CN104762951A - 二次直排式真空预压处理新吹填淤泥造陆的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二次直排式真空预压处理新吹填淤泥造陆的施工方法，通过对新吹填淤泥分层、分步加固，使真空预压法处理吹填软土地基不再受吹填完成后自然疏干时间的限制，有效的缩短造陆工期。在实施真空预压过程中，浅层排水预处理及深层真空预压先后二次作用于含水量高、土质差、地基承载力低的新吹填淤泥层，实现了投入的优化整合，保证了淤泥地基处理质量。同时由于采用浅层预处理结合吹填粉砂构筑工作层，使深层真空预压机械化程度和效率大幅提高、工作面更加稳固、现场施工环境更加整洁、施工过程更加流畅有序。
Description
技术领域
本发明涉及土体排水固结技术领域，特别是涉及一种二次直排式真空预压处理新吹填淤泥造陆的施工方法。
背景技术
真空预压技术是目前沿海、内河吹填造陆所广泛应用的施工技术，该技术能在较短的时间内将吹填淤泥层及设计深度内的底层原状淤泥处理至承载力不小于80Kpa，从而形成承载能力较高的陆基，大幅的缩减建筑物基础处理投入。
一般处理工艺为在软土地基上通过铺设土工织物、荆笆、素土等，构筑施工工作层；其上铺设中粗砂垫层构筑水平排水层；打设塑料排水板；在中粗砂垫层中布设汇水滤管并安装出膜装置；铺设密封膜；安装射流真空泵抽排水、气形成负压，使土体逐步固结，从而达到对地基进行处理的目的。但由于新吹填淤泥土体含水率极高，达到100％以上，且土颗粒中富含的超细颗粒悬浮于水中，若按常规真空预压施工，将使土体中不稳定的超细颗粒在渗流力作用下向塑料排水板汇聚，并粘附于排水板表面，最终形成渗透系数很小的泥膜，阻断真空负压的传递，阻碍土体内的水向排水板渗流，造成排水板失效，从而导致该泥层处理不能达到使用要求。因此，如何有效地对新吹填淤泥进行处理成为急需解决的技术问题。
发明内容
本发明是针对现有技术中存在的技术缺陷，提供一种二次直排式真空预压处理新吹填淤泥造陆的施工方法。
为实现本发明所采用的技术方案是：
一种二次直排式真空预压处理新吹填淤泥造陆的施工方法，包括浅层排水预处理步骤和深层真空预压步骤，其中浅层排水预处理步骤包括以下子步骤：
1.1)在新吹填的淤泥上依次铺设至少一层编织布和土工布以构筑人工作业垫层；
1.2)人工插设正方形布置间距为0.7m-0.8m、入泥深度4.5m竖向塑料排水板；
1.3)布设水平滤管，将竖向排水板与滤管绑扎连接，形成纵向滤管网；
1.4)每隔20-30m设置横向连接滤管1道，采用四通管件与纵向滤管网相连，形成纵、横向滤管排水管网；
1.5)在滤管网上铺设土工布1层，并在土工布上铺设密封膜2层，形成密闭空间；
1.6)通过出膜装置将抽真空系统与滤管网联通，真空压力在0.6-0.7MPa；
所述的深层真空预压步骤包括以下子步骤；
2.1)在具有预定承载力的密封膜上采用水力冲填粉砂0.4-0.8m，与处理后的表层土体共同构成深层排水板打设桩机工作层；
2.2)打设间距0.7-1.0m、正方形布置的深层竖向排水板，插设深度贯穿强度较低、压缩性较大的欠固结土层；
2.3)铺设水平滤管，并将塑料排水板与滤管绑扎连接，形成纵向滤管网；
2.4)每隔20-30m设置横向滤管一道，采用四通管件与纵向滤管网相通，形成纵、横向滤管排水管网，并将滤管网埋入粉砂层；
2.5)粉砂层表面铺设土工布保护层一层，土工布上铺设密封膜三层，形成密闭空间；
2.6)深层真空预压抽真空阶段，抽真空系统通过出膜装置与滤管网联通后进行抽真空施工；真空压力为0.8-0.9MPa；当按实测地表沉降曲线推算的固结度＞90％且连续5-10天实测沉降速率不大于2.5mm/d即可终止抽真空施工。
首先对新吹填的含水率极高的土层进行浅层排水固结预处理，方法是在新吹填淤泥表面铺放编织布和土工布，然后人工插设竖向塑料排水板，并将排水板与纵向水平滤管连接，再布设横向滤管形成水平排水管网，铺膜密封后安装真空射流泵进行浅层抽水固结，其采用较低的真空压力抽排土体内的水份，使浅层土体含水率逐步降低，使原本悬浮于土体中的超细颗粒逐步稳固，使浅表层地基承载力得到改善，并辅以水力充填粉细砂垫层来满足后续深层机械插板需要。深层塑料排水板插设完成后布设纵、横向水平排水管网，铺膜密封后安装真空射流泵，对整个插板土层进行真空预压处理，从而达到提高地基承载力的目的。
