CN105019425B - 一种排水体和固化层组合地基结构的施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种排水体和固化层组合地基结构的施工方法，包括步骤：固化表层土；插设排水体；铺设透水砂石垫层；根据排水体的类型选择采用真空预压排水或者堆载预压排水工艺。本施工方法处理深度深，承载力高，特别是可大幅减少工后沉降；且造价可大幅降低，适用于一般路段的路基、仓储堆场、普通厂房、绿化用地等对工后沉降要求相对较低的情况。

Description

一种排水体和固化层组合地基结构的施工方法

技术领域

本申请涉及一种地基处理方法，特别涉及一种排水体和固化层组合地基结构的施工方法，特别适用于表层为吹填土、淤泥土、滩涂淤泥等无硬壳层软土地基的处理工程中。

背景技术

随着工程建设的快速发展，用地需求急剧增加，建设和用地需求与土地不足的矛盾日渐突出。为解决矛盾，目前在沿海地区出现了大量的围海造地工程，今后此类工程和人工岛工程还将层出不穷。由于环保和传统的开山填海等方式限制及造价的增加，优良填料资源的获取日益困难，因此造地工程、海洋滩涂围垦、人工岛工程等填土来源主要采用吹填土、疏浚淤泥等超软土、废弃淤泥等为主。但这些新填土或者原有的海滩土一般都是淤泥或超软土为主，强度极低，施工人员无法进入，无法直接达到造地使用的承载要求，无法进行道路、堆场等工程的开发和建设。这些工程均首先面临着大面积的软基处理问题。

在地基处理技术中，造价最低的和应用最广的方法即为排水预压法，当无堆载填料或者工期比较紧张的时候，往往采用真空预压法。但由于这类地基处理工程中，上部吹填淤泥含水量极高，强度低，一般都属于超软土或淤泥土，不像一般的地基表面存在着硬壳层，因此设备和人员无法直接进入，传统的机械化的地基处理工艺难以直接使用：如插设排水板的设备无法直接上去打设深层处理用的排水板。针对这种情况，目前工程界对这种无硬壳层的地基采用两类方法进行处理。一类是传统的一次性真空预压法，但需要预先铺设土工布、篱笆、荆条等大量辅助材料后，再采用逐步推进填砂的方法填筑砂垫层，形成的砂垫层需要很厚，一般1.5~2米左右，才能满足插板设备进入插设排水板和真空预压施工的需要，然后进行真空预压，这种工艺在真空预压之前需要填筑大量的土工布、篱笆、荆条等辅助设施，更需要大量的砂料，费用很高，且目前优质砂石料来源很困难，在超软土地基上填筑砂石料，施工较慢，砂料浪费较多，工期较长。第二类方法采用浅层真空预压处理，然后再采用二次深层真空预压处理方法，浅层真空预压处理时由于机械设备无法进入先采用人工插板，先在软土地基上搭泡沫板及连接杆组成的浮筏或浮桥，然后人工小心地站在浮筏上采用撑杆将塑料排水板尽可能地插入淤泥中，然后再人工布置滤管、密封膜等，进行无砂垫层的真空预压，抽真空的时间需要3个月或以上后，拆除滤管滤膜等即完成第一次浅层真空预压处理。但这种人工插板的方式插设深度有限，一般在4米以内，最深不超过5米，仅能穿透新近吹填的流动状的淤泥，因此为浅层预处理，处理后的强度也不高，一般为50-55kN/m²的承载力左右，甚至更低，这种真空预压浅层处理方式，是无法满足上部建筑如道路工程、港口仓储堆场工程等承载要求，甚至大型机械设备的进入也很困难，另外由于真空预压处理后表层土各点强度的不均匀性，也导致施工机械倾倒的危险，而且下部排水板未打设部分的软土基本上未得到处理。这时需要再进行宕渣、砂石料等填筑（一般约1米左右）后进行交地开发。若进行道路、堆场仓储等工程开发建设还需要进行二次深层处理。这时，还需要铺设一定厚度的砂垫层后才能满足排水板机的施工要求，再进行深层排水板的打设，如打穿原有的软土层，然后再重新铺设滤管滤膜进行第二次真空预压处理。这种二次真空预压法，由于第一次真空预压仅为浅层处理，仅为二次预压施工提供方便，不仅和第一类方法类似，造价高，且增加了4个月以上的施工工期，效率低，影响了造地工程的开发进度和效率，而且在类似沼泽地中进行插板、真空预压施工的操作有很大的危险性。

