一次插管、多遍真空井點降水動力固結的地基處理方法
2023-10-18 18:49:34
專利名稱：一次插管、多遍真空井點降水動力固結的地基處理方法
技術領域：
本發明涉及一種地基處理方法，應用於使用荷載較小、荷載作用面積較大的貨物貨櫃 堆場、機場、港口碼頭、倉庫等工程的地基處理，具體的說是一種解決表層承載力不足、深 處淤泥質土厚度較厚、大面積均勻荷載作用下差異變形較大問題的新方法。
背景技術：
目前，處理表層承載力不足、深處淤泥質土厚度較厚、大面積均勻荷載作用下的地基， 常用的地基處理方法包括有堆載預壓法、真空預壓法、開挖換填法、高真空擊密法、強夯置 換法、水泥土攪拌樁法、振衝法、注漿法、化學拌合法、CFG樁法、擠密砂石樁法、剛性樁、 柔性樁、及剛柔性複合樁基法，沉降控制複合樁基法等等。
其中強夯法是一種最經濟高效的處理方法，處理後對地基承載力的提高效果顯著， 一般 均可滿足常規建構築物或港口、機場、倉儲物流基地的承載力要求，但其缺點是，目前的強 夯工藝僅適用於碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、溼陷性黃土、素填土和雜填土等 地基，對於高飽和度的粉土與軟塑 流塑的粘性土一般情況下都是慎於使用的，使用不當很 容易造成"橡皮土"現象。
真空井點降水是一種主動的排水方法，真空降水動力固結法處理軟土由於加固效果顯著、 造價低廉、施工速度快、施工簡單方便等優點而廣泛應用和發展，施工工藝多採用"兩降三 夯"或"三降三夯"，即第一次插真空井管，降水到位後拔管進行強夯，強夯後再進行第二次 插管降水，降水到位後再拔管進行第二次強夯，如此順序依次多次整體插管、拔管進行強夯 施工，可實現"多遍降水多遍強夯"的施工工藝，確保地下水位在強夯施工過程中均處於較 低狀態。但"多遍降水多遍強夯"均存在著較大工程量的問題，造成很多不必要的重複勞動， 加大了遍夯之間的時間間隔，延長了總的施工工期。為了防止井壁塗抹作用，通常井孔上部 1 2m採用機械引孔(鑽孔、靜壓等)，井孔下部多採用水力衝孔法插管，每次均需要衝孔， 人為的多次造成表層土體遭水浸泡和下層土體因注水而過於飽和。
發明內容
本發明的目的是提供一種一次插管、多遍真空井點降水動力固結的地基處理方法，需要 一次插管就可以進行2遍或3遍降水強夯施工，並且在強夯施工過程中還可以持續降水，使 地下處於負壓狀態，有利於施工過程中和工後的孔壓消散，縮短遍夯間隔，加快孔隙水壓力 的消散，大大縮短施工周期。其可應用於處理表層承載力不足、深處淤泥質土厚度較厚、大 面積均勻荷載作用下的地基，特別是常規建構築物或港口、機場、倉儲物流基地等。 為達到以上目的，本發明所採用的解決方案是 一種一次插管、多遍真空井點降水動力固結的地基處理方法，包括 1、採用一次插管、多遍真空井點降水動力固結的地基處理方法使地基承載力基本滿足設 計要求，通過表層形成具有一定厚度的"硬殼層"來增加附加應力的擴散效應，通過"硬殼 層"的調節作用來減小荷載作用下的差異沉降，使整個場地的"硬殼層"達到變形協調，共 同作用，最終滿足地基承載力和變形的雙重要求。2、 採用適當設計參數的一次插管、多遍真空井點降水的施工工藝，首先將地下水降到設 計要求的水位，然後再拔除一部分真空井點水管，進行第一遍適當能級的強夯，強夯過程中 以及強夯完成後其他未拔除真空井點水管繼續降水，水位達到要求後進行第二遍強夯，如此 順序進行，直至達到設計要求。
3、 一次插管、多遍真空井點降水設計的原則是真空井點水管的濾頭要能夠滿足設計要 求，濾網包裹嚴密，濾網能夠確實起到過濾作用，杜絕真空降水過程中抽出大量的泥沙，從 而人為的破壞抽空地下土層，在成孔過程中儘量增大衝孔直徑，衝孔達到設計深度後即可插 入井管，井管四周回填中砂，回填到預定深度後，即可回填粘土進行上部封管，回填粘土要 用工具衝搗密實，防止井管四周漏氣。現場的水平聯結管布置要利於後期場地施工的需要， 要便於機械行走，在施工過程中可根據具體需要隨時調整水平聯結管的出口布置，以配合施 工。
4、 強夯的能級要根據場地的使用要求以及具體的地質條件確定，施工過程中夯坑不會出 現積水、冒水現象，儘量保證強夯的施工在水位以上。
