CN111270663A - 一种正负压联合的真空预压加固软基系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种正负压联合的真空预压加固软基系统及方法，其包括真空水气分离装置、真空泵、抽水泵和空气压缩机，还包括竖向排水板、主管和支管，支管将多条竖向排水板连通汇集在一起，若干支管汇总连通于主管，竖向排水板、支管及主管连通构成管道集成，所述管道集成具有与下游设备可拆卸连接的接头，当管道集成的可拆卸连接的接头连接于真空水气分离装置进水口时真空泵提供抽真空构成负压真空预压加固软基系统，当管道集成的可拆卸连接的接头连接于空气压缩机时空气压缩机向管道集成提供高压气体构成正压加压系统。本发明加速软土地基沉降速率、缩短处理工期、增加软基处理有效深度，有效控制工后沉降，具有很好的工程应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及软土地基处理方法的技术领域，具体涉及正负压联合的真空预压加固软基的方法。
背景技术
真空预压法是一种经济有效的软土地基处理技术。该方法最早是由瑞典皇家地质学院杰尔曼教授(W.Kjellman)于1952年首先提出。早期由于受到抽真空设备、密封材料、垂直排水体等关键技术的制约，该法在一段时间内未能得到很好的应用。20世纪70年代后，随着上述关键技术难题的突破，真空预压法开始被广泛地应用于软基加固工程，取得了良好的经济效益和社会效益。工程实践表明，真空预压法具有造价低、易施工、荷载一次施加且无失稳问题，加固效果明显等优势。但是，采用真空预压法处理地基也存在以下局限性：一是排水固结时间相对较长，沉降速率难稳定，对深厚软土工后沉降难以估计；二是真空度沿深度衰减严重，对深厚软土地基加固效果不理想，处理深度有限。为解决这些问题，工程技术人员将真空预压与其他地基加固技术联合使用，如真空联合堆载预压法、真空井点降水法、真空电渗法、高真空击密法、真空预压联合电动法等。虽然这些联合处理方法取得了一些进展，但对于我国东南沿海工程建设中经常遇到的深厚软土，这些技术仍然存在局限性，主要体现在真空度沿深度快速衰减、深部土体固结速率慢和造价偏高等方面。
发明内容
本发明的目的在于针对现有对软基处理方法存在的不足，提供一种正负压联合的真空预压加固软基的系统。
为实现发明的目的，本发明采用的技术方案是：一种正负压联合的真空预压加固软基系统，其包括真空水气分离装置、真空泵、抽水泵和空气压缩机，真空水气分离装置设有进水口、出水口及抽气口，抽气口与真空泵相连，出水口与抽水泵相连，还包括插于软基的竖向排水板、铺设于细渣土层中主管和支管，支管通过软管及接头将多条竖向排水板连通汇集在一起，若干支管汇总连通于主管，竖向排水板、支管及主管连通构成管道集成，所述管道集成具有与下游设备可拆卸连接的接头，当管道集成的可拆卸连接的接头连接于真空水气分离装置进水口时真空泵提供抽真空构成负压真空预压加固软基系统，当管道集成的可拆卸连接的接头连接于空气压缩机时空气压缩机向管道集成提供高压气体构成正压加压系统。
优选地，竖向排水板按正三角形点状布置方式打设，左右相邻的两根塑料排水板间用PVC钢丝软管与三通密封接头连接并连接到支管，主管与支管采用四通接头的连接方式。相邻竖向排水板的中心距离为1.0m。
竖向排水板由板芯和滤膜组成，板芯是由聚丙烯和聚乙烯塑料加工成的面有间沟槽的板体，滤膜为涤纶或丙纶无纺织物。
主管和支管上方还覆盖有细渣土层、土工布层和真空密封膜层。
施工场地四周挖设有压膜沟，真空密封膜膜边压入压膜沟内，再回填压膜沟。
按面积每800m2～1000m2的范围在真空密封膜上安装1个主管出膜装置。
软基内埋设有真空度观测表，布设在两条支管平行距离的中间，位置靠近加固区边部且离开加固区边界大于等于5m，按每800m2排布一个真空度观测表，将真空度观测表的真空表集气管一端插入膜下并固定，另一端从密封膜引出，制成喇叭口和真空表相连接。
