CN104480928A - 软弱地基分离注浆预压法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种软弱地基分离注浆预压法，其特征在于该方法包括以下工艺步骤：步骤一、快速分离降水；步骤二、建立密封层；步骤三、预压加固；步骤四、回填管井。本发明方法施工步骤简单，施工周期短，成本低，通过本方法加固处理不但解决了软弱地基工后沉降大，承载力低的主要问题，通过调整表层建立的密封层厚以及管井滤孔设置，不仅可进行浅层4～6m加固处理，而且可进行深层加固处理，其加固层厚达20～30m。

Description

软弱地基分离注浆预压法

技术领域

本发明涉及一种软弱地基分离注浆预压法，适用于对场地不能满足设计所需承载力及压实度的软弱土体加固处理，通过本方法可快速使土体表层形成真空预压所必须的密封层，提高地基承载力，有效消除工后沉降等，属地基处理技术领域。

背景技术

目前，沿海地区多利用吹填的方法围海造地，即用吹填方法达到建设所需标高，由于新吹填淤泥地况复杂，且无法上人及机械设备，常规吹填后需等待一年或若干年后，在场地形成一个自然的硬壳层后，机械、人员能进入施工的条件下，进行加固处理。由于自然封干的时间太久，影响和制约了沿海地区的发展。对该类土的处理，常规采用“真空预压法”或“真空堆载联合预压法”进行加固处理。即通过在软弱地基按一定的网格插入塑料排水板，建立垂直排水通道后，通过波纹滤管将各排水板连接后建立水平排水通道，然后在其上铺设土工布及密封膜使须加固土体与大气隔绝密封；在实际施工过程中根据土质情况还需在加固土体周边打设密封墙，以确保需加固土体的密封性能，通过抽真空将土体内自由水排出，同时又利用膜下真空与大气压之间压差对土体进行压密加固，因此成本高，时间长，对真空形成的要求高。

由于新吹填场地，特别是新吹填淤泥，含水量高，承载力低，而采用“真空预压”“真空联合堆载预压”方法后，塑料排水板留存在已加固完成的土体内，其排水通道仍然存在，因此其固结作用仍在继续，建设完成后，在使用荷载发生时，工后沉降及沉降速率仍在继续，造成工后沉降大，不均匀沉降随使用荷载的不均匀而产生，其时间将延续2年以上。排水板入土越深，排水板质量越好，其工后沉降、不均匀沉降时间越长。究其原因，主要就是塑料排水板形成的排水通道仍在发生作用造成。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种采用真空管井降水结合表层灌浆密封技术或表层压密技术，通过真空管井的入土深度，利用表层形成的密封层，结合下卧层抽真空以形成真空堆载联合预压的条件，达到软弱地基加固处理的目的的软弱地基分离注浆预压法。

本发明的目的是这样实现的：

一种软弱地基分离注浆预压法，该方法包括以下工艺步骤：

步骤一、快速分离降水

需加固区域根据地质条件及设计要求，插入所需深度集成管井，抽真空降水，降低土体含水量；

步骤二、建立密封层

当土体经真空降水到表层龟裂、土体呈蜂窝状态后，通过对表层土体进行注浆，铺密封膜或压密方式建立真空预压所需的密封层，其目的是为下一步的真空预压而将需加固土体与大气隔绝，以保证需加固土体的真空负压对土体的压缩及排水作用，从而达到土体的加固压实；

步骤三、预压加固

上部密封层为堆载层，形成上部载荷，下卧土体通过集成管井抽真空形成60~80KPa真空度的条件下，建立真空预压效果，当满足抽真空结束条件后,进行分级减压卸载；

步骤四、回填管井

拔除水气分离控制端，取出管井内置潜水泵，利用管井周边的砂土填入管井内，在回填管井时，用插板机振动边回填边振实，直到回填到场地平。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、实施简单，适用范围广

通过在土体中设置真空管井降水并建立水气分离控制，利用对土体浅层注浆施工，建立一定层厚的密封层后通过对下卧层土体的抽真空，使之能满足所需加固的淤泥质粉质粘土、粉质黏土等低渗透性的土层降低土体含水量，达到预压密实的目的；

通过水汽分离的方法，在对大面积软弱地基的加固处理过程中，不仅仅加快土体在加固处理过程中的超静孔隙水压力消散，而且适用于渗透系数K≤0.1m/d的土质如淤泥质粉质粘土等低渗透性的土层，为低渗透性的土质加固提供了一种全新的加固处理方法。

2、施工时间短，速度快，成本低

本发明与传统的“真空预压”“真空堆载联合预压相比，其垂直排水通道采用管井建立，且在预压结束后回填管井，因此土体内无残留排水通道，其工后沉降及沉降速率不随使用荷载的变化而变化，可基本消除工后沉降及沉降速率的影响。

