CN103215945A - 非均质场地软土地基立体式组合动力排水固结系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非均质场地软土地基立体式组合动力排水固结系统和方法，它通过对拟处理非均质场地软土地基进行重力抽水和真空压力排水组合构成的立体式组合排水，并通过对拟处理非均质场地软土地基进行动力加压来加速松软土体的排水固结，本发明是一种处理效果好、工期快、造价低、适用范围广的新型动力排水固结方法，适用于吹填（回填）物料以砂类土夹淤泥质粘性土或粉土、泥砂混填以及原始滩涂下存在泥砂交互土层等非均质场地软土地基处理，可克服场地非均质性带来的地基处理难题。

Description

非均质场地软土地基立体式组合动力排水固结系统和方法

技术领域

本发明涉及建筑领域中的岩土工程软土地基处理技术范畴，尤其涉及一种应用在非均质场地软土地基处理中的立体式组合动力排水固结系统和施工方法。

背景技术

近年来，随着我国经济建设的快速发展和我国土地资源的日益紧缺，大规模的滩涂围垦造陆工程在我国的沿海、沿江、沿湖地带展开。此类场地多为人工吹填（或回填）高含水量的淤泥、淤泥质土、砂类土等泥砂混填而成，该类非均质场地具有岩性在水平向与垂直向上的不均匀性，：一方面吹填（或回填）物料来源复杂、含水量极高、厚度不一、强度低的超软松散性质，吹填超软土的含水量极高，呈流泥甚至浮泥状态；另一方面这类超软土因覆盖于原始滩涂之下的原生软土之上，使场地形成明显的下伏土体软、上部覆盖土体更软的二元结构。不同性状土体的渗透性能差异而导致固结速率不同，场地存在不均匀沉降明显、地基承载力低、饱和砂土液化等技术难题，必须经过排水固结处理才可成为可利用的土地资源。

多年来，我国积累了许多处理饱和软土的成功技术，如：堆载预压、真空预压、真空—堆载联合预压等静力排水固结方法，塑料排水板加强夯、降水强夯、高真空击密法等动力排水固结方法。但由于各种成因类型的吹填土与原生软土组合导致场地非均质性，造成其软土层厚度、渗透性能、地下水性状均在水平向与垂直向上存在明显差异。采用这些既有的软土地基处理方法很难适应此类非均质场地，在此类非均质场地形成后也难以在较短时间内开展工程建设，与快速发展的经济建设要求极不适应。

发明内容

本发明的目的就是为各种成因类型的吹填土与原生软土组合的非均质场地提供一种处理效果好、工期快、造价低、适用范围广的非均质场地软土地基处理系统和处理方法---立体式组合动力排水固结系统和施工方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种非均质场地软土地基立体式组合动力排水固结系统，它包括排水系统，其特征在于：所述的排水系统包括位于渗透性好并具有自由水水位差的砂类松散土中的地下水平排水通道和位于渗透性差的粘性土孔隙中的地下网格层状水平排水通道，所述的地下水平排水通道接通有重力抽水管井，所述重力抽水管井的井底设有第一潜水泵；在所述的地下网格层状水平排水通道的交汇处布设接通竖向排水通道，所述竖向排水通道内设有真空排水管，所述真空排水管穿出竖向排水通道并与地下网格层状水平排水通道密封连接，真空排水管连接有真空泵。

在上述方案中：

所述竖向排水通道的底部设有第二潜水泵。

还包括对拟处理非均质场地软土地基施加动力加压荷载的动力加压系统。

所述竖向排水通道为井径不小于150mm的竖向排水管井；所述竖向排水通道下部为带孔包网过滤管；竖向排水通道的管井井壁外侧回填厚度不小于100mm的中粗砂滤水层。

所述的地下水平排水通道的埋设深度最浅低于降水前初始稳定地下水位。

在拟处理非均质场地松软土体内设有水位观测孔。

所述的地下水平排水通道为真空滤水管、塑料排水板、塑料盲沟、砂石盲沟、普通滤水管的一种或多种组成；地下网格层状水平排水通道为真空滤水管、塑料排水板、塑料盲沟、砂石盲沟、普通滤水管的一种或多种组成。