综上所述，尽管工程中已有一些针对超软土地基的处理方法，也取得了较好的加固效果，但在实际应用过程中均显示出了一些不足。鉴于此，为了丰富超软土地基的处理方法，更好的满足超软土地区工程建设的实际需要，目前亟需申请一种既可满足地基承载能力要求，又能方便施工的新型地基处理方法。

申请内容

本申请的目的是针对表层为吹填土、淤泥土、滩涂淤泥等无硬壳层软土地基深层处理工程，克服现有技术的缺陷，提出先表层硬化后形成固化层再进行排水预压（包括传统真空预压、堆载预压等）有机结合的地基处理方法，形成排水体和固化层组合结构。

本申请通过以下技术方案实现的：

一种排水体和固化层组合地基结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一，固化表层土，在原位土表层采用搅拌设备将固化材料与原位土进行均匀混合就地固化，使之形成固化层；

步骤二，插设排水体，当固化层的承载力满足施工设备和人员的安全进入的要求时，在该固化层上进行排水体的插设施工；

步骤三，在固化层表面铺设透水砂石垫层；

步骤四，根据设计要求选择采用真空预压排水或者堆载预压排水工艺。

所述步骤一中采用搅拌设备对原位土进行竖直上下搅拌固化，逐步搅拌深入到设计要求的固化深度，并在深入搅拌的同时喷洒固化剂，直至设计深度后缓慢上提搅拌设备并继续搅拌和喷洒固化剂，直至搅拌均匀。

所述步骤一中固化层的厚度为0.5~3m，且固化层的抗压强度为60~500kPa。

步骤二中所述排水体是塑料排水板、砂井、碎石井或立体排水体。

所述步骤二中，当固化层强度较高使得排水体无法顺利插设时，采用在固化后立即插入管道，等待初凝后拔出该管道，从而形成插设排水体的预留孔，或者在固化层上位于排水体的周围进行引孔和机械局部开挖，从而使排水体顺利打设。

所述步骤二中，当工期较短，固化后需要立即进行排水体施工时，为满足施工机械能够快速进入，采用增加固化层厚度或在常规固化剂的基础上添加早强剂或缓凝剂的办法。

本申请采用上述技术方案具有以下有益效果：

（1）与以往的一次性深层真空预压相比，本申请可节约大量的砂垫层，节约造价。

（2）与浅层真空预压相比，本申请的承载力高，工后沉降明显减小，处理深度大，施工安全性好，避免了过多的人工操作。

（3）与当前常用二次真空预压处理相比，本申请采用一次性真空预压处理，可节约造价，并大幅节约工期，表层承载力高，沉降均匀，并且由于板体的存在，对下部预压排水产生封闭作用，提高整体承载力。

（4）本申请与将吹填土等表层软土全部就地固化的方法相比，淤泥固化的工程量大为减少，节约造价，而与仅表面部分固化的浅层就地固化处理方法相比，由于下部的未固化土得到了预压处理，处理深度深，承载力高，特别是可大幅减少工后沉降；而与浅层固化加复合地基、桩基等方法相比，造价可大幅降低，适用于一般路段的路基、仓储堆场、普通厂房、绿化用地等对工后沉降要求相对较低的情况。

（5）本申请可在固化层的深度设计和固化剂添加量设计工艺上进行时间配合的合理设计，在浅层固化的施工过程中对浅部固化土的强度进行随时监测和控制，浅层固化达到机械进入的承载力要求后应立即进行深层排水体的机械施工，同时根据施工机械的不同，在固化土强度未达到较高之前应将排水体施工完毕，控制方法有二：一是时间控制，在未达到较高强度时即进行排水板施工，二是添加剂控制，控制固化土的强度合理增长，使两者施工工艺合理搭配。

