軟弱地基輕型井點管結合塑料排水板複合加固方法
2023-07-04 17:46:11 2
專利名稱：軟弱地基輕型井點管結合塑料排水板複合加固方法
技術領域：
本發明涉及一種軟土地基處理方法，尤其涉及一種大面積軟土地基處理採用輕型井點管結合塑料排水板複合井點(以下簡稱輕井塑排井點)加固方法。適用於新吹填含泥量較高並有泥夾層的軟弱地基深、淺層處理。屬地基處理技術領域。
背景技術：
目前，隨著沿海地區的快速發展，利用灘涂和吹填造地的方法以解決工業用地不足。對於此類土質的處理，可應用「真空預壓法」處理，但該方法工期長(一般需三個月以上)。特別是當吹填土含砂量較高、或砂夾泥，並有不規則砂夾層的場地，採取真空預壓的方法則會產生漏氣，即負壓低，因此造成預壓效果不理想。
當吹填土含砂量較高，或砂夾泥，並有不規則砂夾層的場地，為提高軟弱地基的承載力，目前常用的方法有降低需處理區域土體的含水量即採用降水的方法，例如在需處理區域進行大明溝降水、真空降水、輕型井點降水和電滲降水等方法，然後結合強夯、振動碾壓或衝擊碾壓的方法使之達到快速固結。實際上通過以上這些處理方法僅能在地基表層4～6m範圍形成一個所謂的「硬殼層」，而通過上述方法處理過的地基對6m以下進行鑽探取樣，分層測定δ和ω值，同處理前的地層δ、ω值對照，基本變化不大。這是因為軟土地基強夯所需的最佳含水量是依賴於大明溝降水，真空降水、輕型井點降水和電滲降水等方法來實現的，而這些方法由於受設備的限制(如井點管的長度)以及吸水泵的真空度限制，使得降水深度無法達到6m以下。同時，井點降水由於其濾頭設置一般均在鋼管下部0.5～1.0m處，當淤泥夾層在井點濾頭上部時，由於淤泥夾層的滲透係數小，因此採用井點降水具有一定的局限，無法對淤泥夾層以上土體進行有效的降水，形成夾水層，使得需加固土質無法達到強夯所需的最佳含水量，因此夯後效果並不理想，甚至產生「彈簧土」的現象。特別是在淤泥質土的降水施工過程中，由於其滲透係數小，強夯後的超靜孔隙水壓力消散慢(消散時間需一個多月甚至六個月之久)，使得大明溝降水、真空降水、輕型井點降水和電滲降水等結合強夯工法難以達到理想的效果和理想的深度，因此難以滿足軟土地基深層加固的需求。
為了解決新吹填土的淤泥夾層，在施工中採用先施打塑料排水板，當地下水順著置入的排水板通道溢出地面後，採取人工引流強排的方法，將表層地下水排除後，進行強夯施工。實際上該方法無法控制需加固土體強夯所需的最佳含水量，同樣產生「彈簧土」的現象。據此，在施工過程中，插入排水板後，輔以真空井點降水(輕型井點降水)，通過該方法，達到快速降低需加固區域土體含水量，然後進行強夯或動力固結，但是在施工過程中卻產生由於塑料排水板端頭露出地面，當拔除井點管進行強夯時，由於夯擊能對下臥層的衝擊影響，大量的地下水通過塑料排水板湧出地表，使動力加固設備無法繼續施工，究其原因，是由於真空井點降水無法降低淤泥夾層土體的含水量，經夯擊後，大部分淤泥夾層中的自由水通過塑料排水板的通道溢出，場地泥濘，無法達到加固設備進入的要求。
發明內容
本發明的目的在於克服上述不足，提供一種能降低淤泥夾層土體含水量的軟弱地基輕型井點管結合塑料排水板複合加固方法。
