CN105804045A - 滤井真空预压加固深厚软土地基的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于岩土工程地基处理技术领域。本发明提供一种滤井真空预压加固深厚软土地基的设备及方法，所述设备包括滤井、真空装置、密封结构、注浆装置和连接管道，真空装置通过连接管道连接到滤井上端，密封结构用于保证整个设备在真空预压操作时的密封。滤井由砂井和真空管组合构成，所述真空管位于砂井的中间位置，其由多段PVC管和多段滤水管组成。注浆装置用于在真空预压结束后，通过滤井的真空管将水泥粘土浆液充填到滤井的孔隙中形成水泥砂浆桩。本发明所述设备能减少滤井的真空度的沿程损失，使滤井全断面的真空度维持在高值，保证了深厚软土地基整体加固效果。同时利用真空管往砂井注水泥砂浆，形成水泥桩，大幅度提高了地基承载力。

Description

滤井真空预压加固深厚软土地基的设备及方法

技术领域

本发明属于岩土工程地基处理技术领域，涉及一种深厚软土地基加固装置及方法，尤其是一种基于滤井结构的真空预压加固深厚软土地基的设备及方法。

背景技术

海洋、港口、水利、交通等工程建设中经常面临深厚软土地基加固处理的问题。目前，真空预压法被广泛应用于软基加固工程实际。真空预压法是在待加固软基中设置竖向塑料排水带或砂井等排水体，上铺砂层，再覆盖薄膜封闭，抽气使膜内排水带、砂层等处于部分真空状态，排除土中的水分，使土预先固结以减少地基后期沉降的一种地基处理方法。实践证明，真空预压法是一种基于土的固结原理而发展起来的经济可靠的软土地基处理方法。然而，该技术实施的过程中，真空负压沿排水体向地基深度传递时会发生明显的沿程损失，真空度传递深度有限，真空度向深层软土难以有效传递，这导致真空预压技术应用于深厚软土地基加固工程时，埋藏较深的软弱土层得不到有效地加固，深厚软基的整体加固效果不理想，抽真空时间长，难以满足工期要求。此外，真空负压的理论最高值为100kPa，真空预压技术提高软基承载力效果有限，对于地基承载力要求较高的加固工程，真空预压加固效果有时难以达到设计要求。

针对真空预压技术应用于深层软土地基面临的真空传递深度浅以及处理效果存在局限的瓶颈问题，本发明提供一个基于滤井结构的真空预压加固深厚软土地基的设备及方法，一方面能够克服真空度向软土地基深部传递浅的问题，同时能够在真空预压后将既有的排水体转变成桩体，大幅度提高地基整体加固效果。

发明内容

本发明的目的是针对现有真空预压技术存在的缺陷，解决真空预压技术处理深厚软基时有效加固深度浅及地基承载力提高有限的难题，提供一种可以有效提高深厚软土地基整体加固效果的新型滤井真空预压加固深厚软土地基的设备及方法。本发明采用的技术方案如下所述。

本发明提供一种新型滤井真空预压加固深厚软土地基的设备，所述设备包括滤井、真空装置、密封结构、注浆装置和连接管道，所述真空装置通过连接管道连接到滤井上端，所述密封结构用于保证整个设备在真空预压操作时的密封。所述滤井由砂井和真空管组合构成，所述真空管位于砂井的中间位置，其由多段PVC管和多段滤水管组成。所述注浆装置用于在真空预压结束后，通过滤井的真空管将水泥粘土浆液充填到滤井的孔隙中形成水泥砂浆桩。

所述注浆装置包括注浆管、压力表、控制阀门、注浆泵和储浆桶，在使用时，所述注浆管的一端与滤井的真空管相连接，另一端与注浆泵相连接，所述压力表和控制阀门安装在注浆管上，所述储浆桶与注浆泵相连接。

进一步的，所述砂井的直径为10～20cm，填充的砂料选用天然级配的中砂和粗砂，且含泥量应小于3％。所述真空管的直径为1～2cm，其长度与砂井相同。所述滤水管的单段长度为1～2m。

