在底层排水砂垫层上水平布设网格状分布的真空滤管，真空滤管管壁上均匀分布有滤孔，且外面包覆有一层无纺布；
4)同时在底层排水砂垫层上靠近竖向防渗帷幕处相隔距离沿横向平行设置多根外端贯穿竖向防渗帷幕而延伸至竖向防渗帷幕外的排水管道，然后将多根真空滤管的外端与一根排水管道的内端相连接；
5)在真空滤管和排水管道上部再铺设一层顶层排水砂垫层，由底层排水砂垫层和顶层排水砂垫层构成排水砂垫层；
6)在每一根排水管道的外端连接一台真空泵；
7)在排水砂垫层的表面设置一层水平防渗层，之后在竖向防渗帷幕和水平防渗层的连接处进行防渗密封处理；
8)启动真空泵而对由竖向防渗帷幕和水平防渗层围成的空间内的地基土进行抽真空，直至上述空间内的真空压力持续2天保持在大于等于85kPa的水平；
9)然后在水平防渗层的表面铺设一层保护层；
10)在保护层的表面开始按正常要求填土，达到设计标高后，直到连续5天实测地基土的沉降速率小于等于0.5mm/d，停止真空泵运行；
11)将排水管道的外端严密封堵，由此即可完成建筑物的地基处理过程。
所述的竖向防渗帷幕是采用垂直铺设土工膜、射水法造连续墙、掏槽成墙法、锯槽成墙法、导管反循环工法、抓斗法成墙、振动切槽法、板桩墙工法、深层搅拌工法、注浆法、高喷法、土固结工法、自凝灰浆法、SMW工法、TRD工法中的一种制成。
所述的竖向排水体采用塑料排水板。
所述的水平防渗层是在排水砂垫层的表面先铺设一层土工布，然后在土工布表面再铺设一层土工膜而形成。
所述的保护层是在水平防渗层的表面先铺设一层土工布，之后在土工布表面铺设一层粘土，碾压后再铺设一层粘土并碾压而形成。
所述的排水砂垫层的厚度为0.4～0.6米。
所述的真空泵为为射流真空泵或者往复式真空泵。
本发明提供的地基排水控制法具有如下的优点：
1、由于在施工期间大大加速了地基的排水固结，所以可提高地基土的抗剪强度，因此本法适用于天然强度很低的软土地基。
2、由于由水平防渗层和竖向防渗帷幕组成的防渗层能够对地基形成立体包裹，所以具有极好的密闭效果，因此真空预压过程中只需开启少量的真空泵即能使得地基中产生较高的真空度，所以效果好，能耗低。
3、由于大部分的地基固结沉降已在施工期间完成，同时也大大减少了软土地基的次固结沉降，这样就能够采用较小的竖向防渗帷幕深度来控制余下的少量地基固结沉降，以达到工程的工后沉降控制要求，这样可以更进一步降低工程造价。
附图说明
图1为利用本发明的地基排水控制法处理后的地基横断面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的地基排水控制法进行详细说明。
某货物堆场工程的地基原状为滨海滩涂，地面标高低于设计标高，需要在原地面上填高7.0m，填方范围为350m×700m，属于大面积填土，要求工后沉降不大于30cm。
地基土层情况为：
①淤泥，厚度10m，天然容重γ＝16.0kN/m3，含水率64％，孔隙比1.7，塑性指数Ip＝21.8，Cu＝6.0kPa、φu＝3.0°、Ccu＝6.5kPa、φcu＝11.0°，各级压缩模量Es0.1～0.2＝1.56MPa，Es0.2～0.3＝2.5MPa，Es0.3～0.4＝3.0MPa，水平固结系数Ch＝1.3×10-7m2/s、垂直固结系数Cv＝8.7×10-8m2/s，属于低强度、高压缩性土。
②淤泥层以下为花岗岩基岩。
填料容重20kN/m3。
根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)，地基的最终变形量可按下式计算：
