CN111733792B - 一种软土地基真空预压结合动力固结排水的地基处理方法及其处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及软土地基处理技术领域，尤其是一种软土地基真空预压结合动力固结排水的地基处理方法及其处理系统，包括软土层固结系统和动力固结土层固结系统，软土层固结系统包括排水系统、密封系统和真空预压系统，排水系统包括垂直排水系统和水平排水系统，垂直排水系统包括若干呈正方形布置的排水板，水平排水系统包括相互连接的纵向主滤管与横向连接滤管，纵向主滤管与横向连接滤管均设于软土地基场地表层并连接于排水板，密封系统包括铺设于软土地基场地表面的编织布、布设于编织布上的土工布和铺设于编织布和土工布上的真空膜。本发明可处理下卧深厚软土层，并有效提高浅部土层承载力；降低真空度的要求，现场更易实现且缩短预压时间。
Description
技术领域
本发明涉及软土地基处理的技术领域，尤其是一种软土地基真空预压结合动力固结排水的地基处理方法及其处理系统。
背景技术
伴随着我国城镇化进程的推进，工业化改革的深化和耕土保护政策的确立，越来越多的住宅、工业、交通项目建设在河塘回填、高填方、吹填土等具有深厚软弱土层或松散填土的“人造”地基地区。加快建设发展的长三角、珠三角沿海地区，也急需解决淤泥质软弱地基对工业、交通、民用建筑建设施工与后期使用的不良影响问题。上述的社会经济需求催生出地基处理专业分包行业，地基处理技术也得到了了长足发展，出现了换填垫层、预压、压实、夯实、挤密、复合地基、注浆加固、微型桩等地基处理技术。
软土具有含水率高、压缩系数高、流动性强、孔隙比大、透水性弱等特点，软土路堤或地基若得不到有效处理，轻则会导致路面、建筑物墙面、地坪开裂，重则导致路面局部垮塌、建筑物整体倾斜等造成严重经济损失的后果。因此，软土地基力学强度与整体均匀性的提高，是软土地基处理的关键。软土地基处理的常用方法为：换填法、强夯法、真空预压法、排水固结法、深层搅拌法、高压喷射注浆法，近年水泥、级配砂石等材料价格的上涨导致换填法、深层搅拌法、高压喷射注浆法的成本大幅提高，且深层搅拌法与高压喷射注浆法虽有广泛的应用，却难以解决越来越深厚的软土处理问题，为后续地基使用留下隐患。真空预压、排水固结与强夯法应用于越来越多的软土地基处理项目，加固技术也从单一向复合发展。
真空预压地基处理技术是通过在土体表面包覆密封膜，通过抽真空在其内部形成负压，降低土体孔隙水压，使大气压作用于土体形成堆载效果，从而压密土体，达到加固效果，一般由排水、密封与抽气系统组成，对软土地区具有较好的适用性。但是传统的真空预压地基处理具有真空压力分布不均、密封性差、处理时间长、砂垫层成本高、排水通道易阻塞和处理后浅层土体承载力较低等缺点。针对这些情况，学者与从业者提出了真空-堆载联合预压、立体真空预压、电渗-真空降水、改进型排水板真空预压、密封膜改进、真空化学联合预压等等基于真空预压的复合型地基处理技术。其中，电渗与化学真空预压方法成本较高，真空-堆载联合预压与立体真空预压等并没有解决浅层与深层兼顾处理的问题，而改进排水板与密封膜的方法无法缩短真空预压处理的工期。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种软土地基真空预压结合动力固结排水的地基处理方法及其处理系统，通过布设垂直排水系统、水平排水系统及密封系统，进行抽真空预压，加速软土层固结，并通过强夯机的夯击，对动力固结土层进行固结。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种软土地基真空预压结合动力固结排水的地基处理方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
a、计算软土地基沉降，沉降占比最大的土层作为处理的主要软土层，从而确定处理土层的底面埋深；
b、清理场地表层，并初步整平场地；明沟排水，沟底形成沟底纵坡，明沟宽度和深度根据场地集水面积、降排水量进行计算确定；
c、计算确定排水板间距、所需排水固结时间，根据软土层层底埋深与力学参数，确定排水板长度以及类型；
d、布设垂直排水系统，垂直排水系统使用原生料SPB塑料排水板，采用正方形布置，间距与长度根据步骤c确定；