一种非均质场地软土地基立体式组合动力排水固结方法，其特征在于，它包含以下步骤：

1）、对非均质场地进行分区，将拟处理松软土分为夹淤泥质土的松散砂类土、夹粉土的松散砂类土和吹填的无夹层砂类土；

2）、在夹粉土的松散砂类土中，埋设地下水平排水通道，再打设重力抽水管井，重力抽水管井与地下水平排水通道接通，重力抽水管井进入到吹填的无夹层砂类土中，在重力抽水管井的井底布置第一潜水泵，即可进行竖向重力抽水；

 3）、在夹淤泥质土的松散砂类土中，埋设单层或多层的地下网格层状水平排水通道，在地下网格层状水平排水通道交汇处布设竖向排水通道，并使竖向排水通道与地下网格层状水平排水通道连通形成立体式排水体系；在竖向排水通道的井底布置第二潜水泵，即可进行竖向重力抽水；

4）、在竖向排水通道内设置真空排水管，把真空排水管和真空泵连接，即可进行水平向真空吸水；

5）、通过连续的进行由竖向重力抽水固结和水平向真空吸水固结组成的立体式组合排水，使拟处理松软土体结构在较短时间内排水固结成为高强度的均质人工地基土。

在渗透性差的夹粉土的松散砂类土中，也采用水平向真空吸水进行抽水固结。

在进行立体式组合排水固结的同时，对拟处理非均质场地软土地基进行动力加压，所述动力加压的方式为强夯、振动碾压、冲击碾压、液压夯实中的一种或多种。

本发明是一种处理效果好、工期快、造价低、适用范围广的新型动力排水固结方法，适用于吹填（回填）物料以砂类土夹淤泥质粘性土或粉土、泥砂混填以及原始滩涂下存在泥砂交互土层等非均质场地软土地基处理，可克服场地非均质性带来的地基处理难题。

附图说明

图1为本发明中立体式组合动力排水固结系统示意图；

图2是本发明中的地下网格层状水平排水通道的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1所示的一种非均质场地软土地基立体式组合动力排水固结系统，所述的非均质场地软土地基分为三区，即上层的夹淤泥质土的松散砂类土1、中层的夹粉土的松散砂类土2和下层的吹填的无夹层砂类土3。

本实施例所描述的非均质场地软土地基立体式组合动力排水固结系统，它包括排水系统，排水系统包括位于渗透性好并具有自由水水位差的夹粉土的松散砂类土2中的地下水平排水通道4和位于渗透性差的夹淤泥质土的松散砂类土1中的第一地下网格层状水平排水通道5（如图2所示），地下水平排水通道4接通有重力抽水管井6，重力抽水管井6穿过夹粉土的松散砂类土2并进入下层的吹填的无夹层砂类土3中，在重力抽水管井6的井底设有第一潜水泵7；在第一地下网格层状水平排水通道5的交汇处布设接通竖向排水通道8，竖向排水通道8的井底设有第二潜水泵14；另外，在竖向排水通道8内设有真空排水管9，真空排水管9穿出竖向排水通道8并与第一地下网格层状水平排水通道5密封连接，真空排水管9连接有真空泵10。

本实施例中，还包括对拟处理非均质场地软土地基施加动力加压荷载的动力加压系统11。

本实施例中，竖向排水通道8为井径不小于150mm的竖向排水管井，它在稳定地下水以下部分为带孔包网过滤管，另外在竖向排水通道8的管井井壁外侧回填厚度不小于100mm的中粗砂滤水层，

本实施例中，地下水平排水通道4的埋设深度最浅低于降水前初始稳定地下水位12。

在拟处理非均质场地松软土体内设有水位观测孔，其观测孔孔径不小于50mm，深度达设计降深以下不小于1m。

本实施例中，地下水平排水通道4和第一地下网格层状水平排水通道5为真空滤水管、塑料排水板、塑料盲沟、砂石盲沟、普通滤水管的一种或多种组成。

一种非均质场地软土地基立体式组合动力排水固结方法，其特征在于，它包含以下步骤：

1）、对非均质场地进行分区，将非均质场地分为夹淤泥质土的松散砂类土1、夹粉土的松散砂类土2和吹填的无夹层砂类土3。

2）、在夹粉土的松散砂类土2中，埋设地下水平排水通道4，再打设重力抽水管井6，重力抽水管井6与地下水平排水通道4接通，重力抽水管井6进入到吹填的无夹层砂类土3中，在重力抽水管井6的井底布置第一潜水泵7，即可进行竖向重力抽水；通过竖向重力抽水可使夹粉土的松散砂类土2和吹填的无夹层砂类土3在较短时间内排水固结成为高强度的均质人工地基土；

