CN104032728A - 一种真空灌浆工艺 - Google Patents

Abstract

一种真空灌浆工艺，包括以下步骤：1)按真空预压法建立真空排水系统；2)在距周边竖向排水板等距离的中心位置设灌浆孔，布设灌浆管；3)在灌浆孔附近设立真空压力观测孔，在地表建立沉降观测点；4)铺设密封膜；5)开真空泵抽排地层水、气，观测地层中各层位的真空压力和地表沉降，绘制各地层深度的真空压力变化曲线和地表沉降曲线；6)第一次灌浆时间确定；7)继续抽真空，关停真空泵，且跟踪观测地表沉降变化和真空压力变化；8)重新开机抽真空；9)重新灌浆的时间确定；10)重复7)至9)直至再无法灌入浆液或已达到设计的灌入量。本发明消除工后回软产生的原因，提高真空灌浆处理软土地基的效果和效率。

Description

一种真空灌浆工艺

技术领域

本发明涉及灌浆工艺，尤其是一种真空灌浆工艺，应用于围海造田或软基与岩土加固和处理领域等。

背景技术

海涂围垦是目前我国东南沿海各省，仍至世界各沿海国家从海洋获取土地资源的主要手段，随着我国沿海开放和建设对土地资源需求的不断增加，海涂围垦的规模日益扩大。由于新围垦土地含水量大，土体颗粒细，流动性强，多以淤泥质粘土为主，工程性质差，需要采取人工方法，以较快的速度经过处理后才能满足工程建设的需要。目前已有多种提高此类海涂围垦软土地基承载力的方法，真空预压法是在众多处理方法中应用范围最广、使用量最大的方法。该方法虽然处理效率较高，但处理效果往往比较差，还会出现较明显的工后回软现象，难以达到如道路、中高层建筑物、重型厂房、仓储区等工程对地基承载能力的要求，为了提高处理后地基的承载力和进一步提高处理效率，出现了真空灌浆技术，即将真空预压技术与灌浆技术相结合，在软土中灌入以水泥为主的浆液，待水泥凝固后，有效地提高软基的承载力。从工程实践中发现由于真空预压法在土体中形成的真空压力场是不均匀的，是一个上部负压大、随深度逐步降低的负压力场，灌入的浆液随着土体中负压力上升，使浆液集中于地层的上部，处理后的地基上部存在一个硬壳层，而灌浆对下部地层性能的改善不明显，地层上下部承载力差别过大，仍然无法保证处理后地基能有效地承受较大荷载。

发明内容

为了克服已有真空灌浆技术使用过程中出现的浆液的上下不均匀分布及工后回软的不足，本发明提供一种真空灌浆工艺，通过改进真空灌浆过程的控制技术，改变浆液在土体中的渗流状态，使浆液在土体中能较均匀地分布，并消除工后回软产生的原因，提高真空灌浆处理软土地基的效果和效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种真空灌浆工艺，包括以下步骤：

1)按真空预压法布设竖向排水板、水平排水管和真空泵，建立真空排水系统，并开设密封膜埋设沟；

2)在距周边竖向排水板等距离的中心位置设灌浆孔，布设灌浆管，灌浆管的中下部设出浆孔，灌浆管的上部通过灌浆支管和总管与灌浆泵相连接；

3)在灌浆孔附近设立真空压力观测孔，在地表建立沉降观测点；

4)铺设密封膜，将真空压力观测孔和沉降观测点导出密封膜，并设立防护，封闭密封膜的边缘，使拟处理地层完全密封于密封膜下；

5)开真空泵抽排地层水、气，观测地层中各层位的真空压力和地表沉降，绘制各地层深度的真空压力变化曲线和地表沉降曲线；

6)第一次灌浆时间确定

当真空预压过程中的地表沉降－时间曲线出现明显拐点，且各真空压力表相对稳定时，进行首次灌浆，首次灌浆可采用较稠的浆液，所述较稠的浆液为水灰比0.6～0.8的水泥浆，首次灌浆采用渗流方式，记录各真空压力表读数，当下部地层的真空压力接近零时停止灌浆；

7)继续抽真空，关停真空泵，且跟踪观测地表沉降变化和真空压力变化

在灌浆过程中运行真空泵，待灌浆后继续抽真空，使地层中真空压力场重新形成，且使灌入的水泥浆液离开灌浆管向排水板方向形成渗流状态，当地层上部真空压力达到-30kPa～-40kPa，暂停真空泵工作，使新灌入的水泥浆液开始凝结，停真空泵时间根据浆液温度确定为4～6小时；

