CN110485405B - 一种软土地基的加固系统及加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软土地基的加固系统及加固方法，该系统在软土区域外缘进行密封封闭并在软土区域表面用素土和砂层找平，并覆密封膜，同时，在软土区域内设置有插装到软土区域中的若干塑料排水板以及若干压力管组件，并通过压力管组件的多层套管结构设置两组箍筋，一方面通过箍筋来对内、外管进行支撑，另一方面通过箍筋在加压操作完成后直接进行钢混结构成型来进行组合加固，减少了PHC桩的打入操作工序，并能有效提高与压实后的软土区域基土压紧成型，有效提高了软土地基成型后的强度，能有效节约建筑材料，大大缩短工期，并能对软土层较厚和软土层含水量、孔隙比较大的软土基层进行处理。

Description

一种软土地基的加固系统及加固方法

技术领域

本发明涉及土木工程领域中的软土地基控沉补强技术，特别是涉及一种软土地基的加固系统及加固方法。

背景技术

随着我国南方、特别是东南沿海地带经济建设的不断发展，人口不断涌入，原本匮乏的土地资源问题变得越发紧张，使得很多建筑物不得不修建于软土地基上，软土地基抗剪强度低、含水率高、透水性差，还具有一定的流变性，普遍存在湿陷性及压缩变形过大的危害，影响既有建筑以及周边环境的安全，同时其高压缩性和低抗剪强度的不良工程特性使得其在用于工程之前必须进行相应的加固处理，在提高地基土的承载力的同时减小建(构)筑物的地基沉降或土体渗透性。

而目前在工程中广泛使用的软土地基处理方法主要包括物理法和化学法两大类，其中，化学加固法是利用固化剂掺加在软土中，通过固化剂与软土相互作用来软土的物理力学性质，从而达到加固软土地基的目的，其虽然加固效果明显，但成本较高，且会造成生态环境的破坏，会影响周边植被的正常生长。而物理法包括强夯法、真空预压、堆载预压等，这些方法以力学加固和土体紧实固结为基本机理，而作为一种常用的物理加固法，排水固结法其工艺相对简单、操作相对容易、费用相对偏低，在工程应用中被广泛的使用，但是传统的排水固结法中，使用最频繁的是砂井地基固结，即在软土层施打砂井或者塑料排水板，在软土表面铺设砂垫层，在砂垫层上方施加荷载，进行软土地基的排水固结工作，其排水效率低，工期长，控制要点较多，且处理的速率与土体的渗透性密切相关，故在低渗透性的软粘土地基中费时长久，甚至不能达到预期的加固目的；而真空联合堆载预压法作为技术较先进的排水固结法，其由真空预压法和堆载预压法组合而成，通过在软土表面覆盖不透气的土工膜，利用真空负压力和堆载正压力使土体中的孔隙水压力产生不平衡的水压力，可以在较短时间内利用这种不平衡的作用力将孔隙水通过竖向排水体逐渐排出，使软土达到规定的设计强度，但即便是采用真空联合堆载预压法，若处理部分的软土层较厚或者软土层含水量和孔隙比较大，压缩系数较高的情况下，受到强负载依然容易出现处理后的地基满足不了设计及规范的要求的情况。

发明内容

本发明解决现有技术的不足而提供一种能有效提高压实后软土区域基土的压紧成型，有效提高了软土地基成型后的强度，能有效节约建筑材料，大大缩短工期，并能对软土层较厚和软土层含水量、孔隙比较大的软土基层进行处理的软土地基的加固系统及加固方法。

为了解决上述技术问题，

一种软土地基的加固系统，在待处理软土区域外缘设置边沟，所述边沟内埋设有对软土区域外缘进行密封封闭的止水密封墙，

所述待处理软土区域内均匀布设有插装到软土区域中的多排塑料排水板和多排压力管组件，所述压力管组件与塑料排水板排与排间隔布设，每根塑料排水板底部插装在待处理软土区域中并且深入到卵石层，顶部伸出待处理软土区域通过真空管与真空管网连接，所述压力管组件包括同心套装的内管以及外管，所述压力管组件的内管底部插入待处理软土区域中、且深度大于塑料排水板插入深度，所述内管的顶部伸出待处理软土区域，所述外管滑动连接在内管外侧，所述内管内从顶部插入有增压管，所述增压管外壁与内管密封连接；

