CN113605362B - 一种微劈裂多层面高真空分层预压击密施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种微劈裂多层面高真空分层预压击密施工方法，其包括平整场地与垫层铺设、排水系统施工、冰冻系统施工、微劈裂系统施工、密封系统施工、加载、卸载和高真空击密步骤。本申请具有提高涂抹层的渗透系数，改善土的固结效率的效果。

Description

一种微劈裂多层面高真空分层预压击密施工方法

技术领域

本申请涉及工程施工的技术领域，尤其是涉及一种微劈裂多层面高真空分层预压击密施工方法。

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。

但是目前的真空预压法用于深厚淤土地基加固时，由于打插排水板的过程中，会扰动排水板周围土，并形成一层涂抹层，使得土的渗透系数降低，降低了土的固结效率。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在有涂抹层的渗透系数低，降低了土的固结效率的缺陷。

发明内容

为了改善涂抹层的渗透系数低的问题，本申请提供一种微劈裂多层面高真空分层预压击密施工方法。

本申请提供的一种微劈裂多层面高真空分层预压击密施工方法采用如下的技术方案：

一种微劈裂多层面高真空分层预压击密施工方法，包括以下步骤：

1）平整场地与垫层铺设：将施工现场超高处土方推去，并推至到现场低洼处，并进行整平；然后回填30cm厚的砂垫层，并推平；

2）排水系统施工：先在排水板的排水面上固定安装液氮喷射管，液氮喷射管上设有背向排水板的喷射孔，然后再进行排水板的插打，排水板打设到设计的深度，再进行深层真空管的插打，深层真空管紧邻排水板布置，最后进行集水管路的施工和真空泵的安装，真空泵连接深层真空管；

3）冰冻系统施工：在砂垫层上铺设液氮输送管，并将液氮喷射管与液氮输送管相连，再安装液氮泵，并将液氮泵与液氮输送管连接，液氮泵的抽液口连接液氮罐；然后启动液氮泵，将液氮罐中的液氮通过液氮输送管送入液氮喷射管内，从喷射孔中喷射到涂抹层上，对涂抹层进行冰冻；对涂抹层喷射液氮后，拆除液氮输送管和液氮泵，然后等待涂抹层上的冰层自然融化；

4）微劈裂系统施工：在砂垫层布设送气管，送气管连接空压机，在加固区域插打喷气管，喷气管连接送气管，喷气管的末端设有喷气孔；

5）密封系统施工：先沿加固区域周边开挖深度和宽度符合设计要求的密封沟，再在加固区域铺设密封膜，密封膜埋入密封沟内；

6）加载：启动真空泵，进行抽真空，使得密封膜下的真空度达到设计要求，连续三天实测平均沉降速率小于3mm/d后，开启空压机进行微劈裂；当膜下真空度下降至60kPa时，关闭空压机，停止微劈裂，直到膜下真空度恢复到微劈裂前的压力值；连续三天实测平均沉降速率再次小于3mm/d时，再次开启空压机进行微劈裂，依次往复；当膜下真空度达到微劈裂前的压力值后，连续三天实测平均沉降速率仍小于3mm/d时，终止微劈裂；微劈裂实施过程中，真空泵保持连续工作状态；

7）卸载：当实测沉降曲线推算的固结度≥85%，连续5天实测平均沉降速率小于2mm/d，并且有效加载时间达到设计要求后，关闭真空泵；

8）高真空击密：拆除密封膜，并开启真空泵排水，然后进行点夯击密，击密施工过程中保持真空泵运行。

通过采用上述技术方案，通过设置排水系统、冰冻系统、微劈裂系统以及密封系统，并进行高真空击密施工，对深厚淤土地基进行组合加固。在进行加载和卸载操作前，通过往涂抹层喷射液氮，液氮使得涂抹层内的水分凝结成冰，水分凝结成冰后体积膨胀变大，使得涂抹层的土间间隙变大，冰融化后，变大的间隙保留下来，有效改善涂抹层的渗透系数低的缺陷，提高了土的固结效率，缩短工期。

