一種軟土基的快速排水固結處理方法
2023-09-23 22:59:55 1
專利名稱：一種軟土基的快速排水固結處理方法
技術領域：
本發明涉及一種軟土基的處理方法，具體地涉及一種軟土基快速排水固結處理方法。
背景技術：
隨著開發建設，軟土基的處理，尤其是沿海地區的灘涂地基處理也就十分重要。軟土是指在濱海、湖泊、谷地、河灘上沉積的天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度和承載力低、觸變性大的軟塑狀態的細粒土，如淤泥、淤泥質土、泥炭、泥炭質土，以及其他高壓縮性飽和粘土、粉土等。對於飽和淤泥質粘土或者淤泥粉土，由於其含水量高，粘粒含量多，粗顆粒含量少，滲透性差，目前，通常採用堆載預壓、真空預壓、降水預壓、電滲等排水固結方法。但傳統的方法例如堆載預壓處理方法工期長，一般需360天，且成本高。
發明內容
本發明的目的在於提供一種軟土基的快速排水固結處理方法，以解決現有技術中存在的上述問題。本發明的方法成本低且周期短。本發明提供的技術方案如下一種軟土基的快速排水固結處理方法，包括以下步驟(1)將淤泥挖至交工高程以下2-; ,邊挖邊回填第一層砂墊層至交工高程以下
0.8-1. 2m，插塑料排水板深度到達交工高程8m以下，然後繼續覆蓋第二層砂墊層至交工高程以上0. 5-1. 5m，設置排水系統持續抽水；(2)回填到位12-18天後開始第一遍動載，能量500-650千焦，夯坑深度不超過
1.5m ；(3)5-8天後第二遍動載，能量700-900千焦，夯坑深度不超過1. 5m ；(4) 5-8天後開始第三遍動載，能量1100-1500千焦，夯坑深度不超過1. 5m ；(5)5-8天後開始第四遍動載，能量1800-2200千焦，夯坑深度不超過1. 5m ；(6)5-8天後挖運多餘填料、600千焦全場動載一遍2次整平交工。在本發明的較佳實施例中，所述的砂墊層含泥量不超過5%。在本發明的較佳實施例中，每遍動載的次數為5-8次。在本發明的較佳實施例中，排水板在第一層砂墊層以上的外露長度不小於0. an。在本發明的較佳實施例中，塑料排水板平面布置為正三角形，該正方形的邊長
0. 8-1. 2mO在本發明的較佳實施例中，每遍動載的布點為正方形，正方形邊長為5-8mX5_8m。在本發明的較佳實施例中，第一遍動載為5次，第二遍動載次數為6次，第三遍動載次數為7次，第四遍動載次數為8次。本發明的排水系統主要分為水平排水體和豎向排水體。水平排水體一般為排水砂墊層和設於其間的盲溝，其形式有碎石、中粗砂、塑料盲溝、集水井等以及排水墊層外的排水溝；豎向排水體(多用於較厚軟土層)主要是用以縮短排水的距離，加快排水固結的速度，保證排水固結加固地基的效果。通過設置水平排水體系(挖設盲溝，在盲溝交匯處設集水井；地表鋪設一定厚度的砂墊層)，並設置豎向排水體系(插設塑料排水板)，改善地基土的排水條件；土層在適量的靜(覆蓋)力、變化的動力荷載及其持續的後效力(動力殘餘力，即動力作用後，在軟弱土層上的土體靜態覆蓋力下仍保持的殘餘力，該殘餘力對促進軟弱土體的排水固結作用必不可少且十分重要)的超載作用下，形成孔隙水高壓力梯度，在人工排水體系及動載下產生的裂紋排水系統下，多次發生孔隙水壓力的升降，孔隙水不斷排出，孔隙體積減小、有效應力增加，土的抗剪強度就不斷提高，孔隙比也逐步減小，工後沉降大大降低，地基土成為超固結土，從而達到了軟基加固的目的。本發明的特點是(1)動載前，保證地基軟土頂面有一定的頂壓層(作為靜力荷載及施壓墊層)，處理的土層利用適量的靜力荷載、衝擊荷載及其持續的後效力作為加載系統。