所述待处理软土区域表面从下到上依次覆盖有找平层和密封膜层，所述找平层包括铺装于软土区域上的素土层以及设置在素土层表面的砂层，所述砂层上方铺设有多层密封膜层；

所述真空管网的真空主管伸出密封膜层并外接真空泵组；所述压力管组件的上端伸出密封膜层，并且所述压力管组件和真空主管伸出密封膜层的界面位置与密封膜层密封连接。

进一步的，所述找平层中砂层的厚度为100～200mm，素土层厚度为100～150mm之间，且所述找平层的厚度不超过300mm。

进一步的，所述压力管组件中外管的内径为500mm～800mm。

进一步的，所述密封膜为一次成型的密封膜，所述密封膜为厚0.1～0.2mm的热合聚乙烯或聚氯乙烯薄膜。

进一步的，所述砂层与最底层密封膜之间、以及相邻密封膜之间铺有与密封膜尺寸相同的含水无纺布。

进一步的，所述压力管组件的插入深度大于塑料排水板插入深度1～3m。

一种软土地基的加固方法，基于上述所述的软土地基的加固系统，具体步骤如下：

a、在软土区域外缘开挖边沟，并在边沟位置埋设止水密封墙，并对区域内的软土区域表面进行清理，清理完成后粗略整平表面，并在表面铺设素土层；

b、在塑料排水板的一端安装有板靴，并将压力管组件内管、外管套装好，在内管中插装增压管，并将内管与增压管之间密封，在软土区域中利用插板机插装塑料排水板和插装压力管组件，使塑料排水板和压力管组件埋置于软土区域内，同时保持压力管组件上端面伸出软土区域表面，然后抽出压力管组件中的外管；

c、根据塑料排水板的位置关系在素土层表面铺设真空管网，并将塑料排水板通过真空管与真空管网相连，然后将真空管网与真空泵组连接，待全部连接完成后开真空泵试真空度，检验接头是否漏气，整个真空管网连接好后，在素土层表面铺设砂土层，同时，将真空管网的真空主管接出砂土层表面后与真空泵组相连；

d、在砂土层表依次铺设无纺布和密封膜形成密封膜层，铺设时检查土工布的无纺布层和密封膜的平顺性，去除砂层表面的尖利杂物，在压力管组件和真空主管对应密封膜层的位置通过出膜套件套装，利用出膜套件将压力管组件和真空主管与密封膜层进行密封处理；

e、按照操作规程依次进行抽真空操作，通过抽真空操作将软土区域真空度抽至真空度设定值后保持连续抽真空状态，直至软土区域周平均沉降量减少到60mm～80mm时且无明显出水时开启增压设备，利用增压管对软土区域进行间歇式增压操作；

f、当软土区域周平均沉降量降至45mm以下时，停止增压操作，解除内管封闭，并将增压管抽出，向内管内浇筑掺有微膨胀剂的C30混凝土，一边浇筑一边利用振捣设备连接钢棒进行振捣，并在振捣过程中抽出内管，使得混凝土填充压力管组件位置并捣实；

g、当步骤f完成后，在密封膜层表面再依次铺无纺布和密封膜来封闭压力管组件的空洞位置，检测密封性后在密封膜表面设计堆载预压，并保持真空联合堆载预压状态，待软土区域周平均沉降量稳定在5mm以下时即完成加固施工。

进一步的，在步骤e中进行抽真空操作时，顺次开启真空泵组中真空泵的工作台数或者逐渐增加真空泵组的输出功率，当真空度达到真空度设定值的70％～80％时，完全开启真空泵组，将膜下真空度提高到真空度设定值后开始恒载计时。

进一步的，在步骤e中进行间歇式增压操作时，先开启增压设备，当密封膜层内的真空度稳定后停止增压，此时，密封膜层内的真空度会逐渐恢复至真空度设定值，当真空度恢复至真空度设定值后，继续开启增压设备，如此往复以实现间歇式增压操作。

进一步的，在步骤g中，堆载预压采用多次分级分层加载，其单层加载的厚度小于50cm，且最下层的加载厚度不超过30cm，并在表面通过5吨以下级别的压路机进行压实，而第二层、第三层的表面通过5～8吨级的压路机进行压实，而三层以上时采用8～10吨级的压路机进行压实以保证在各级荷载的作用下地基的稳定。

有益效果：本发明综合了真空联合堆载预压施工工艺、真空增压工艺以及桩体加固工艺的优势，将三者的固化工艺进行结合，能快速有效地对软土地基进行硬化处理，与水泥搅拌桩、高压旋喷桩、预应力管桩等其他等软基处理工艺相比，节约了资源，且能有效缩短工期、降低成本；与单一的真空联合堆载预压施工工艺相比，能有效缩短工期，减少工程造价，降低工后沉降，节约建筑材料，大大缩短工期，无建筑垃圾，不污染环境，满足环保要求，同时还能对真空联合堆载预压施工工艺也无法处理的软土层较厚或者软土层含水量和孔隙比较大的松软土质区域进行加固，具有较好的社会效益和经济效益。