优选的，步骤2）中，打入地基的排水板需要接长时，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。

通过采用上述技术方案，芯板搭接长度大于20cm，确保排水板的连接牢固不松脱。

优选的，步骤4）中，喷气管布设间距为排水板布设间距的2倍～4倍，喷气管的末端封闭，喷气管的末端200mm范围内设置4～6个喷气孔，喷气孔的孔径为3mm，喷气孔外用150g/m²的土工布包裹。

通过采用上述技术方案，确保喷气管能够喷出压缩空气，通过压缩气体作用于土体以形成微小裂隙，增加土体的渗透性。

优选的，步骤5）中，密封沟开挖的土料置于密封沟的两侧，密封沟内侧的土料沿密封沟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，密封沟内坡和覆水围堰进行人工修整，清除杂物和棱角。

通过采用上述技术方案，覆水围堰能够在密封膜上添加积水作为密封层，增加密封系统的密封性。

优选的，步骤5）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5）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的泥浆层内。

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，进行步骤6）前，需要进行试抽真空，检查密封系统和设备运行状态，试抽时间不少于4天。

通过采用上述技术方案，试抽真空能够验证密封系统的密封性，对于漏气的地方和有问题的设备能够及时作出补救措施，保证后续的抽真空工序能够顺利进行。

优选的，步骤6）中，真空泵启动后，膜下真空度达到设计要求，且连续三天稳定后，正式进入抽真空运行阶段，膜下真空度达到设计要求之日作为有效加载计时起点。

通过采用上述技术方案，先检查密封系统的稳定性，再进行抽真空运行。

优选的，步骤6）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。

优选的，步骤7）中，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。

附图说明

图1是本申请实施例的流程图。

图2是本申请实施例的实施原理示意图。

附图标记说明：1、排水板；2、液氮喷射管；3、深层真空管；4、喷气管；5、液氮输送管；6、液氮泵；7、密封沟；8、密封膜；9、抽真空管路；10、送气管；11、空压机；12、真空泵。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种微劈裂多层面高真空分层预压击密施工方法。参照图1和图2，一种微劈裂多层面高真空分层预压击密施工方法包括以下步骤：

1）平整场地与垫层铺设：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，以免影响塑料排水板1施工，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，满足后期的施工需要。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。

2）排水系统施工：排水系统由排水板1、集水管路以及真空泵12组成，排水板1采用导气塑料排水板1。排水系统施工前，先在排水板1的排水面上固定安装液氮喷射管2，液氮喷射管2沿排水板1的长度方向布置，液氮喷射管2外包裹有隔热层，液氮喷射管2上沿轴线方向设有多个背向排水板1的喷射孔。施工时先进行排水板1的插打，排水板1由挖走表层回填砂垫层后的地面开始施打，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打设到设计的深度后，液氮喷射管2的喷射孔朝向涂抹层。再进行深层真空管3的插打，深层真空管3采用φ32mm钢管，卧管φ50mm的PVC管，深层真空管3紧邻排水板1布置，深层真空管3插打时不能插打在液氮喷射管2与涂抹层之间。然后在砂垫层上进行集水管路的施工，集水管采用φ25mm钢丝软管，壁厚不小于2mm，钢丝螺距不大于10mm，铺设于相邻两排排水板1中间位置。各集水管路连接好后，采用变径接头连接至集水总管，总管采用直径不小于50mm的PVC管，壁厚不小于5mm。最后进行真空泵12的安装，真空泵12采用射流真空泵12，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，真空泵12顺长边依次布置，安放稳固，真空泵12通过抽真空管路9连接深层真空管3和排水板1的上端的导气口。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。