(2)設置與加載系統相應的排水系統，保證軟土層在複合力作用下產生的孔隙水壓力能迅速消散，土體固結。這是軟土強度得以提高的另一基本條件。(3)保證衝擊荷載的作用不對軟黏土微結構破壞。軟土結構遭受破壞後大幅降低軟土層滲透性，超孔隙水在停夯後難以排出，極有可能夯成「橡皮土」導致工程失敗。(4)本發明通過信息化施工，進行施工質量的工程控制、處理平面或空間內的點控制(便於減小差異沉降)。需要指出的是，從某些方面看來，本發明的方法似乎是強夯法與靜力排水固結法的結合。但無論從加固原理還是工藝流程來講都有很大的不同。本發明方法既彌補了傳統單純的強夯法不適合加固飽和軟黏土地基的不足，克服了其不能有效排除軟土中高壓孔隙水的缺點，加速了孔隙水的消散，改變了軟黏土的滲透性；同時與靜力排水固結法相比又簡化了排水固結法中繁雜的加壓系統，並在施工時間內大部分或基本完成主固結沉降，大大減小了次固結沉降，縮短了工期，有效提高地基承載力。本發明方法處理後的地基是一均勻地基，地基承載力可大大提高以滿足包括道路在內的建、構築物的承載力與變形要求，有效防止地基工後沉降及不均勻沉降造成的各種危害並充分發揮地基土自身的作用。如①消除及減少不均勻沉降造成的附加應力及可能產生的裂紋；②使處理後的地基直接成為持力層，地基土與基礎結構層始終保持接觸，可直接承受地面荷載，並實際增大建築物的結構承載面積，分擔可觀結構荷載；③保證地下埋設管線的正常與安全使用；④防止建築物附近地坪、道路開裂及局部下陷；⑤消除鬆軟地基對各類樁的負摩擦效應，特別是對於填土厚度、淤泥厚度變化較大的情況，更還可消除建、 構築物使用前期0 3年)因固結產生大小不一的下沉效應，將不均勻沉降減少到最低水平。本發明的思路是在淤泥表層進行填砂、設置水平排水通道，布設集水井；在淤泥層內插打塑料排水板，設置豎向排水通道；通過施加動荷載，使淤泥內產生超孔隙水壓力，迫使淤泥內的水沿著豎向排水通道和橫向排水通道快速排出，最終達到淤泥快速固結，提高了淤泥的承載力與強度，滿足使用功能要求。本發明加固的可能的機理如下(1)、能量轉換
夯錘衝擊瞬間，衝擊荷載一般是夯錘質量的十幾倍至幾百倍，夯擊能量一部分消耗在地表面(擾動只涉及到一定深度)向四周輻射傳播；另一部分消耗在夯錘氣墊作用和土體摩擦過程中；餘下部分以瞬間衝擊力形式從夯坑底面往深部傳播。衝擊完成後，衝擊能量以動力殘餘(即在軟弱土層上的土體靜態覆蓋力下仍保持的殘餘力)的形式儲存於土層中。特別需要指出的是，由於水的(近似)不可壓縮性。衝擊力通過排水體周圍的水柱傳遞至軟土深部，從而形成了有利的排水壓力。動力殘餘力由於夯擊產生的巨大衝擊能遠遠大於表層土的極限強度，使地表體土產生衝擊破壞，並產生較大的瞬時沉降，由此引起錘底土形成土塞向下運動，並使錘底以下形成一定範圍的壓縮區，在土塞和周圍土體的抵抗力的作用下，壓縮區由於土體的結構性、各向異性、流變性及變形平衡過程等因素而產生的高水平附加力的殘餘力。O)、部分水性發生變化強大瞬間衝擊力的剪切波作用使土體弱結合水甚至部分強結合水變成自由水，並激發超孔隙水壓力；夯擊完成後，在軟弱土層上保持殘餘應力。隨擊數增加，殘餘應力不斷增大，影響深度與範圍增加，土骨架受壓縮，由於軟黏土低滲透性，孔隙水無法短時間內排