8)重新开机抽真空

待灌入的水泥浆液凝结后，重新开真空泵，持续抽真空，重新在地层中形成真空负压力场；

9)重新灌浆的时间确定

重新开真空泵后地层中的真空压力场会缓慢重建，地层的沉降会在重新开泵时出现陡降，然后沉降逐步趋于缓慢，当地层下部真空压力恢复成负压后就可再次灌浆，再次灌浆的浆液为水灰比0.8～0.9的水泥浆，开始灌浆时采用渗流方式灌浆，当渗流方式无法灌入浆液时，利用灌浆泵加压灌浆，加压压力不能超过出浆口处的地层压力值，并以沉降观测点位置的地表变化作为压力控制阀值，当沉降观测点开始上抬时即不能再增大灌浆压力，当地表观测点上抬累计超过设定阈值时立即关停灌浆泵；

10)循环灌浆直至灌浆结，持续抽真空

重复7)至9)直至再无法灌入浆液或已达到设计的灌入量后即结束全部灌浆工艺；

封密灌浆管，继续抽真空，使地层沉降曲线进入第三阶段，检验所处理地层达到真空预压验收指标后，全面停止真空预压。

进一步，所述步骤3)中，首先在灌浆孔附近位置设真空压力观测孔，观测孔的深度根据拟处理地层的深度确定，在处理深度范围内设3个不同的层位的观测孔，分别测试上部、下部和中部地层处的真空压力值，按区域每个层位至少设3个观测孔，取各孔的观测压力平均值代表该层位的真空压力；

在真空压力观测孔附近地层表面设立地表沉降观测点，采用水准仪观测地表沉降曲线。

再进一步，所述步骤5)中，在真空泵开始正常工作后，第一周可隔天定时观测真空压力和地表沉降，第二周后每天定时观测真空压力和地表沉降，绘制成真空压力－时间和地表沉降－时间曲线。

所述步骤6)中，当下部地层的真空压力接近零时停止灌浆，并在结束灌浆后灌入部分清水清洗灌浆管路；所述步骤9)中，当地表观测点上抬累计超过设定阈值时立即关停灌浆泵，并在结束灌浆后灌入部分清水清洗灌浆管路。

本发明的技术构思为：本项技术是建立在真空预压排水过程的渗流理论、灌浆扩散理论与土体排水固结理论基础之上的。对于采用真空预压技术处理的软土地基，一般来说其地层含水量大，且需要处理的面积较大。根据地下水的渗流理论，真空排水时，地层中的水向排水板位置迁移，随后通过排水系统排出，富含水的软土地层失水后固结沉降。真空灌浆法是在真空预压一段时间后通过灌浆管向地层中灌入浆液，浆液将沿真空预压过程的排水通道渗入地层，如附图1所示。本发明就是要根据真空预压后地层中的负压力场，使灌入的浆液不沿负压力场方向集中到地层的上部凝结成硬壳，而让浆液分布于地层的不同的层位上，达到浆液均匀分布之目的。具体的做法是通过调节浆液的稠度，使浆液的渗流速度改变，再通过调节灌浆管的出浆口位置、灌浆过程中及灌浆以后真空泵的开停时间和灌浆的压力来控制浆液在土体中凝固状态和渗流距离。由于在灌浆后采用间歇式抽真空，使土体中的真空压力部分消散，改变原土体的结构形式，可使地层的沉降加速，产生减小工后沉降的辅助作用，进一步提高处理效率。

本发明的工作机理是通过调节浆液稠度和灌浆压力来控制浆液在土体中的渗流速度和渗流的距离，通过灌浆后的间歇式抽真空方法，使浆液在土体中凝结成团，增大浆液继续移动的阻力，从而实现真空灌浆的均匀性。

本发明的有益效果主要表现在：有机结合了真空预压技术和灌浆技术，再利用真空负压力控制工艺与灌浆工艺的有机结合，使灌入的浆液能较均匀地分布于处理地层中，使软弱地基的处理效果更均匀，更有效。

附图说明

图1是本发明的真空灌浆工艺的工作原理图，其中，1为竖向排水板，2为灌浆管，3为水平排水管，4为真空泵，5为灌浆泵，6为软土地层，7为真空压力表，8为密封膜。

图2是典型的真空预压法处理的地表沉降曲线图，A为有快速变速沉降至等速沉降的拐点。

图3是真空压力观测孔的示意图，其中11为砂垫层，12为土工布滤套，13为测压管，14为孔壁，8为密封膜，7为真空压力表，15为地层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图3，一种真空灌浆工艺，包括以下步骤：

1)按普通真空预压法布设竖向排水板、水平排水管、真空泵、建立真空排水系统，并开设密封膜埋设沟等(如附图1)。

2)在距周边竖向排水板等距离的中心位置设灌浆孔，布设灌浆管，灌浆管可以采用塑料管也可采用钢管，灌浆管的中下部设若干个出浆孔，上部通过灌浆支管和总管与灌浆泵相连接。