e、布设水平排水系统，水平排水系统由纵向主滤管与横向连接滤管组成，其接头采用二通、三通与四通成品接头，垂直排水系统与水平排水系统之间以手型接头连接固定；
f、布设密封系统，在场地表面铺设一层编织布，人工缝合接缝处，在编织布上布设一层土工布，人工缝合接缝处；在场地加固区边界开挖密封沟，其深度达到进入浅部隔水层，铺设两层真空膜，并在边界处设置隔档围埝，铺真空膜后采用素粘土回填密封沟，并压密；
g、进行抽真空预压，在预压过程中实时监测真空度、表层沉降、分层沉降、孔隙水压力以及深层土体水平位移，在地表沉降达到要求时，可停止加载，进行预压卸载；卸载后密封沟填土改换承载力高的回填土，并压实处理；
h、卸载拆下真空膜并拆除纵向主滤管与横向连接滤管后，再次平整场地，采用强夯机进行强夯，保证动力固结土层夯实均匀；动力固结后，碾压整平场地移交。
一种涉及上述的软土地基真空预压结合动力固结排水的地基处理方法的软土地基真空预压结合动力固结排水的地基处理系统，其特征在于：包括软土层固结系统和动力固结土层固结系统，所述软土层固结系统包括排水系统、密封系统和真空预压系统，所述排水系统包括垂直排水系统和水平排水系统，所述垂直排水系统包括若干呈正方形布置的排水板，所述排水板插设于软土地基场地内并露出于所述软土地基场地，所述排水板经所述软土地基场地的动力固结土层延伸至所述软土地基场地的软土层，所述水平排水系统包括相互连接的纵向主滤管与横向连接滤管，所述纵向主滤管与所述横向连接滤管均设于所述软土地基场地表层并连接于所述排水板，所述密封系统包括铺设于所述软土地基场地表面的编织布、布设于所述编织布上的土工布和铺设于所述编织布和所述土工布上的真空膜，所述真空预压系统包括真空泵，所述动力固结土层固结系统包括强夯机。
所述真空泵通过在所述真空膜内形成真空来加速所述软土层的固结，所述动力固结土层通过所述强夯机的夯击进行固结。
所述软土地基场地加固区边界开挖有密封沟并设置有隔档围埝。
所述纵向主滤管与所述横向连接滤管间采用二通、三通与四通成品接头进行连接。
所述纵向主滤管与所述横向连接滤管通过手型接头连接于所述排水板。
所述排水板为SPB塑料排水板。
本发明的优点是：可处理下卧深厚软土层，并有效提高浅部土层承载力；可适用于吹填土、高填方、回填水塘河道，上硬下软地基等多类型复杂软土地基；较之其他真空-堆载-电渗复合预压工艺，节约用电以及砂垫层成本，有效衔接后续基础施工，节约大部分传统真空预压工艺二次处理的费用；降低真空度的要求，现场更易实现且缩短预压时间，节约工期至少30%。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的点夯点位的位置示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-2所示，图中标记1-11及A-B分别表示为：隔档围埝1、密封沟2、真空膜3、土工布4、编织布5、纵向主滤管6、横向连接滤管7、强夯机8、垂直排水系统9、动力固结土层10、软土层11、第一遍点夯点位A、第二遍点夯点位B。
实施例：本实施例中的一种软土地基真空预压结合动力固结排水系统，用于对软土层的排水固结。如图1-2所示，本系统主要包括软土层固结系统和动力固结土层固结系统，软土层固结系统和动力固结土层固结系统分别用于对软土层11和动力固结土层10进行固结。
如图1所示，软土层固结系统包括排水系统、密封系统和真空预压系统，排水系统包括垂直排水系统9和水平排水系统，垂直排水系统9使用原生料SPB塑料排水板，并采用正方形布置。排水板插设于软土地基场地内并露出于软土地基场地，便于与水平排水系统连接，并且排水板经软土地基场地的动力固结土层10延伸至软土地基场地的软土层11。打设塑料排水板时严禁出现扭结、断裂和撕破滤膜等现象，回带的根数不宜超过总根数的5%，外露长度满足与真空管路搭接长度。在真空预压步骤中，垂直排水系统9是通过改变原有场地的排水边界条件，增加孔隙水排出通道，缩短排水距离，从而加速深部软土层固结，且在真空预压后深部土体承载力已满足要求。而在揭膜后强夯过程中，垂直排水系统9不拆除，可辅助消散孔隙水压。
