CN102561308B - 软土地基轻井塑排叠加真空预压法 - Google Patents
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- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
本发明涉及一种软土地基轻井塑排叠加真空预压法，适用于大面积软土地基处理方法。所述方法包括以下工艺步骤：一、进入动力加固设备，布置夯点，进行第一遍点夯，夯后推平；二、插入塑料排水板，在插孔内插入轻型井点管，组成轻井塑排一体式井点；三、第二遍点夯；四、布放集水总管，抽真空；步骤五、经上述步骤一至步骤四加固处理完成后，在需加固的软弱地基达到设计所需的沉降量和加固影响深度以及固结度指标后，拔除加固区域全部轻型井点管，进行表层满夯或振动碾压处理。本发明方法施工周期短、施工成本低、能降低淤泥夹层土体的含水量。
Description
技术领域
本发明涉及一种软土地基处理方法，尤其涉及一种大面积软土地基处理方法。适用于新吹填含泥量较高并有泥夹层的软弱地基深、浅层处理。属地基处理技术领域。
背景技术
目前，随着沿海地区的快速发展，利用滩涂和吹填造地的方法以解决工业用地不足。对于此类土质的处理，可应用“真空预压法”处理，但该方法工期长（一般需三个月以上）。特别是当吹填土含砂量较高、或砂夹泥，并有不规则砂夹层的场地，采取真空预压的方法则会产生漏气，即负压低，因此造成预压效果不理想。
当吹填土含砂量较高，或砂夹泥，并有不规则砂夹层的场地，为提高软弱地基的承载力，目前常用的方法有堆载排水预压固结法，其加固机理是通过预压荷载，使被加固土体中的孔隙水排出，有效应力增加，土中孔隙体积减小，土中孔隙体积减小，密实度加大，土体强度得到提高。其方法是在软基表面施加等于或大于设计使用荷载，经施工期预压后，完成大部分（如80%）或绝大部分（如90%～95%）的沉降，预压完成后卸去预压荷载，达到减少工后沉降和提高地基承载力的目的。由此产生了大量堆载体搬运以及堆载体卸载后的处理，时间长、费用大。
真空-堆载联合预压法，是由真空预压和堆载预压两种方法组合而成，其施工方法是先根据真空预压的要求，对需加固区域埋管、挖沟、铺膜建立密封层，然后抽真空；在抽真空的同时进行堆载。其原理是在同一时间内，土体在薄膜下的真空与薄膜上的堆载联合作用下，将土体水分排出，促使土体固结，强度增加。在施工过程中除了一系列真空预压所需的施工步骤外，还得考虑密封层的可靠性，特别是堆载过程中对密封膜不能破坏，否则仅起到了堆载作用，因此要求高，造价高且工期长。
为了解决新吹填土的淤泥夹层，在施工中采用先施打塑料排水板，当地下水顺着置入的排水板通道溢出地面后，采取人工引流强排的方法，将表层地下水排除后，进行强夯施工。实际上该方法无法控制需加固土体强夯所需的最佳含水量，同样产生“弹簧土”的现象。据此，在施工过程中，插入排水板后，辅以真空井点降水（轻型井点降水），通过该方法，达到快速降低需加固区域土体含水量，然后进行强夯或动力固结，但是在施工过程中却产生：由于塑料排水板端头露出地面，当拔除井点管进行强夯时，由于夯击能对下卧层的冲击影响，大量的地下水通过塑料排水板涌出地表，使动力加固设备无法继续施工，究其原因，是由于真空井点降水无法降低淤泥夹层土体的含水量，经夯击后，大部分淤泥夹层中的自由水通过塑料排水板的通道溢出，场地泥泞，无法达到加固设备进入的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述工法的不足，提供一种施工周期短、施工成本低、能降低淤泥夹层土体的含水量的软土地基轻井塑排叠加真空预压法。
本发明的目的是这样实现的：一种软土地基轻井塑排叠加真空预压法，所述方法包括以下工艺步骤：
步骤一、制作表层硬壳层
在需处理场地，先挖明沟排水，再进入动力加固设备，或不挖明沟而直接进入动力加固设备，然后进行密封层的制作，其制作方法是：布置夯点，进行第一遍点夯，夯击能为800KN·m～1500KN·m，夯后推平；
步骤二、布置轻井塑排一体式井点
