CN113605361A - 一种高真空击密深厚淤土地基加固结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种高真空击密深厚淤土地基加固结构，其包括插打于地基内的排水板、紧邻所述排水板设置的真空管、设于地基内的加压井和用于对所述加压井施加压力的加压装置，所述加压井设于所述排水板的四周，所述真空管连接有真空泵，所述加压装置包括加压气泵、气囊以及加压气管，所述气囊设于所述加压井内，所述气囊的开口固定套设于所述加压气管的出气口外，所述加压气管连接所述加压气泵。本申请具有提高深厚淤土地基深部固结效果和固结速率的效果。

Description

一种高真空击密深厚淤土地基加固结构及其施工方法

技术领域

本申请涉及工程建设的技术领域，尤其是涉及一种高真空击密深厚淤土地基加固结构及其施工方法。

背景技术

目前真空预压法是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，近年来在各类软土地基处理工程中得到广泛应用，且取得了一定的效果。真空预压法是通过铺设水平排水砂垫层和设置在软基中的竖向排水体，再在砂垫层上铺设不透气的薄膜封闭装置，借助于埋设在砂垫层内的管道，通过抽真空装置，使土体中形成负压，将土体孔隙中的孔隙水抽出，从而降低孔隙水压力，增加有效应力，使土体产生固结，减少后期沉降，提高地基承载能力。

真空预压技术虽然是一种经济有效的软基处理方法，但对于深厚淤土地基，深部固结效果差，并且固结速率低。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在有深厚淤土地基深部固结效果差，固结速率低的缺陷。

发明内容

为了改善深厚淤土地基深部固结效果差，固结速率低的缺陷，本申请提供一种高真空击密深厚淤土地基加固结构及其施工方法。

第一方面，本申请提供一种高真空击密深厚淤土地基加固结构，采用如下的技术方案：

一种高真空击密深厚淤土地基加固结构，包括插打于地基内的排水板、紧邻所述排水板设置的真空管、设于地基内的加压井和用于对所述加压井施加压力的加压装置，所述加压井设于所述排水板的四周，所述真空管通过集水管连接有真空泵，所述加压装置包括加压气泵、气囊以及加压气管，所述气囊设于所述加压井内，所述气囊的开口固定套设于所述加压气管的出气口外，所述加压气管连接所述加压气泵。

通过采用上述技术方案，排水板、真空管和真空泵对地基进行排水并抽真空，使土体中形成负压，将土体孔隙中的孔隙水抽出；加压气泵对气囊充气，使得气囊膨胀挤压加压井的侧壁，当气囊内的压力达到一定值后，对加压井的侧壁的挤压力使得加压井的侧壁的土体产生位移，加压井的侧壁的土体的位移对周边的土体产生挤压，依次往远处的土体传递挤压力，使得土体孔隙变小，将土体孔隙中的孔隙水往压力低的方向挤出，即将土体孔隙中的孔隙水往形成负压的排水板处挤出，然后被排水板抽出，从而一定程度上提高了深厚淤土地基深部的固结速率，改善深厚淤土地基深部的固结效果。充入的气体在气囊中，无法渗入土体中，土体孔隙中的孔隙水被抽出后，土体孔隙没有气体或液体填充进入，在土体自身的重力下变小，从而提高土体的固结速率和固结效果。另外，充入的气体在气囊中，与土中的气体相互分隔，不会导致密封膜下的真空度下降，真空泵抽真空后能够保持真空度更长时间，减少真空泵的启动次数，节约能源。

优选的，所述加压气管上设有用于泄气的阀门。

通过采用上述技术方案，阀门方便对气囊进行泄气。

第二方面，本申请提供一种高真空击密深厚淤土地基加固结构的施工方法，采用如下的技术方案：

一种高真空击密深厚淤土地基加固结构的施工方法，包括以下步骤：

S1：在平整的地基内插打排水板，并紧邻排水板插打真空管，在排水板周围打设多个加压井；

S2：在地基的砂垫层铺设集水管和加压气管，真空管与集水管连接，气囊布设于加压井内并连接加压气管；

S3：沿地基周边开挖深度和宽度符合设计要求的密封沟，集水管的一端穿出地基外并与真空泵连接，加压气管的一端穿出地基外并与加压气泵连接，再在地基内铺设密封膜，密封膜埋入密封沟内；