附图说明

图1为本发明的加固系统结构示意图。

图2为本发明的图1中的压力管组件的结构示意图。

其中：1、止水密封墙；2、塑料排水板；3、压力管组件；4、软土区域；31、外管；32、外层箍筋层；33、内管；34、内层箍筋层；35、增压管。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示以及实施例，进一步阐述本发明。

如图1、图2所示，本实施例中，以宜宾某地靠江区域的软土地基作为软土区域进行处理，施工前，先对待加固区内采用大型水泵进行排水，将预压区表水引排、抽干后进行晾晒，并对区域内进行平整处理，在凸出位置进行挖平，并利用挖出的土对低洼处进行填平，挖除表层种植土、树根、生活垃圾等杂物，在晴朗天气下晾晒一星期，得到方形的软土区域4，然后对软土区域4按每层厚30cm分层回填碎石土并碾压密实，逐层检测压实度，然后在回填碎石土表面进行素土填埋，填埋的素土粒径小于3mm，素土层的填埋厚度为120mm。

在软土区域4的作业区边界采用泥浆搅拌墙作为止水密封墙1进行边缘密封隔离，止水密封墙1埋入底层深度为5m，取双排搅拌桩，单桩设计直径为600mm，纵横两桩彼此搭接200mm，间距500mm。

软土区域4内打塑料排水板2以及压力管组件3，塑料排水板2设置多排，并且按梅花形进行布设，利用插板机正确移动定位，控制同排的相邻塑料排水板2之间距离是0.7m，相邻排塑料排水板2之间的排间距为1.5m，安装塑料排水板2穿靴插销，垂直下插至设计深度，确保塑料排水板2末端插入卵石层约0.5m，而塑料排水板2顶端高出泥面60cm。每根塑料排水板2打设完成后，必须将塑料排水板2打设过程中留下的板周边的空隙用砂回填密实，防止该处真空膜破裂、漏气，从而达不到设计要求的真空度；而压力管组件3设置多排，并且设置在相邻排塑料排水板2之间，压力管组件3通过插管机按排下插，下插时密切注意进尺标志，并控制好落地定位与垂直度，同排压力管组件间的距离是2m，而相邻排的压力管组件3之间的排间距为1m，压力管组件3包括同心套装的内管33以及外管31，其外管内径为700mm，内管33内侧成型有与内管33的内径一致的内层箍筋层34，而外管31内侧成型有与外管31内径一致的外层箍筋32，内管33与外管31均为可抽出结构，且外管31在压力管组件3插装完成后即抽出，而在内管33内插装有可抽离的增压管35，该增压管35长度与压力管组件长度一致，均为8m，增压管35下部设计透气段长度5m，上部不透气段长度为3m，且整个压力管组件3在素土层上的露出长度大于1.5m，方便与增压管35与出膜套件套装以保证增压管35的气密性。

将素土层表面对真空管进行组网，真空管网平面布置并采用井字排列以保证真空负压快速而均匀地传至场地内各个塑料排水板2，并将真空管分支用三通、四通或者手型接头与塑料排水板2相连，待真空管网组建完成后，将真空管主管接出并连接真空泵、试真空度，检验接头是否有漏气现象。若有漏气则进行检修补漏，若无漏气则拆除真空泵，并在素土层表面填埋厚度为200mm的砂层，而真空管主管则伸出砂层表层1m，并与真空泵组相连。

在砂层表面进行覆膜，覆膜时按一层无纺布一层密封膜的连续覆膜方式进行覆膜并形成密封膜层，并在真空管主管以及压力管组件3位置利用出膜套件进行出膜处理，该出膜套件包括与密封膜层相连的PVC套管，该PVC套管外侧通过密封压环与密封膜层压紧并通过专用的粘合剂实现粘合密封，而PVC套管内径与对应的真空管主管或者压力管组件3外径一致，PVC套管套装在真空管主管以及压力管组件3外侧，并通过密封剂填充密封，必要时在密封压环内侧安装橡胶密封垫，并在橡胶密封垫表面涂抹黄油进行辅助密封。密封膜采用工厂一次成型的膜厚为0.1～0.2mm的热合聚乙烯密封薄膜，密封膜在出膜套件周边保持松弛，以降低管道周围不均匀沉降导致密封膜破坏的概率。