出ο(3)、土體排水固結靜力排水固結法形成了有利於排水壓力條件與邊界條件，主要表現為(a)靜力荷載、衝擊荷載及其持續的後效力(殘餘應力)產生的高應力水平造成土體中孔隙水壓力梯度大，形成了有利壓力條件；(b) 土體在強大夯擊能作用下，土中出現很大的應力和衝擊波，致使地表面形成豎向裂隙(分布在夯擊點的周圍)，並在地基內部出現定向裂紋，形成樹枝狀排水網絡，土的滲透係數增加，大大改善了土體排水邊界條件；(c)通過設置人工材料組成的有利的快速排水體系(水平和豎向排水體系)排水。在多遍的夯擊過程中，軟土在有利的排水壓力條件與邊界條件下，多次發生孔隙壓力的升降，孔隙水不斷快速排出，孔隙體積減小，加快地基土排水固結。、固化當孔隙水壓力消散後，達到小於顆粒之間的橫向壓力時，地基內部裂隙閉合，土體的有效應力增加，土的抗剪強度不斷提高，工後沉降大大降低，地基土成為超固結土，從而達到了軟基加固的目的。本發明的關鍵點淤泥在整個加固處理過程中不得受到擾動破壞，否則透水性就會大幅降低，研究表明，淤泥擾動土的滲透係數只有原狀土 30 50%，固結係數不足原狀土的10 %，因此，通過設置塑料排水板縮短排水路徑，先施加較小的動荷載，在不破壞土體結構的條件下小幅提高孔隙水壓力，使淺層軟土中的水能迅速排出，並迅速提高軟土強度； 然後再增加動荷載的級別，再次提高孔隙水壓力，再次排水固結；如此經過四次由小到大逐步施加動荷載，如動載分級為600、800、1200、2000kJ，使淤泥排水固結不斷向深部發展，最終達到預期的加固效果。表面覆蓋層作為動荷載的直接載體，在施工過程中會鬆動，需最後再用小能量如600kJ拍實。本發明工程造價降幅高達76%，施工工期由原來的360天縮短到90天，降幅高達 75%。
具體實施例方式一、工程概況招商局漳州開發區為填海造地區，區內分布多處填海時因圍堰限制局部富集的淤泥區，淤泥厚10-20米，含水量60-80%，呈流塑狀態，屬低強度、高壓縮性、高靈敏度土，物理力學強度極低。因場地建設需要，招商局漳州開發區有限公司擬對一區姊坑(淤泥富集區)進行軟基處理，面積約6. 4萬平方米，分A、B、C三區，A區為淤泥出露區，淤泥厚度 15. 2 18. 4m ；B區為填土覆蓋區，覆蓋層厚度大於3m，淤泥厚度12. 0 14. &1。C區也為填土覆蓋區，擬建道路，覆蓋層厚度大於6m，淤泥厚度3. 9 12m。作為開發區內道路和廠區儲備用地，建構築物基礎擬由以後入區單位另行二次處理，本次軟基處理的目標是提供廠區建設工作面和道路路基，所以建設單位提出的處理要求是A區(淤泥出露區，擬建廠區)地基土承載力特徵值不小於60kPa，覆蓋層厚度不小於 2. 5m，淤泥處理深度不小於8m ;B區(填土覆蓋區，擬建廠區)地基土承載力特徵值不小於 60kPa ；C區(填土覆蓋區，擬建道路)地基土承載力特徵值不小於120kPa。B區為場地柱錘強夯置換區，覆蓋層厚度大於:3m，淤泥厚度12. 0-14. 2m，C區為道路柱錘強夯置換區，覆蓋層厚度大於6m，淤泥厚度3. 9-12m。本發明主要介紹對A區的處理方法。1)、第一層砂墊層厚度厚度不小於1. 5m且高程不低於交工高程以下1. Om,砂墊層材料要求含泥量不超過5% ；堆載預壓地基處理A區為已回填區域，回填土中含有部分石塊對塑料排水板打設有較大影響，施工採用增大打板設備擊振力，並開挖換填一定厚度素填土層，預成孔等施工措施。2)、打設塑料排水板前，先鋪設1. 5m厚度砂墊層，塑料排水板施打深度大於8m，即末端高程低於-1.9 -0. 5m，正三角形布置，邊長1.0m，B型(寬:100mm，厚:3. 5 4. 5mm), 上端留出長度大於0. 2m，堆砂3. 5m，含泥量小於8%，再進行堆載預壓；a、打設塑料排水板採用套管式打設法；b、塑料排水板打設範圍及打設間距符合設計要求，板位間距偏差不大於士30mm， 打設機定位時，管靴與板位標記的偏差控制在士70mm範圍內；C、打設過程中控制套管垂直度，其偏差不大於士 1. 