采用插板机插入所需深度的塑料排水板，插板机的导管拔出后，割断露头塑料排水板后，将露头的塑料排水板回插入土3～4m深，在插孔内插入轻型井点管，组成轻井塑排一体式井点，在插入轻型井点管的同时孔插中投入砂滤料填灌实，砂滤料填至距插孔孔口2m范围，然后将孔口用粘土封填严实，在插入轻型井点管的同时，留出夯点位置不插轻型井点管，在下述第二遍点夯完成后，再补入夯点间未插入的轻型井点管；
步骤三、制作密封层
在需加固区域轻型井点管插入后，进行第二遍点夯，第二遍夯点布置在第一遍夯点之间，与第一遍夯点呈梅花形或正方形布置，夯击能为1500KN·m～2800KN·m；
步骤四、抽真空预压加固
经二遍点夯后，布放集水总管，然后根据轻型井点管布置，用支管将轻型井点管与集水总管相连通，集水总管连接真空泵，抽真空，真空度控制在-0.06～-0.08MPa，连续抽真空30～50天，在土体固结度达到90%以上以及预沉降达到85%～95%时结束抽真空；
步骤五、表层平整压密
经上述步骤一至步骤四加固处理完成后，在需加固的软弱地基达到设计所需的沉降量和加固影响深度以及固结度指标后，拔除加固区域全部轻型井点管，进行表层满夯或振动碾压处理。
本发明的有益效果是：
本工法的有如下优点：
1、且施工周期短、性价比高：
本施工方法与传统软弱地基处理方法相比由于利用塑料排水板和轻型井点管组成一体式井点，抽真空在同一点对需处理的软弱地基，直接进行纵深降水加固的作用，施工周期短；同时，由于经塑料排水板深层传递动能，深层加固质量提高，真空损耗小。
2、无损耗，效率高
真空预压是真空泵通过水平波纹滤管连接塑料排水板发挥抽真空效果，其作用于排水板的真空负压是间接发生的；而本方法则是真空泵通过集水总管直接作用于井点管并通过塑料排水板将直空负压作用于所需深度，因此无损耗，效率高。
3、降低施工成本，缩短工期
传统真空预压方法讲究密封效果，特别是周边密封效果，如有漏气，则达不到预期沉降固结，极易失败；本方法是利用强夯形成的土体密实作为密封层，在密封层达到3.0～5.0m厚的条件下，进行抽真空，此时土体下卧层由轻型井点和塑料排水板组成的一体式井点发挥抽真空效果，直至达到所需沉降固结要求。既不需大量的密封膜又不需大量的堆载物，降低施工成本，缩短工期。
4、成本低，工期短
传统堆载预压需大量的堆载物料作为荷载，在所需加固的区域根据加固深度堆载到一定的高度，且需分级堆载，以免滑坡事故，大量的堆载料堆载结束后还得卸载，因此成本高，工期长。而本技术则是利用原土层通过强夯挤密形成的3.0～5.0m密封层，通过一体式井点抽真空，真空负压作用于3.0～5.0m密封层下，因此3.0～5.0m土体形成堆载料，其值等于3.0～5.0m的土体堆载+真空度+大气正压之和，完成了真空-堆载的联合预压。成本低，工期短。
5、克服了常规轻型井点降水因井点管滤头的限制而无法建立排水通道，因此难以降低夹层淤泥土体含水量，解决了真空井点降水强夯对该类土质无能为力甚至达不到设计效果。塑料排水板自身的排水通道结合轻型井点的真空吸水，使得经处理的土体含水量均衡，为大面积软基提高承载力奠定了基础。
6、现有的井点降水强夯工艺，均采取多遍插管多遍强夯的方法。本工艺采取一次插入所需井点，直至预压加固完成。节约了多遍插管的时间和人力，且解决了多遍插管采用“水冲插管”压力水对土体的含水量影响。
7、在施工中，可根据不同的地质条件和不同渗透系数结合多种降水施工工艺，如电渗降水、真空降水以及深层电渗井点管、浅层轻型井点管进行调整，同时还可通过电渗降水时间、真空降水时间进行调整，以获得不同的降水要求。
8、本工艺可根据设计要求及地质条件达到深、浅层同时处理，并且使软弱地基处理快速可控。本工法施工安全系数大、工期短，经处理后的软土地基影响深度可达20m左右。
9、在第一遍夯后，在等待土体超静孔隙压力消散的同时，进行布置轻井塑排井点施工，一般在粘土中夯后孔隙压力消散需7～10天时间，在此时间内进行轻井塑排井点布置，既有利于土体超静孔隙水压力的消散，又能提高了工效，充分利用时间差满足工期要求。
附图说明
图1为本发明一体式轻井塑排井点结构图。
图2为本发明的一体式塑排井点立面布置图。
图3为本发明的原理简图。
图中附图标记：
轻型井点管1、需加固处理的软弱地基地表面2、塑料排水板3、轻型井点管滤头4、轻井塑排一体式井点5、经动力加固形成的3～5m密封层在抽真空时为堆载层6、密封层下形成抽真空区域7、真空泵8、集水总管9。