3）、在夹淤泥质土的松散砂类土1中，埋设单层或多层的第一地下网格层状水平排水通道5，在第一地下网格层状水平排水通道5交汇处布设竖向排水通道8，并使竖向排水通道8与第一地下网格层状水平排水通道5连通形成立体式排水体系；在竖向排水通道8的井底布置第二潜水泵14，即可进行竖向重力抽水；通过竖向重力抽水可使夹淤泥质土的松散砂类土1和吹填的无夹层砂类土3在较短时间内排水固结成为高强度的均质人工地基土；

4）、在竖向排水通道8内设置真空排水管9，把真空排水管9和真空泵10连接，即可进行水平向真空吸水；

5）、通过连续的进行由竖向重力抽水固结和水平向真空吸水固结组成的立体式组合排水，拟处理松软土体结构的地下水位降落呈漏斗曲线13，使拟处理松软土体结构在较短时间内排水固结，成为高强度的均质人工地基土。

在渗透性差的夹粉土的松散砂类土中，由于其上部的渗透性差，可采用水平向真空吸水进行抽水固结，即在夹粉土的松散砂类土中的上部埋设单层或多层的第二地下网格层状水平排水通道5.1，在第二地下网格层状水平排水通道5.1交汇处布设竖向排水通道8，并使竖向排水通道8与地下网格层状水平排水通道5.1连通形成立体式排水体系；把竖向排水通道8与真空排水管9和真空泵10连接，即可进行水平向真空吸水。

在进行立体式组合排水固结的同时，对拟处理非均质场地软土地基进行动力加压，所述动力加压的方式为强夯、振动碾压、冲击碾压、液压夯实中的一种或多种。

本发明的发明机理在于：

大面积非均质场地，由于松软土体的类型、结构特性、土层分布状况、渗透性能、地下水性状的明显非均质性，导致软土地基处理时排水固结条件的多变，颗粒粗的砂类土范围渗透性良好，地下水易于在重力状态下以水位差渗流方式排出；而颗粒细的粘性土中的水以粘粒结构中的孔隙水和弱结合水形式存在，土体渗透性能较差，其中的水需在有压差条件下才可排出，因此非均质场地饱和松软土体的排水固结不同于均质场地，必须采用特殊的组合方式才可达到松软土排水固结的目的。本发明在立体式排水系统采用竖向重力抽水和水平向真空吸水相结合的方式，使不同的地下水存在形式处于不同的排水条件下，即：渗透性好的砂类松散土中的自由水在水位差条件下以重力抽水方式排出，处于渗透性差的粘性土孔隙中的孔隙水和弱结合水以真空负压方式形成压力差吸出，达到使拟处理非均质场地松软土体同步排水固结的目的。

为加大饱和松软土排水过程中孔隙水压力差，在采用竖向重力抽水和水平向真空吸水的同时对拟处理松软土体施加动力加压荷载，快速提高饱和松软土的孔隙水压力，加大其与抽水井的压力差和与真空负压叠加而促进排水固结速率。

作为本实例中的另外一种实施方式，竖向排水通道8与真空排水管9可分开布置，即竖向排水通道8单独与第一地下网格层状水平排水通道5一部分的交汇处接通，真空排水管9与第一地下网格层状水平排水通道5的另一部分的交汇处接通。