再进一步的，所述连接管道包括主管、支管、连接管和连接头，所述主管一端与真空装置连接，所述主管在每个连接滤井的位置与一根支管连接，每个支管的另一端通过连接管和/或连接头与滤井的真空管连接。所述密封结构包括在需要加固的地基场地上铺设至少一层土工布和至少一层密封膜，以及场地周边开挖的压膜沟。所述滤井可采用梅花形或正方形布设，布设间距为1～2m。

本发明提供的上述设备，采用了新型的滤井结构，所述滤井由砂井和真空管组合构成，所述真空管由多段PVC管和多段滤水管组成。相对于传统的排水板和全管打孔的真空管或排水管，真空度在本发明使用的真空管中的沿程损失很小，这是因为PVC管限制了真空度的损失，从而增强埋藏较深的软土的加固效果，节省施工时间，使加固后的地基承载力提高。在实际操作中，可以根据软土地基的实际情况布置PVC管和滤水管的分布，在需要重点加固的深土层设置多段或较长的滤水管，而在容易加固的次要的浅土层设置少段或较短的滤水管。这样就能使真空管在深土层仍能保持较高的真空度，增强深土层地基的加固效果。

除了采用新型滤井代替排水板，减少真空度在真空管中的沿程损失，本发明还采用将砂料结构的滤井充填水泥砂浆的方式进一步加固地基的强度，尤其水泥砂浆和砂井发生胶结作用形成水泥桩，进一步起到复合地基的加固效果，大幅度增强了地基的承载力。本发明还提供了使用上述的新型滤井真空预压加固深厚软土地基的方法，是通过如下技术方案实现的，包括以下步骤：

第一步、滤井设计——根据软基的处理要求设计滤井的结构。滤井由小直径砂井和真空管组合构成，所述真空管位于砂井的中间位置，其由多段PVC管和多段滤水管组成，滤水管的数目及布设位置根据软基的地质条件确定。

第二步、滤井打设——整平待处理地基场地，并按照设计方案打设滤井，打设长度根据地基处理长度选取。

第三步、管路系统连接——在加固场地表面铺设主管，主管一端与真空装置连接，主管在每排新型滤井的位置处分出一根支管，每根支管与滤井的真空管连接，串联起整排滤井，形成管路系统；

第四步、场地密封——管路系统连接完成后，在待处理地基场地上铺设至少一层土工布，然后再铺设至少一层密封膜；

第五步、真空排水固结——开启真空装置，当密封膜下真空度稳定在85kPa以上时，滤井全断面稳定在70kPa以上的高真空度值，实现深厚软土地基全断面高真空排水固结；

第六步、滤井注浆——待真空预压加固结束后，用注浆泵将水泥粘土浆液通过真空管充填满新型滤井的孔隙，形成水泥砂浆桩。注浆后，新型滤井和加固地基形成整体，具有复合地基的加固效果，进一步提高地基的承载力。泵送注浆压力为一般为0.4～0.9MPa。

上述第一步中，所述砂井的直径为10～20cm，填充的砂料选用天然级配的中砂和粗砂，且含泥量应小于3％。所述真空管的直径为1～2cm，其长度与砂井相同。所述滤水管的单段长度为1～2m。

上述第二步中，所述滤井可采用梅花形或正方形布设，布设间距为1～2m。

上述第三步中，所述支管通过连接管和/或连接头与滤井的真空管连接。

本发明提供的新型滤井真空预压加固深厚软土地基的方法，采用滤井代替排水板，真空度在真空管中沿程损失很小，通过真空管可形成遍布于待处理深厚软基的多个真空作用面，通过多个真空作用面共同作用，可使新型滤井全断面的真空度维持在高值；同时，真空作用面的数目及位置可根据待处理深厚软基的软弱土层的分布灵活设计，可使软弱土层得到最有效地加固。

另外，真空预压结束后，对新型滤井进行注浆处理又起到复合地基的加固效果，进一步提高地基承载力。新型滤井真空预压加固深厚软土地基的方法根据软基不同的地质条件进行灵活应用，避免了传统真空预压技术千篇一律的做法，可大幅度加快排水固结，缩短施工工期，保证了深厚软土地基整体加固效果。