所述的步骤1.3)和2.3)中布设纵向滤管时，每隔两排塑料排水板设置一根纵向滤管，并使排水板与滤管直接相连，纵向滤管布设于相邻两排排水板中部。
所述的步骤1.6)的抽真空系统为均布的用以中浅层排水固结的真空泵，布泵密度为1000-1400m2/台，抽真空施工分为预抽、正式抽气2个时段，预抽期10-30天，期间轮换开启1/5-1/3的真空泵，使真空压力缓慢上升，并维持在0.25-0.35MPa；正式抽气期间真空泵全部开启，使真空压力逐步提升至0.6-0.7MPa，并恒载抽气30-50天后停止。
所述的步骤2.6)中抽真空系统为均布的射流真空泵中，布泵密度为800-1200m2/台，抽真空分为预抽、正式抽气2个阶段，预抽期8-12天，期间轮换开启1/3的真空泵，使真空压力缓慢上升，并维持在0.6-0.7MPa，正式抽气期间真空泵全部开启，使真空压力逐步提升至0.8-0.9MPa；恒载抽气90-120天进行结合监测结果停止抽真空。
所述的步骤1.6)中的抽真空系统为并联式真空预压抽真空系统，其包括抽气装置、抽水装置，与所述的抽气装置连通的抽气主管，与所述的抽水装置连通并设置在抽气主管下方的抽水主管，还包括多个分别与所述的抽气主管连通的抽气支管，多个分别与所述的抽气支管一一对应且设置在抽气支管下方并与所述的抽水主管连通的抽水主管，滤管网的抽气孔连接有引出管，所述的引出管经T形三通管接入抽气支管和抽水支管，抽真空施工分为预抽、正式抽气2个时段，预抽期10-30天，使真空压力缓慢上升，并维持在0.25-0.35MPa；正式抽气期间使真空压力逐步提升至0.6-0.7MPa，并恒载抽气30-50天后停止。
所述的步骤2.6)中的抽真空系统为并联式真空预压抽真空系统，其包括抽气装置、抽水装置，与所述的抽气装置连通的抽气主管，与所述的抽水装置连通并设置在抽气主管下方的抽水主管，还包括多个分别与所述的抽气主管连通的抽气支管，多个分别与所述的抽气支管一一对应且设置在抽气支管下方并与所述的抽水主管连通的抽水主管，滤管网的抽气孔连接有引出管，所述的引出管经T形三通管接入抽气支管和抽水支管，抽真空分为预抽、正式抽气2个阶段，预抽期8-12天，使真空压力缓慢上升，并维持在0.6-0.7MPa，正式抽气期间使真空压力逐步提升至0.8-0.9MPa；恒载抽气90-120天进行结合监测结果停止抽真空。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
为解决土体中超细颗粒阻塞排水板问题，本工艺首先对浅层含水率极高的土层进行预处理。采用较低的真空压力抽排土体内的水份，使浅表层土体含水率逐步降低，土体中的超细颗粒逐步稳固，从而降低排水板淤堵风险，并使地基承载力得到改善，最后机械插设深层排水板，并对深层土体进行真空预压处理，达到提高地基承载力的目的。
附图说明
图1所示为本发明的出膜装置的结构示意图；
图2所示为本发明的并联式真空预压抽真空系统的结构示意图；
图3所示为引出管连接示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的二次直排式真空预压处理新吹填淤泥造陆的施工方法，包括浅层排水预处理步骤和深层真空预压步骤。
其中，浅层排水预处理步骤包括以下子步骤：
1.1)在新吹填的淤泥上依次铺设至少一层编织布和土工布以构筑人工作业垫层；
1.2)人工插设竖向排水板，间距为0.7m-0.8m，正方形布置，入泥深度4.5m；人工插板对吹填土有一定的扰动，一般插板后晾置15天左右，使排水板周围扰动的土体自然泌水固结，避免浅层抽气时，超细颗粒向排水板聚集而淤堵排水板；
1.3)每隔两排塑料排水板设置一根纵向水平滤管，然后将排水板与滤管进行绑扎连接，形成纵向滤管网；在将排水板与滤管绑扎时，使排水板的板头向下弯折，绕过滤管，用锥子在排水板重合处扎眼，用塑料绳穿孔绑扎，以保证连接处牢固，塑料滤管与排水板绑扎完成后，用20cm×50cm的土工布对板管连接处进行包裹，包裹完成后用塑料绳子再绑扎牢固，从而防止浅层抽水时地表细颗粒土进入水平排水管网；