本發明的目的是這樣實現的一種軟弱地基輕型井點管結合塑料排水板複合加固方法，其特徵在於所述方法包括以下工藝步驟 步驟一、開挖排水溝 步驟二、布置輕型井點管結合塑料排水板形成的複合井點並進行抽真空複合井點降水 a、施打輕井塑排井點和外圍封管 對需處理的軟弱地基布置輕井塑排井點，井點間距為4.0×4.0m，塑料排水板的的插入方法有二種一種是機械插入法，適用於加固深度6.0m以下，即採用插板機插入所需深度的塑料排水板，插板機的插管拔出後，立即在插有塑料排水板的插孔內插入輕型井點管，並將塑料排水板端頭壓入地表0.5m以下，在插入輕型井點管的同時在所述插孔內的輕型井點管、塑料排水板與插孔孔壁之間投入砂濾料填灌實，砂濾料填至距插孔孔口0.45～0.55m，然後將插孔孔口用粘土封填嚴實，另一種是水衝成孔插入法，適用於加固深度6.0m以上，利用輕型井點管直接將塑料排水板插入，其方法是先將塑料排水板按所需長度切斷，塑料排水板的一端頭用繩將塑料排水板折返札牢，使輕型井點管和塑料排水板同時插入孔中，當水衝成孔後，將輕型井點管和塑料排水板插入孔內，塑料排水板的另一端頭壓入地表0.5m以下，並在所述孔內的輕型井點管、塑料排水板與插孔孔壁之間投入砂濾料填灌實，砂濾料填至距插孔孔口0.45～0.55m，然後將插孔孔口用粘土封填嚴實， b、降水設備安裝 根據輕井塑排井點管布置，布放集水總管位置，布設時，先排放集水總管，再用機械插入法或水衝法埋設輕井塑排井點，然後用支管將輕型井點管與集水總管相連通，最後安裝真空泵，輕型井點管埋設在水衝孔的中心， c、抽真空降水，真空度控制在-0.06～-0.08MPa，第一遍抽真空排水時間7～10天，第二遍抽真空排水時間7～10天，二遍間隔時間根據夯后土體超靜孔隙水壓力消散時間確定，一般為7～15天之間，在實際施工中可根據土質條件試驗確定。
d、降水結束 輕井塑排井點降水後的控制指標為降水後最佳含水量誤差為3％～5％，地下水位控制為穩定在距地表3m以下，當觀測結果符合控制指標要求時，進行下一道工序施工； 步驟三、動力固結 當土體含水量達到設計及動力固結施工所需要求後，拔除輕井塑排井點中的輕型井點管，在需加固處理的軟土地基區域布設強夯點進行第一遍點夯，第一遍點夯按4.5m正方形布點(或可根據地質條件或設計要求進行布點)，夯後推平，布置第二遍輕井塑排井點，方法同第一遍布置，進行第二遍輕井塑排井點降水，在水位下降到3m以下或設計要求時，則撥除輕井塑排中的輕型井點管，進行第二遍點夯，第二遍點夯也按4.5m正方形布點、且與第一遍夯點呈梅花形布置(或根據地質情況及設計要求布點)，如此多遍進行降水強夯，達到所需的承載力，經多輪輕井塑排井點降水、多輪點夯後，最後一遍滿夯，在遍與遍強夯施工過程中控制超靜孔隙壓力消散90％以上方能進行下一遍施工；滿夯結束後，待孔隙壓力消散至90％以上，即可進入道路、場地結構施工。
在實際施工中，也可不拔除輕井塑排井點中的輕型井點管，而將夯點設計在所述相鄰兩排輕型井點管的之間，待第一輪夯擊後，立即連接該輕型井點管，進行第二遍輕井塑排井點降水，在水位下降到3m以下或設計要求時，則撥除輕井塑排中的輕型井點管，進行第二遍點夯，如此多遍進行降水強夯，達到所需的承載力，經多輪輕井塑排井點降水、多輪點夯後，最後一遍滿夯，在遍與遍強夯施工過程中控制超靜孔隙壓力消散90％以上方能進行下一遍施工；滿夯結束後，待孔隙壓力消散至90％以上，即可進入道路、場地結構施工。