轻型井点管1为直径32～50mm的钢管或塑料管，距管底1.0m范围钻孔，孔径为0.5～10mm，孔与孔间距为100mm左右，管底封死，组成轻型井点管滤头4。滤头范围包裹100目的尼龙纱网2～3层，并用铁丝扎紧。
塑料排水板3为市售常用，通过插板机将塑料排水板根据需加固深度打入需加固处理的软弱地基地表面2以下，塑料排水板露出地面后，压入地表以下2～3m，然后插入轻型井点管，组成轻井塑排一体式井点5。
上述轻井塑排一体式井点，通过钢丝弯连管组成数排，数列井点分别连接集水总管，集水总管连接真空泵抽真空。
具体实施方式（动力加固方法以强夯为例）
本发明为替代真空-堆载联合预压的方法，即软弱地基软土地基轻井塑排叠加真空预压法（以下简称“叠加预压法”）。
本发明软土地基轻井塑排叠加真空预压法，为一种软弱地基轻型井点管结合塑料排水板预压加固方法，所述方法包括以下工艺步骤：
步骤一、制作表层硬壳层，为设备进入创造条件
新吹填淤泥质土，属三高一低的地质性质（即：高灵敏度、高压缩性、高含水量、低强度），而其中的低强度制约了本技术的实施，因此，在处理类似土质时，可先行采取以下方法：
1.1无法进入机械设备场地的预加固方法
在需处理场地根据软弱地基的地质条件，先行挖明沟排水，施工原则是“先成形，再成沟”。一般设置沟宽0.8～1.0m，深为1.0～1.5m。采用水上挖机开沟，明沟设置间距为10～15m。
即由于含水量高，场地在无法成沟的情况下，先理出沟形进行明排水，过2～3天再在成形的基础上用水上挖机开沟，逐渐成沟（需经3～5次后即能成沟）。挖出的泥土堆在两沟之间控水，沟成形后，沟间土用推土机推平，进入动力加固设备（强夯设备），进行第一遍点夯，利用夯间挤压密实，形成表层密封层。或利用推土机多遍行走形成表层密封层。（以下用强夯为例）。
1.2能满足动力加固设备进入场地的预加固方法
在满足动力加固设备进入施工的条件下，则可进入动力加固设备，直接进行密封层的制作。如采取强夯的方法，其制作方法是：夯点布置，夯击数及夯击能均根据土质条件经试夯后确定。一般可按7m×3m（可根据地质条件确定）布置夯点，夯击能暂定为800KN·m～1500KN·m。对三高一低软弱地基，强夯设备带路基箱进入需加固区域进行强夯施工，夯后推平。
在第一遍夯后，一般在粘土中夯后孔隙压力消散需7～10天时间，在等待土体超静孔隙压力消散的同时，进行布置轻井塑排井点施工，在此时间内布置轻井塑排井点，既有利于土体超静孔隙水压力的消散，又能提高工效，充分利用时间差满足工期要求。
步骤二、布置轻井塑排一体式井点（以下简称：一体式井点）。
经夯后形成浅层密封层的条件下，对需处理的软弱地基布置一体式井点。井点间距及入土深度根据设计及地质条件确定。一般井点设置间距为2.0×2.5m（根据地质条件确定），一体式井点中塑料排水板的插入方法采取机械插入法，即采用插板机插入所需深度的塑料排水板，插板机的导管拔出后，割断露头塑料排水板后，立即用人工将露头的塑料排水板回插入土3～4m深，在插孔内插入轻井塑排一体式井点的轻型井点管，组成一体式井点（附图1）。在插入轻型井点管的同时投入砂滤料填灌实，砂滤料填至距插孔孔口2m范围，然后将孔口用粘土封填严实。轻型井点管长4～6m，塑料排水板长根据加固深度确定。
为确保需加固区域土体自建密封层，因此，在插入一体式井点时，需将该遍夯点预布置，即在插入轻型井点管的同时，留出夯点位置不插轻型井点管。在第二遍点夯完成后，再补入夯点间未插入的轻型井点管，注意一定要做好井孔粘土密封，确保密封效果。
步骤三、制作密封层
在需加固区域一体式井点管插入后（预留夯点位置），进行第二遍点夯，第二遍夯点布置在第一遍夯点之间，与第一遍夯点呈梅花形或正方形布置，进一步夯密土体。一般可按7m×3m（可根据地质条件确定）布置夯点夯击能暂定为1500KN·m～2800KN·m（实际施工过程中，由于本方法是利用动力加固形成密封层，因此，夯击能的选用仅需根据土质情况考虑密实度，并不需大能量的夯击，最终加固的效果是利用真空-堆载预压。）。
