CN1664245A - 气压劈裂真空预压法加固软土地基操作方法 - Google Patents

气压劈裂真空预压法加固软土地基操作方法 Download PDF

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气压劈裂真空预压法加固软土地基操作方法是一种地基处理方法，适用于软土地基的处理，其操作步骤如下：平整场地：基本上做到中间略高、四周稍低；打设塑料排水板：在地表铺设砂垫层，然后间隔打设导气塑料排水板(3)和普通塑料排水板(2)；高压气体输送系统设置：再铺设另一半砂垫层(16)，其厚度为砂垫层(16)设计厚度的一半；抽真空系统的设置；铺膜密封：回填密封沟(15)；施加高压气体：启动空气压缩机(5)，通过高压气体输送管(6)和导气塑料排水板(3)中的导气管将高压空气输入深层软土中；抽真空：启动抽真空装置(13)，将密封薄膜(10)下土体中的空气和水抽出；根据需要进行重复加压与重复抽真空；施工结束。

Description

气压劈裂真空预压法加固软土地基操作方法
技术领域
本发明是一种地基处理方法，适用于软土地基的处理，属于土木工程技术领域。
背景技术
真空预压加固地基方法最早由瑞典皇家地质学院杰尔曼(W.Kjellman)于1952年提出，1958年美国费城机场首次采用真空井点降水与砂井相结合的工法处理飞机跑道扩建工程的地基问题，随后日本、芬兰、苏联、法国、美国、瑞典等地都对该工法进行研究与应用，随着抽真空设备效率、气水分离技术、密封技术等关键问题的解决，形成了一些比较成熟的采用真空预压原理加固软土地基的技术，并在工程实践中得到了广泛应用。我国早在50年代就开始对该工法的研究，但当时也没能使之成功用于现场地基的加固。20世纪80年代，我国交通部一航局、天津大学、南京水利科学院土工所等单位对真空预压加固软土地基在施工工艺和设计方法等方面做了不少工作，使其在工程应用中取得成功，此后该工法得到很大的发展。从单一的真空预压法发展到真空联合堆载、真空联合降水等工法，在土木工程、交通运输工程领域软土地基处理工程中得到了较多应用。
工程实践表明，真空预压技术虽然是一种经济有效的软基处理方法，但存在较大局限性。主要表现在：(1)有效加固深度有限。由于竖向排水板的井阻效应，真空度(负压)沿深度衰减较快，一般有效处理深度为15m左右，对于深厚软土地基，深部难以得到有效的加固。(2)真空预压法需要较长的加固时间。虽然真空预压较堆载预压在一定程度上加速了地基固结，但是对于渗透系数极小的软土其固结速率仍然较慢，往往需要几个月的时间。
产生这些困难的原因主要在于深部真空压力难以传递达到和土层渗透性太小。为此，本发明提出采用高压空气通过导气塑料排水板输入深部地基内部，从内部产生挤压力；同时通过气压劈裂作用，使深部土体产生劈裂，形成裂隙，迅速增大深部土层的渗透性，并与排水板联通，在顶部真空压力作用下，大大提高排水固结速率，缩短加固时间并有效地加固深厚软基。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种施工方便、操作简单，能够快速有效的加固深厚软土地基处理的气压劈裂真空预压法加固软土地基操作方法。
技术方案：本发明是分析真空预压法加固软土地基局限性的基础上，对该方法进行改进。所谓气压劈裂，一方面是通过高压空气对周围土体产生劈裂作用，使土体中形成裂隙，增大软土的渗透性，从而加速地基的固结；另一方面，利用高压空气对深部软土施加挤压力，从根本上改变引起地基固结的附加应力施加方法，从软土内部施加压力，克服了常规的地表外部加压时，附加应力随深度衰减过快的局限性，加大了施加在软基深部的附加应力，从而使深部软土得到有效的加固。因此气压劈裂真空预压技术，是一种加固深厚软基的有效方法，具有明显的经济效益和社会效益。
该项发明主要是将常规真空预压法与气压劈裂技术结合，形成一种新型的软基处理技术。排水板在平面上的布置方法为：普通塑料排水板与导气塑料排水板相间隔横向布置，相邻两排排水板之间的普通塑料排水板与导气塑料排水板错开布置，即普通塑料排水板的左、右、前、后均为导气塑料排水板，导气塑料排水板的左、右、前、后均为普通塑料排水板。相邻的普通塑料排水板在平面上构成等边三角形，相邻的导气塑料排水板在平面上也构成等边三角形。
具体施工操作步骤如下：
1)平整场地：基本上做到中间略高、四周稍低；
2)打设塑料排水板：在地表铺设砂垫层，其厚度为砂垫层设计厚度的一半，然后按排水板在平面上的布置方法，间隔打设导气塑料排水板和普通塑料排水板，采用排水板插板机打设到设计深度；