综述所述，本申请提出的方法与现有的方法和技术相比可减少工期，大幅节约砂石用量，节约造价，施工安全便捷，处理深度深，承载力高、工后沉降较小的优点。

附图说明

图1显示了搅拌设备的整体结构；

图2显示了刀片机构的整体结构；

图3显示了排水体和固化层组合地基结构的施工过程；

图3-a是表层土就地固化的施工过程；

图3-b是在固化层上进行排水体施工的过程；

图3-c是固化层与排水体组合承载的地基结构施工完成的示意图；

图中：1-搅拌臂；2-混合滚轴；3-刀片机构；31-刀片一；32-刀片二；4-固化剂输料管；5-喷雾装置。

具体实施案例

某围海造地工程，原地基下为20m厚的软土，后又吹填平均厚度为5米的淤泥，该场地上的工程主要为道路工程和堆场。经地基处理后要求今后建设道路承载力不小于80kPa，堆场不小于120kPa。

建设道路工程或堆场时，本申请所述的地基结构可按下述方法进行施工：

步骤一，固化表层土，在原位土表层采用搅拌设备将固化材料与原位土进行均匀混合就地固化，使之形成固化层；固化层的厚度为0.5~3m，且固化层的抗压强度为60~500kPa。

如图3所示，固化层可采用就地固化设备进行，将原位土进行适当整平，在原位土层中确定固化区，将固化设备开进预设位置，当机械设备无法直接开进软土处理区域时，需要利用周围的便道，先固化靠岸边区域，然后逐步推进向处理区域内推进，通过固化剂自动定量供料设备和输料管将固化剂输送到就地固化设备的搅拌头中，在固化区中形成0.5~3m厚的固化层。在已完成的固化层上面可进行排水体的施工，排水体的间距根据设计要求确定。

搅拌设备可采用带Allu公司的PMX系列强力搅拌头或一种如图1所示的搅拌设备，包括搅拌臂1，搅拌臂1底部两侧具有向内倾斜的两斜面，在每个斜面上分别设置有至少一个混合滚轴2，混合滚轴2由驱动设备驱动旋转，混合滚轴2呈截顶圆锥形；所述混合滚轴2上分布有刀片机构3；所述搅拌臂1内部安装有可伸缩式的固化剂输料管4。

优选地，所述固化剂输料管4的末端设置有喷雾装置5。当搅拌设备处理表层位置采用固化剂为粉剂时，为了避免环境污染，适时的开始喷雾装置5。喷雾装置5使用时，将不与固化剂发生化学反应液体加入喷雾装置5中，所述液体的含量一般是固体的4-8%左右。

混合滚轴2设计成呈截顶圆锥形是为了减小搅拌过程中与土体之间的摩阻力。固化剂输料管4设计成可伸缩式的，可以降低表面搅拌时固化剂的污染。

优选地，刀片机构3呈单向螺旋型分布在混合滚轴2上，混合滚轴2转动一周后转动范围内的土体均能接触和扰动，可连续无盲点立体搅拌，提高搅拌后混合体的均匀性，并且一次性处理深度达到3m。

如图2所示，所述刀片机构3包括设置于混合滚轴2上的固定板和设置于固定板上的两个相互垂直的刀片一31和刀片二32。刀片二32是为了破坏地基土结构，刀片一31用于搅拌，使用过程中，利用刀片二32对原位土进行切割，之后利用刀片一31和混合滚轴2对已破坏的原位土进行搅拌，刀片机构3呈螺旋型分布在混合滚轴2上，可以实现将土体立体搅拌。

若固化层仅为排水体施工机械的施工提供承载，固化深度可控制在0.5~1.5m之间即可满足机械设备的承载力，固化层的无侧限强度控制在60~500kPa左右可满足设备打设排水体的要求，但若需要更高的承载力而排水预压方法无法满足时，可加大固化深度或提高强度。