S4：启动真空泵，对真空管进行抽真空，密封膜下的真空度达到设计值即停止真空泵，直至密封膜下的真空度下降至规定值，再次启动真空泵，将密封膜下的真空度恢复到设计值，依次往复；启动加压气泵，对气囊充气，气囊的气压达到设计值即停止加压气泵，并对气囊的气压进行监测；当气囊的气压低于设计值的百分之九十七时，再次对气囊充气至设计值，依次往复；当连续三天气囊的气压均高于设计值的百分之九十七时，终止对气囊加压，关闭真空泵和加压气泵；

S5：拆除密封膜、气囊、加压气管、加压气泵，回填加压井，并进行夯实；

S6：进行高真空击密，击密施工过程中保持真空泵运行。

通过采用上述技术方案，加压气泵对气囊充气，气囊的气压达到设计值时对加压井施加一个挤压力，挤压力往远处的土体传递，使得土体产生位移，加压井扩大，气囊内体积变大，气压降低，挤压力变小；再次对气囊充气至设计值后，挤压力恢复原先大小，继续将加压井扩大，依次往复；由于每次对土体的挤压都会使得土体间隙变小，土变得密实，相同挤压力下土体的位移变小，所以本轮对加压井的扩大效果会小于上一轮对加压井的扩大效果，当连续三天气囊的气压均高于设计值的百分之九十七时，挤压力对加压井的扩大效果已经很小，土体变得较为密实，地基深部的固结完成，对地基深部的固结效果好，土体孔隙越大，本申请的固结效果越好。最后再对加压井回填，并进行夯实，填补打加压井和扩大加压井的空缺，减小沉降。多个加压井设于排水板周围，真空泵对真空管抽真空后，排水板四周的土体孔隙中的孔隙水均往排水板处集聚，被排水板抽出，减小土体孔隙中的孔隙水的排出距离，提高土体的固结速率。

优选的，步骤S3中，铺设密封膜前，先在砂垫层上铺设一层编织布和两层250g/m²的短丝土工布，最后铺设三层密封膜，铺设的密封膜与土工布每边向外扩出至少3m，并将其埋在周围的密封沟内。

通过采用上述技术方案，土工布具有排水和防刺作用，能够增加砂垫层的排水性能和防护能力，密封膜与土工布每边向外扩出至少3m能够达到更佳的真空预压加固效果。

优选的，步骤S3中，铺设密封膜前，先在密封沟内制作50cm的泥浆层，密封膜依次埋入密封沟的泥浆层内。

通过采用上述技术方案，泥浆层能够使得密封膜更牢固，连接的密封性好，使得密封膜的密封效果更好。

优选的，步骤S4中，在启动真空泵前，对密封沟和密封膜进行覆水，覆水深度为0.2～0.4m。

通过采用上述技术方案，覆水能够加强密封系统的密封性，同时能够检查密封膜是否有破损。

优选的，步骤S5中，在回填加压井前，采用水泵对加压井进行抽干，同时保持真空泵运行。

通过采用上述技术方案，抽干水再回填，能够减小回填土受地下水的影响。

优选的，步骤S6中，采用点夯击密，第一遍点夯间距为4.0m×7.0m，正方形布置，击密能量为700～1000kN·m，击数1～2击；第二遍点夯间距为4.0m×7.0m，正方形布置，打在第一遍夯点之间，击密能量为700～1000kN·m，击数1～2击；满夯能量为500kN·m，击数1～2击，锤印相互搭接1/4锤径。

通过采用上述技术方案，通过数遍高真空击密制造“压差”排水，并结合数遍的变能量击密，分步降低含水量，加快软土固结速率。

优选的，步骤S6中，点夯击密施工结束后，拔除真空管，不留设排水通道。

通过采用上述技术方案，不留设排水通道，大大减缓沉降速率、减小沉降量。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请的加压气泵对气囊充气，使得气囊膨胀挤压加压井的侧壁，对加压井的侧壁的挤压力使得加压井的侧壁的土体产生位移，加压井的侧壁的土体的位移对周边的土体产生挤压，依次往远处的土体传递挤压力，使得土体孔隙变小，改善深厚淤土地基深部的固结效果；