由于该遍夯点设置在第一遍之间，利用强夯挤密夯实原理，，经夯击后，一体式井孔在强夯的作用下，孔体挤密，土体3～5m形成坚厚的密封层。经多种复杂土质的试验证明，此密封层形成后，即使连续强降水，表层被水浸泡，也不影响下卧土的加固处理。
步骤四、抽真空预压加固及施工过程数据监测
经二遍夯后，则可布放集水总管，然后根据轻型井点管布置，用支管将轻型井点管与集水总管用钢丝弯连管相连通，集水总管连接真空泵（图2）。抽真空设备可根据所需加固要求及加固深度确定，要求真空度控制在-0.06～-0.08MPa，连续抽真空时间一般为30～50天，在土体固结度达到90%以上，预沉降达到85%～95%则可结束抽真空。在实际施工中可根据土质条件试验确定。
在大面积软弱地基加固处理施工前，可选择其中一个小区约5000～10000m2作为试验区，布置超静孔隙水压力仪、沉降环、所需加固深度范围布置真空度测试仪。通过监测沉降量、孔隙水压力消散，所需加固深度范围真空度，建立数据，并辅以静力触探等手段；为大面积软弱地基处理建立轻井塑排一体式井点的布置点间距、强夯各控制参数、抽真空时间等数据。一般要求加固范围内土体固结度为85%～90%左右，抽真空时间根据设计要求确定，一般为30天左右。
步骤五、表层平整压密
经上述步骤一～步骤四加固处理完成后，在需加固的软弱地基达到设计所需的沉降量和加固影响深度、固结度指标后，则可拔除加固区域所有轻型井点管，进行表层处理。需加固区域表层由于经夯击后，在1.0m范围表层疏松，因此有必要进行满夯或振动碾压处理，以达到表层密实。
其加固原理是：根据真空-堆载联合预压法的计算方式，设土体原来承受一个大气压pa，当土体经夯击密实形成3～5m不透水的密封层后，通过插入土体一定深度的一体式井点，3～5m以下通过井点的滤头抽真空，形成真空。该真空度换算成等效压力为-Po，使一体式井点中的塑料排水板的压力减小至Pv（Pv=Pa-Po），在压差Pa-Pv的作用下，土体的水流向一体式井点。与此同时，3～5m土体对下卧层产生堆载作用，使土体中的压力增高至Pp，在压差PP-Pa作用下，进一步使土体中的水流向一体式井点，真空和堆载叠加作用时，二者的压差为Pp-PV。由于压差增大，加速了土体中水的排出，增大了土体的压密率，使土体的强度进一步提高，沉降进一步消除。（图3）
实践证明，土体在正负压作用下，其应力转换过程是完全相同的，都是通过将土体中的孔隙水排出，使土体固结，强度增加，沉降消除。因此真空所产生的负压和堆载产生的正压，二者的效果是一种叠加的效果。
Claims (1)
1.一种软土地基轻井塑排叠加真空预压法，其特征在于：所述方法包括以下工艺步骤：
步骤一、制作表层硬壳层
在需处理场地，先挖明沟排水，再进入动力加固设备，或不挖明沟而直接进入动力加固设备，然后进行密封层的制作，其制作方法是：布置夯点，进行第一遍点夯，夯击能为800KN·m～1500KN·m，夯后推平；
步骤二、布置轻井塑排一体式井点
采用插板机插入所需深度的塑料排水板，插板机的导管拔出后，割断露头塑料排水板后，将露头的塑料排水板回插入土3～4m深，在插孔内插入轻型井点管，组成轻井塑排一体式井点，在插入轻型井点管的同时，插孔中投入砂滤料填灌实，砂滤料填至距插孔孔口2m范围，然后将孔口用粘土封填严实，在插入轻型井点管的同时，留出夯点位置不插轻型井点管，在下述第二遍点夯完成后，再补入夯点间未插入的轻型井点管；
步骤三、制作密封层
在需加固区域轻型井点管插入后，进行第二遍点夯，第二遍夯点布置在第一遍夯点之间，与第一遍夯点呈梅花形或正方形布置，夯击能为1500KN·m～2800KN·m；
步骤四、抽真空预压加固
经二遍点夯后，布放集水总管，然后根据轻型井点管布置，用支管将轻型井点管与集水总管相连通，集水总管连接真空泵，抽真空，真空度控制在-0.06～-0.08MPa，连续抽真空30～50天，在土体固结度达到90%以上以及预沉降达到85%～95%时结束抽真空；
步骤五、表层平整压密
经上述步骤一至步骤四加固处理完成后，在需加固的软弱地基达到设计所需的沉降量和加固影响深度以及固结度指标后，拔除加固区域全部轻型井点管，进行表层满夯或振动碾压处理。
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