针对原位土孔隙比小于0.8-1.0时，采用搅拌设备原位竖直上下固化，逐步搅拌深入到设计要求的加固深度，并在深入搅拌的同时喷固化剂，直至设计深度后缓慢上提搅拌设备并继续搅拌和喷固化剂，直至搅拌均匀。

随着浅层固化的不断推进，固化土强度的增长，部分固化层的承载力一旦满足排水体施工设备和人员的安全进入时，该部分立即进行深层排水体的施工。

步骤二，插设排水体；所述排水体是塑料排水板、砂井、碎石井或立体排水体。当排水体施工达到一定面积后，可按照排水预压的施工要求，堆填少量垫层进行下部未固化土的预压处理，也可进行无垫层排水预压方法施工。

排水体的布置根据承载及其他需要而设计，本申请中优选为等间距均匀插设于固化层中。

当固化层强度较高，排水体无法顺利插设时，采用两种方式进行解决：一是在固化后立即插入管道，等待初凝后拔出形成预留孔；二是先进行引孔和机械局部开挖使排水体顺利打设。

当工期较短，固化后需要立即进行排水体施工时，为满足施工机械能够快速进入，采用增加固化层厚度或同时在常规固化剂的基础上添加早强剂或缓凝剂。

步骤三，如图3所示，在固化层表面铺设透水砂石垫层。

步骤四，根据设计要求选择采用真空预压排水或者堆载预压排水工艺；

当排水体为塑料排水板、砂井、碎石井或立体排水体，均可采用堆载预压排水；

当排水体为塑料排水板和立体排水体时还可采用真空预压或者采用真空-堆载预压。

上述具体实施方式不以任何形式限制本申请的技术方案，凡是采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案均落在本申请的保护范围。

Claims (4)

1.一种排水体和固化层组合地基结构的施工方法，其适用于无硬壳层软土地基的处理工程，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，固化表层土，在原位土表层采用搅拌设备将固化材料与原位土进行均匀混合就地固化，固化时，利用软土处理区域周围的便道，先固化靠岸边区域，然后逐步推进向处理区域推进，使之形成固化层；采用搅拌设备对原位土采用竖直上下搅拌固化，逐步搅拌深入到设计要求的固化深度，并在深入搅拌的同时喷洒固化剂，直至设计深度后缓慢上提搅拌设备并继续搅拌和喷洒固化剂，直至搅拌均匀；固化层的厚度为0.5~3m，且固化层的抗压强度为60~500kPa；

步骤二，插设排水体，当固化层的承载力满足施工设备和人员的安全进入的要求时，在该固化层上进行排水体的插设施工；

步骤三，在固化层表面铺设透水砂石垫层；

步骤四，根据设计要求选择采用真空预压排水或者堆载预压排水工艺；

所述搅拌设备包括搅拌臂，搅拌臂底部两侧具有向内倾斜的两斜面，在每个斜面上分别设置有至少一个混合滚轴，混合滚轴由驱动设备驱动旋转，混合滚轴呈截顶圆锥形；所述混合滚轴上分布有刀片机构；所述刀片机构包括设置于混合滚轴上的固定板和设置于固定板上的两个相互垂直的刀片一和刀片二；所述搅拌臂内部安装有可伸缩式的固化剂输料管，所述刀片机构呈单向螺旋型分布在混合滚轴上。

2.根据权利要求1所述的排水体和固化层组合地基结构的施工方法，其特征在于，步骤二中所述排水体是塑料排水板、砂井或碎石井。

3.根据权利要求1所述的排水体和固化层组合地基结构的施工方法，其特征在于，所述步骤二中，当排水体无法顺利插设时，采用在固化后立即插入管道，等待初凝后拔出该管道，从而形成插设排水体的预留孔，或者在固化层上位于排水体的周围进行引孔和机械局部开挖，从而使排水体顺利打设。

4.根据权利要求1所述的排水体和固化层组合地基结构的施工方法，其特征在于，所述步骤二中，当工期较短，固化后需要立即进行排水体施工时，为满足施工机械能够快速进入，采用增加固化层厚度或同时在常规固化剂的基础上添加早强剂或缓凝剂的办法。