本发明采用了适用于不同松软土体中的地下水性状和渗透性能的排水固结方式，再叠加动力加压而改变了松软土中地下水的渗流排出条件，促使非均质松软土的排水固结同步进行，是一种处理效果好、工期快、造价低、适用范围广的新型动力排水固结系统和方法，适用于吹填（回填）物料以砂类土夹淤泥质粘性土或粉土、泥砂混填以及原始滩涂下存在泥砂交互土层等非均质场地软土地基处理，可克服场地非均质性带来的地基处理难题。与用于此种场地的常规地基处理方法相比具有单位成本可节省10%以上、工期可缩短20%以上、工后沉降和差异沉降小等优点，具有良好的社会效益、经济效益与广阔的技术应用前景。

Claims (10)

1.一种非均质场地软土地基立体式组合动力排水固结系统，它包括排水系统，其特征在于：所述的排水系统包括位于渗透性好并具有自由水水位差的砂类松散土中的地下水平排水通道和位于渗透性差的粘性土孔隙中的地下网格层状水平排水通道，所述的地下水平排水通道接通有重力抽水管井，所述重力抽水管井的井底设有第一潜水泵；在所述的地下网格层状水平排水通道的交汇处布设接通竖向排水通道，所述竖向排水通道内设有真空排水管，所述真空排水管穿出竖向排水通道并与地下网格层状水平排水通道密封连接，真空排水管连接有真空泵。

2.根据权利要求1所述的立体式组合动力排水固结系统，其特征在于：所述竖向排水通道的底部设有第二潜水泵。

3.根据权利要求1所述的立体式组合动力排水固结系统，其特征在于：还包括对拟处理非均质场地软土地基施加动力加压荷载的动力加压系统。

4.根据权利要求1所述的立体式组合动力排水固结系统，其特征在于：所述竖向排水通道为井径不小于150mm的竖向排水管井；所述竖向排水通道下部为带孔包网过滤管；竖向排水通道的管井井壁外侧回填厚度不小于100mm的中粗砂滤水层。

5.根据权利要求1所述的立体式组合动力排水固结系统，其特征在于：所述的地下水平排水通道的埋设深度最浅低于降水前初始稳定地下水位。

6.根据权利要求1所述的立体式组合动力排水固结系统，其特征在于：在拟处理非均质场地松软土体内设有水位观测孔。

7.根据权利要求1所述的立体式组合动力排水固结系统，其特征在于：所述的地下水平排水通道为真空滤水管、塑料排水板、塑料盲沟、砂石盲沟、普通滤水管的一种或多种组成；地下网格层状水平排水通道为真空滤水管、塑料排水板、塑料盲沟、砂石盲沟、普通滤水管的一种或多种组成。

8.一种非均质场地软土地基立体式组合动力排水固结方法，其特征在于，它包含以下步骤：

1）、对非均质场地进行分区，将拟处理松软土分为夹淤泥质土的松散砂类土、夹粉土的松散砂类土和吹填的无夹层砂类土；

2）、在夹粉土的松散砂类土中，埋设地下水平排水通道，再打设重力抽水管井，重力抽水管井与地下水平排水通道接通，重力抽水管井进入到吹填的无夹层砂类土中，在重力抽水管井的井底布置第一潜水泵，即可进行竖向重力抽水；

 3）、在夹淤泥质土的松散砂类土中，埋设单层或多层的地下网格层状水平排水通道，在地下网格层状水平排水通道交汇处布设竖向排水通道，并使竖向排水通道与地下网格层状水平排水通道连通形成立体式排水体系；在竖向排水通道的井底布置第二潜水泵，即可进行竖向重力抽水；

4）、在竖向排水通道内设置真空排水管，把真空排水管和真空泵连接，即可进行水平向真空吸水；

5）、通过连续的进行由竖向重力抽水固结和水平向真空吸水固结组成的立体式组合排水，使拟处理松软土体结构在较短时间内排水固结成为高强度的均质人工地基土。

9.根据权利要求8所述的非均质场地软土地基立体式组合动力排水固结方法，其特征在于：在渗透性差的夹粉土的松散砂类土中，也采用水平向真空吸水进行抽水固结。

10.根据权利要求8所述的非均质场地软土地基立体式组合动力排水固结方法，其特征在于：在进行立体式组合排水固结的同时，对拟处理非均质场地软土地基进行动力加压，所述动力加压的方式为强夯、振动碾压、冲击碾压、液压夯实中的一种或多种。

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