CN103255761B - 一种增温型真空预压法加固软土地基方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种增温型真空预压法加固软土地基方法，该方法在常规真空预压法基础上，引入地基加热系统，在加固期一段时间内将加固区膜下真空压力和浅层软土的温度分别维持在80kPa和62℃以上，使地基土孔隙水迅速汽化，并被抽真空设备抽出，地基发生沉降。与现有技术相比，本发明具有缩短工期、提高加固效果、减小工后沉降和提高地基承载力等优点。

Description

一种增温型真空预压法加固软土地基方法

技术领域

本发明涉及一种适用于淤泥、淤泥质土、吹填土等饱和粘性土地基的加固处理方法，尤其是涉及一种用于加固软土地基的增温型真空预压法。

背景技术

真空预压法是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后插设竖向排水通道，再利用不透气的密封膜使加固区与大气隔绝，最后通过专门设备抽真空，在加固区地基中形成负压条件，在内外压力差作用下，地基土发生排水固结，有效应力增加，强度提高的过程。该工法最早由瑞典皇家地质学院W.Kjellmam教授于1952年提出，随后很多国家相继进行了探索和研究。

上世纪80年代，我国在真空预压法施工技术领域取得突破，解决了密封系统和连续抽真空装置等一系列技术难题。此后，真空预压法广泛应用于处理大面积深厚软弱土地基，并取得了较为满意的效果。然而，真空预压法还存在一系列不足之处：

①能达到的最大预压荷载较小，一般在80kPa左右，沉降消除能力有限；

②真空预压法处理工期较长，满载期一般可达3个月甚至更长；

③在靠近处理边界处加固效果相对较差，不均匀沉降明显；

④在抽真空后期，次固结沉降明显，工后沉降较大。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种快速、更大程度消除深厚软土地基沉降的增温型真空预压法加固软土地基方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种加固软土地基的增温型真空预压法，其特征在于，该方法在常规真空预压法基础上，引入地基加热系统，在加固期一段时间内将加固区膜下真空压力和浅层软土的温度分别维持在80kPa和62℃以上，使地基土孔隙水迅速汽化，并被抽真空设备抽出，地基发生沉降。

所述的方法具体包括以下步骤：

1)在场地表面铺设砂垫层：在场地表面铺设水平排水垫层，厚度为0.4m～0.6m，砂垫层铺设后压实，干密度≥15kN/m³；

2)插设塑料排水板和密封帷幕施工：在场地插设塑料排水板，建立竖直方向的排水系统，同时在加固区边界打设黏土搅拌桩形成密封帷幕；

3)敷设真空预压处理管网：在砂垫层中下部埋置真空预压处理管网，所述的真空预压处理管网包括真空泵、主干管和支滤管，所述的主干管和支滤管分别连接真空泵和塑料排水板；

4)敷设密封膜：在加固区敷设密封膜，密封膜延伸至密封帷幕，密封膜上下均敷设一层土工布；

5)布设电加热棒：剪开密封膜，在地基中预成孔至设计深度，再放置电加热棒并回填土和砂，最后在电加热棒导线出膜处密封，多个电加热棒按正方形或梅花形布设；

6)埋设监测设备：在地基中埋设沉降板、分层沉降标、真空压力表以及温度传感器；

7)抽真空与监测：采用射流泵作为抽真空设备，将多个射流泵均匀布置在加固区四周，单个射流泵的控制面积为900m²～1100m²；

开启抽真空设备和监测设备，对地基进行真空预压，使地基中形成80kPa的真空负压，再开启电加热棒，对地基进行增温真空预压，使加固区膜下真空压力大于或等于80kPa，浅层软土的温度大于或等于62℃，直至地基沉降满足设计要求或沉降速率满足卸载指标。

步骤(1)所述的水平排水垫层采用含泥量≤5％的中砂或粗砂，砂料的渗透系数≥5×10^-3cm/s；

步骤(2)所述的竖直方向的排水系统采用塑料排水板呈梅花形或正方形布置，相邻塑料排水板间距为0.7m～1.3m，插设深度为打穿加固土层；所述的黏土搅拌桩嵌入软土层，墙体厚度≥1.2m，拌合后墙体的黏粒含量＞15％，渗透系数＜1×10^-5cm/s；

步骤(3)所述的主干管为PVC管，主干管与真空泵之间设有截止阀、止回阀和真空表，所述的支滤管为软式透水管，管间节点采用胶管连接，连接口采用铅丝拧紧；

步骤(4)所述的密封膜采用2～3层聚乙烯或聚氯乙烯薄膜。

所述的增温真空预压通过地基温度测点对地基温度进行监控，所述的地基温度测点设置在两相邻电加热棒的中间位置，其深度与电加热棒相同。

本发明的原理是：根据热力学原理，水的沸点与大气压力有关，气压越低，水的沸点越低。在80kPa真空压力下，水的沸点降低到约62℃。因此，利用真空预压法在地基中形成的约80kPa的真空负压条件，采用加热设备将地基温度升高至该气压下水的沸点温度，使地基土孔隙中的自由水迅速汽化，并被射流泵抽出加固区，地基发生沉降，达到缩短工期、提高加固效果、减小工后沉降和提高地基承载力目的。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明在常规真空预压法的基础上，通过电加热设备，在抽真空中后期将地基加热至62℃以上，进一步加速地基土孔隙水的排水，缩短工期，更大程度上预先消除沉降，提高地基承载力；