使用該工藝，既能確保軟弱地基的加固達到設計要求，又能通過輕井塑排井點控制加固深度。同時通過輕井塑排井點結合動力固結的方法，夯後的超靜孔隙壓力水能通過塑料排水板上升並經下一輪輕井塑排井點降水快速消散，由於塑料排水板的縱向作用使夯能深度傳遞，使得強夯的影響深度加深，從而使軟弱地基達到設計要求所需的承載力。該法施工安全係數大、工期短。特別適用於軟弱地基的深層加固需要。
由於塑料排水板插入的深度可根據設計要求延伸，同時，動力能量又能通過塑料排水板向縱深傳遞，因此使得本技術達到深層處理的效果，達到淺層、深層同時加固處理的目的。
本技術根據不同的地質條件和不同的處理要求，通過調整降水過程中的塑料排水板的間距、深度，在插入輕型井點管的同時插入塑料排水板，形成了輕型井點與塑料排水板的垂直排水通道，一般輕型井點管的插入深度為6m，而與輕型井點管同時插入的塑料排水板的深度則可根據所需加固的深度或設計要求延伸達到所需深度。輕型井點管連接支管、支管連接集水總管、集水總管連接真空泵進行降水，使軟弱地基含水量達到強夯或振動碾壓等動力加固所需的最佳含水量，拔除輕型井點管進行動力加固處理。在動力加固過程中，由於插入的塑料排水板保留在土體中，動力加固時夯擊能所產生的壓密和衝擊作用，使土體中的擠壓水通過塑料排水板快速排出地表，為下遍快速降水創造了條件；其次動力加固過程中產生的超靜孔隙水壓力，又通過塑料排水板快速消散，為快速加固軟弱地基奠定了基礎；再其次就是當動力加固過程中，能量通過塑料排水板縱向傳遞到一定的深度，達到了深層加固的目的。由於塑料排水板端頭置入地表0.5m以下處，因此，當採用強夯法進行施工時，置入地表下的塑料排水板端頭隨夯擊而繼續壓入地表下，解決了淤泥夾層自由水溢到地表的情況。通過本技術的處理既能解決軟土地基深層加固的根本問題，又能解決軟土地基經動力固結後的超靜孔隙水壓力不易消散的困難；使需處理的軟土地基可根據設計要求及地質條件達到深、淺層同時處理，並且使軟基處理快速可控。本工法施工安全係數大、工期短，經處理後的軟土地基影響深度可達20m左右。
本工法的有如下優點 1、施工周期短、性價比高本施工工藝與傳統軟弱地基處理方法相比由於利用塑料排水板和輕型井點管在同一個點位對需處理的軟弱地基進行直接降水加固的作用，施工周期短；同時，由於經塑料排水板深層傳遞動能，深層加固質量提高，使軟弱地基快速適合不同設計的需要，其性價比大大提高。
2、不受軟弱地基地質條件的限制，可根據需要調整塑料排水板的長度，通過調整使之適合不同地質對地基的不同承載力的需求，從而為不規則泥夾層軟弱地基的深淺層加固處理提供了有效的保障。
3、需加固軟弱地基經輕井塑排井點降水後，在土體含水量達到動力固結所需時，進行動力固結處理(如強夯)，在一定能量對土體的直接衝擊作用下，土體內自由水以及部分結合水因塑料排水板形成排水通道的存在而得到匯聚，並順塑料排水板而滲到地表下0.5m位置，但又不溢出地表；從而使夾層水有了排洩通道，為下一輪降水創造了條件。
4、克服了常規輕型井點降水因井點管濾頭的限制而無法建立排水通道，因此難以降低夾層淤泥土體含水量，解決了真空井點降水強夯對該類土質無能為力甚至達不到設計效果。塑料排水板自身的排水通道結合輕型井點的真空吸水，使得經處理的土體含水量均衡；通過多輪交叉輕井塑排降水結合多遍強夯施工工藝，為大面積軟基提高承載力奠定了基礎。