本发明的第二目的在于提供一种正负压联合的真空预压加固软基的工程处理方法。
为了实现上述第二目的，本发明采用了以下技术方案：一种正负压联合的真空预压加固软基方法，其采用如上任一所述的正负压联合的真空预压加固软基系统并按以下步骤进行：
(1)清理施工场地杂物并平整场地，调拱1％-2％；
(2)在软基表面铺设30cm的细渣土层后打设竖向排水板，竖向排水板在细渣土层面外露20～30cm的长度；
(3)检查排水板板位、垂直度、打设深度、外露长度并做好施工记录；
(4)在铺设的细渣土层中铺设主管和支管，将竖向排水板与支管通过管路及管件连接，将支管与主管通过管路及管件连接；
(5)在原有的细渣土层上再铺设剩余细渣土层20cm、土工布层、真空密封膜层；
(6)在施工场地四周开挖压膜沟，将密真空封膜边压入压膜沟内，回填压膜沟；
(7)埋设膜下真空度观测表；
(8)布设真空水气分离装置、真空泵和抽水泵，装置控制面积为800m2～1000m2，主管的可拆卸连接的接口连接至真空水气分离装置的进水口，真空泵通过真空管与真空水气分离装置的抽气口连接进行抽真空作业，抽水泵通过水管连接真空水气分离装置的出水口进行抽水，真空水气分离装置中水位高于四分之三水箱高时，开启抽水泵，低于四分之一水箱高时，关闭抽水泵；
(9)开始抽真空阶段，将软基中的空气和水抽出；
(10)真空预压加固软基一个月后，关闭负压真空预压系统，将主管的可拆连接的接口拆离真空水气分离装置的进水口并连接至空气压缩机，将0.7～0.8MPa的高压空气通过管路集成输入软基中，使附着在排水板板芯及排水板滤膜上的细颗粒被冲走，使排水导气通道恢复畅通，在深厚软基中形成裂隙；
(11)往软基加高压气体2d后，将主管的可拆连接的接口拆离空气压缩机将接回到真空水气分离装置的进水口，开启抽真空及排水排气；
(12)根据需求重复步骤(8)-(11)；
(13)抽真空达到设计要求恒载满载时间，通过监测结果达到固结度条件及设计卸载要求标准时停泵卸载；
(14)卸载后，对压膜沟进行翻挖填实；
(15)抽真空结束，整平场地。
本发明是在常规真空预压技术的基础上，增加一套加压系统。除了在地表施加真空荷载外，还在土体内部间歇性施加高压气体。利用空气压缩机通过管路将高压气体输进土体中，将附着在排水板及排水板滤膜上的细颗粒物冲走使排水导气通道恢复畅通，并且在软基中形成裂隙，裂隙与塑料排水板组成有效的排水导气网络，一方面有利于真空度的传递，提高了真空荷载向深层土体的传递效率，提高深层软基的加固效果，进而扩大真空预压法的有效加固深度；另一方面增加了流体流动通道，缩短排水路径，加速软土地基沉降速率、缩短处理工期、增加软基处理有效深度，有效控制工后沉降。
附图说明
图1为一种正负压联合的真空预压加固软基的立面示意图。
图2为塑料排水板在软基中的平面分布图。
图3为真空管网在细渣土层中的平面布设图。
图4是真空水气分离装置的示意图。
其中：1-软基、2-细渣土层、3-排水板、4-主管、5-支管、
PVC钢丝软管、7-三通密封接头、8-四通密封接头、9-土工布层、10-真空密封膜层、11-压膜沟、12-主管出膜装置、13-真空度观测表、14-真空泵、15-真空水气分离装置、15.1-进水口、15.2-抽气口、15.3-出水口、15.4-箱内水位线、16-抽水泵、17-水管、18-空气压缩机、19-软基表面。
具体实施方式
本发明按以下步骤实施：
(1)清理施工场地杂物并平整场地，调拱1％-2％；
(2)在软基1表面铺设30cm的细渣土层2后，按正三角形点阵布置方式打设塑料排水板3直至设计深度，排水板3中心相互间距为1.0m，塑料排水板3在细渣土层2面外露20～30cm；
(3)检查排水板3板位、垂直度、打设深度、外露长度等，并做好施工记录；