式中：
s-地基最终变形量(mm)；
s′-按分层总和法计算出的地基变形量；
n-地基变形计算深度范围内所划分的土层数；
p0-对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加压力(kPa)；
Esi-基础底面下第i层土的压缩模量(MPa)，应取土的自重压力至土的自重压力与附加压力之和的压力段计算；
zi、zi-1-基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离(m)；
-基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数。
根据上述公式计算得到地基总沉降为1.26m。为了达到工后沉降不大于30cm的目标，且经稳定性验算，天然地基在设计填土荷载作用下将会发生滑动失稳，故需要采用本发明提供的排水控制法对该地基进行处理。
如图1所示，本发明提供的地基排水控制法包括按顺序进行的下列步骤：
1)在建筑物地基的四周设置一圈竖向防渗帷幕1；竖向防渗帷幕1是采用垂直铺设土工膜的方法、射水法造连续墙、掏槽成墙法、锯槽成墙法、导管反循环工法、抓斗法成墙、振动切槽法、板桩墙工法、深层搅拌工法、注浆法、高喷法、土固结工法、自凝灰浆法、SMW工法、TRD工法中的一种制成，本工程采用垂直铺设土工膜的方法。
2)在由竖向防渗帷幕1围成的地基土内部均布多个竖向排水体5；竖向排水体5可采用塑料排水板，间距和深度皆根据地质条件和工程要求而定，本工程中所采用的间距为1.2m，打设深度为9.5m。
3)在竖向排水体5顶端的地基土表面铺设一层底层排水砂垫层，然后在底层排水砂垫层上水平布设网格状分布的真空滤管，真空滤管管壁上均匀分布有滤孔，且外面包覆有一层无纺布，这样可允许水、气进入真空滤管内，同时防止砂粒进入真空滤管；真空滤管可采用φ50mmPVC滤水管，滤管间距不大于8m。
4)同时在底层排水砂垫层上靠近竖向防渗帷幕1处相隔距离沿横向平行设置多根外端贯穿竖向防渗帷幕1而延伸至竖向防渗帷幕1外的排水管道6，然后将多根真空滤管的外端与一根排水管道6的内端相连接，排水管道6之间的间距通常为20m～40m。
5)在真空滤管和排水管道6上部再铺设一层顶层排水砂垫层，由底层排水砂垫层和顶层排水砂垫层构成排水砂垫层2；排水砂垫层2的厚度为0.5米。
6)在每一根排水管道6的外端连接一台真空泵；真空泵为射流泵，功率为7.5kW，空载情况下真空压力应超过96kPa，本工程一共配置120台真空泵。
7)在排水砂垫层2的表面设置一层水平防渗层3，水平防渗层3的做法是在排水砂垫层2的表面先铺设一层规格为250g/m2的土工布，然后在土工布的表面再铺设一层0.3mm厚的HDPE水平防渗土工膜，之后在竖向防渗帷幕1和水平防渗层3的连接处进行防渗密封处理，可采用常规的焊接工艺进行密封，并且在焊缝四周采用厚度不小于0.5m的粘土层进行保护。
8)启动真空泵而对由竖向防渗帷幕1和水平防渗层3围成的空间内的地基土进行抽真空，此工程中这段抽真空时间为1周；在此过程中，在真空泵的抽吸作用下，上述地基土内的孔隙水将沿竖向排水体5流入排水砂垫层2，然后经真空滤管上的孔眼流入真空滤管的内部，由于真空滤管外包覆有无纺布，因此可以防止泥沙堵塞住真空滤管上的孔眼或流入真空滤管的内部。之后汇聚在真空滤管内部的孔隙水将通过排水管道6排至地基之外。