5、 對於使用條件比較高、降水比較困難的場地，強夯滿夯施工時表層鋪設30 50cra的 碎石和/或砂石，使表層能夠被擠密和置換，提高表層的密實度，滿足使用要求。
6、 本發明的設計方法原則是首先根據場地具體的地質條件進行真空井點降水設計，確 定真空井點水管的插管長度、濾管長度，插管間距，真空井點水管的類型根據土層條件選擇 PVC管或鋼管；進行真空抽水試驗，判斷場地在插管之前是否需要通過預夯來提高場地封閉 性；如果真空抽水過程中真空度達不到70 80kPa，再確定選擇合適能級的強夯對場地進行 預夯。然後根據上部荷載的承載力以及使用沉降要求對強夯進行設計，根據現場布設真空井 點水管的間距以及強夯施工機械的施工要求，確定需要拔除的真空井點水管的數量和位置， 保證不會影響施工進度並且在施工過程中能夠抑止水位的回升，達到強夯的加固效果。最後 根據場地表層的加固情況和使用要求確定是否場地滿夯前需要回填碎石和砂石等粗骨粒材 料。
7、 本發明施工工藝先進行真空井點降水施工，儘量增加降水的深度和效率，在降水過
程中如果效果不太理想，水位下降困難時可根據情況對插設真空井點水管的長度、間距以及
濾管長度、材料進行調整，然後繼續施工，直到水位達到設計要求；然後根據真空井點水管 的布置間距和位置，確定需要拔除的真空井點水管的位置和數量，進行第一遍強夯的施工， 一次施工達到設計收錘標準，整平場地；其他真空井點水管繼續降水，達到水位要求後再進 行第二遍強夯施工；直至達到設計要求。最後場地整體進行整平碾壓，表層達到設計的密實 度要求；交付上部結構單位進行基礎及上部結構施工。 本發明的地基處理方法實施步驟包括-
1、 收集資料，包括場地質資料和周邊的情況以及上部結構的基礎設計和使用荷載資料， 主要是場地各個土層的滲透係數、周圍的密封性、是否存在著暗浜、基礎的埋深、使用荷載 的大小等。
2、 結合地質資料、上部結構設計和荷載資料，特別是場地各層土的滲透係數和周邊有無 漏氣等各種情況確定插設真空井點水管的深度、間距和濾管的長度、水平聯結管的布設方式， 具體是根據各個土層的埋置深度、滲透係數確定真空井點水管的深度、以及濾管的長度，根 據上部基礎的埋深、荷載確定強夯夯點的布置間距以及井點管的插設間距和布置方式，根據 場地的建築物結構布置以及機械進出的方便確定水平聯結管的布設方式，同時確定每一遍強 夯前需要拔除的真空井點水管的數量和位置，其主要依據降水的效果以及水位回升的速度來 確定需要拔除的真空井點水管的數量和位置，隨後進行真空井點降水的施工。
3、 降水達到設計要求的水位後(要求降的水位根據強夯的能級和土層條件確定，目的是 保證強夯的加固效果和深度)，按照設計要求拔除部分真空井點水管，在拔除真空井點水管的 區域進行強夯的施工，強夯的能級根據上部基礎的使用荷載、沉降要求以及場地可以降水的 最低水位確定，其他區域在拔除部分真空井點水管重新聯結後即在第一遍(或者第二、第三
4遍)強夯施工過程中繼續真空井點降水施工。
4、 根據現場試驗性施工的結果確定是否收錘，完成第一遍強夯施工，隨後整平場地，降 水水位達到設計要求後，進行第二遍強夯的施工9
5、 依次完成各遍真空井點降水和強夯後，場地整體進行整平，檢驗地基的承載力是否達 到設計要求(如若完成施工後檢測地基承載力未到達設計要求，根據具體情況重新插管降水， 進行多遍井點降水及強夯，直至達到設計要求)，待滿足一定間歇期後再進行地基處理檢測， 依據地基處理後檢測的模量進行沉降計算後確定土體的固結程度。
6、 根據表層的加固情況和場地的具體使用要求判斷表層是否需要回填碎石、砂石等粗骨 料進行擠密和置換(是否需要回填粗骨料主要依據地基處理的結果確定，達到設計要求可以 不回填粗骨料)，最後場地進行碾壓或滿夯施工，壓實度達到相應的要求，完成施工檢測後交 付上部基礎施工。
一次插管、多遍真空降水是一種新的真空降水設計方法和設計概念，它與以前真空降水 設計一樣，同樣要求設計必須滿足降水的深度要求和範圍要求，所不同的是通過一次插管、 多遍降水的特殊工藝，更進一步提高降水的效率和施工速度。