(4)在铺设的细渣土层2中铺设主管4和支管5，支管5上设有多个孔径为20mm、孔距为2m的圆孔，支管5排距为1.5～2.0m。相邻的两根排水板3间用
PVC钢丝软管6与三通密封接头7连接，依此将所有排水板3连接好，然后用
PVC钢丝软管6将三通密封接头7通过支管5上的圆孔与支管5连接，主管4与支管5采用四通密封接头8的连接方式；
(5)在原有的细渣土层2上再铺设剩余20cm厚的细渣土层、30cm厚的土工布层9和2mm厚的真空密封膜层10；
(6)在施工场地四周开挖压膜沟11，将真空密封膜层10边压入压膜沟11内，回填压膜沟11；
(7)按面积800m2～1000m2要求在真空密封膜层10上安装1个主管出膜装置12；埋设膜下真空度观测表13，布设在具代表性的两条支管5平行距离的中间，位置靠加固区边部位且离开加固区边界不小于5m，按约800m2一个点排布，将真空度观测表的集气塑料细管一端插入膜下并固定，另一端从真空密封膜层10引出，制成喇叭口和真空度观测表13相连接，以直观反映膜下真空度；
(8)真空泵14与真空水气分离装置15连接前，先试抽真空，试抽时在密封膜10面、压膜沟11和出膜装置12处仔细检查有无漏气处，发现后应及时修补；布设真空水气分离装置15、真空泵14和抽水泵16，装置控制面积为800m2～1000m2，主管4通过主管出膜装置12连接真空水气分离装置15的进水口15.1，真空泵14通过真空管与真空水气分离装置15的抽气口15.2连接进行抽真空作业，抽水泵16通过水管17连接真空水气分离装置15的出水口15.3进行抽水，当箱内水位线15.4高于四分之三水箱高时，开启抽水泵16，低于四分之一水箱高时，关闭抽水泵16；
(9)开始抽真空阶段，将软基1中的空气和水抽出，为防止真空预压对加固区周围土体造成瞬间破坏，必须严格控制抽真空速率，可先开启半数真空泵14，然后逐渐增加真空泵14工作台数，当真空度达到60kPa，经检查无漏气现象后，开足所有泵14，将膜下真空度提高到不小于80kPa，每天现场值班人员按要求时间，对真空度予以记录，并对设备运转情况、供电情况及其他真空预压施工情况进行详细记录；
(10)真空预压加固软基1一个月后，关闭所有抽真空系统和排水排气系统，将主管的可拆卸接头从真空水气分离装置15进水口15.1拆离，然后连接至空气压缩机18中，通过管路集成将0.7～0.8MPa的高压空气输进软基1中，应保证附着在排水板板芯及排水板滤膜上的细颗粒被冲走，使排水导气通道恢复畅通，以及在深厚软基1中形成裂隙，提升加固效果；
(11)往软基1加高压气体2天后，再重新把管路接回到真空水气分离装置15的进水口15.1，重新开启抽真空及排水排气；
(12)根据需求可进行重复加压和抽真空，施加高压空气的压力大小由所需加固软基层的深度来确定，每轮加压时间、间隔时间及整个持续时间要根据现场监测结果，特别是出气和出水情况、孔压变化等进行调整；在真空预压加固软基1过程中，监测真空度、地表沉降、分层沉降、深层水平位移、地下水位；
(13)抽真空达到设计要求恒载满载时间，通过监测结果达到固结度条件及设计卸载要求标准时停泵卸载；
(14)卸载后，对压膜沟11进行翻挖填实；
(15)抽真空结束，整平场地；进行加固前后静力触探试验、加固前后取样和室内土工试验(对比含水率、土体湿密度、孔隙比、液性指数、压缩模量)，评价正负压联合的真空预压加固软基1的处理效果。
Claims (9)
1.一种正负压联合的真空预压加固软基系统，其特征在于包括真空水气分离装置、真空泵、抽水泵和空气压缩机，真空水气分离装置设有进水口、出水口及抽气口，抽气口与真空泵相连，出水口与抽水泵相连，还包括插于软基的竖向排水板、铺设于细渣土层中主管和支管，支管通过软管及接头将多条竖向排水板连通汇集在一起，若干支管汇总连通于主管，竖向排水板、支管及主管连通构成管道集成，所述管道集成具有与下游设备可拆卸连接的接头，当管道集成的可拆卸连接的接头连接于真空水气分离装置进水口时真空泵提供抽真空构成负压真空预压加固软基系统，当管道集成的可拆卸连接的接头连接于空气压缩机时空气压缩机向管道集成提供高压气体构成正压加压系统。