本发明具有如下技术效果：1、减少滤井的真空度的沿程损失，使滤井全断面的真空度维持在高值，保证了深厚软土地基整体加固效果，提高了地基承载力。2、可大幅度加快排水固结，缩短施工时间。3、利用真空预压既有的排水系统，对砂井进行注水泥砂浆，将排水体转变成桩体，形成符合地基作用，大幅度提高地基承载力；4、简单可靠，经济实用，市场应用范围广阔。

附图说明

图1是本发明实施例中的滤井真空预压加固深厚软土地基的设备的结构示意图；

图2是本发明实施例中的滤井注浆示意图。

其中，1为滤井，2为真空管，3为小直径砂井，4为PVC管，5为滤水管，6为主管，7为支管，8为真空装置，9为连接头，10为连接管，11为土工布及密封膜，12为压膜沟，13为注浆管，14为压力表，15为控制阀门，16为注浆泵，17为储浆桶。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行说明，但是本发明的技术方案不受下述实施例的限制。

实施例1

本实施例的新型滤井真空预压加固深厚软土地基的设备及方法在某深厚软基加固工程上实施，如图1和图2所示，该深厚软基的地质条件复杂，堤身下20m深度范围内分布软弱土层，软弱土层厚度大、含水率高、强度低，沉降不稳定。

如图1所示，新型滤井真空预压加固深厚软土地基的设备，所述设备包括滤井1、真空装置8、密封结构和连接管道，所述真空装置8通过连接管道连接到滤井1上端，所述密封结构能够将滤井1和连接管道与外界隔离。所述滤井1由砂井3和真空管2组合构成，所述真空管2位于砂井3的中间位置，其由3段PVC管4和3段滤水管5组成。

所述注浆装置包括注浆管13、压力表14、控制阀门15、注浆泵16和储浆桶17，在使用时，所述注浆管13的一端与滤井1的真空管2相连接，另一端与注浆泵16相连接，所述压力表14和控制阀门15安装在注浆管13上，所述储浆桶17与注浆泵16相连接。

所述砂井的直径为15cm，填充的砂料选用天然级配且含泥量应小于3％的中砂。所述真空管的直径为1.6cm，砂井和真空管的长度均为15m。所述PVC管4长度分别为5m，5m和2m，2m的PVC管4位于最下部，滤水管5长度均为1m。

所述连接管道包括主管6、支管7、连接管10和连接头9，所述主管6一端与真空装置8连接，所述主管6在每个连接滤井1的位置与一根支管7连接，每个支管7的另一端通过连接管10和/或连接头9与滤井1的真空管2连接。所述密封结构包括在需要加固的地基场地上铺设一层土工布11和3层密封膜11，以及场地周边开挖的压膜沟12。所述滤井1采用梅花形布设，布设间距为1.5m。

使用滤井真空预压加固深厚软土地基的设备的方法的具体实施步骤如下：

第一步、新型滤井设计——新型滤井1是由真空管2和小直径砂井3组合构成，新型滤井1的总长度为设计深度15m。小直径砂井3的直径为15cm，填充的砂料选用天然级配且含泥量应小于3％的中砂。真空管2位于小直径砂井3中间位置，直径为1.6cm，长度为15m。真空管由3段PVC管4和3段滤水管5组成，PVC管4长度分别为5m，5m和2m，2m的PVC管4位于最下部，滤水管5长度均为1m。

第二步、新型滤井打设——整平待处理地基场地，打设新型滤井1至设计深度，新型滤井1间距1.5m，梅花形布设。

第三步、管路系统连接——在加固场地表面铺设主管6，主管6一端与真空装置8连接，主管6在每排新型滤井1的位置处分出一根支管7，每根支管7通过连接头9和连接管10与新型滤井1的真空管2连接，串联起整排新型滤井1，形成管路系统。

第四步、场地密封——管路系统连接完成后，在待处理地基场地上铺设一层250g/m2土工布11，然后铺设3层厚度不小于0.12mm密封膜11，场地周边开挖压膜沟12。

