CN102206939B - 可注浆的高真空排水滤管软土地基处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可注浆的高真空排水滤管软土地基处理方法。本发明下沉高真空竖向排水滤管，即打板机就位，将高真空竖向排水滤管牵引装置安装到打板机桩管中，下沉就位，提升打板机桩管；高真空竖向排水滤管预压排水，即布设真空管路系统，高真空竖向排水滤管排水预压，后真空卸载；高真空竖向排水滤管注浆，即试注浆确定二次注浆的压力、单孔注浆量，第一次水泥浆注浆，第二次水泥砂浆注浆，复合地基养护。解决了工后场地土继续发生二次固结和沉降，对上部地基和结构造成破坏及高额维修费用的缺陷。本发明降低了真空传递的损耗，减少了二次成孔的成本，改变了软土性质、提高场地土承载力、减少沉降变形的效果。

Description

可注浆的高真空排水滤管软土地基处理方法

技术领域

本发明涉及一种软弱土地基处理方法，特别涉及可注浆的高真空排水滤管软土地基处理方法。

背景技术

粘土、淤泥等软弱土层在沿海、沿江地区分布广泛，具有含水量高、压缩性强、渗透性差、承载力低、固结时间长等特性。在软弱土层上进行开发建设，必须进行地基处理；通过地基处理，提高场地承载力，消除不均匀沉降，控制工后沉降，以满足开发建设的各种技术要求。

软土地基处理技术较多，常用的有：桩基类技术(钢管桩、混凝土桩、木桩等)，复合地基类技术(水泥搅拌、固化剂类等)、固结排水类技术(真空预压、堆载预压等)。综合造价、工期和加固效果等因素，目前在大面积场地处理中固结排水类技术使用较多。

在本发明之前，受软土颗粒特性影响和固结排水技术的限制，固结排水类技术处理后软土场地表层承载力一般在80kpa以下；随着土层分布加深其含水量、孔隙比加大，处理效果下降。在高填土场地和堆场、道路等使用荷载大、软土层深厚的地区，采用单一的固结排水类技术处理，场地土的沉降固结速度和工后沉降量很难满足设计和使用要求。在工后场地土继续发生二次固结和沉降，对上部地基和结构造成破坏，降低了上部结构的设计寿命，产生了高额的维修费用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种可注浆的高真空排水滤管软土地基处理方法。

本发明的技术方案是：

可注浆的高真空排水滤管软土地基处理方法，其主要技术步骤在于：

(1)下沉高真空竖向排水滤管

(1-1)铺设砂垫层，平整场地，打板机就位；

(1-2)将高真空竖向排水滤管牵引装置安装到打板机桩管上；

(1-3)将高真空竖向排水滤管设置到打板机桩管中；

(1-4)高真空竖向排水滤管随打板机桩管下沉就位；

(1-5)打板机桩管脱离桩靴，提升打板机桩管，完成高真空竖向排水滤管施打；

(2)高真空竖向排水滤管预压排水

(2-1)布设真空管路系统，直接连接水平排水主管、水平排水支管和高真空竖向排水滤管；

(2-2)高真空竖向排水滤管排水预压；

(2-3)高真空竖向排水滤管真空卸载；

(3)高真空竖向排水滤管注浆

(3-1)试注浆确定二次注浆的压力、单孔注浆量；

(3-2)高真空竖向排水滤管第一次水泥浆注浆；

(3-3)高真空竖向排水滤管第二次水泥砂浆注浆；

(3-4)复合地基养护。

本发明在真空预压时，形成了水平排水主管--水平排水支管--高真空竖向排水滤管的大通道、低摩阻力的连接方式，减缓了排水滤管中的真空度衰减速度，缩短了软土的排水固结时间。在真空卸载后，利用高真空竖向排水滤管做注浆管和桩模，对场地土进行注浆，形成了工后无排水通道的水泥砂浆桩和水泥土复合地基。经处理后地基土的各项物理、力学技术指标比传统的排水固结预压类技术有明显的提高；其工后沉降、承载力，能满足道路、堆场等高等级场地的技术要求；其处理综合造价远低于复合地基类技术和桩基类技术。