2.根据权利要求1所述的正负压联合的真空预压加固软基系统，其特征在于：竖向排水板按正三角形点状布置方式打设，左右相邻的两根塑料排水板间用PVC钢丝软管与三通密封接头连接并连接到支管，主管与支管采用四通接头的连接方式。
3.根据权利要求1所述的正负压联合的真空预压加固软基系统，其特征在于：主管和支管上方还覆盖有细渣土层、土工布层和真空密封膜层。
4.根据权利要求3所述的正负压联合的真空预压加固软基系统，其特征在于：施工场地四周挖设有压膜沟，真空密封膜膜边压入压膜沟内，再回填压膜沟。
5.根据权利要求3所述的正负压联合的真空预压加固软基系统，其特征在于：按面积每800m2～1000m2的范围在真空密封膜上安装1个主管出膜装置。
6.根据权利要求1所述的正负压联合的真空预压加固软基系统，其特征在于：软基内埋设有真空度观测表，布设在两条支管平行距离的中间，位置靠近加固区边部且离开加固区边界大于等于5m，按每800m2排布一个真空度观测表，将真空度观测表的真空表集气管一端插入膜下并固定，另一端从密封膜引出，制成喇叭口和真空表相连接。
7.根据权利要求1所述的正负压联合的真空预压加固软基系统，其特征在于：竖向排水板由板芯和滤膜组成，板芯是由聚丙烯和聚乙烯塑料加工成的面有间沟槽的板体，滤膜为涤纶或丙纶无纺织物。
8.根据权利要求1所述的正负压联合的真空预压加固软基系统，其特征在于：相邻竖向排水板的中心距离为1.0m。
9.一种正负压联合的真空预压加固软基方法，其特征在于采用如权利要求1～8任一所述的正负压联合的真空预压加固软基系统并按以下步骤进行：
(1)清理施工场地杂物并平整场地，调拱1％-2％；
(2)在软基表面铺设30cm的细渣土层后打设竖向排水板，竖向排水板在细渣土层面外露20～30cm的长度；
(3)检查排水板板位、垂直度、打设深度、外露长度并做好施工记录；
(4)在铺设的细渣土层中铺设主管和支管，将竖向排水板与支管通过管路及管件连接，将支管与主管通过管路及管件连接；
(5)在原有的细渣土层上再铺设剩余细渣土层20cm、土工布层、真空密封膜层；
(6)在施工场地四周开挖压膜沟，将密真空封膜边压入压膜沟内，回填压膜沟；
(7)埋设膜下真空度观测表；
(8)布设真空水气分离装置、真空泵和抽水泵，装置控制面积为800m2～1000m2，主管的可拆卸连接的接口连接至真空水气分离装置的进水口，真空泵通过真空管与真空水气分离装置的抽气口连接进行抽真空作业，抽水泵通过水管连接真空水气分离装置的出水口进行抽水，真空水气分离装置中水位高于四分之三水箱高时，开启抽水泵，低于四分之一水箱高时，关闭抽水泵；
(9)开始抽真空阶段，将软基中的空气和水抽出；
(10)真空预压加固软基一个月后，关闭负压真空预压系统，将主管的可拆连接的接口拆离真空水气分离装置的进水口并连接至空气压缩机，将0.7～0.8MPa的高压空气通过管路集成输入软基中，使附着在排水板板芯及排水板滤膜上的细颗粒被冲走，使排水导气通道恢复畅通，在深厚软基中形成裂隙；
(11)往软基加高压气体2d后，将主管的可拆连接的接口拆离空气压缩机将接回到真空水气分离装置的进水口，开启抽真空及排水排气；
(12)根据需求重复步骤(8)-(11)；
(13)抽真空达到设计要求恒载满载时间，通过监测结果达到固结度条件及设计卸载要求标准时停泵卸载；
(14)卸载后，对压膜沟进行翻挖填实；
(15)抽真空结束，整平场地。
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