採用了以上技術方案，本發明具有以下有益效果本發明可應用於使用荷載較小、荷載 作用面積較大的貨物貨櫃堆場、機場、港口碼頭、倉庫等工程的地基處理，具體的說是一 種解決表層承載力不足、深處淤泥質土厚度較厚、大面積均勻荷載作用下差異變形較大問題 的新方法。能夠充分發揮真空井點降水和強夯法的優點，真空井點降水解決強夯的加固效果 和土體固結的問題。強夯解決淺層地基承載力以及表層形成一定厚度的"硬殼層"，通過應力 擴散解決地基不均勻沉降的問題。特別是使用荷載不高、荷載作用面積較大的成片區域進行 地基處理設計時，釆用本方法可以地基承載力基本滿足設計要求，通過表層形成具有一定厚 度的"硬殼層"來增加附加應力的擴散效應，通過"硬殼層"的調節作用來減小荷載作用下 的差異沉降，使整個場地的"硬殼層"達到變形協調，共同作用，最終滿足地基承載力和變 形的雙重要求。由於採用真空井點降水以及強夯法可以解決大面積地基加固，因此造價以及 工期均較省。
圖1為本發明實施一次插管、多遍真空井點降水動力固結地基處理方法的設計施工工藝 流程圖。
圖2為本發明的一次插管、多遍真空井點降水插管方法和強夯布點方法一的示意圖。
圖3為本發明的一次插管、多遍真空井點降水插管方法和強夯布點方法二的示意圖。
圖中井點管的編號①、②、③與夯點圖的第一遍夯點、第二遍夯點等是對應起來的，分 別表示第幾次需要拔除的真空井點水管以及第幾遍可以施工的夯點的意思。
具體實施例方式
以下結合附圖所示實施例對本發明作進一步的說明。
本發明工藝綜合強夯和一次插管、多遍真空井點降水各自的優點，利用一次插管、多遍 真空井點降水來降低水位、加速土體固結和孔隙水壓力的消散，充分發揮強夯處理的優勢和 效果，表層形成一定厚度和強度的"硬殼層"，具有不均勻沉降變形更加協調的優點。
圖2 圖3為本發明兩種不同的真空井點水管和強夯布點的相對示意圖。在具體實施時， 根據真空井點水管的布置間距和方式，可以採用不同的夯點布置方法進行地基處理設計。在 具體實施時，先進行真空井點水管的降水施工，然後再進行強夯的布點和施工，最後進行場地表層的處理施工。
某工程為大型倉儲用地地基處理工程，由於場地將來作為貨物堆場使用，因此荷載為大 面積荷載，荷載本身不大且作用比較均勻，但對地基的不均勻沉降相對要求比較嚴格。本工 程地基土層分布情況為第I層素填土層厚度約0.2 lm，頂部為20cm厚的耕土， 土性以 粉質粘土為主，夾植物根莖，部分區域含大量碎石、碎磚塊。第II層粉質粘土層濱海 河 口相沉積，可塑 軟塑狀態，中壓縮性，層厚1.2m 1.8m。第III層淤泥質粉質粘土層濱海 淺海相沉積，灰色，流塑狀態，高壓縮性，層厚6.0m 8.1m。第IV層淤泥質粘土層濱海 淺海相沉積，灰色，流塑狀態，高壓縮性，層厚8.2m 10.5m。其下到基巖全部為粉質粘土 層。
在本工程中，地基處理的重點對地基進行淺層加固處理，解決淺部鬆散填土層的承載力 和各類暗浜、溝塘造成的地基不均勻問題，使地表一定深度範圍內土層的強度得到有效提高， 形成一定厚度的硬殼層，增強整體變形協調性，滿足後續設計對地基強度和變形的要求。因 此，本場地地基處理設計的基本原則是(1)儘量利用上部土層的承載力以減小地基處理的 工作量；(2)能適合本工程使用功能的自然條件，僅進行必要的淺層處理；(3)加固工藝和 設備簡單，成本低；(4)工期短、建成快，儘早產生效益；(5)力爭做到技術先進、經濟合 理、安全可靠、保證質量、保護環境。
具體實施步驟如下
(1) 首先布設真空井點水管，根據勘察報告中的靜力觸探曲線可知，本場地在6m 7m 左右的深度存在著一層夾砂層，此層水平滲透係數較大，並且要求水位降到地面以下4m才不 影響強夯點夯的加固效果。因此，真空井點水管插設深度定為6m左右，根據現場抽水試驗的 出水效果以及水位的控制情況，真空井點水管為5.0mX5.0m的正方形網格狀布置，並對真空 井點水管進行編號。真空井點水管的埋設成孔用衝擊式迴轉式鑽機成孔。
(2) 完成所有真空井點水管的埋設以及總管的安裝聯結後，開動真空泵進行抽水，及時 測量觀測井中地下水位變化。
(3) 場地地下水降到設計要求的水位並穩定一段時間後，拔除相應編號①的真空井點水 管，根據本場地使用過程中大面積承載力不小於120kPa，差異沉降不大於10cm的使用要求， 確定第一遍進行1500kN.m能級的強夯點夯施工，其他未拔除的真空井點水管繼續保持降水， 第一遍強夯點夯完成後及時整平場地，第二次降水達到設計要求的水位後再拔除相應編號② 的真空井點水管，第二遍進行1200kN.m能級強夯點夯的施工，以後依次按照順序進行施工， 所有點夯夯點的布置依據真空井點水管的布置確定。