本发明的优点和效果在于：

1、可注浆的高真空排水滤管处理软土地基技术，采用高环刚度的高真空竖向排水滤管替代传统的塑料排水板做为排水竖向通道，具有在真空预压时管腔大、管腔中真空传递阻力小、真空度高、真空度沿深度衰减慢的特点。

2、可注浆的高真空排水滤管处理软土地基技术，采用真空泵--水平排水主管--水平排水支管--高真空竖向排水滤管连接方式，减少了真空传递的中间环节，降低了真空传递的损耗。

3、可注浆的高真空排水滤管处理软土地基技术，在真空卸载后，预留在土中的竖向排水滤管，一方面作为注浆管，实现注浆，减少了二次成孔的成本，节省了钻孔的时间；另一方面可以作为排水排气管，有利于注浆时，土中孔隙水和气从临近未注浆的管中快速排出，提高水泥土复合加固效果。用一定的注浆压力向软土地基中，注入水泥浆或其他化学浆液，在压力传递作用下，灌入的浆液沿地基应力场中的最小主应力面或弱应力分布区劈裂、延伸，形成浆脉状的凝结体，对周围土体产生二次挤压和密实作用，使土体的孔隙进一步减少，压缩模量进一步提高。

5、可注浆的高真空排水滤管处理软土地基技术，在真空卸载后，预留在土中的竖向排水滤管，作为水泥砂浆桩的桩模，形成了有侧向约束的竖向桩，封闭了工后场地土的排水通道，进一步提高了场地土的承载力。水泥砂浆桩同加固后的水泥土形成复合地基，达到改变软土性质、提高场地土承载力、减少沉降变形的目的。

本发明的其他优点和效果将在下面继续说明。

附图说明

图1——本发明系统结构平面示意图。

图2——本发明高真空竖向排水滤管结构示意图。

图3——本发明高真空竖向排水滤管牵引装置示意图。

其中，图中各标号表示对应部件如下：

水平排水主管1、水平排水支管2、高真空竖向排水滤管3、土工布4、真空膜5、真空泵6、密封沟7、钢丝骨架渗水软管8、波纹滤管9、土工滤膜10、预制桩靴11、高真空竖向排水滤管3、牵引绳12、定滑轮13、配重球14、挂钩15、桩管16。

具体实施方式

本发明的技术思路是在真空预压时，形成了水平排水主管1--水平排水支管2--高真空竖向排水滤管3的大通道、低摩阻力的连接方式，减缓了高真空竖向排水滤管3的真空度衰减速度，缩短了软土的排水固结时间。在真空卸载后，利用高真空竖向排水滤管3做注浆管和桩模，对场地土进行注浆，形成了工后无排水通道的水泥砂浆桩和水泥土复合地基。经处理后地基土的各项物理、力学技术指标比传统的排水固结预压类技术有明显的提高；其工后沉降、承载力，能满足道路、堆场等高等级场地的技术要求；其处理综合造价远低于复合地基类技术和桩基类技术。

下面具体说明本发明。

如图1、图2、图3所示：

(1)下沉高真空竖向排水滤管3

(1-1)铺设砂垫层，平整场地，打板机就位；

清除植物根径、矿渣等杂物，铺设砂垫层，平整场地。砂垫层铺设厚度要能满足打板机进场施工，一般厚度不小于500mm。

(1-2)安装高真空竖向排水滤管3牵引装置到打板机桩管16上；

将高真空竖向排水滤管3牵引装置安装到打板机的桩管16上端，将桩管16下端改造成锥形口，锥形口内管径大于高真空竖向排水滤管3外径的30mm以上。

(1-3)内装高真空竖向排水滤管3到桩管16中；

将高真空竖向排水滤管3上端同牵引装置的挂钩15连接，拉升牵引绳12，将高真空竖向排水滤管3内装到打板机的桩管16中，高真空竖向排水滤管3的预制桩靴11需卡紧在桩管16端部。

高真空竖向排水滤管3采用塑料材质波纹滤管9，管径在50-100mm，外包土工滤膜10，底部采用土工布4密封，竖向排水滤管3上端1-2m采用钢丝骨架渗水软管8，下端连接预桩靴11，高真空竖向排水滤管3的水平间距在1-1.5m，其长度根据设计要求，一般在20m以内；高真空竖向排水滤管3的环刚度要大于10kpa。外包土工滤膜10的等效孔径在0.10mm左右，在注浆压力作用能透过20-30％的水泥颗粒，土工滤膜10的直径一般要大于高真空竖向排水滤管3的2倍左右。