2.本申请的往复对气囊充气，使得气囊多次对加压井施加相同挤压力，每次对土体的挤压都会使得土体间隙变小，从而使得土体变得更密实，提高地基深部的固结效果。

附图说明

图1是本实施例的一种高真空击密深厚淤土地基加固结构的气囊未充气的结构示意图。

图2是本实施例的一种高真空击密深厚淤土地基加固结构的气囊充气后的结构示意图。

图3是本实施例的排水板与加压井的布置示意图。

附图标记说明：1、排水板；2、真空管；3、集水管；4、真空泵；5、加压井；6、气囊；7、加压气管；8、加压气泵；9、密封沟；10、阀门；11、气压表。

具体实施方式

以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种高真空击密深厚淤土地基加固结构。参照图1、图2和图3，一种高真空击密深厚淤土地基加固结构包括插打于地基内的排水板1、紧邻排水板1设置的真空管2、设于地基内并延伸到淤土深处的加压井5和用于对加压井5的侧壁施加压力的加压装置，排水板1采用导气塑料排水板1，排水板1竖直设置。每个排水板1四周均设有多个加压井5，每个加压井5四周均设有多个排水板1，真空管2的上端通过集水管3连接有真空泵4，真空泵4通过集水管3和真空管2进行抽真空，并将排水板1中的水抽出。加压装置包括加压气泵8、气囊6以及加压气管7，气囊6设于加压井5内并延伸到加压井5的底部，气囊6的开口套设于加压气管7的出气口外并通过紧固环固定于加压气管7上，加压气管7连接加压气泵8，加压气管7连接加压气泵8的一端分别设有用于泄气的阀门10和气压表11，气压表11设于阀门10的一侧。

气囊6采用弹性橡胶制成，气囊6充气能够膨胀，泄气后缩小，遇到外力时会产生变形，气囊6在未充气时，呈圆柱状，与圆柱状的气球的结构相同，气囊6充气后膨胀，体积变大，由于深度不同的淤土的密实程度不同，受到相同大小的压力后，深度不同的淤土位移不同，再加上气囊6不同深度受到的膨胀阻力不同，使得不同深度的气囊6膨胀程度不同。真空管23采用φ32mm钢管，卧管φ50mm的PVC管；集水管3采用φ25mm钢丝软管，壁厚不小于2mm，钢丝螺距不大于10mm。真空泵412采用射流真空泵412，单机功率不小于7.5kW，在进气孔封闭状态下，其真空度不小于96kPa。

本申请实施例一种高真空击密深厚淤土地基加固结构的实施原理为：加压气泵8对气囊6充气，使得气囊6膨胀对加压井5的侧壁产生挤压，并通过加压井5的侧壁将压力向远处的土体传递，由于压力传递的过程被逐渐损耗，与加压井5距离不同的土体受到的挤压力不同，产生的位移也不同，使得相邻的土体产生相互挤压，土体孔隙变小，将土体孔隙中的孔隙水挤出，排水板1、真空管2和真空泵4将土体孔隙中的孔隙水抽出，提高了深厚淤土地基深部的固结速率。

本申请实施例还公开一种高真空击密深厚淤土地基加固结构的施工方法。参照图2，一种高真空击密深厚淤土地基加固结构的施工方法包括以下步骤：

S1：用推土机将施工现场超高处土方推去，并推至到现场低洼处，清除大块石及各种杂质，对清理出去的部分进行换填，换填采用不含杂质的素土，并进行整平，然后在平整的施工现场的地面上回填30cm厚的砂垫层，砂垫层含泥量不超过10%，砂垫层铺设后用推土机推平。地基平整后，根据设计图标示出排水板1的插打位置，由挖走表层回填砂垫层后的地面开始插打排水板1，插板机械选用轻型的液压型插板设备，以减少设备接地压力，并防止插板施工时的排水板1回带问题，排水板1打设到设计的深度，打入地基的排水板1需要接长时，采用芯板搭接，搭接长度大于20cm，搭接处采用线缝或枪钉锚固滤膜和芯板。排水板1插打完成后，紧邻排水板1的排水面插打真空管2。真空管2插打完成后，在排水板1周围打设多个加压井5，加压井5打到设计的深度。

S2：在地基的砂垫层铺设集水管3和加压气管7，真空管2的上端与集水管3连接，将气囊6布设于加压井5内，气囊6的底部延伸到加压井5的底部，加压气囊6的开口套到加压气管7的出气口外并通过紧固环固定于加压气管7上。