水平排水系统包括相互连接的纵向主滤管6与横向连接滤管7，纵向主滤管6与横向连接滤管7间采用二通、三通与四通成品接头进行连接，纵向主滤管6与横向连接滤管7均设于软土地基场地表层并通过手型接头连接于排水板，以保证管路畅通和接头牢固，保证其排水效果。水平排水系统是在表层形成水平向排水通道，并节省砂垫层的铺设费用。
密封系统包括铺设于软土地基场地表面的编织布5、布设于编织布5上的土工布4和铺设于编织布5和土工布4上的真空膜3。编织布5的作用是保护土工布4与真空膜3不被土体上颗粒物刺破，且可以均匀土体受力。具体的，在场地表面铺设一层编织布5，人工缝合接缝处，在编织布5上布设一层土工布4，搭接宽度不小于10cm，人工缝合接缝处。在场地加固区边界开挖密封沟2，其深度达到进入浅部隔水层，铺设两层真空膜3，并在边界处设置隔档围埝1，铺真空膜后采用素粘土回填密封沟2，并压密，防止真空膜漏气，增加密封性。
真空预压系统包括真空泵，通过真空泵进行抽真空预压。本实施例中的真空预压目的在于达到60kPa的预压荷载，故真空度达到60%稳定即可。在预压过程中实时监测真空度、表层沉降、分层沉降、孔隙水压力以及深层土体水平位移，在地表沉降达到步骤2计算的沉降要求或5d-10d平均沉降量不大于2mm/d，可停止加载，进行预压卸载。卸载后密封沟2填土改换承载力高的回填土，并压实处理。目的是采用真空泵在真空膜内形成真空，在真空膜内外产生约一个大气压的气压差，增加预压荷载加速软土层11固结。
动力固结土层固结系统包括强夯机8。如图1和图2所示，采用强夯机8进行1000-2500kN.m能级的2遍点夯（先点夯第一遍点夯点位A，再点夯第二遍点夯点位B），之后满夯2遍，间距根据规范要求，均匀布置第二遍点夯点位B，保证动力固结土层10夯实均匀，振动能量均匀传播，土层承载力大幅提高。
此外，结合图1和图2所示，本实施例还包括一种软土地基真空预压结合动力固结排水系统的工作方法，该工作方法如下：
a、根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）中5.3.5条计算地基沉降，沉降占比最大的土层作为处理的主要软土层，从而确定处理土层的底面埋深；
b、清理场地表层，清除表层杂填土或填土上生长的植物、夹杂的碎石、树枝等，并初步整平场地，以此保证后期真空预压的密封性以及土层受力的均匀性；明沟排水，沟底形成沟底纵坡，明沟宽度和深度根据场地集水面积、降排水量进行计算确定，防止出现降雨期间场地积水、真空预压抽出的地下水无法排走等现象；
c、根据场地土层的渗透系数等土力学参数，按照规范《真空预压加固软土技术规程》(JTS-147-2-2009) 和《建筑地基处理技术规范》（JGJ79 -2012）要求计算确定排水板间距、所需排水固结时间，根据软土层层底埋深与力学参数，确定排水板长度以及类型；
d、布设垂直排水系统9，垂直排水系统9使用原生料SPB塑料排水板，采用正方形布置，间距与长度根据步骤c确定；打设塑料排水板时严禁出现扭结、断裂和撕破滤膜等现象，回带的根数不宜超过总根数的5%，外露长度满足与真空管路搭接长度；该系统是通过改变原有场地的排水边界条件，增加孔隙水排出通道，缩短排水距离，从而加速深部软土层固结；
e、布设水平排水系统，水平排水系统由纵向主滤管6与横向连接滤管7组成，其接头采用二通、三通与四通成品接头，垂直排水系统9与水平排水系统之间以手型接头连接固定，保证管路畅通和接头牢固；水平排水系统是在表层形成水平向排水通道，并节省砂垫层的铺设费用；
f、布设密封系统，在场地表面铺设一层编织布5，人工缝合接缝处，在编织布上布设一层土工布4，搭接宽度不小于10cm，人工缝合接缝处；在场地加固区边界开挖密封沟2，其深度达到进入浅部隔水层，铺设两层真空膜3，并在边界处设置隔档围埝1，铺真空膜后采用素粘土回填密封沟2，并压密，防止真空膜漏气，增加密封性；
g、进行抽真空预压，本实施例当中的真空预压目的在于达到60kPa的预压荷载，故真空度达到60%稳定即可；在预压过程中实时监测真空度、表层沉降、分层沉降、孔隙水压力以及深层土体水平位移，在地表沉降达到步骤b计算的沉降要求或5d-10d平均沉降量不大于2mm/d，可停止加载，进行预压卸载；卸载后密封沟2填土改换承载力高的回填土，并压实处理；目的是采用真空泵8在真空膜3内形成真空，在真空膜3内外产生约一个大气压的气压差，增加预压荷载加速软土层11固结；
