CN102720180A - 截排水深层预压动力固结软地基处理法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种“截排水深层预压动力固结”软地基处理方法，是采用截水止水、强排水、深层竖向排水系统、振动碾压或强夯四者有机结合来降低处理场地的地下水位形成附加荷载对软弱下卧层进行深层预压，完成软弱土层固结，消除软弱下卧层沉降，截排水有机结合动力固结提高浅层土体密实度和物理力学指标，满足场地承载力要求。具体实施过程如下：1)打设止水帷幕和强排水系统，降低地下水位和土体含水量；2)打设穿透淤泥层的竖向排水通道，进行深层预压，消除沉降；3)进行动力固结，提高土体密实度和物理力学指标，满足场地承载力要求。本发明克服现有技术问题和缺陷，具有工期短、造价低、工艺简单、质量可控、能解决深厚淤泥工程难点的特点。

Description

截排水深层预压动力固结软地基处理法

技术领域

本发明涉及一种软地基处理方法，可应用于大面积的堆载区、新近陆域形成具有深厚软弱下卧层的地基处理、道路路基处理、机场以及港口码头等工程的地基处理。

背景技术

沿海、沿江基本为海沉相、河沉相地质条件。淤泥层较厚，一般都在15米以上，淤泥层土质渗透性差、含水量高、结构性差等特点，并且一般这些区域的标高都较低，都需要进行回填，因此地基场地需要同时满足工后沉降和承载力两个指标的要求。

目前国内外进行深层地基处理方法有：1、真空预压和真空联合堆载预压；2、塑料排水板+堆载预压；3、塑料排水板+强夯；4、低位高真空分层预压击密等。

真空预压和真空联合堆载预压方法：是先插排水板，再在加密封系统后进行抽真空形成真空荷载，形成的附加荷载一般大于80kPa，联合堆载需在真空预压基础上进行超载体。该类方法存在密封系统漏气的风险，从而使预压处理效果很难保证；并且联合堆载存在对真空系统破坏的风险，大面积的超载体施工进出场费用高。

塑料排水板+堆载预压：利用堆载体作为附加荷载，塑料排水板作为软土固结的排水通道。该方法需要大量的堆载体，工期较长。

塑料排水板+强夯：利用强夯作为附加荷载，该方法需要上避免了软土出现“橡皮土”现象，所以强夯停歇时间较长，工期较长，对深厚淤泥的处理几乎没有效果。

低位高真空分层预压击密：该方法基本上是真空预压、轻型井点降水结合强夯两个方法的结合，同样存在真空预压的各种风险，并且表层处理需要较好的表层地质条件，工期要比真空预压的长，且深层处理效果和真空预压基本一致。

开发一种较为经济、快速、环保、质量可控的方法，有效解决场地工后沉降和承载力两个指标的要求非常迫切。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术问题和缺陷，提供一种工期短、造价低、质量可控、同时满足场地工后沉降和承载力两个指标要求的截排水深层预压动力固结软地基处理方法。

为了达到以上目的，本发明的解决方案是：

截排水深层预压动力固结软地基处理方法，包括：

1、采用截排水深层预压动力固结的地基处理方法使场地工后沉降和承载力能满足设计和使用要求。首先，通过截排水降低地下水位形成附加荷载，结合竖向排水通道对深厚软土进行预压，使软土进行有效的固结，消除深厚软土在使用过程中的形成过大的工后沉降；其次，通过截排水降低地下水位和土体的含水量，结合动力固结，在表层形成满足使用要求的“硬壳层”，通过“硬壳层”形成扩散附加应力和调节减少荷载作用下的差异沉降，是整个场地能相对变形协调，共同作用；通过截排水降低地下水位形成附加荷载，对软弱下卧层进行预压，消除软弱下卧层工程使用中的工后沉降，满足场地沉降使用要求；通过截排水动力固结在表层形成“硬壳层”，满足地基承载力要求；从而通过截排水深层预压动力固结地基处理方法，使场地满足沉降和承载力两个工程要求。

2、截水设计原则：将要进行地基处理的场地进行封闭的截水施工，使处理区域外的水和区域内的水隔断，截水设计参数要结合不同类型的地质条件场地和水文地质条件，避免施工过程中造成大范围的截水墙的水力破坏，影响处理效果。