3)在灌浆孔附近设立真空压力观测孔，在地表建立沉降观测点。

首先在若干个灌浆孔附近位置设真空压力观测孔，观测孔的深度根据拟处理地层的深度确定，在处理深度范围内设3个不同的层位的观测孔，分别测试上部(距离处理地层上表面0.5m)、下部(距排水板下端约0.5m)和中部(上、下部层位的中间位置)地层处的真空压力值，按区域每个层位至少设3个观测孔，取各孔的观测压力平均值代表该层位的真空压力(观测孔的结构如附图3所示)。

在真空压力观测孔附近地层表面设立地表沉降观测点，采用水准仪观测地表沉降曲线。

4)铺设密封膜，将真空压力观测孔和沉降观测点导出密封膜，并设立防护，封闭密封膜的边缘，使拟处理地层完全密封于密封膜下。

将真空压力观测孔从密封膜下导出，可方便在膜上安装压力表进行观测。沉降观测点的导出目的也相同。

5)开真空泵抽排地层水、气，观测地层中各层位的真空压力和地表沉降，绘制各地层深度的真空压力变化曲线和地表沉降曲线

在真空泵开始正常工作后，第一周可隔天定时观测真空压力和地表沉降，第二周后每天定时观测真空压力和地表沉降，绘制成真空压力－时间和地表沉降－时间曲线。

6)第一次灌浆时间确定

当真空预压过程中的地表沉降－时间曲线出现明显拐点，且各真空压力表相对稳定时，表明地层中真空压力场已形成，地层下部真空压力达到-1.0kPa以下，同时地表沉降也进入平稳沉降(等速沉降)阶段，根据真空预压的理论分析，此时土体已形成相对稳定的渗流场且土体结构趋于一个相对平衡阶段。可以进行第一次灌浆，首次灌浆可采用较稠的浆液，按水灰比0.6～0.8(水:水泥)水泥浆或相似稠度的其它浆液配制，首次灌浆一般可采用不加压渗流方式，记录各真空压力表，当下部地层的真空压力接近零时可停止灌浆，并在结束灌浆后灌入部分清水清洗灌浆管路。

7)继续抽真空，关停真空泵，且跟踪观测地表沉降变化和真空压力变化

在灌浆过程中不必停真空泵，待灌浆后继续抽真空，使地层中真空压力场重新形成，且使灌入的水泥浆液离开灌浆管向排水板方向形成渗流状态，当地层上部真空压力达到-30kPa～-40kPa，可暂停抽真空，即暂停真空泵工作，使新灌入的水泥浆液开始凝结，停真空泵时间可根据浆液温度确定为4～6小时，且夏季温度较高时取小值，使新灌入的浆液得以在地层凝结成团，难以随负压力场的不均匀向地层表层渗流。

8)重新开机抽真空

待灌入的水泥浆液凝结后，可以重新开真空泵，持续抽真空，重新在地层中形成真空负压力场。

9)重新灌浆的时间确定

重新开真空泵后地层中的真空压力场会缓慢重建，地层的沉降会在重新开泵时出现陡降，然后沉降逐步趋于缓慢。当地层下部真空压力(竖向排水板下端的真空压力)恢复成负压后就可再次灌浆，再次灌浆的浆液稠度可适当降低(水泥浆可调为水灰比0.8～0.9)，开始灌浆时仍然可采用渗流方式灌浆，当渗流方式无法灌入浆液时，可以利用灌浆泵加压灌浆，加压压力一般不能超过出浆口处的地层压力值，并以沉降观测点位置的地表变化作为压力控制阀值，当沉降观测点开始上抬时即不能再增大灌浆压力，当地表观测点上抬累计超过10mm应立即关停灌浆泵，并在结束灌浆后灌入部分清水清洗灌浆管路。

10)循环灌浆直至灌浆结，持续抽真空

重复7)至9)直至再无法灌入浆液或已达到设计的灌入量后即结束全部灌浆工艺，封密灌浆管，继续抽真空，使地层沉降曲线进入第三阶段，检验所处理地层达到真空预压验收指标后可全面停止真空预压。

本实施例在信息化施工的支撑下确定了灌浆开始的时间和浆液稠度，确定了灌浆工艺和真空泵的开关间歇工艺相结合的控制技术标准，通过浆液的稠度、灌浆压力的调节和真空泵间歇工作工艺相结合，可以使真空预压处理软土地基的效果更佳，且能在相同的工期下减少电能消耗。