安装好真空泵系统，设定真空度的设定值为85kPa，空载调试真空泵试抽，并通过试抽过程检查密封膜层有无漏气，发现后及时补好。确保密封膜层无漏气后顺次开启真空泵组中真空泵的工作台数来减少真空预压对软土区域造成的负压冲击对密封膜的损坏，当真空度达到60kPa时，开足所有泵将膜下真空度提高到85kPa，开始恒载计时，进行记录时间、膜下真空度、地表沉降、地表深层位移、孔隙水压力等各项指标的监测，并保持膜下真空度保持在85kPa以上。在该过程中，通过真空负压力使土体中的孔隙水压力产生不平衡的水压力，孔隙水在这种不平衡的作用下通过塑料排水板逐渐排出，从而使土体产生第一次固结变形。

当软土区域4的周平均沉降量减少到60mm～80mm时且无明显出水时开启增压设备，利用增压管对软土区域进行间歇式增压操作。开启增压设备，设定增压设备的增压区间为0～25kPa，开始增压时，先利用空压机及增压管网系统向增压管35中加压，加压时，经过第一次固结变形后的软土区域4在高压气体作用下产生裂隙，加快土体中水分进入塑料排水板2中；随着打气增压的进行，密封膜层内的真空度逐渐降低，待真空度减小至60kPa时停止增压。密封膜内的真空度在真空泵抽真空的作用下，由60kPa逐渐上升至85kPa以上。然后维持真空度80kPa以上作业，直至出水量减少时，再次增压施工。如此往复进行，就能达到增压效果。在空压机往土体内注入高压气体时，真空泵保持作业运转状态，如此往复以实现间歇式增压操作。

当软土区域周平均沉降量降至45mm以下时停止增压操作，解除内管封闭，并将增压管抽出，向内管内浇筑掺有微膨胀剂的C30混凝土，一边浇筑一边振捣设备连接钢棒进行振捣，并在振捣过程中缓慢抽出内管，使得混凝土填充压力管组件位置并通过捣实填充到内层箍筋层34中，并在外层箍筋32区域与软土区域4的压实土固结为一体形成钢混结构。

混凝土填充填充完成后在密封膜层表面再依次铺无纺布和密封膜来封闭压力管组件的空洞位置，检测密封性后将密封膜层的之下的真空度再次维持到85kPa且沉降达到一个稳定值时进行堆载预压施工来保持真空联合堆载预压状态，堆载一般在抽真空后的10～20d后进行。为节约成本采用海沙作为堆载材料，采用人工配合手推车进行运输，海沙干密度≥16.5kN/m³，多次分级分层加载，第一次加载的厚度度为25cm，并在表面通过3吨的压路机进行压实，然后依次铺第二层海沙和第三层海沙，第二层海沙和第三层海沙的铺设厚度均为30cm，且在铺设后在表面通过6吨的压路机进行压实，第三层海沙的铺装厚度为20cm，并在铺装后用10吨级的压路机进行压实，待预压期结束后取河水对海沙进行灌水密实，保持真空联合堆载预压状态，待软土区域周平均沉降量稳定在5mm以下时即完成加固施工。

其加固成型过程中的软土地基地基基土的沉降效果非常明显，强度在加固成型后有了大幅度的提升，并通过在压力管组件3位置进行钢混结构填充成型进行加固，形成刚性复合地基，达到了预期的施工效果，显著减小软弱地基土的工后沉降。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种软土地基的加固系统，其特征在于：在待处理软土区域外缘设置边沟，所述边沟内埋设有对软土区域外缘进行密封封闭的止水密封墙，

所述待处理软土区域内均匀布设有插装到软土区域中的多排塑料排水板和多排压力管组件，所述压力管组件与塑料排水板排与排间隔布设，每根塑料排水板底部插装在待处理软土区域中并且深入到卵石层，顶部伸出待处理软土区域通过真空管与真空管网连接，所述压力管组件包括同心套装的内管以及外管，所述压力管组件的内管底部插入待处理软土区域中、且深度大于塑料排水板插入深度，所述内管的顶部伸出待处理软土区域，所述外管滑动连接在内管外侧，所述内管内从顶部插入有增压管，所述增压管外壁与内管密封连接；