h、卸载拆下真空膜3并拆除纵向主滤管6与横向连接滤管7后，再次平整场地，采用强夯机8进行1000-2500kN.m能级的2遍点夯，之后满夯2遍，间距根据规范要求，均匀布置第二遍点夯点位B，保证动力固结土层10夯实均匀，振动能量均匀传播，土层承载力大幅提高；动力固结后，碾压整平场地移交。
综上所述，本实施例的可处理下卧深厚软土层，并有效提高浅部土层承载力；可适用于吹填土、高填方、回填水塘河道，上硬下软地基等多类型复杂软土地基；较之其他真空-堆载-电渗复合预压工艺，节约用电以及砂垫层成本，有效衔接后续基础施工，节约大部分传统真空预压工艺二次处理的费用；降低真空度的要求，现场更易实现且缩短预压时间，节约工期至少30%。
虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。
Claims (7)
1.一种软土地基真空预压结合动力固结排水的地基处理方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
a、计算软土地基沉降，沉降占比最大的土层作为处理的主要软土层，从而确定处理土层的底面埋深；
b、清理场地表层，并初步整平场地；明沟排水，沟底形成沟底纵坡，明沟宽度和深度根据场地集水面积、降排水量进行计算确定；
c、计算确定排水板间距、所需排水固结时间，根据软土层层底埋深与力学参数，确定排水板长度以及类型；
d、布设垂直排水系统，垂直排水系统使用原生料SPB塑料排水板，采用正方形布置，间距与长度根据步骤c确定；
e、布设水平排水系统，水平排水系统由纵向主滤管与横向连接滤管组成，其接头采用二通、三通与四通成品接头，垂直排水系统与水平排水系统之间以手型接头连接固定；
f、布设密封系统，在场地表面铺设一层编织布，人工缝合接缝处，在编织布上布设一层土工布，人工缝合接缝处；在场地加固区边界开挖密封沟，其深度达到进入浅部隔水层，铺设两层真空膜，并在边界处设置隔档围埝，铺真空膜后采用素粘土回填密封沟，并压密；
g、进行抽真空预压，在预压过程中实时监测真空度、表层沉降、分层沉降、孔隙水压力以及深层土体水平位移，在地表沉降达到要求时，可停止加载，进行预压卸载；卸载后密封沟填土改换承载力高的回填土，并压实处理；
h、卸载拆下真空膜并拆除纵向主滤管与横向连接滤管后，再次平整场地，采用强夯机进行强夯，保证动力固结土层夯实均匀；动力固结后，碾压整平场地移交。
2.一种涉及权利要求1所述的软土地基真空预压结合动力固结排水的地基处理方法的软土地基真空预压结合动力固结排水的地基处理系统，其特征在于：包括软土层固结系统和动力固结土层固结系统，所述软土层固结系统包括排水系统、密封系统和真空预压系统，所述排水系统包括垂直排水系统和水平排水系统，所述垂直排水系统包括若干呈正方形布置的排水板，所述排水板插设于软土地基场地内并露出于所述软土地基场地，所述排水板经所述软土地基场地的动力固结土层延伸至所述软土地基场地的软土层，所述水平排水系统包括相互连接的纵向主滤管与横向连接滤管，所述纵向主滤管与所述横向连接滤管均设于所述软土地基场地表层并连接于所述排水板，所述密封系统包括铺设于所述软土地基场地表面的编织布、布设于所述编织布上的土工布和铺设于所述编织布和所述土工布上的真空膜，所述真空预压系统包括真空泵，所述动力固结土层固结系统包括强夯机。
3.根据权利要求2所述的一种软土地基真空预压结合动力固结排水的地基处理系统，其特征在于：所述真空泵通过在所述真空膜内形成真空来加速所述软土层的固结，所述动力固结土层通过所述强夯机的夯击进行固结。
4.根据权利要求2所述的一种软土地基真空预压结合动力固结排水的地基处理系统，其特征在于：所述软土地基场地加固区边界开挖有密封沟并设置有隔档围埝。
5.根据权利要求2所述的一种软土地基真空预压结合动力固结排水的地基处理系统，其特征在于：所述纵向主滤管与所述横向连接滤管间采用二通、三通与四通成品接头进行连接。
6.根据权利要求2所述的一种软土地基真空预压结合动力固结排水的地基处理系统，其特征在于：所述纵向主滤管与所述横向连接滤管通过手型接头连接于所述排水板。
7.根据权利要求2所述的一种软土地基真空预压结合动力固结排水的地基处理系统，其特征在于：所述排水板为SPB塑料排水板。
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