1.4)每隔20-30m设置横向连接滤管一道，采用四通管件与纵向滤管网相通，形成纵、横向滤管排水管网；
1.5)在滤管网上铺设土工布一层，并在土工布上铺设密封膜二层，形成密闭空间；
1.6)浅层排水固结阶段的真空射流泵按密度1200m2/台沿预压区均匀布设，并通过出膜装置与滤管网的抽气孔联通后进行抽真空施工，抽真空分为预抽、正式抽气2个时段，预抽期一般15-30天，期间轮换开启1/5-1/3的真空泵，使真空压力缓慢上升，并维持真空压力在0.25-0.35MPa；正式抽气期间真空泵全部开启，使真空压力逐步提升至0.6MPa左右，并恒载抽气30-50天。
浅层预处理采取缓慢加压、低压(0.6Mpa)抽排的措施，使土颗粒间水流以较低流速运动，降低超细土颗粒随水向排水板移动的风险，从而降低排水板外围泥膜形成的风险，避免排水板淤堵、增强排水性，从而使土体逐步固结，有效的保证了土体预处理质量。
深层真空预压步骤包括以下子步骤；
2.1)在具有预定承载力的密封膜上采用水力冲填粉砂0.4-0.8m，与处理后的表层土体共同构成深层排水板打设桩机工作层。吹砂时应根据基面承载力情况分层吹砂，避免因盲目加载造成下层软弱土体变形破坏。砂性土在吹填过程中以15m为间距测放高程控制网格点，吹砂控制厚度应略大于设计厚度，预留砂性土排水后沉降量，砂垫层吹填完成后，将砂层之上的明水排除。
2.2)机械打设深层竖向塑料排水板，间距一般为0.7-1.0m、正方形布置，插设深度贯穿压缩性较大的欠固结土层；如天津沿海地区一般插设深度为-13米，深层排水板打设设备采用轨道式独臂打板机进行打设。
2.3)铺设水平滤管，并将塑料排水板与滤管绑扎连接，形成纵向滤管网；
2.4)每隔20-30m设置横向滤管一道，采用四通管件与纵向滤管网相通，形成纵、横向滤管排水管网，并将滤管网埋入粉砂层；
2.5)粉砂层表面铺设土工布保护层一层，土工布上铺设密封膜三层，形成密闭空间。密封膜铺设前先完成压膜沟开挖，压膜沟采用挖掘机开挖，开挖深度应挖透砂垫层及浅层处理的工作垫层，并深入不透气层1.0m以上，部分夹砂层难于挖透时应采取开挖换填的方式进行密封处理或施作粘土幕墙。开挖出的土方沿沟两侧堆放并整理成分区隔埝。沟内排水板不得剪断，应延沟壁引出埋入砂层不少于20cm，并与滤管进行连接。
2.6)安装射流真空泵并通过出膜装置与滤管网联通，进行抽真空施工。抽真空分为预抽、正式抽气2个时段。预抽期约10天，期间轮换开启1/3的真空泵，使真空压力缓慢上升，并维持真空压力在0.6MPa左右；正式抽气期间真空泵全部开启，使真空压力逐步提升至0.8-0.9MPa；并恒载抽气90-120天；深层真空预压布泵密度一般为1000m2/台。
深层真空预压期间，在各个预压小区内设置有深层分层沉降仪、孔隙水压力计和地表沉降标，在加固外围2.0m左右布置水位观测仪和测斜仪。为进行区内膜下真空度观测，各个真空预压区还设置有真空压力侧头，其位置安放在加固区四角及中部，距区内真空泵不少于15m，且远离水平管网。
2.7)达标卸载：当按实测地表沉降曲线推算的固结度＞90％；连续5-10天实测沉降速率不大于2.5mm/d即可终止。
其中，具体地说，如图1所示，所述的出膜装置包括与所述的水平纵管连通的下法兰管16，与所述的下法兰管固定连接的上法兰管17，所述的上法兰管和下法兰管间设置有上密封环和下密封环，所述的密封膜15被夹持在上密封环和下密封环间且中心形成有与所述的上法兰管匹配的通孔，同时在所述的密封膜下方的下法兰管周围设置有圆台形粉砂堆。采用圆台形辅助定位，有效提高了下密封管的定位稳定性，同时上下法兰管的法兰连接，增大了与密封膜的接触面积，同时通过密封环夹持，避免了密封膜受损，提高整体的密封质量。