高真空竖向排水滤管3的预制桩靴11采用混凝土预制块或木预制块。混凝土的预制块标号要大于C25，采用圆柱形，预制块的直径要大于桩管16端部外径40mm，高度80mm-120mm，预制块上预留钢丝同高真空竖向排水滤管3连接。木预制块可采方形，其边长要大于桩管16端部外径40mm，木块的厚度要大于20mm。

(1-4)高真空竖向排水滤管3随打板机桩管16下沉就位；

将桩管16调整到预制桩靴11中间，开启打板机下沉桩管16，同时缓慢松开定滑轮13上的牵引绳12，高真空竖向排水滤管3随桩管16下沉到达设计深度。在淤泥、粘土场地下沉高真空竖向排水滤管3时，用木预制块桩靴11；在夹砂层场地下沉高真空竖向排水滤管3时，采用混凝土预制块桩靴11。

(1-5)脱离桩靴11提升打板机桩管16，完成高真空竖向排水滤管3施打；

桩管16到达设计深度后，开启打板机的震动装置，将桩管16同高真空竖向排水滤管3的预制桩靴11脱离；同时松开牵引绳10，利用配重球14的重量通过定滑轮13拉动牵引绳10往桩管16提升的相反方向移动，避免桩管16提升时带出高真空竖向排水滤管3；缓慢提升桩管16到0.5-0.8m，停止提升10-15秒待高真空竖向排水管3周边的软土包裹高真空竖向排水滤管3，形成足够的摩擦力减少高真竖向排水滤管3的回带；桩管16提升到地面后，松开挂钩15，完成高真空竖向排水滤管3的下沉。

(2)高真空竖向排水滤管3中预压排水

(2-1)布设真空管路系统，直接连接水平排水主管1、水平排水支管2和高真空竖向排水滤管3；

按设计要求，开挖浅槽，布设水平真空管路，用三通连接水平排水主管1、水平排水支管2、高真空竖向排水滤管3，将水平真空管路浅埋在砂垫层中。

(2-2)高真空竖向排水滤管3中预压排水；

按设计要求铺土工布4、真空膜5、开挖密封沟7、布真空泵6、抽真空，高真竖向排水滤管3中形成低摩阻力、高真空负压的预压排水通道。

(2-3)真空卸载；

真空预压时间满足设计要求，场地沉降稳定后，真空卸载，拆除地面上真空预压系统，清理预留在场地中的高真空竖向排水滤管3通道。

(3)高真空竖向排水滤管3注浆

(3-1)试注浆确定注浆的压力、单孔注浆量；

高真空竖向排水滤管3常用注浆液为水泥浆、水泥砂浆，每一注浆孔分两次注浆，第一次采用纯水泥浆注浆，第二次采用水泥砂浆注浆，通过试注浆确定二次注浆的压力、单孔注浆量。

(3-2)高真空竖向排水滤管3第一次注浆；

按照1000-2000m²为一注浆单元，自周边向场地中间注浆，第一次注浆为劈裂注浆，采用纯水泥浆，注浆液的水灰比在1∶(0.5-1.0)之间，注浆压力在0.2mpa-0.5mpa之间。在第一次注浆时，高真空排水滤管的土工滤膜10在注浆压力作用下对高真空排水滤管3周边软土产生挤压，注浆液20--30％透过土工滤膜10，形成水泥土，70-80％注浆液被控制在土工滤膜10内，同地第二次注入的砂浆在高真空排水滤管3同土工滤膜之间形成了外包柱。

当满足试注浆的单孔注浆用浆量，同时注浆孔的孔口出现浮浆溢出可以停止注浆。

(3-3)高真空竖向排水滤管3第二次注浆；

第二次注浆采用水泥砂浆，砂浆标号不低于M5，注浆水泥砂浆的坍落度控制在40～75mm，注浆压力在2-5mpa，同一注浆孔两次注浆间隔在3-4小时即水泥浆初凝前完成。