3、排水降水设计原则：首先要满足处理区域内地下水位降到设计控制值(达到预压附加荷载值)，其次要考虑动力固结过程中的孔隙水压力消散问题，降排水系统要充分考虑地下水位控制、以及动力固结过程中对排水系统的破坏。排水系统要做好过滤处理，防止降水过程中抽出大量的泥沙。现场排水系统布置需要结合动力固结工艺，特别是水平排水系统要尽量受动力固结干扰，使排水和动力固结有机结合。

4、深层竖向排水系统设计原则：根据处理区域内地下水位下降控制值，在处理区域内布置竖向排水系统(竖向排水系统可为：沙井、袋装沙井和塑料排水板等)，竖向排水系统根据工后沉降要求、地质条件以及工期进行设置，可按预压附加荷载值和固结度进行计算。

5、动力固结设计原则：地下水位下降值决定了动力固结需要的处理深度的能量，动力固结的能量要根据现场地质条件和使用条件逐级提高，施工过程中要避免“弹簧土”的出现，动力固结可根据处理深度和能量选择强夯或高能量震动碾等方式。

6、对于截排水比较困难的场地条件，在动力固结工艺施工前要进行土质的分析，以及地下水的控制，排水系统的选择和布置要着重设计，延长第一次疏干排水时间，使土质达到较优的含水量。

7、本发明的设计方法原则：首先根据场地具体使用要求和地质条件进行截水和排水设计，确定截水帷幕的深度和厚度、布置方式；确定排水的强力疏干井的长度、直径、间距以及滤头位置；其次确定深层竖向排水系统的长度和间距等；最后确定选择合适能量的动力固结进行表层固结，根据设计要求的承载力和沉降要求进行深层预压、动力固结设计，根据深层竖向排水系统设计进行深层预压设计；根据截排水系统设计进行动力固结施工工序设计；根据动力固结过程的水位和孔隙水压力变化，及时调整排水施工参数，控制动力固结有效的地下水位和土体含水量。

8、本发明施工工艺：①进行地基处理场地平整；②进行截水和排水施工；③进行深层竖向排水系统施工；④待地下水位降到设计要求，进入深层降水附加荷载预压；⑤预压达到设计固结度或稳定后，以及场地土层含水量达到动力固结的初始要求，进行第一遍动力固结，动力固结的能量根据设计要求和现场预夯进行调整；第一遍结束后，根据现场检测情况调整后续动力固结施工参数；如此循环直至达到设计要求，⑥最后进行场地平整和表层普夯，使表层达到设计要求，交付后续施工工序。

本发明的地基处理方法实施步骤包括：

1、收集相关资料，包括现场调查和场地地质资料(主要为各个土层的物理力学性质、渗透系数、水位条件等)和周边环境情况、构筑物的地基处理设计要求和使用荷载资料。

2、依据现场调查和场地地质资料、地基处理要求和使用荷载情况，进行场地截水设计，①确定截水墙的深度、厚度以及布置方式；根据截水墙设计、各土层的物理力学性质和处理深度要求，进行排水设计，②确定排水系统方式(如采用强力真空井、一般降水井等)、深度、直径、间距以及排水时间确定。③确定深层竖向排水系统方式，以及降水预压持续时间。④降水设计需要结合动力固结的施工工艺一并设计。⑤根据截水和降水设计，以及现场预夯情况，进行动力固结设计，确定动力固结方式(如强夯、振动碾压等)、遍数、能量和击数、间距、遍数间隔时间等。

3、依据截排水动力固结法设计资料，进行现场施工：场地平整-----→划分小区-----→进行截水和排水施工---→进行深层竖向排水系统施工→进行降水预压→进行动力固结施工----→表层处理--→交工检测。每遍动力固结后需进行效果检测和过程监测，根据监测和检测资料及时调整下遍动力固结参数。

截排水深层预压动力固结软地基处理方法是一种全新的地基处理方法，解决了软地基处理深厚软弱下卧层引起的沉降和表层承载力不足的问题；解决了软土地基处理中最难的问题-地下水的问题，对地下水进行了有效的控制和充分的利用，且处理深度可以根据设计要求灵活调整，是一种施工工期短、造价低和质量可控和环保的地基处理方法。