本实施例中，建立在真空灌浆的信息化施工基础之上的，信息化施工的主要信息采集与控制参数为真空场中的真空压力和地表的沉降曲线，一般的真空预压施工可分成三大阶段，第一阶段是真空压力场形成和地层快速和变速沉降的过程，第二阶段是真空压力场维持及地层等速沉降的过程，第三阶段是地层沉降量趋于稳定即沉降速率趋于零的阶段(典型的真空预压沉降曲线如附图2所示)。真空压力的场的压力分布一般为膜下压力为－80kPa～－85kPa之间，排水板下端部以下约0.5m处为0kPa，且沿深度曲线分布，也可近似简化为膜下压力为－80kPa，排水板端部为0kPa，且沿深度线性分布。真空灌浆及其均匀性技术均是在真空场形成以后，即真空预压第二阶段实施的技术。主要通过降低出浆口位置、调节浆液的稠度、与灌浆时间相结合调整真空泵工作时间、控制灌浆压力等技术。

Claims (4)

1.一种真空灌浆工艺，包括以下步骤：

1)按真空预压法布设竖向排水板、水平排水管和真空泵，建立真空排水系统，并开设密封膜埋设沟；

2)在距周边竖向排水板等距离的中心位置设灌浆孔，布设灌浆管，灌浆管的中下部设出浆孔，灌浆管的上部通过灌浆支管和总管与灌浆泵相连接；

其特征在于：所述真空灌浆工艺还包括以下步骤

3)在灌浆孔附近设立真空压力观测孔，在地表建立沉降观测点；

4)铺设密封膜，将真空压力观测孔和沉降观测点导出密封膜，并设立防护，封闭密封膜的边缘，使拟处理地层完全密封于密封膜下；

5)开真空泵抽排地层水、气，观测地层中各层位的真空压力和地表沉降，绘制各地层深度的真空压力变化曲线和地表沉降曲线；

6)第一次灌浆时间确定

当真空预压过程中的地表沉降－时间曲线出现明显拐点，且各真空压力表相对稳定时，进行首次灌浆，首次灌浆可采用较稠的浆液，所述较稠的浆液为水灰比0.6～0.8的水泥浆，首次灌浆采用渗流方式，记录各真空压力表，当下部地层的真空压力接近零时停止灌浆；

7)继续抽真空，关停真空泵，且跟踪观测地表沉降变化和真空压力变化

在灌浆过程中运行真空泵，待灌浆后继续抽真空，使地层中真空压力场重新形成，且使灌入的水泥浆液离开灌浆管向排水板方向形成渗流状态，当地层上部真空压力达到-30kPa～-40kPa，暂停真空泵工作，使新灌入的水泥浆液开始凝结，停真空泵时间根据浆液温度确定为4～6小时；

8)重新开机抽真空

待灌入的水泥浆液凝结后，重新开真空泵，持续抽真空，重新在地层中形成真空负压力场；

9)重新灌浆的时间确定

重新开真空泵后地层中的真空压力场会缓慢重建，地层的沉降会在重新开泵时出现陡降，然后沉降逐步趋于缓慢，当地层下部真空压力恢复成负压后就可再次灌浆，再次灌浆的浆液为水灰比0.8～0.9的水泥浆，开始灌浆时采用渗流方式灌浆，当渗流方式无法灌入浆液时，利用灌浆泵加压灌浆，加压压力不能超过出浆口处的地层压力值，并以沉降观测点位置的地表变化作为压力控制阀值，当沉降观测点开始上抬时即不能再增大灌浆压力，当地表观测点上抬累计超过设定阈值时立即关停灌浆泵；

10)循环灌浆直至灌浆结，持续抽真空

重复7)至9)直至再无法灌入浆液或已达到设计的灌入量后即结束全部灌浆工艺；

封密灌浆管，继续抽真空，使地层沉降曲线进入第三阶段，检验所处理地层达到真空预压验收指标后，全面停止真空预压。

2.如权利要求1所述的一种真空灌浆工艺，其特征在于：所述步骤3)中，首先在灌浆孔附近位置设真空压力观测孔，观测孔的深度根据拟处理地层的深度确定，在处理深度范围内设3个不同的层位的观测孔，分别测试上部、下部和中部地层处的真空压力值，按区域每个层位至少设3个观测孔，取各孔的观测压力平均值代表该层位的真空压力；

在真空压力观测孔附近地层表面设立地表沉降观测点，采用水准仪观测地表沉降曲线。

3.如权利要求1或2所述的一种真空灌浆工艺，其特征在于：所述步骤5)中，在真空泵开始正常工作后，第一周可隔天定时观测真空压力和地表沉降，第二周后每天定时观测真空压力和地表沉降，绘制成真空压力－时间和地表沉降－时间曲线。

4.如权利要求1或2所述的一种真空灌浆工艺，其特征在于：所述步骤6)中，当下部地层的真空压力接近零时停止灌浆，并在结束灌浆后灌入部分清水清洗灌浆管路；所述步骤9)中，当地表观测点上抬累计超过设定阈值时立即关停灌浆泵，并在结束灌浆后灌入部分清水清洗灌浆管路。