第二次注的水泥砂浆部分在高真空竖向排水滤管3内形成了水泥砂浆芯注。第二次注入的水泥砂浆部分通过高真空竖向排水滤管3上的孔隙，进入了土工滤膜10同第一次注浆进入的的水泥浆在高真空排水滤管3外形成了外包柱，外包柱和芯柱的直径为高真空排水滤管3直径的2倍左右。两次注浆的注浆量和形成的水泥砂浆柱体的直径是可控的。当满足试注浆的单孔注浆用浆量，同时注浆孔的孔口出现浮浆溢出可以停止注浆。

(3-4)复合地基养护。

注浆完成的28天为养护期，应避免扰动场地，让高真空竖向排水滤管3的水泥砂浆桩和经注浆的水泥土复合地基强度得到自然的增强。

应用本发明后的各方检测结果表明：

1、可注浆的高真空排水滤管处理软土地基技术，在真空预压阶段，处理后软土的各项物理、力学技术指标要优于传统真空预压技术。在相同地质情况下，其处理后软土的含水量低于传统真空预压技术处理的软土10％左右；孔隙比也低5-8％，相应土的抗剪和静力触探指标高5-15％。其真空预压沉降稳定时间约为传统真空预压技术的70％左右。

2、经检测注浆后复合地基的承载力可以达到90kpa-110kpa，由于形成了水泥砂浆柱和水泥土的复合地基，其土层沿深度范围内各项物理、力学技术指标较为稳定。处理后其承载力、工后沉降可以满足一般道路和堆场的技术要求。

本发明同传统技术的经济性对比：

1、同传统真空预压技术

在真空预压阶段，本发明处理单价比同传统真空预压技术高10％左右，但其真空预压稳定时间比传统真空预压技术快20-25％，处理后技术指标高于传统真空预压技术。

2、同注浆技术和水泥搅拌桩技术比较。

可注浆的高真空排水滤管处理软土地基技术的综合处理造价低于传统的复合地基类技术，具有较大的社会经济效益。该技术高真空排水滤管既可以做排水通道也可以作注浆管，同时土工滤膜和高真空排水滤管可以控制注浆量、注浆柱体的直径。其注浆部分处理的单价在60-100元/平方，两阶段的处理综合单价在180-220元/平方。同满足相同技术要求的传统注浆技术、水泥搅拌桩技术相比，其处理单价为传统注浆技术的25％-40％左右；为水泥搅拌桩技术的的60-80％，具有较大的市场应用价值。

Claims (3)

1.可注浆的高真空排水滤管软土地基处理方法，其步骤在于：

(1)下沉高真空竖向排水滤管

(1-1)铺设砂垫层，平整场地，打板机就位；

(1-2)将高真空竖向排水滤管牵引装置安装到打板机桩管上；

(1-3)将高真空竖向排水滤管设置到打板机桩管中；

(1-4)高真空竖向排水滤管随打板机桩管下沉就位；

(1-5)打板机桩管脱离桩靴，提升打板机桩管，完成高真空竖向排水滤管施打；

(2)高真空竖向排水滤管预压排水

(2-1)布设真空管路系统，直接连接水平排水主管、水平排水支管和高真空竖向排水滤管；

(2-2)高真空竖向排水滤管排水预压；

(2-3)高真空竖向排水滤管真空卸载；

(3)高真空竖向排水滤管注浆

(3-1)试注浆确定二次注浆的压力、单孔注浆量；

(3-2)高真空竖向排水滤管第一次水泥浆注浆；

(3-3)高真空竖向排水滤管第二次水泥砂浆注浆；

(3-4)复合地基养护。

2.根据权利要求1所述的可注浆的高真空排水滤管软土地基处理方法，其特征在于步骤(2)中水平排水主管--水平排水支管--高真空竖向排水滤管的真空运行通道均为管状大腔径高环刚度的通道。

3.根据权利要求1所述的可注浆的高真空排水滤管软土地基处理方法，其特征在于步骤(3)中高真空竖向排水滤管经两次注浆后，在高真空竖向排水滤管内形成了水泥砂浆芯柱，高真空竖向排水滤管同土工滤膜之间形成了水泥砂浆外包柱。

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