采用以上的地基处理方法，本发明有以下经济效果：本发明可应用于大面积堆场区域、大面积的陆域形成场地、机场、港口码头、仓储和道路等工程的地基处理，是一种可以解决深厚淤泥下卧层沉降过大和表层承载力不足、软弱下卧层土层较厚较差、大面积均匀荷载作用下差异变形较大问题的新方法。与传统方法比较，截排水深层预压动力固结法从根本上解决了场地沉降和承载力两个同时满足的要求。该方法的地基处理在造价、工期、质量上有非常大的优势。

附图说明

图1为本发明截排水深层预压动力固结法软地基处理方法的设计原理示意图；

图2为本发明截排水深层预压动力固结法软地基处理方法的设计施工工艺流程图；

图3为本发明截水方式的示意图；

图4为本发明排水的结构方式和布置示意图；

图5为本发明的动力固结方式和布点方法示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实例，进一步阐述本发明。

实例1

某港区堆场工程，处理面积约20万平方米，土层情况：第I层素填土层：以粘性土为主，平均厚度约2.6m，顶部为20cm左右厚的耕土，局部区域含碎石、砖块及少量粘性土组成；第II层褐黄～灰黄色粉质粘土，平均厚度约1.7m，含氧化铁斑点和铁锰质结核，夹粉性土团块，土质由上而下渐渐变软。第III层为灰黄～灰色粉砂，平均厚度约为4.80m，含云母、有机质，夹少量粉性土，渗透系数为10-3cm/s；第IV层为淤泥质粉质粘土，平均厚度约为20.30m，呈流塑状态，具有高等压缩性，含有机质，夹薄层粉性土，渗透系数约为10-7cm/s；第V层为灰色粉质粘土，含云母、有机质，钙质结核及腐殖质，平均厚度约为25.70m，局部以粉质粘土为主，夹薄层粉性土。

在本工程中，根据堆场设计要求，表层承载力为120kPa，工后沉降要求控制在15cm，地基处理的重点是对地基下卧层进行地基处理，完成下卧层的沉降；同时进行浅层加固处理，解决浅层松散土层的承载力，使土层在一定深度范围内的土层的强度得到有效提高，形成一定厚度的硬壳层，增强整体变形协调性，满足设计要求的地基承载力和沉降要求。

具体的设计参数：

1、根据地质条件和现场条件，将处理区域划分为4个区，每个区之间设置截水墙，独立截水使个区施工不会相互影响；

2、截水墙厚度经水力计算可设置700mm厚的泥浆搅拌墙进行截水，深度为入不透水层即第IV层为淤泥质粉质粘土50cm，整体长度约为9m。

3、排水系统根据计算原理和第II层褐黄～灰黄色粉质粘土及第III层为灰黄～灰色粉砂的渗透系数采用强力真空井，布置直径325mm的强力真空井，井长度为9.5m，间距为30m，梅花形布置；

4、深层竖向排水系统根据预压附加荷载和第IV层为淤泥质粉质粘土的渗透系数和固结系数，选择塑料排水板为竖向排水通道，正方形布置，间距1.0*1.0m，长度约为30.0m，打穿第IV层为淤泥质粉质粘土，根据工后沉降要求和截排水降的水位差和固结系数，计算出预压工期约100天；

5、预压过程中进行现场场坪回填，回填至设计标高，预压达到目标要求后进行动力固结；采用50t履带吊强夯，第一遍夯击能以不破坏原有土层结构为准，经试夯确定第一遍夯击能为1000kN.m，点夯遍数为3击，点夯间距为3.5*3.5m，跳夯。第二遍夯击能最后根据现场检测反馈确定为1500kN.m，点夯遍数为4击，点夯间距为3.5*3.5m，跳夯。最后进行根据检测承载力能满足设计要求，进行第三遍普夯，夯击能量为1000kN.m，搭接1/4锤，点夯遍数为3击。