S3：先沿地基周边开挖深度和宽度符合设计要求的密封沟9，开挖的土料置于沟的两侧，密封沟9内侧土料沿密封沟9内边线构筑覆水围堰，围堰高度不小于50cm，顶宽不小于50cm，内外侧坡比不陡于1:0.5，密封沟9内坡和覆水围堰进行人工修整，清除杂物和棱角，然后集水管3的一端穿出地基外并与真空泵4连接，加压气管7设有阀门10和气压表11的一端穿出地基外并与加压气泵8连接，真空泵4和加压气泵8安放稳固。再在砂垫层上铺设一层编织布和两层250g/m²的短丝土工布，再依次铺设三层密封膜，密封膜为0.14mm的聚氯乙烯真空膜，密封膜在工厂采用热合粘结法拼成一个大于加固区域面积的整块塑料膜。为了达到最佳的真空预压加固效果，密封前先在密封沟9内制作50cm的泥浆层，密封膜与土工布每边向外扩出至少3m，并将其埋在周围的密封沟9的泥浆层内。密封膜施工完成后，对密封沟9和密封膜进行覆水，覆水深度为0.2～0.4m，然后进行试抽真空，检查地基的密封性和设备运行状态，试抽时间不少于4天，对于漏气的地方和有问题的设备及时作出补救措施，保证后续的抽真空工序能够顺利进行。

S4：启动真空泵4，对真空管2进行抽真空，密封膜下的真空度达到设计值即停止真空泵4，直至密封膜下的真空度下降至60kPa时，再次启动真空泵4，将密封膜下的真空度恢复到设计值，依次往复；启动加压气泵8，对气囊6充气，气囊6的气压达到设计值即停止加压气泵8，并对气囊6的气压进行监测；当气囊6的气压低于设计值的百分之九十七时，再次对气囊6充气至设计值，依次往复；当连续三天气囊6的气压均高于设计值的百分之九十七时，终止对气囊6加压，关闭真空泵4和加压气泵8。

S5：拆除密封膜、气囊6、加压气管7、加压气泵8，采用水泵对加压井5进行抽干，同时保持真空泵4运行，然后回填加压井5，并进行夯实。

S6：进行高真空击密，在加固区域的浅层形成一定厚度的超固结硬壳层，大幅度加快软土固结速率，缩短工期，击密施工过程中保持真空泵4运行。高真空击密采用点夯击密，第一遍点夯间距为4.0m×7.0m，正方形布置，击密能量为700～1000kN·m，击数1～2击；第二遍点夯间距为4.0m×7.0m，正方形布置，打在第一遍夯点之间，击密能量为700～1000kN·m，击数1～2击；满夯能量为500kN·m，击数1～2击，锤印相互搭接1/4锤径。施工结束后，拔除真空管2，不留设排水通道，从而大大减缓沉降速率、减小沉降量。

为保证施工质量，排水板1打设点位误差小于5cm，导管垂直度偏差小于1.5%；打入地基的排水板1需要接长时，每根不得多于一个接头，且有接头的根数不得超过打设总数的10%，相邻布设的排水板1不能同时出现接头；排水板1打设时的回带长度小于50cm，且回带数量小于打设总数的5%。集水管3能够满足96kPa的真空度条件下具备良好的排水性能的要求。密封膜采用热合法焊接，搭接宽度不小于10cm，且无热合不紧或热穿现象；密封膜铺设时风力宜小于4级，并顺风向铺设，每层铺设完成后，应检查密封膜的完好性；密封膜制作和铺设过程中发现孔洞应及时修补，现场修补应按照膜的特性采用胶结法粘结；边界密封条件较好时，真空荷载设计值宜不小于85kPa；边界密封条件复杂时，真空荷载设计值宜不小于80kPa。