如图2和3所示，本发明的抽真空系统除可采用分布式真空泵外，还可采用的并联式真空预压抽真空系统，具体地说，其包括抽气装置1、抽水装置2，与所述的抽气装置1连通的抽气主管3，与所述的抽水装置2连通并设置在抽气主管下方的抽水主管4，还包括多个分别与所述的抽气主管连通的抽气支管5，多个分别与所述的抽气支管5一一对应且设置在抽气支管下方并与所述的抽水主管连通的抽水主管6，滤管网10的抽气孔11连接有引出管7，所述的引出管的端部设置有三通管8，所述的三通管的另外两个端口分别接入抽气支管5和抽水支管6。其中，所述的抽水支管和抽气支管、抽气主管和抽水主管分别固定设置在多个管支架9上，所述的抽气支管由与所述的支架保持夹角的斜板12定位支撑，采用斜板夹持式定位，架设便利易于后期拆卸，其中，所述的引出管为在竖直面内具有折弯的弯管，所述的弯管的最高点高于三通管8，利用折弯式设计，汽水混合物经过折弯后能进行初步分离，然后在进入三通管后再次进行汽水分离。采用本系统进行抽真空作业可采用高能效、高技术含量的大型设备，大幅减少施工期间维护工作量，降低工程造价。其中，所述的抽真空装置和抽水装置分别为射流真空泵，共设置两套，其中一套主要用于抽排水，真空预压前期出水量较大，后期随着出水量的减少可兼起抽气功能。采用上述抽真空系统后，在具体抽真空的真空度和时间阶段与上述类似，只需将上述的轮换数量替换为相应的机组替换或者功率切换即可，在此不再赘述。
本发明的抽真空系统采用集中式并联设置，分别设置抽真空装置和抽水装置，然后通过抽气主管、抽水主管、抽气支管和抽水支管构建的管网连通至每个抽气孔，同时，在抽气孔处利用弯管设计和三通将气液分离，使滤管网内抽出的气体和液体分别进入抽气支管和抽水支管，最终汇入抽气主管和抽水主管分别处理，自抽气孔出来即进行汽水分离，使抽气主管和抽气支管内真空压力传导介质由水气混合物转化为近似纯气体，单位长度管道摩阻造成的真空压力损失大幅减小，而且采用真空压力集中传输，有效改变目前普遍采用的一个抽气孔接引一台射流真空泵的作业方式，从而大幅提高能效，降低工程成本。
优选地，所述的三通管为T形三通管，与引出管接入端位于同一直管上的端口与抽水支管连通，相对的旁通口接入抽气支管，这样，利用液体的惯性，能在三通管处进一步实现汽水分离。
本发明通过对新吹填淤泥分层、分步加固，使真空预压法处理吹填软土地基不再受吹填完成后自然疏干时间的限制，有效的缩短造陆工期。在实施真空预压过程中，浅层排水预处理及深层真空预压先后二次作用于含水量高、土质差、地基承载力低的新吹填淤泥层，实现了投入的优化整合，保证了淤泥地基处理质量。同时由于采用浅层预处理结合吹填粉砂构筑工作层，使深层真空预压机械化程度和效率大幅提高、工作面更加稳固、现场施工环境更加整洁、施工过程更加流畅有序。
本发明大量的使用了土工材料如编织布、土工布、滤管等工业产品，与常规工法相比，避免了使用素土、竹笆、荆笆、竹篙等地材或农副产品，降低了操作人员劳动强度、提高了施工平均操作质量，加快了施工进度
另外，真空预压水平排水通道的作用是将竖向排水板导出的地下水收集并排除，本工艺将排水板直接与滤管缠绕绑扎，并辅以粉砂层掩埋，从排水能力角度分析，由于排水板与滤管连接，排水能力远优于常规真空预压所采取的中粗砂垫层；在保证排水通道免受淤泥污染方面，由于采用粉砂掩埋，而且粉砂资源众多，如唐山海滩即有大量资源，通过海运直接运输还能进一步节省成本，也可起到一定的排水作用，故本发明直排式真空预压总体排水效果优于中粗砂垫层结构。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种二次直排式真空预压处理新吹填淤泥造陆的施工方法，其特征在于，包括浅层排水预处理步骤和深层真空预压步骤，其中浅层排水预处理步骤包括以下子步骤：
1.1)在新吹填的淤泥上依次铺设至少一层编织布和土工布以构筑人工作业垫层；
1.2)人工插设正方形布置间距为0.7m-0.8m、入泥深度4.5m竖向塑料排水板；
1.3)布设水平滤管，将竖向排水板与滤管绑扎连接，形成纵向滤管网；
1.4)每隔20-30m设置横向连接滤管1道，采用四通管件与纵向滤管网相连，形成纵、横向滤管排水管网；
1.5)在滤管网上铺设土工布1层，并在土工布上铺设密封膜2层，形成密闭空间；
1.6)通过出膜装置将抽真空系统与滤管网联通，真空压力在0.6-0.7MPa；
所述的深层真空预压步骤包括以下子步骤；