3)高压气体输送系统设置：在砂垫层上铺设高压气体连接管，一端连接导气塑料排水板中的导气管，另一端连接高压气体输送管，安装高压气体输送管的出膜装置，再铺设另一半砂垫层，其厚度为砂垫层设计厚度的一半；
4)抽真空系统的设置：在铺设的砂垫层中铺设抽真空用的主管和滤管，安装抽真空主管出膜装置；
5)铺膜密封：在待加固区四周挖密封沟，在砂垫层上铺膜密封，回填密封沟；连接抽真空主管到抽真空装置，连接高压气体输送管到空气压缩机；施加高压气体：启动空气压缩机，通过高压气体输送管和导气塑料排水板中的导气管将高压空气输入深层软土；
6)抽真空：启动抽真空装置，将密封薄膜下土体中的空气和水抽出；
7)根据需要进行重复加压与重复抽真空；
8)施工结束。
有益效果：该工法施工方便、操作简单。其优点主要有：
(1)可以大大加大真空预压法处理软基的深度，特别适合于高速公路深厚软基的处理；
(2)高压气体的气压劈裂在土体中产生大量裂隙，大大增大了土体渗透性，裂隙与塑料排水板联通形成立体排水通道，加速地基固结，有效缩短工期。
附图说明
图1为气压劈裂真空预压法加固软土地基操作方法排水板平面布置示意图。
图2为气压劈裂真空预压法加固软土地基操作方法原理图。
其中有：排水板间距a，待加固区1，普通塑料排水板2，导气塑料排水板3，喷口喷出的高压气体4，空气压缩机5，高压气体输送管6，控制阀门7，压力计8，出膜装置9，密封薄膜10，抽真空用的主管和滤管11；抽真空连接管12，抽真空装置13，堤14，密封沟15，砂垫层16。
具体实施方式
本发明是在常规真空预压法加固软土地基的基础上，结合气压劈裂技术，形成一种新型的软基处理技术。排水板在平面上的布置方法为：普通塑料排水板2与导气塑料排水板3相间隔横向布置，相邻两排排水板之间的普通塑料排水板2与导气塑料排水板3错开布置，即普通塑料排水板2的左、右、前、后均为导气塑料排水板3，导气塑料排水板3的左、右、前、后均为普通塑料排水板。相邻的普通塑料排水板2在平面上构成等边三角形，相邻的导气塑料排水板3在平面上也构成等边三角形。
具体施工操作步骤如下：
1)平整场地：对预加固的场地进行平整，基本上做到中间略高、四周稍低，由中心到四周的坡度1％～2％。
2)打设塑料排水板：在地表铺设砂垫层16，其厚度为砂垫层16设计厚度的一半，然后按排水板在平面上的布置方法，间隔打设导气塑料排水板3和普通塑料排水板2，采用排水板插板机打设到设计深度。一般情况下，设计砂垫层厚度为40～50cm，如果原地面上已先铺设了一层土工布(针刺无纺型，规格200g/cm2即可)，则设计砂垫层16的厚度可以减少到30cm。
3)高压气体输送系统设置：在砂垫层16上铺设高压气体输送管6，一端连接导气塑料排水板3中的导气管，另一端连接高压气体输送管出膜装置9，再铺设另一半砂垫层16，其厚度为砂垫层16设计厚度的一半；出膜装置9是保证管路系统连续、通畅，同时又不使密封薄膜10漏气的一种装置，一般采用在高压气体输送管的出口部位联结一个带有法兰盘的弯曲钢管，法兰盘上焊有4个固定的螺杆，实施时先在密封薄膜10内法兰盘上放置一个密封橡胶垫圈，将密封薄膜10穿过固定的螺杆置于法兰盘上，再将密封薄膜10外的垫圈和有4孔的密封薄膜10外法兰盘置于膜上，加上螺栓拧紧即可。
4)抽真空系统的设置：在铺设的砂垫层16中铺设抽真空用的主管和滤管11，安装主管出膜装置9。抽真空用的主管和滤管11多采用PVC管，管径76mm，管壁厚度3.5～4.0mm，要求能承受400kPa的压力，管端连接采用二通或者四通连接，滤管上的空洞多为圆孔，孔径10mm，孔距20～40mm，间距40～60mm，排距为40mm。主管出膜装置9和高压气体输送管出膜装置9相同。
5)铺膜密封：在待加固区1四周挖密封沟15，在砂垫层上铺密封薄膜10，回填密封沟15；在待加固场地外侧安装抽真空装置13和空气压缩机5，用抽真空连接管12连接抽真空主管11到抽真空装置13，连接高压气体输送管6到空气压缩机5；密封沟15深度一般为1.2～1.5m，密封沟15底部宽度大于60cm，密封沟15的回填应该采用粘土。
6)施加高压气体；启动空气压缩机5，通过高压气体输送管6和导气塑料排水板3中的导气管将高压空气输入深层软土中；高压空气的压力大小根据与加固软土层的深度确定，应保证在深厚软土层中形成裂隙。
7)抽真空：启动抽真空装置13，将密封薄膜10下土体中的空气和水抽出；抽真空稳定后，密封薄膜10下的真空度应该达到80kPa以上，并且应该保证真空度稳定性。
8)根据需要进行重复加压与重复抽真空，重复步骤6和步骤7。
9)施工结束。