5% ；d、按設計要求嚴格控制塑料排水板的打設標高，無出現淺向偏差；當發現地質情況變化，無法按設計要求打設時，及時與現場監理工程師了聯繫並徵得其同意後變更打設標高；e、打設塑料排水板時未出現扭結、斷裂和撕破濾膜等現象；f、打設時塑料排水板回帶長度未超過500mm，且回帶的根數未超過打設總根數的 5% ；g、剪斷塑料排水板時，砂墊層以上的外露長度大於200mm ；h、塑料排水板打設過程中逐板進行自檢，並按要求作好施工記錄，當檢查每根板的施工情況符合驗收標準時才移機，打設下一根；i、採用濾膜內板芯對插搭接的連接方式時，搭接長度不小於200mm ；j、塑料排水板打設驗收合格後，及時用砂墊層砂料仔細填滿打設時在板周圍形成的孔洞，並將塑料排水板埋置於砂墊層中。
3)、第二層砂墊層厚度厚度不小於2. Om且高程不低於交工高程以上1.0m;同時按設計要求設置集水井及周邊的排水溝，及時將集水井中水抽排至加固區以外，堆載料數量應考慮現場實際沉降和預估沉降差異的影響。③堆砂至交工高程以上1. Om(靜置15天) 抽水，設置排水系統持續抽水。在於對施工了排水板，縮短了排水路徑的淤泥施加動力荷載，促使淤泥內水分沿豎向排水板排到表面砂層，再通過砂墊層橫向排水通道匯集到集水坑，用水泵抽排。4)、第一遍動載能量600kJ，動載點正方形布置，間距6 X 6m，頻率5次，夯坑深度不得超過1. 5m；5)、第二遍動載能量800kJ，動載點正方形布置，間距6X6m，插在四個第一遍動載點中心，頻率6次，夯坑深度不得超過1. 5m，與第一遍動載時間間歇不少於5天；6)、第三遍動載能量1200kJ，動載點正方形布置，間距6 X 6m，插在二個第一遍動載點和二個第二遍動載點中心，頻率7次，夯坑深度不得超過1. 5m，與第二遍動載施加時間間歇不少於5天；7)、第四遍動載能量2000kJ，動載點正方形布置，間距6X6m，插在二個第二遍動載點和二個第一遍動載點中心，頻率8次，夯坑深度不得超過1. 5m,與第三遍動載施加時間間歇不少於5天。8)、全場動載能量600kJ—遍2次。與第四遍動載施加時間間歇不少於5天。具體地:A區採用超孔隙水壓力速效排水固結法鋪設路基板將淤泥挖至交工高程以下2. 5m，邊挖邊回填第一層砂至交工高程以下1. 0m，插A型塑料排水板深度到達交工高程以下8m(平面布置正三角形邊長1. Om)，覆蓋砂墊層至交工高程以上1. 0m，設置排水系統持續抽水，回填到位15天後開始第一遍動載(能量600千焦，布點正方形間距6mX 6m，頻率5次，夯坑深度不超過1. 5m)，7天後第二遍動載(能量800千焦，布點正方形間距6mX 6m， 頻率6次，夯坑深度不超過1. 5m)，再7天後開始第三遍動載(能量1200千焦，布點正方形間距6mX 6m，頻率7次，夯坑深度不超過1. 5m)，再7天後開始第四遍動載(能量2000千焦， 布點正方形間距6mX6m，頻率8次，夯坑深度不超過1. 5m)，挖運多餘填料、600千焦全場動載一遍2次整平交工。1.施工監測地基處理過程中對地表沉降及孔隙水壓力進行監測，布置了四組孔隙水壓力、沉降板。堆載預壓施工過程中施工參數可根據監測的水平位移及豎向位移的控制指標進行調整。2.檢測經地基處理後的各區承載力特徵值由載荷試驗確定(承壓板面積為小於 0. 5m2)覆蓋層厚度採用面波方法檢測或鑽探，淤泥處理效果採用十字板剪切試驗、土工試驗進行評估。豎向測試的項目其深度直至加固深度要求的7m，檢驗加固效果，夯前夯後孔平面上相距0. 