2.1)在具有预定承载力的密封膜上采用水力冲填粉砂0.4-0.8m，与处理后的表层土体共同构成深层排水板打设桩机工作层；
2.2)打设间距0.7-1.0m、正方形布置的深层竖向排水板，插设深度贯穿强度较低、压缩性较大的欠固结土层；
2.3)铺设水平滤管，并将塑料排水板与滤管绑扎连接，形成纵向滤管网；
2.4)每隔20-30m设置横向滤管一道，采用四通管件与纵向滤管网相通，形成纵、横向滤管排水管网，并将滤管网埋入粉砂层；
2.5)粉砂层表面铺设土工布保护层一层，土工布上铺设密封膜三层，形成密闭空间；
2.6)深层真空预压抽真空阶段，抽真空系统通过出膜装置与滤管网联通后进行抽真空施工；真空压力为0.8-0.9MPa；当按实测地表沉降曲线推算的固结度＞90％且连续5-10天实测沉降速率不大于2.5mm/d即可终止抽真空施工。
2.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述的步骤1.3)和2.3)中布设纵向滤管时，每隔两排塑料排水板设置一根纵向滤管，并使排水板与滤管直接相连，纵向滤管布设于相邻两排排水板中部。
3.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述的步骤1.6)的抽真空系统为均布的用以中浅层排水固结的真空泵，布泵密度为1000-1400m2/台，抽真空施工分为预抽、正式抽气2个时段，预抽期10-30天，期间轮换开启1/5-1/3的真空泵，使真空压力缓慢上升，并维持在0.25-0.35MPa；正式抽气期间真空泵全部开启，使真空压力逐步提升至0.6-0.7MPa，并恒载抽气30-50天后停止。
4.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述的步骤2.6)中抽真空系统为均布的射流真空泵中，布泵密度为800-1200m2/台，抽真空分为预抽、正式抽气2个阶段，预抽期8-12天，期间轮换开启1/3的真空泵，使真空压力缓慢上升，并维持在0.6-0.7MPa，正式抽气期间真空泵全部开启，使真空压力逐步提升至0.8-0.9MPa；恒载抽气90-120天进行结合监测结果停止抽真空。
5.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述的步骤1.6)中的抽真空系统为并联式真空预压抽真空系统，其包括抽气装置、抽水装置，与所述的抽气装置连通的抽气主管，与所述的抽水装置连通并设置在抽气主管下方的抽水主管，还包括多个分别与所述的抽气主管连通的抽气支管，多个分别与所述的抽气支管一一对应且设置在抽气支管下方并与所述的抽水主管连通的抽水主管，滤管网的抽气孔连接有引出管，所述的引出管经T形三通管接入抽气支管和抽水支管，抽真空施工分为预抽、正式抽气2个时段，预抽期10-30天，使真空压力缓慢上升，并维持在0.25-0.35MPa；正式抽气期间使真空压力逐步提升至0.6-0.7MPa，并恒载抽气30-50天后停止。
6.如权利要求5所述的施工方法，其特征在于，所述的引出管为弯管，所述的弯管的最高点高于三通管。
7.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述的步骤2.6)中的抽真空系统为并联式真空预压抽真空系统，其包括抽气装置、抽水装置，与所述的抽气装置连通的抽气主管，与所述的抽水装置连通并设置在抽气主管下方的抽水主管，还包括多个分别与所述的抽气主管连通的抽气支管，多个分别与所述的抽气支管一一对应且设置在抽气支管下方并与所述的抽水主管连通的抽水主管，滤管网的抽气孔连接有引出管，所述的引出管经T形三通管接入抽气支管和抽水支管，抽真空分为预抽、正式抽气2个阶段，预抽期8-12天，使真空压力缓慢上升，并维持在0.6-0.7MPa，正式抽气期间使真空压力逐步提升至0.8-0.9MPa；恒载抽气90-120天进行结合监测结果停止抽真空。
8.如权利要求7所述的施工方法，其特征在于，所述的引出管为弯管，所述的弯管的最高点高于三通管。
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