3）冰冻系统施工：在砂垫层上铺设液氮输送管5，并将液氮喷射管2与液氮输送管5相连，液氮输送管5连接到液氮总管，液氮总管与安装的液氮泵6连接，液氮泵6的抽液口连接液氮罐。启动液氮泵6，将液氮罐中的液氮通过液氮输送管5送入液氮喷射管2内，从喷射孔中喷射到涂抹层上，对涂抹层进行冰冻，计算一个喷射孔的平均喷射量达到5ml时即可断开液氮泵6与液氮罐的连接，继续运行液氮泵6五分钟，将液氮总管、液氮输送管5、液氮喷射管2中的液氮从喷射孔中射出后，关闭液氮泵6。之后五天，让涂抹层上的冰自然融化。

4）微劈裂系统施工：微劈裂系统由空压机11、送气管10、喷气管4组成，喷气管4采用软质塑料管，管径不小于10mm，耐压不小于1MPa，通过压缩气体作用于土体以形成微小裂隙，增加土体的渗透性。施工时先在砂垫层布设送气管10，送气管10采用与喷气管4相同材质的软质塑料管，管径不小于喷气管4，各送气管10采用专用接头连接至送气总管，送气总管从密封沟7下引出，与空压机11连接，空压机11顺长边外侧依次布置，安放稳固，空压机11安装后检查工作压力，确保满足设计要求。在加固区域内插打喷气管4，喷气管4连接送气管10，喷气管4布设间距为排水板1布设间距的2倍～4倍，喷气管4的末端封闭，喷气管4的末端200mm范围内设置4～6个喷气孔，喷气孔的孔径为3mm，喷气孔外用150g/m²的土工布包裹；加固区域软土厚度较大时，喷气管4按不同深度相互间隔布设。微劈裂系统安装完成后进行试运行，确保喷气管4末端压力满足设计要求。

5）密封系统施工：密封系统由密封膜8、密封沟7以及膜上覆水组成，对加固区域进行封闭，以利于加固区域形成真空作用并向深层传递的组合体。施工时先沿加固区域周边开挖深度和宽度符合设计要求的密封沟7，开挖的土料置于沟的两侧，密封沟7内侧土料沿密封沟7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7内坡和覆水围堰进行人工修整，清除杂物和棱角。密封沟7挖好后，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8，密封膜8为0.14mm的聚氯乙烯真空膜，密封膜8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7内制作50cm的泥浆层，密封膜8与土工布每边向外扩出至少3m，并将其埋在周围的密封沟7的泥浆层内。密封系统施工完成后，需要进行试抽真空，检查密封系统和设备运行状态，试抽时间不少于4天，对于漏气的地方和有问题的设备能够及时作出补救措施，保证后续的抽真空工序能够顺利进行。

6）加载：在冰冻系统停止运行五天后，并完成试抽真空后，对密封沟7和密封膜8进行覆水，覆水深度为0.2～0.4m，然后启动真空泵12，对加固区域进行抽真空，使得密封膜8下的真空度达到设计要求，且连续三天稳定后，正式进入抽真空运行阶段，膜下真空度达到设计要求之日作为有效加载计时起点。连续三天实测平均沉降速率小于3mm/d后，开启空压机11进行微劈裂。当膜下真空度下降至60kPa时，关闭空压机11，停止微劈裂，直到膜下真空度恢复到微劈裂前的压力值。连续三天实测平均沉降速率再次小于3mm/d时，再次开启空压机11进行微劈裂，依次往复。当膜下真空度达到微劈裂前的压力值后，连续三天实测平均沉降速率仍小于3mm/d时，终止微劈裂。微劈裂实施过程中，真空泵12保持连续工作状态，并经常检查密封膜8完好性，有破损时及时修补。

7）卸载：当实测沉降曲线推算的固结度≥85%，连续5天实测平均沉降速率小于2mm/d，并且有效加载时间达到设计要求后，关闭真空泵12。

8）高真空击密：利用高真空击密法，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。高真空击密前拆除密封膜8，并开启真空泵12排水，高真空排水2～3次后，进行点夯击密，击密施工过程中保持真空泵12继续运行。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，不留设排水通道，从而大大减缓沉降速率、减小沉降量。