由于垂直排水通道直径大，抽真空对周边土体影响范围远比塑料排水影响大，因此对土体的抽水效果明显；真空预压过程中地下水的下降值一般为2~3m，而本发明的地下水位下降值可达到6~10m以下，真空负压直接作用于土体压缩，因此其固结时间短,加固速度快。

由于置入土体的管井直径大影响范围大及对土体抽真空的效果比塑料排水板明显，单口管井影响范围约25m2，而常规真空预压塑料排水板需25根，因此综合成本低于塑料排水板。

3、深层降水，效率高， 加固效果明显

该发明中的真空管井采取水气分离方式，综合应用了管井水力释重、真空井点抽真空，水气分离平衡控制可调可控的三大原理，快速消散软弱地基在预压过程中产生的超静孔隙压力。其加固深度根据集成管井设置的深度，达到加固密实的效果，同时为减小工后沉降，提高软弱地基的承载力奠定了坚实的基础。

4、点土成石，节约石料，适用范围广

通过水气分离集成管井抽真空，对土体引导注浆填充，该方法不仅可使软弱地基承载力成倍增加，由于其加固深度通过集成管井置入深度确定，其加固效果又根据已形成的表层一定范围的密封层作为堆载荷载+下卧层真空度来确定，下卧层的有效载荷高于上部土体的载荷，因此经此方法加固后，相当于对管井入土深度范围的土体用石料进行换填，其稳定性高，同时可节约大量的水混层所需石料，因此，该方法适用于道路、场地、地下管道等的加固处理。

附图说明

图1为本发明的集成管井（带有双排外围管井）网络示意图。

图2为本发明的集成管井（带有单排外围管井）网络示意图。

图3为本发明的水气分离平衡控制端的结构示意图。

图4为本发明的带有加强筋的管井的截面示意图。

其中：

控制端安装管1、盖板2、排水管3、抽真空管4、潜水泵固定绳穿管5、真空调节管6、调节阀7、真空表8、尼龙滤网9、加强筋10、粗砂11。

具体实施方式

本发明涉及的一种软弱地基分离注浆预压法，该方法包括以下步骤：

步骤一、快速分离降水

在需加固区域根据地质条件布置水气分离集成管井（以下简称“集成管井”），采用水气分离集成管井降水，使水土分离，降低土体含水量。

1.1、设置集成管井滤孔

参见图4，选取内径为250mm，长度为6m的集成管井（可采用铁管、PVC管、波纹管、砂滤管等），在集成管井距离管口2～3m处以下设置滤孔，滤孔直径为10mm，滤孔在管壁上按200mm等分布置直至管底。集成管井外包裹80目尼龙滤网9两层。在尼龙滤网9与排水管外壁之间还可以等分设置竖向布置的多根加强筋10，集成管井外壁与尼龙滤网灌入足够的粗砂11。

1.2、水气分离集成管井的布置

对新吹填淤泥质土及含水量高，灵敏度高，承载力低及人员无法进入施工区域的土质，可采用浮船或泡沫板抛置管井的方法直接将管井用人工置入土体内，采取带有加强筋的管井则在置入土体后，在尼龙滤网与集成管井外壁间注入粗砂，以确保管井降水效果；对插管机能进入的施工场地，则用插管机插入管井，并需在孔壁与管井外包裹的尼龙滤网间灌入足够的粗砂，以保证降水效果。

参见图1和图2，对渗透性差的土质，特别是含水量高的淤泥质土，在需加固区域设置外围管井，外围管井布置间距为10m，如遇外围水源丰富的施工区域，则需加设外围管井，外围管井可设置一排或者两排，外围管井布置网格为2m×10m，内层管井布置网格为5×5m。对于浅层（4~6m）软弱地基，外围管井以及内层管井的入土深度为6m；对于深层（6~30m）软弱地基，外围管井以及内层管井的入土深度为30m，实际应用时，可根据土质条件用需加固技术指标，根据试验确定集成管井的布置网格。

1.3、水气分离平衡控制端（以下简称控制端）布置

参见图3，集成管井按所确定的网络布置完成后，在集成管井口安装控制端，参见图3，控制端包括控制端安装管1，控制端安装管1的顶部设置盖板2，盖板2上设置上下贯通布置的排水管3、抽真空管4、电缆线潜水泵固定绳穿管5以及真空调节管6，水气分离调节管6上设置有调节阀7，水气分离调节管6的顶部设置有真空表8。控制端安装管1的长度为500mm，排水管3伸入控制端安装管1内的长度为300mm。

控制端安装管1用铁管制作，其直径小于集成管井内径，控制端安装管1从上端插入集成管井，盖板2为圆形盖板，盖板2的直径大于集成管井内径，盖板2搁置于集成管井顶部。控制端安装管1与集成管井密封连接，密封连接处使用缠绕膜缠绕密封。