所述待处理软土区域表面从下到上依次覆盖有找平层和密封膜层，所述找平层包括铺装于软土区域上的素土层以及设置在素土层表面的砂层，所述砂层上方铺设有多层密封膜层；

所述真空管网的真空主管伸出密封膜层并外接真空泵组；所述压力管组件的上端伸出密封膜层，并且所述压力管组件和真空主管伸出密封膜层的界面位置与密封膜层密封连接。

2.根据权利要求1所述的软土地基的加固系统，其特征在于：所述找平层中砂层的厚度为100～200mm，素土层厚度为100～150mm之间，且所述找平层的厚度不超过300mm。

3.根据权利要求1所述的软土地基的加固系统，其特征在于：所述压力管组件中外管的内径为500mm～800mm。

4.根据权利要求1所述的软土地基的加固系统，其特征在于：所述密封膜为一次成型的密封膜，所述密封膜为厚0.1～0.2mm的热合聚乙烯或聚氯乙烯薄膜。

5.根据权利要求1所述的软土地基的加固系统，其特征在于：所述砂层与最底层密封膜之间、以及相邻密封膜之间铺有与密封膜尺寸相同的含水无纺布。

6.根据权利要求1所述的软土地基的加固系统，其特征在于：所述压力管组件的插入深度大于塑料排水板插入深度1～3m。

7.一种软土地基的加固方法，基于权利要求1至6任意一项所述的软土地基的加固系统，其特征在于：具体步骤如下：

a、在软土区域外缘开挖边沟，并在边沟位置埋设止水密封墙，并对区域内的软土区域表面进行清理，清理完成后粗略整平表面，并在表面铺设素土层；

b、在塑料排水板的一端安装有板靴，并将压力管组件内管、外管套装好，在内管中插装增压管，并将内管与增压管之间密封，在软土区域中利用插板机插装塑料排水板和插装压力管组件，使塑料排水板和压力管组件埋置于软土区域内，同时保持压力管组件上端面伸出软土区域表面，然后抽出压力管组件中的外管；

c、根据塑料排水板的位置关系在素土层表面铺设真空管网，并将塑料排水板通过真空管与真空管网相连，然后将真空管网与真空泵组连接，待全部连接完成后开真空泵试真空度，检验接头是否漏气，整个真空管网连接好后，在素土层表面铺设砂土层，同时，将真空管网的真空主管接出砂土层表面后与真空泵组相连；

d、在砂土层表依次铺设无纺布和密封膜形成密封膜层，铺设时检查土工布的无纺布层和密封膜的平顺性，去除砂层表面的尖利杂物，在压力管组件和真空主管对应密封膜层的位置通过出膜套件套装，利用出膜套件将压力管组件和真空主管与密封膜层进行密封处理；

e、按照操作规程依次进行抽真空操作，通过抽真空操作将软土区域真空度抽至真空度设定值后保持连续抽真空状态，直至软土区域周平均沉降量减少到60mm～80mm时且无明显出水时开启增压设备，利用增压管对软土区域进行间歇式增压操作；

f、当软土区域周平均沉降量降至45mm以下时，停止增压操作，解除内管封闭，并将增压管抽出，向内管内浇筑掺有微膨胀剂的C30混凝土，一边浇筑一边利用振捣设备连接钢棒进行振捣，并在振捣过程中抽出内管，使得混凝土填充压力管组件位置并捣实；

g、当步骤f完成后，在密封膜层表面再依次铺无纺布和密封膜来封闭压力管组件的空洞位置，检测密封性后在密封膜表面设计堆载预压，并保持真空联合堆载预压状态，待软土区域周平均沉降量稳定在5mm以下时即完成加固施工。

8.根据权利要求7所述的软土地基的加固方法，其特征在于：在步骤e中进行抽真空操作时，顺次开启真空泵组中真空泵的工作台数或者逐渐增加真空泵组的输出功率，当真空度达到真空度设定值的70％～80％时，完全开启真空泵组，将膜下真空度提高到真空度设定值后开始恒载计时。

9.根据权利要求7所述的软土地基的加固方法，其特征在于：在步骤e中进行间歇式增压操作时，先开启增压设备，当密封膜层内的真空度稳定后停止增压，此时，密封膜层内的真空度会逐渐恢复至真空度设定值，当真空度恢复至真空度设定值后，继续开启增压设备，如此往复以实现间歇式增压操作。

10.根据权利要求7所述的软土地基的加固方法，其特征在于：在步骤g中，堆载预压采用多次分级分层加载，其单层加载的厚度小于50cm，且最下层的加载厚度不超过30cm，并在表面通过5吨以下级别的压路机进行压实，而第二层、第三层的表面通过5～8吨级的压路机进行压实，而三层以上时采用8～10吨级的压路机进行压实以保证在各级荷载的作用下地基的稳定。

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