本申请在施工前，需要先熟悉设计文件，分析水文和地质资料，复核施工坐标控制点、高程控制点，进行技术、安全交底；并根据设计要求完成排水板1、土工布、密封膜8、管道等主要工程材料检验，确认材料数量足够铺设面积使用。还需要对施工路面周围所在区域进行现场放样，明确软土地基的施工范围；在区域内道路两侧开挖排水沟，以将路面存在的积水等及时排出，避免对道路施工造成影响。

施工过程中，需要根据设计要求对加固区域地表沉降及分层沉降、膜下真空度、送气管10压力、孔隙水压力、水平位移等项目进行监测。加固范围周边1倍加固深度范围内如有相邻建筑物，需要进行水平位移及沉降的专项监测。施工监测仪器需要按设计要求安装，并与施工配合实施，宜在打设排水板1后、铺设密封膜8前布设。监测仪器的布置需要符合下列要求：地表沉降的测点数量，每1000m2不少于1点；膜下真空度的测点数量，每5000m2不少于1点，且每个加固区域不少于5点；送气管10压力每组管路系统不少于1点；孔隙水压力的测点数量，每个加固区域不少于3组，每组压力探头竖向布置间距宜为2m～4m。

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1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%。集水管路的布设间距为排水板1间距的2倍，集水管能够满足96kPa的真空度条件下具备良好的排水性能的要求。喷气管4埋设深度偏差小于20cm，孔位偏差小于10cm，垂直度偏差小于1.5%；打入地基的喷气管4需要接长时，每根不得多于1个接头。密封膜8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8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8的完好性；密封膜8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。

本申请实施例一种微劈裂多层面高真空分层预压击密施工方法的实施原理为：通过设置排水系统、微劈裂系统、密封系统以及高真空击密对深厚淤土地基进行组合加固。冰冻系统往涂抹层喷射液氮，使得涂抹层内的水分凝结成冰，水分凝结成冰后体积膨胀变大，使得涂抹层的土间间隙变大，冰融化后，变大的间隙保留下来，有效改善涂抹层的渗透系数低的缺陷，提高了土的固结效率。在插打排水板1的同时加设深层真空管3形成多真空作用面，代替传统的表层单一真空作用面的排水板1，多真空作用面的排水板1可以将负压源由传统的表层单一真空作用面变成分布于深厚淤土地基的多层次真空作用面，有效减少真空度沿土层深度方向的衰减，解决传统排水板1中真空度沿深度方向衰减大的问题，使得深部的土层也能在较大的真空度下进行排水固结。微劈裂系统由空压机11、送气管10、喷气管4组成，通过压缩气体作用于土体以形成微小裂隙，增加土体的渗透性；密封系统由密封膜8、密封沟7、膜上覆水组成，对加固区域进行封闭，以利于加固区域形成真空作用并向深层传递的组合体；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，在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。

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 (10)

1.一种微劈裂多层面高真空分层预压击密施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）平整场地与垫层铺设：将施工现场超高处土方推去，并推至到现场低洼处，并进行整平；然后回填30cm厚的砂垫层，并推平；

2）排水系统施工：先在排水板(1)的排水面上固定安装液氮喷射管(2)，液氮喷射管(2)上设有背向排水板(1)的喷射孔，然后再进行排水板(1)的插打，排水板(1)打设到设计的深度，再进行深层真空管(3)的插打，深层真空管(3)紧邻排水板(1)布置，最后进行集水管路的施工和真空泵(12)的安装，真空泵(12)分别连接深层真空管(3)和排水板(1)；

3）冰冻系统施工：在砂垫层上铺设液氮输送管(5)，并将液氮喷射管(2)与液氮输送管(5)相连，再安装液氮泵(6)，并将液氮泵(6)与液氮输送管(5)连接，液氮泵(6)的抽液口连接液氮罐；然后启动液氮泵(6)，将液氮罐中的液氮通过液氮输送管(5)送入液氮喷射管(2)内，从喷射孔中喷射到涂抹层上，对涂抹层进行冰冻，计算一个喷射孔的平均喷射量达到5ml时即断开液氮泵(6)与液氮罐的连接；对涂抹层喷射液氮后，拆除液氮输送管(5)和液氮泵(6)，然后等待涂抹层上的冰层自然融化；