具体的施工工艺如下：

1、进行场地平整，划分施工小区；

2、双头搅拌法进行泥浆搅拌止水墙，采用功率55kw搅拌机；

3、旋挖法进行强力真空井施工，间距为30m，梅花布置，埋入强力真空井管，管径325mm，管长9.5m。

4、进行塑料排水板施工。

5、将井连接强力真空泵，进行井管集水连接；

6、现场进行真空度控制，真空度控制大于90kPa，强力真空井维持地下水位，同时进行场坪回填，抽水100天左右，完成降水预压效果，达到设计沉降要求；

7、待预压完成进行第一遍动力固结施工，激发土层孔隙水压力，使孔隙水在压差作用下，迅速向强力真空井排放；

8、第一遍动力固结后，继续进行强力真空井抽水，抽水约7天，进行第二遍动力固结；

9、经检测确定施工土层承载力满足设计要求，进行普夯平整场地。

10、地基处理完成后，按规范规定时间采用荷载板、静力触探等检测，承载力达到120kPa，施工沉降发生了120cm，3年后的工后沉降8cm，固结度达到90％。

由于采用“截排水深层预压动力固结软地基处理法”，地基处理的工期在130天，解决了工期紧张的问题，并且处理造价低，比原先传统造价节省40％的费用，并且由于有截水和排水措施，有效的减少了降水对周边环境的影响。

Claims (10)

1.一种“截排水深层预压动力固结”软地基处理方法，其特征在于截水止水、强排水、深层竖向排水系统、振动碾压或强夯四者有机结合。

2.根据权利要求1所述的一种“截排水深层预压动力固结”软地基处理新方法，其特征在于如下：利用截水墙止水和强排水降低地下水位，结合深层竖向排水系统进行深厚软弱下卧层预压固结，消除深厚软弱下卧层沉降；利用截水墙止水和强排水降低地下水位和有效降低被处理土体的含水量，有机结合动力固结使浅层土体密实度和物理力学指标有效提高，满足场地沉降和承载力要求。

3.根据权利要求2所述的一种“截排水深层预压动力固结”软地基处理方法，其特征在于其具体实施过程如下：

1)、在处理区域周边场地上设置有效的截水止水墙，有效隔断处理区域内外水的联系和补给；

2)、在处理区域内设置强排水措施和深层竖向排水系统，在处理区域内水隔断后，进行强排水；

3)、强排水使地下水位降到设计要求后进行预压固结处理；

4)、预压完成后或者稳定后进行待浅层土体动力固结；采用振动碾压或强夯等击振设备击密需处理区域浅层土体至一定的密实度；

5)、最后进行场地平整和表层普夯，使表层达到设计要求，交付后续施工工序。

4.根据权利要求2所述的一种“截排水深层预压动力固结”软地基处理方法，其特征在于截水止水与强排水同时有机结合进行，有效降低地下水位和土体含水量。

5.根据权利要求2所述的一种“截排水深层预压动力固结”软地基处理方法，其特征在于截水止水、强排水和深层竖向排水系统有机结合进行，有效降低地下水位进行深层预压，消除深层软弱下卧层沉降。

6.根据权利要求2所述的一种“截排水深层预压动力固结”软地基处理方法，其特征在于截水止水、强排水和动力固结有机结合进行，有效降低地下水位和土体含水量，利用动力固结在表层形成“硬壳层”。

7.根据权利要求2所述的一种“截排水深层预压动力固结”软地基处理方法，其截水止水特征在于有效隔断处理区域外和处理区域内的水的补给和流动。

8.根据权利要求2所述的一种“截排水深层预压动力固结”软地基处理方法，其强排水形成真空压力，动力固结激发土体的孔隙水压力，两者形成超过大气压的压差，是土体的自由水在强大压差作用下能快速排出，有效提高动力固结效果。 

9.根据权利要求3所述的一种“截排水深层预压动力固结”软地基处理方法，其特征在于：所述的截水墙深度及强排水井的长度根据各土层埋置深度、渗透系数确定；强排水井的直径、间距和布置方式根据地基处理设计荷载要求确定。

10.根据权利要求3所述的一种“截排水深层预压动力固结”软地基处理方法，其特征在于：截水采用一定配比的泥浆搅拌形成密封墙、或者采用一定配比的水泥搅拌形成密封墙、或者采用垂直铺塑形成密封墙的方式；强排水根据土层埋置深度、渗透系数以及承载力要求，设置合理长度、密度的强力真空井或其它类型排水系统。 

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