9)然后在水平防渗层3的表面铺设一层保护层4；保护层4的做法是在水平防渗层3的表面先铺设一层规格为400g/m2的土工布，之后在土工布表面铺设一层粘土，用轮胎压路机碾压两遍，再铺设一层粘土并碾压两遍而形成0.5m厚的粘土层，以保护水平防渗层3不受上部建筑施工的破坏。
10)在保护层4的表面开始按正常要求填土，达到设计标高后，直到连续5天实测上述地基土的沉降速率小于等于0.5mm/d，停止真空泵运行，此工程中这段抽真空时间为43天；
11)将排水管道6的外端严密封堵，以阻止少量地基剩余的固结沉降进一步发生，从而可以达到良好的控制工后沉降的目的，由此即可完成上述建筑物的地基处理过程。
依据本工程竣工后2年多的监测数据计算，地基的工后沉降为5.2cm，远远小于设计要求的30cm工后沉降的标准。
Claims (7)
1.一种地基排水控制法，其特征在于：所述的地基排水控制法包括按顺序进行的下列步骤：
1)在建筑物地基的四周设置一圈竖向防渗帷幕(1)；
2)在由竖向防渗帷幕(1)围成的地基土内部均布多个竖向排水体(5)；
3)在竖向排水体(5)顶端的地基土表面铺设一层底层排水砂垫层，然后在底层排水砂垫层上水平布设网格状分布的真空滤管，真空滤管管壁上均匀分布有滤孔，且外面包覆有一层无纺布；
4)同时在底层排水砂垫层上靠近竖向防渗帷幕(1)处相隔距离沿横向平行设置多根外端贯穿竖向防渗帷幕(1)而延伸至竖向防渗帷幕(1)外的排水管道(6)，然后将多根真空滤管的外端与一根排水管道(6)的内端相连接；
5)在真空滤管和排水管道(6)上部再铺设一层顶层排水砂垫层，由底层排水砂垫层和顶层排水砂垫层构成排水砂垫层(2)；
6)在每一根排水管道(6)的外端连接一台真空泵；
7)在排水砂垫层(2)的表面设置一层水平防渗层(3)，之后在竖向防渗帷幕(1)和水平防渗层(3)的连接处进行防渗密封处理；
8)启动真空泵对由竖向防渗帷幕(1)和水平防渗层(3)围成的空间内的地基土进行抽真空，直至上述空间内的真空压力持续2天保持在大于等于85kPa的水平；
9)然后在水平防渗层(3)的表面铺设一层保护层(4)；
10)在保护层(4)的表面开始按正常要求填土，达到设计标高后，直到连续5天实测地基土的沉降速率小于等于0.5mm/d，停止真空泵运行；
11)将排水管道(6)的外端严密封堵，由此即可完成建筑物的地基处理过程。
2.根据权利要求1所述的地基排水控制法，其特征在于：所述的竖向防渗帷幕(1)是采用垂直铺设土工膜、射水法造连续墙、掏槽成墙法、锯槽成墙法、导管反循环工法、抓斗法成墙、振动切槽法、板桩墙工法、深层搅拌工法、注浆法、高喷法、土固结工法、自凝灰浆法、SMW工法、TRD工法中的一种制成。
3.根据权利要求1所述的地基排水控制法，其特征在于：所述的竖向排水体(5)采用塑料排水板。
4.根据权利要求1所述的地基排水控制法，其特征在于：所述的水平防渗层(3)是在排水砂垫层(2)的表面先铺设一层土工布，然后在土工布表面再铺设一层土工膜而形成。
5.根据权利要求1所述的地基排水控制法，其特征在于：所述的保护层(4)是在水平防渗层(3)的表面先铺设一层土工布，之后在土工布表面铺设一层粘土，碾压后再铺设一层粘土并碾压而形成。
6.根据权利要求1所述的地基排水控制法，其特征在于：所述的排水砂垫层(2)的厚度为0.4～0.6米。
7.根据权利要求1所述的地基排水控制法，其特征在于：所述的真空泵为射流真空泵或者往复式真空泵。
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