(4) 完成所有強夯施工後，場地進行整平，表層進行碾壓達到設計要求的密實度，承載 力以及差異沉降檢測均滿足設計要求，確定不需要回填粗骨料進行表層擠密，因此檢測合格 後提交上部結構及基礎施工。
上述的對實施例的描述是為便於該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉 本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，並把在此說明的一般原理應 用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限於這裡的實施例，本領域技 術人員根據本發明的揭示，對於本發明做出的改進和修改都應該在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1、一種地基處理方法，其特徵在於採用合適能級的強夯法與一次插管、多遍真空井點降水相結合的工藝，加速超孔隙水壓力消散，形成具有一定厚度的上部「硬殼層」，達到滿足地基承載力要求，並通過「硬殼層」的調節作用來減小荷載作用下的差異沉降，使整個場地的「硬殼層」達到變形協調的目的。
2、 如權利要求1所述的地基處理方法，其特徵在於其包括以下步驟1) 收集資料；2) 結合步驟l)中收集的資料確定插設真空井點水管的深度、間距和濾管的長度以及水平 聯結管的布設方式，同時確定每一遍強夯前需拔除的真空井點水管的數量及位置；3) 真空井點降水施工至達到設計要求的水位後，根據步驟2)的要求拔除部分真空井點水 管，並在拔除真空井點水管的區域進行強夯施工，其餘真空井點水管繼續真空井點降水施工；4) 強夯施工完成後，整平場地；5) 重複步驟3)、 4)完成整個真空井點降水和強夯，場地整體整平。
3、 如權利要求2所述的地基處理方法，其特徵在於地基承載力達到設計要求後，進一 步根據表層的加固情況和場地的具體使用要求判斷表層是否需要回填粗骨料以進行擠密和置 換，隨後進行場地碾壓或滿夯施工。
4、 如權利要求2所述的地基處理方法，其特徵在於所述收集的資料涉及施工場地地質 資料、周邊情況、上部結構的基礎設計以及使用荷載資料，具體包括場地各土層的滲透係數、 周圍密封性、是否存在著暗浜、基礎的埋深、使用荷載的大小。
5、 如權利要求2所述的地基處理方法，其特徵在於所述的真空井點水管的深度及濾管 長度根據各土層埋置深度、滲透係數確定；真空井點水管的間距和布置方式根據上部基礎的埋 深、荷載確定；水平聯結管的布設方式根據建築物結構布置及機械進出方便的方式確定；每一 遍強夯前需拔除的真空井點水管的數量和位置根據降水的效果及水位回升速度確定。
6、 如權利要求2所述的地基處理方法，其特徵在於所述的要求的水位根據強夯能級和 土層條件確定；強夯能級則根據上部基礎的使用荷載、沉降要求以及場地降水的最低水位確定。
全文摘要
一種一次插管、多遍真空井點降水動力固結的地基處理方法採用合適能級的強夯法與一次插管、多遍真空井點降水相結合的工藝，加速地下水位過高和強夯施工引起的超孔隙水壓力的消散，通過表層形成具有一定厚度的「硬殼層」來增加附加應力的擴散效應，形成雙層地基，通過「硬殼層」的調節作用來減小荷載作用下的差異沉降，使整個場地的變形協調，共同作用，滿足地基承載力和變形的雙重要求。本發明結合低能級強夯大幅提高表層承載力及真空井點降水加速場地超孔隙水壓力消散的優點，提出一次插管、多遍真空井點降水動力固結的地基處理方法，具有造價節省、施工速度快、施工經驗成熟、工藝簡單、效果顯著的優點。
文檔編號E02D3/10GK101591906SQ200910053458
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月19日 優先權日2009年6月19日
發明者張文龍, 朱子仁, 梁志榮, 水偉厚, 詹金林, 趙志傑 申請人:上海現代建築設計(集團)有限公司;上海申元巖土工程有限公司;中國石油天然氣華東勘察設計研究院巖土工程處;珠海天力巖土工程有限公司