集成管井入土深度根据土质条件及地下水位确定,一般可根据设计要求的水位下降值来确定,水位下降值是集成管井深度的2/3,如要求水位下降达到6m,则管井入土深度应为9～10m。

每个集成管井内悬空吊置一个潜水泵，潜水泵功率采用0.75～2.2KW，潜水泵通过绳索吊置在集成管井内并固定，其固定深度根据设计要求的水位降深确定，当降深需6m，则潜水泵吊深在6m左右。潜水泵上连接电缆线，电缆线通过潜水泵固定绳穿管引出控制端与外部的电源连接，潜水泵的排水口通过软管连接排水管3的下端，排水管3的上端也连接软管，该软管通至待处理地基表面开挖的明沟内，明沟的底部铺设防水土工布或者防水薄膜。抽真空管4的上端连接一根抽真空总管，抽真空总管通过外置的真空泵进行抽真空。

水气分离集成管井的工作原理：

真空泵进行抽真空，集成管井内形成真空压力，集成管井内真空压力通过真空表8显示，根据集成管井内水气混合情况，通过调节阀7调节集成管井内真空压力，使抽真空效果可调可控，以达到快速释放土体在动力加固过程中产生的超静孔隙水压力，使土体在动力加固过程中缩短恢复时间。

1.4、集成管井网络连接

各集成管井控制端安装完成后，抽真空管4的上端连接一根抽真空总管，抽真空总管通过外置的真空泵进行抽真空，一般一台真空泵通过抽真空总管连接5～8个集成管井，其连接方式为，采用直径500mm的PVC管作抽真空总管连接数个集成管井，由抽真空总管连接真空泵，真空泵的功率为15KW以上，最适宜的是采用往复式真空泵，因该设备抽气功率大，且工作在纯抽气状态。

抽真空总管连接真空泵与集成管井时，则可将借助抽真空总管对集成管井上部定位，用铁丝绑在集成管井的端口，以确保集成管井垂直。

1.5、集成管井网络连接完成后，则可启动真空泵，检查管接口及连接处密封完好后进行抽水试验，在实际施工时，根据真空表显示以及潜水泵排水情况，及时进行调试，要求真空度达到0.4～0.6MPa，潜水泵正常出水，以确保集成管井的运行正常。

1.6、经试运行正常出水后，对于浅层软弱地基，约1~2天地下水位即能降至地表5m以下，对于深层软弱地基，约5~7天地下水位即能降至地表10~15m以下，此时土体内自由水急剧下降，经真空泵间隙抽真空后，土体内部分结合水被吸出土体而成自由水被排出，土体呈蜂窝状态龟裂，为浆液注入通畅创造条件。

步骤二、建立密封层

对于浅层（4~6m）软弱地基，建立密封层可采取注浆法及铺膜法，本例采取注浆法，在浅层预压施工实践中，特别是对人员无法进入的流塑状土体，经浅层真空预压后其承载力仅为50KPa，且失败的较多。因此，采取注浆法建立密封层，不但可增加对下卧土体的预压荷载，而且经注浆后表层土体其承载力可达到60KPa以上，可大大缩短下卧土体的预压时间并提高其承载力。

对于浅层（6~30m）软弱地基，建立密封层可采取注浆法、表层压实法或铺膜法，本例采取注浆法，注浆层厚6m。采取注浆法建立密封层，不但可增加对下卧土体的预压荷载，而且经注浆后表层土体其承载力可达到60KPa以上，可大大缩短下卧土体的预压时间并提高其承载力。

2.1、注浆设备采用振动钻机造孔，并直接利用钻杆注浆，由于前述通过水气分离集成电路井，在真空抽吸作用下减少了对土体的扰动，钻杆和土体密实接触，确保在固定层位注浆浆液扩散均匀。

2.2、总注浆量计算方式:Q=A×N×a

式中：A—注浆有效范围

      N—土的孔隙率（%）

      a—通过实际获得的充填率（%）

2.3、浆液配比

浆液配比根据加固的技术及目的确定，对于为了提高地基的承载力或内聚力要求，则可使用高强度的浆液，如选用水泥、粉煤灰制成浆液：其配比为：

注浆材料为：42.5#普通硅酸水泥

水灰比：0.55～0.60

每立方浆液含有：水泥710Kg

                粉煤灰240Kg

水泥、粉煤灰配比在施工过程中可根据设计要求及地质条件适当调整。

对于提高土质的渗透性能，防止反弹的则可在水泥、粉煤灰中掺入玻璃水制成浆液，其配比为：采用42.5#普通硅酸盐水泥、粉煤灰和水玻璃混合液（水玻璃模数为3.0～3.3）配制。配比在施工过程中可根据设计要求及地质条件适当调整。