(2)孔隙水汽化会使地下水位不断下降，在软土层中形成非饱和带，在此范围内的土体从浮重度变为湿重度形成附加荷载，可进一步提高加固效果；

(3)由于土体孔隙中的水在沸点温度以上会迅速发生汽化，相比渗流固结，水汽扩散速度更快，土体压密程度更高，因此本发明方法特别适用于处理低渗透性地基。

附图说明

图1为本发明处理断面示意图。

图中：1-软土层；2-砂垫层；3-塑料排水板；4-电加热棒；5-真空预压处理管网。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种加固软土地基的增温型真空预压法，该方法在常规真空预压法基础上，引入地基加热系统，在加固期一段时间内将加固区膜下真空压力和浅层软土的温度分别维持在80kPa和62℃以上，使地基土孔隙水迅速汽化，并被抽真空设备抽出，地基发生沉降。

所述的地基加热系统采用“点加热”的方式，具体是在地基中插设电加热棒，插设深度要求电加热棒进入软土层一定深度，其平面布置可采用梅花形或正方形均匀布设，间距应根据地基土的导热性、电加热棒额定功率等条件确定。夏季施工时，可适当调整电加热棒的平面布置或开启数量，以减少地基加热系统的能源消耗。在经验不足的情况下，可先选择试验区进行预压试验，分析其加固效果，优化原设计方案和指导后续施工。

本发明的整个加固过程可分为真空预压和增温真空预压两个阶段。在抽真空初期，射流泵抽出物主要为液态水，地基沉降速率较大，无需对地基进行加热；在抽真空中后期，渗流泵抽出物为水、汽混合物，地基沉降速率降低，开启地基加热系统，维持加固区浅层地基土温度62℃以上至地基沉降满足设计要求或沉降速率满足卸载指标。

在增温型真空预压处理过程中，应对地基温度进行监控。地基温度测点布置在两相邻电加热棒的中间位置，深度与电加热棒相同。

地基土孔隙水汽化所需的温度条件与真空压力密切联系。因此，在开启地基加热系统后，膜下真空压力必须保证在80kPa以上。

本发明在常规真空预压法基础上，引入了地基加热系统。整个加固体系由如下五个部分构成：

①密封系统：加固区表面覆有密封膜使其与大气隔绝；当存在粉土、砂土等透水透气层时，应沿加固区边界设置黏土搅拌桩帷幕。

②排水系统：包括竖向排水系统和水平向排水系统，前者一般采用塑料排水板、砂井等竖向排水体，后者为排水砂垫层以及真空管网。

③加载系统：由抽真空设备将加固区水、汽连续抽出，形成负压荷载。

④地基加热系统：可采用电加热棒对地基进行加热。

⑤监测系统：主要包括地基沉降监测、真空压力监测、温度监测等。

如图1所示，本发明的主要施工步骤如下：

①场地平整

清理现场耕植土、残根、块石、建筑垃圾及任何在施工过程中遇到的障碍物并运出施工场地。

②铺设砂垫层

在场地软土层1表面铺设水平排水垫层即砂垫层2，水平排水垫层采用含泥量≤5％的中砂或粗砂，厚度一般为0.4m～0.6m，砂料的渗透系数≥5×10^-3cm/s，砂垫层铺设后压实，干密度≥15kN/m³。

③插设塑料排水板和密封帷幕施工

在场地插设塑料排水板3，建立竖直方向的排水系统，同时在加固区边界打设黏土搅拌桩形成密封帷幕；竖向排水通道通常采用预制塑料排水板，呈梅花形或正方形布置，间距一般为0.7m～1.3m，插设深度一般要求打穿加固土层。

当加固区边界透水透气层较深时，应沿边界打设黏土搅拌桩形成密封帷幕，其施工过程可与塑料排水板插设同时进行。黏土搅拌桩要求嵌入软土层一定深度，墙体厚度≥1.2m，拌合后墙体的黏粒含量应＞15％，渗透系数＜1×10^-5cm/s。

④敷设真空预压处理管网

在砂垫层中下部埋置真空预压处理管网5，真空预压处理管网包括主干管和支滤管，埋置于排水砂垫层2中下部。主干管一般采用PVC管加工而成，与真空泵连接段应设置截止阀、止回阀和真空表；支滤管一般采用软式透水管，管间节点采用胶管连接以适应地基沉降，连接口采用铅丝拧紧。