5 1. Om03、動載參數動載錘動載錘直徑2m，動載錘選用組合式高效減震錘；動載點布置每遍動載點間距6mX 6m，最後形成3mX 3m正方形布置；間隔時間每遍動載之間間隔5天；全場動載能量600kJ，錘印相切，一遍二次。本發明所要處理的區域，按傳統的方案(原方案)為挖淤泥、鋪土工布和砂墊層、打塑料排水板、堆載、卸載、強夯，主要材料有挖運淤泥11萬m3，山皮石9萬m3，海砂21 萬m3，塑料排水板141萬m，動載機械340臺班。按本發明的方法(新方案)，主要材料有 挖運淤泥3. 7萬m3，海砂5萬m3，塑料排水板22萬m，砂碎石6千m3，強夯機械490臺班。 新方案節省挖運淤泥7. 7萬m3，山皮石9萬m3，海砂16萬m3，塑料排水板119萬m。節約材料的措施關鍵在於採用新的超孔隙水壓力速效排水固結法的施工方案。
本發明處理前後淤泥層指標對比情況
權利要求
1.一種軟土基的快速排水固結處理方法，包括以下步驟(1)將淤泥挖至交工高程以下2-; ,邊挖邊回填第一層砂墊層至交工高程以下 0. 8-1. 2m，插塑料排水板深度到達交工高程8m以下，然後繼續覆蓋第二層砂墊層至交工高程以上0. 5-1. 5m，設置排水系統持續抽水；(2)回填到位12-18天後開始第一遍動載，能量500-650千焦，夯坑深度不超過1.5m ；(3)5-8天後第二遍動載，能量700-900千焦，夯坑深度不超過1.5m ；(4)5-8天後開始第三遍動載，能量1100-1500千焦，夯坑深度不超過1.5m ；(5)5-8天後開始第四遍動載，能量1800-2200千焦，夯坑深度不超過1.5m ；(6)5-8天後挖運多餘填料、600千焦全場動載一遍2次整平交工。
2.如權利要求1所述的一種軟土基的快速排水固結處理方法，其特徵在於所述的砂墊層含泥量不超過5%。
3.如權利要求1所述的一種軟土基的快速排水固結處理方法，其特徵在於每遍動載的次數為5-8次。
4.如權利要求1所述的一種軟土基的快速排水固結處理方法，其特徵在於排水板在第一層砂墊層以上的外露長度不小於0. an。
5.如權利要求1所述的一種軟土基的快速排水固結處理方法，其特徵在於塑料排水板平面布置為正三角形，該正方形的邊長0.8-1. ail。
6.如權利要求1所述的一種軟土基的快速排水固結處理方法，其特徵在於每遍動載的布點為正方形，正方形邊長為5-8mX5-8m。
7.如權利要求3所述的一種軟土基的快速排水固結處理方法，其特徵在於第一遍動載為5次，第二遍動載次數為6次，第三遍動載次數為7次，第四遍動載次數為8次。
全文摘要
本發明公開了一種軟土基的快速排水固結處理方法，其包括以下步驟(1)將淤泥挖至交工高程以下2-3m，邊挖邊回填第一層砂至交工高程以下0.8-1.2m，插塑料排水板深度到達交工高程8m以下，覆蓋第二砂墊層至交工高程以上0.5-1.5m，設置排水系統持續抽水；(2)回填到位12-18天後開始第一遍動載，能量500-650千焦，夯坑深度不超過1.5m；(3)5-8天後第二遍動載，能量700-900千焦，夯坑深度不超過1.5m，(4)5-8天後開始第三遍動載，能量1100-1500千焦，夯坑深度不超過1.5m；(5)5-8天後開始第四遍動載，能量1800-2200千焦，夯坑深度不超過1.5m；(6)5-8天後挖運多餘填料、600千焦全場動載一遍，2次整平交工。本發明可降低造價75％，工期由原來的360天以上縮短為90天左右。
文檔編號E02D3/10GK102296591SQ20111019885
公開日2011年12月28日 申請日期2011年7月14日 優先權日2011年7月14日
發明者江宇淵, 江宇陽, 簡浩洋 申請人:福建省永固基強夯工程有限公司