2.4、注浆技术要求

施工参数如下：注浆压力：0.2～0.5MPa

注浆泵排量：15～20升/分

每立方土体注入量：160～200升

2.5、注浆孔的设置及注浆试验：

在注浆前，需根据设计要求及土质条件，先进行1～2个孔进行注浆试验，通过注浆试验，确定每孔注浆浆液延伸的距离及时间，以及每孔内每段注浆时间及注浆量。

注浆孔设置在两个相邻集成管井中间，注浆顺序根据加固目的确定，如需在加固的同时抬高地基，则由外向内注浆；如仅为加固地基则可采取由内向外注浆的方法进行。

2.6、注浆质量控制：

注浆压力控制在0.3～0.5MPa，流量8~10L/min，邻孔注浆间隔不宜大于24h，以免浆液凝固，注浆时应根据压力和注浆速度及时调整注浆量，在没有压力或压力较小的情况下，可适当增加注浆量；压力过高或发生冒浆时，应当立即停注，等待查明原因后方可继续注浆。

当发现水气分离集成管井内置潜水泵排出浑水，说明浆液已到达管井周边，应立即停止该集成管井运行。

在实际施工过程中，对龟裂土的处理需认真对待，当发现裂缝冒浆时，则需先将裂缝处补填浆液，2~3天后等浆液凝固后再行注浆，以保证浆脉对土体孔隙的填充作用；随着需加固土体在注浆过程中会产生抬高现象，可根据场地标高要求，通过注浆孔每段浆液的注入量控制场地高程。

步骤三、预压加固

3.1、注浆结束2~7天后，在集成管井端口连接水气分离控制端，控制端连接真空泵，进行抽真空，真空度稳定在60～80KPa/m³；与此同时，在土体表层设立沉降标，每天测量在预压加固期土体的沉降量。

3.2、抽真空结束标准：实测地面沉降速率10天平均沉降量小于或等于2mm/天；根据实测沉降推算的固结度达到设计要求的85％以上时。

3.3、当满足抽真空结束条件后，方可进行卸载，卸载应分级进行，即通过水气分离集成管井控制端上的真空度调节阀，进行分级减压。

对于浅层软弱地基，通过形成的“密封层”和插入深度达6m的水气分离管井进行抽真空，此时上部注浆层在作为密封层的同时，对1m以下土体抽真空的条件下又作为堆载层，形成10~16KPa的载荷，在1m以下通过80KPa的抽真空，软弱地基在上部载荷及下部抽真空的条件下，相当于载荷90KPa以上，达到了堆载联合真空预压效果。

对于深层软弱地基，通过形成的6m“注浆密封层”和插入深度达30m的水气分离管井进行抽真空，此时上部注浆层在作为密封层的同时，对6m以下土体抽真空的条件下又作为堆载层，形成90~100KPa的载荷，在6m以下通过80KPa的抽真空，软弱地基在上部载荷及下部抽真空的条件下，相当于载荷170~180KPa以上，达到了真空联合堆载预压效果。

步骤四、回填管井

4.1、拔除水气分离控制端，取出管井内置潜水泵，利用管井周边的砂土填入管井内，在回填管井的同时，用插板机振动边回填边振实，直到回填到场地平。回填过程采取分层回填，逐级捣实。

4.2、实际施工过程中还可根据建设需要，留置土建工程所需的管井，以备在基坑开挖时使用，这样，又可为建设方节约建设费用。

在本方法实施过程，辅以信息化监测，特别是水气分离过程中地下水位、满足不同土层的水气分离平衡真空度以及预压过程中的沉降量以及水平、侧向位移、孔隙水压力消散的监测等，通过这些在实施过程所反应出的信息，为软弱地基分离注浆预压法提供工艺调整。

Claims (1)

1.一种软弱地基分离注浆预压法，其特征在于该方法包括以下工艺步骤：

步骤一、快速分离降水

需加固区域根据地质条件及设计要求，插入所需深度集成管井，抽真空降水，降低土体含水量；

步骤二、建立密封层

当土体经真空降水到表层龟裂、土体呈蜂窝状态后，通过对表层土体进行注浆，铺密封膜或压密方式建立真空预压所需的密封层，其目的是为下一步的真空预压而将需加固土体与大气隔绝，以保证需加固土体的真空负压对土体的压缩及排水作用，从而达到土体的加固压实；

步骤三、预压加固

上部密封层为堆载层，形成上部载荷，下卧土体通过集成管井抽真空形成60~80KPa真空度的条件下，建立真空预压效果，当满足抽真空结束条件后,进行分级减压卸载；

步骤四、回填管井

拔除水气分离控制端，取出管井内置潜水泵，利用管井周边的砂土填入管井内，在回填管井时，用插板机振动边回填边振实，直到回填到场地平。