⑤铺设密封膜

在加固区敷设密封膜，密封膜延伸至密封帷幕，密封膜宜采用2～3层聚乙烯或聚氯乙烯薄膜，单层密封膜的技术指标应满足抗拉强度、直角撕裂强度、伸长率等要求。为保护密封膜，在密封膜上下一般都需要铺设一层土工布。

⑥布设电加热棒

考虑到施工和加固期内电加热棒检修的便利，电加热棒布设是在铺膜完成后实施。其操作过程为：剪开密封膜后，利用洛阳铲等设备在地基中预成孔至设计深度，再放置电加热棒并回填土和砂，最后在电加热棒导线出膜处采取有效的密封措施。电加热棒按一定间距进行正方形或梅花形布置，并嵌入设计深度。电加热棒导线出膜处需采取有效的密封措施，确保不漏气。

⑦埋设监测设备

监测设备主要包括沉降板、分层沉降标、真空压力表以及温度传感器等。监测设备的埋设需在开始抽真空前2～3天完成，并获得初始读数。

⑧抽真空与监测

抽真空设备通常采用射流泵，多个射流泵均匀布置在加固区四周，单个射流泵的控制面积一般为900m²～1100m²。射流泵的技术指标要求为单机功率不小于7.5kW；进气口封闭状态下，抽真空压力不小于96kPa。施工后期抽真空设备开启数量应超过总数的80％。

开启抽真空设备和监测设备，对地基进行真空预压，使地基中形成80kPa的真空负压，再开启电加热棒，对地基进行增温真空预压，使加固区膜下真空压力大于或等于80kPa，浅层软土的温度大于或等于62℃，直至地基沉降满足设计要求或沉降速率满足卸载指标。

Claims (3)

1.一种增温型真空预压法加固软土地基方法，其特征在于，该方法在常规真空预压法基础上，引入地基加热系统，在加固期一段时间内将加固区膜下真空压力和浅层软土的温度分别维持在80kPa和62℃以上，使地基土孔隙水迅速汽化，并被抽真空设备抽出，地基发生沉降；

所述的方法具体包括以下步骤：

1)在场地表面铺设砂垫层：在场地表面铺设水平排水垫层，厚度为0.4m～0.6m，砂垫层铺设后压实，干密度≥15kN/m³；

2)插设塑料排水板和密封帷幕施工：在场地插设塑料排水板，建立竖直方向的排水系统，同时在加固区边界打设黏土搅拌桩形成密封帷幕；

3)敷设真空预压处理管网：在砂垫层中下部埋置真空预压处理管网，所述的真空预压处理管网包括真空泵、主干管和支滤管，所述的主干管和支滤管分别连接真空泵和塑料排水板；

4)敷设密封膜：在加固区敷设密封膜，密封膜延伸至密封帷幕，密封膜上下均敷设一层土工布；

5)布设电加热棒：剪开密封膜，在地基中预成孔至设计深度，再放置电加热棒并回填土和砂，最后在电加热棒导线出膜处密封，多个电加热棒按正方形或梅花形布设；

6)埋设监测设备：在地基中埋设沉降板、分层沉降标、真空压力表以及温度传感器；

7)抽真空与监测：采用射流泵作为抽真空设备，将多个射流泵均匀布置在加固区四周，单个射流泵的控制面积为900m²～1100m²；

开启抽真空设备和监测设备，对地基进行真空预压，使地基中形成80kPa的真空负压，再开启电加热棒，对地基进行增温真空预压，使加固区膜下真空压力大于或等于80kPa，浅层软土的温度大于或等于62℃，直至地基沉降满足设计要求或沉降速率满足卸载指标。

2.根据权利要求1所述的一种增温型真空预压法加固软土地基方法，其特征在于，步骤(1)所述的水平排水垫层采用含泥量≤5％的中砂或粗砂，砂料的渗透系数≥5×10^-3cm/s；

步骤(2)所述的竖直方向的排水系统采用塑料排水板呈梅花形或正方形布置，相邻塑料排水板间距为0.7m～1.3m，插设深度为打穿加固土层；所述的黏土搅拌桩嵌入软土层，黏土搅拌桩形成的墙体厚度≥1.2m，拌合后墙体的黏粒含量>15％，渗透系数<1×10^-5cm/s；

步骤(3)所述的主干管为PVC管，主干管与真空泵之间设有截止阀、止回阀和真空表，所述的支滤管为软式透水管，管间节点采用胶管连接，连接口采用铅丝拧紧；

步骤(4)所述的密封膜采用2～3层聚乙烯或聚氯乙烯薄膜。

3.根据权利要求1所述的一种增温型真空预压法加固软土地基方法，其特征在于，所述的增温真空预压通过地基温度测点对地基温度进行监控，所述的地基温度测点设置在两相邻电加热棒的中间位置，其深度与电加热棒相同。