Claims (2)

1、一种气压劈裂真空预压法加固软土地基操作方法，其特征在于操作步骤如下：
1)平整场地：基本上做到中间略高、四周稍低；
2)打设塑料排水板：在地表铺设砂垫层，其厚度为砂垫层(16)设计厚度的一半，然后按排水板在平面上的布置方法，间隔打设导气塑料排水板(3)和普通塑料排水板(2)，采用排水板插板机打设到设计深度；
3)高压气体输送系统设置：在砂垫层(16)上铺设高压气体输送管(6)，一端连接导气塑料排水板(3)中的导气管，另一端连接高压气体输送管出膜装置(9)，再铺设另一半砂垫层(16)，其厚度为砂垫层(16)设计厚度的一半；
4)抽真空系统的设置：在铺设的砂垫层(16)中铺设抽真空用的主管和滤管(11)，安装抽真空主管出膜装置(9)；
5)铺膜密封：在待加固区(1)四周挖密封沟(15)，在砂垫层上铺膜(9)密封，回填密封沟(15)；在待加固场地外侧安装抽真空装置(13)和空气压缩机(5)，用抽真空连接管(12)通过出膜装置(9)连接抽真空用的主管和滤管(11)到抽真空装置(13)，连接高压气体输送管(6)到空气压缩机(5)；
6)施加高压气体：启动空气压缩机(5)，通过高压气体输送管(6)和导气塑料排水板(3)中的导气管将高压空气输入深层软土中；
7)抽真空：启动抽真空装置(13)，将密封薄膜(10)下土体中的空气和水抽出；
8)根据需要进行重复加压与重复抽真空；
9)施工结束。
2.根据权利要求1所述的气压劈裂真空预压法加固软土地基操作方法，其特征在于排水板在平面上的布置方法为：普通塑料排水板(2)与导气塑料排水板(3)相间隔横向布置，相邻两排排水板之间的普通塑料排水板(2)与导气塑料排水板(3)错开布置，即普通塑料排水板(2)的左、右、前、后均为导气塑料排水板(3)，导气塑料排水板(3)的左、右、前、后均为普通塑料排水板(2)，相邻的普通塑料排水板(2)在平面上构成等边三角形，相邻的导气塑料排水板(3)在平面上也构成等边三角形。
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