4）微劈裂系统施工：在砂垫层布设送气管(10)，送气管(10)连接空压机(11)，在加固区域插打喷气管(4)，喷气管(4)连接送气管(10)，喷气管(4)的末端设有喷气孔；

5）密封系统施工：先沿加固区域周边开挖深度和宽度符合设计要求的密封沟(7)，再在加固区域铺设密封膜(8)，密封膜(8)埋入密封沟(7)内；

6）加载：启动真空泵(12)，进行抽真空，使得密封膜(8)下的真空度达到设计要求，连续三天实测平均沉降速率小于3mm/d后，开启空压机(11)进行微劈裂；当膜下真空度下降至60kPa时，关闭空压机(11)，停止微劈裂，直到膜下真空度恢复到微劈裂前的压力值；连续三天实测平均沉降速率再次小于3mm/d时，再次开启空压机(11)进行微劈裂，依次往复；当膜下真空度达到微劈裂前的压力值后，连续三天实测平均沉降速率仍小于3mm/d时，终止微劈裂；微劈裂实施过程中，真空泵(12)保持连续工作状态；

7）卸载：当实测沉降曲线推算的固结度≥85%，连续5天实测平均沉降速率小于2mm/d，并且有效加载时间达到设计要求后，关闭真空泵(12)；

8）高真空击密：拆除密封膜(8)，并开启真空泵(12)排水，然后进行点夯击密，击密施工过程中保持真空泵(12)运行。

2.根据权利要求1所述的一种微劈裂多层面高真空分层预压击密施工方法，其特征在于：步骤2）中，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。

3.根据权利要求1所述的一种微劈裂多层面高真空分层预压击密施工方法，其特征在于：步骤4）中，喷气管(4)布设间距为排水板(1)布设间距的2倍～4倍，喷气管(4)的末端封闭，喷气管(4)的末端200mm范围内设置4～6个喷气孔，喷气孔的孔径为3mm，喷气孔外用150g/m²的土工布包裹。

4.根据权利要求1所述的一种微劈裂多层面高真空分层预压击密施工方法，其特征在于：步骤5）中，密封沟(7)开挖的土料置于密封沟(7)的两侧，密封沟(7)内侧的土料沿密封沟(7)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。

5.根据权利要求1所述的一种微劈裂多层面高真空分层预压击密施工方法，其特征在于：步骤5）中，铺设密封膜(8)前，先在密封沟(7)内制作50cm的泥浆层，密封膜(8)依次埋入密封沟(7)的泥浆层内。

6.根据权利要求5所述的一种微劈裂多层面高真空分层预压击密施工方法，其特征在于：步骤5）中，铺设密封膜(8)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(8)，铺设的密封膜(8)与土工布每边向外扩出至少3m，并将其埋在周围的密封沟(7)的泥浆层内。

7.根据权利要求1所述的一种微劈裂多层面高真空分层预压击密施工方法，其特征在于：进行步骤6）前，需要进行试抽真空，检查密封系统和设备运行状态，试抽时间不少于4天。

8.根据权利要求1所述的一种微劈裂多层面高真空分层预压击密施工方法，其特征在于：步骤6）中，真空泵(12)启动后，膜下真空度达到设计要求，且连续三天稳定后，正式进入抽真空运行阶段，膜下真空度达到设计要求之日作为有效加载计时起点。

9.根据权利要求4所述的一种微劈裂多层面高真空分层预压击密施工方法，其特征在于：步骤6）中，在启动真空泵(12)前，对密封沟(7)和密封膜(8)进行覆水，覆水深度为0.2～0.4m。

10.根据权利要求1所述的一种微劈裂多层面高真空分层预压击密施工方法，其特征在于：步骤8）中，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。

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