本申请实施例一种高真空击密深厚淤土地基加固结构的施工方法的实施原理为：利用气囊6能够膨胀的特点，对气囊6充气，使得气囊6膨胀，对加压井5产生挤压，使得加压井5变大，随着加压井5变大，气囊6体积也变大，气囊6内气压降低，挤压力变小；再次对气囊6充气至设计值后，挤压力恢复原先大小，继续将加压井5扩大，依次往复；通过观察气囊6的压力变化，判断气囊6对加压井5的扩大的效果。最后再对加压井5回填，并进行夯实，填补打加压井5和扩大加压井5的空缺。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高真空击密深厚淤土地基加固结构，其特征在于：包括插打于地基内的排水板(1)、紧邻所述排水板(1)设置的真空管(2)、设于地基内的加压井(5)和用于对所述加压井(5)施加压力的加压装置，所述加压井(5)设于所述排水板(1)的四周，所述真空管(2)通过集水管(3)连接有真空泵(4)，所述加压装置包括加压气泵(8)、气囊(6)以及加压气管(7)，所述气囊(6)设于所述加压井(5)内，所述气囊(6)的开口固定套设于所述加压气管(7)的出气口外，所述加压气管(7)连接所述加压气泵(8)。

2.根据权利要求1所述的一种高真空击密深厚淤土地基加固结构，其特征在于：所述加压气管(7)上设有用于泄气的阀门(10)。

3.根据权利要求1或2所述的一种高真空击密深厚淤土地基加固结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在平整的地基内插打排水板(1)，并紧邻排水板(1)插打真空管(2)，在排水板(1)周围打设多个加压井(5)；

S2：在地基的砂垫层铺设集水管(3)和加压气管(7)，真空管(2)与集水管(3)连接，气囊(6)布设于加压井(5)内并连接加压气管(7)；

S3：沿地基周边开挖深度和宽度符合设计要求的密封沟(9)，集水管(3)的一端穿出地基外并与真空泵(4)连接，加压气管(7)的一端穿出地基外并与加压气泵(8)连接，再在地基内铺设密封膜，密封膜埋入密封沟(9)内；

S4：启动真空泵(4)，对真空管(2)进行抽真空，密封膜下的真空度达到设计值即停止真空泵(4)，直至密封膜下的真空度下降至规定值，再次启动真空泵(4)，将密封膜下的真空度恢复到设计值，依次往复；启动加压气泵(8)，对气囊(6)充气，气囊(6)的气压达到设计值即停止加压气泵(8)，并对气囊(6)的气压进行监测；当气囊(6)的气压低于设计值的百分之九十七时，再次对气囊(6)充气至设计值，依次往复；当连续三天气囊(6)的气压均高于设计值的百分之九十七时，终止对气囊(6)加压，关闭真空泵(4)和加压气泵(8)；

S5：拆除密封膜、气囊(6)、加压气管(7)、加压气泵(8)，回填加压井(5)，并进行夯实；

S6：进行高真空击密，击密施工过程中保持真空泵(4)运行。

4.根据权利要求3所述的一种高真空击密深厚淤土地基加固结构的施工方法，其特征在于：步骤S3中，铺设密封膜前，先在砂垫层上铺设一层编织布和两层250g/m²的短丝土工布，最后铺设三层密封膜，铺设的密封膜与土工布每边向外扩出至少3m，并将其埋在周围的密封沟(9)内。

5.根据权利要求3所述的一种高真空击密深厚淤土地基加固结构的施工方法，其特征在于：步骤S3中，铺设密封膜前，先在密封沟(9)内制作50cm的泥浆层，密封膜依次埋入密封沟(9)的泥浆层内。

6.根据权利要求3所述的一种高真空击密深厚淤土地基加固结构的施工方法，其特征在于：步骤S4中，在启动真空泵(4)前，对密封沟(9)和密封膜进行覆水，覆水深度为0.2～0.4m。

7.根据权利要求3所述的一种高真空击密深厚淤土地基加固结构的施工方法，其特征在于：步骤S5中，在回填加压井(5)前，采用水泵对加压井(5)进行抽干，同时保持真空泵(4)运行。

8.根据权利要求3所述的一种高真空击密深厚淤土地基加固结构的施工方法，其特征在于：步骤S6中，采用点夯击密，第一遍点夯间距为4.0m×7.0m，正方形布置，击密能量为700～1000kN·m，击数1～2击；第二遍点夯间距为4.0m×7.0m，正方形布置，打在第一遍夯点之间，击密能量为700～1000kN·m，击数1～2击；满夯能量为500kN·m，击数1～2击，锤印相互搭接1/4锤径。

9.根据权利要求3所述的一种高真空击密深厚淤土地基加固结构的施工方法，其特征在于：步骤S6中，点夯击密施工结束后，拔除真空管(2)，不留设排水通道。

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