第五步、真空排水固结——开启真空装置8，当密封膜11下真空度稳定在85kPa以上时，新型滤井1全断面稳定在70kPa以上的高真空度值，实现深厚软土地基全断面高真空排水固结。

第六步、新型滤井注浆——待真空预压加固结束后，将注浆管13与新型滤井1的真空管2连接。打开控制阀门15，启动注浆泵16，用储浆桶17内的水泥粘土浆液充填满新型滤井1的孔隙，形成水泥砂浆桩。注浆过程中，控制压力表14为0.5MPa。

经过90天真空预压处理处置后，堤基固结度达到95％，大于设计值90％。新型滤井注浆形成水泥砂浆桩后，复合地基的承载力达到120kPa以上，加固效果显著。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种新型滤井真空预压加固深厚软土地基的设备，所述设备包括滤井、真空装置、密封结构、注浆装置和连接管道，所述真空装置通过连接管道连接到滤井上端，所述密封结构用于保证整个设备在真空预压操作时的密封，其特征在于：所述滤井由砂井和真空管组合构成，所述真空管位于砂井的中间位置，其由多段PVC管和多段滤水管组成；所述注浆装置用于在真空预压结束后，通过滤井的真空管将水泥粘土浆液充填到滤井的孔隙中形成水泥砂浆桩。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述注浆装置包括注浆管、压力表、控制阀门、注浆泵和储浆桶，在使用时，所述注浆管的一端与滤井的真空管相连接，另一端与注浆泵相连接，所述压力表和控制阀门安装在注浆管上，所述储浆桶与注浆泵相连接。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：所述砂井的直径为10～20cm，填充的砂料选用天然级配的中砂和粗砂，且含泥量应小于3％；所述真空管的直径为1～2cm，其长度与砂井相同；所述滤水管的单段长度为1～2m。

4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：所述连接管道包括主管、支管、连接管和连接头，所述主管一端与真空装置连接，所述主管在每个连接滤井的位置与一根支管连接，每个支管的另一端通过连接管和连接头与滤井的真空管连接；所述密封结构包括在需要加固的地基场地上铺设至少一层土工布和至少一层密封膜，以及场地周边开挖的压膜沟。

5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于：所述滤井可采用梅花形或正方形布设，布设间距为1～2m。

6.一种使用权利要求1-5所述设备加固深厚软土地基的方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步、滤井设计，滤井由小直径砂井和真空管组合构成，所述真空管位于砂井的中间位置，其由多段PVC管和多段滤水管组成，滤水管的数目及布设位置根据软基的地质条件确定；

第二步、滤井打设，整平待处理地基场地，并按照设计方案打设滤井，打设长度根据地基处理长度选取；

第三步、管路系统连接，在加固场地表面铺设主管，主管一端与真空装置连接，主管在每排新型滤井的位置处分出一根支管，每根支管与滤井的真空管连接，串联起整排新型滤井，形成管路系统；

第四步、场地密封——管路系统连接完成后，在待处理地基场地上铺设至少一层土工布，然后再铺设至少一层密封膜；

第五步、真空排水固结——开启真空装置，实现深厚软土地基全断面高真空排水固结；

第六步、新型滤井注浆——待真空预压加固结束后，用注浆泵将水泥粘土浆液通过真空管充填满新型滤井的孔隙，形成水泥砂浆桩。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述第一步中，所述砂井的直径为10～20cm，填充的砂料选用天然级配的中砂和粗砂且含泥量应小于3％；所述真空管的直径为1～2cm，其长度与砂井相同；所述滤水管的单段长度为1～2m。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述第二步中，所述滤井的布设间距为1～2m，可采用梅花形或者正方形布设；所述第三步中，所述支管通过连接管和/或连接头与滤井的真空管连接。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述第五步中，当密封膜下真空度稳定在85kPa以上时，新型滤井全断面的真空度稳定在70kPa以上。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述第六步中，泵送注浆压力为一般为0.4～0.9MPa。