5、在施工中，可根據不同的地質條件和不同滲透係數結合多種降水施工工藝，如電滲降水、真空降水以及深層電滲井點管、淺層真空井點管進行調整，同時還可通過電滲降水時間、真空降水時間進行調整，以獲得不同的降水要求。
圖1為本發明輕井塑排井點平面布置圖。
圖2為本發明的輕井塑排井點深層結構示意圖。
圖3為本發明的輕井塑排井點淺層結構示意圖。
圖4為本發明的輕井塑排井點立面示意簡圖。
具體實施例方式 本工法的具體工藝步驟如下(動力固結以強夯為例) 步驟一、開挖排水溝 對大面積軟弱地基採取輕井塑排井點降水加固技術，則可將需加固區域設置若干小區，一般一個小區為5000～10000m2。小區與小區之間採取開挖明溝，小區與小區的明溝之間相互貫通，形成排水網絡，明溝交接處設置一定數量的集水井，明溝水採取自流或強排的方法排放到鄰近河道內。
步驟二、布置輕型井點管結合塑料排水板形成的複合井點(簡稱輕井塑排井點)並進行抽真空複合井點降水 a、施打輕井塑排井點和外圍封管 對需處理的軟弱地基根據設計要求及地質情況布置輕井塑排井點，井點間距為4.0×4.0m，如圖1。塑料排水板的長度根據需處理的深度確定，塑料排水板的的插入方法有二種 一種是機械插入法(加固深度6.0m以下) 即常用插板機插入所需深度的塑料排水板，插板機的插管拔出後，立即在插有塑料排水板的插孔內插入輕型井點管，為確保降水效果，在插入輕型井點管的同時在所述插孔內的輕型井點管、塑料排水板與插孔孔壁之間投入砂濾料填灌實，並將塑料排水板端頭壓入地表0.5m以下，砂濾料填至距插孔孔口0.5m左右，然後將插孔孔口用粘土封填嚴實以防輕型井點降水時因塑料排水板端頭露出地表而產生漏氣，如圖3。
另一種是水衝成孔插入法(加固深度6.0m以上) 由於所需淺層加固，因此完全可利用輕型井點管直接將塑料排水板插入，其方法是先將塑料排水板按一定長度切斷，塑料排水板的一端頭用繩將塑料排水板折返，使輕型井點管和塑料排水板同時插入孔中(附圖2)，當水衝成孔後，將輕型井點管和塑料排水板插入孔內，形成輕井塑排井點，塑料排水板的另一端頭壓入地表0.5m以下，並在所述孔內的輕型井點管、塑料排水板與插孔孔壁之間投入砂濾料填灌實，並將塑料排水板端頭壓入地表0.5m以下，砂濾料填至距插孔孔口0.5m左右，然後將插孔孔口用粘土封填嚴實。
b、降水設備安裝 根據輕井塑排井點的布置，布放集水總管位置，布設時，先排放集水總管，再用機械插入法或水衝法埋設輕型井點管和塑料排水板，然後用支管將輕型井點管與集水總管相連通，最後安裝真空泵和平衡器等抽水設備。輕型井點管應埋設在水衝孔的中心，避免插入泥漿中堵塞濾管。集水總管至抽水裝置要保持有3％～5％的坡度，如圖4。
c、抽真空降水，真空度宜控制在-0.06～-0.08MPa間，應不低於-0.04MPa。第一遍抽真空排水時間7～10天，第二遍抽真空排水時間7～10天，二遍間隔時間根據夯后土體超靜孔隙水壓力消散時間確定，一般為7～15天之間，在實際施工中可根據土質條件試驗確定。實際施工中可根據具體情況(土壤含水量、現場排水總量、降水曲線等)進行適當調整。
d、降水結束 輕井塑排井點降水後的控制指標為降水後最佳含水量允許誤差為3％～5％，地下水位控制為穩定在距地表3m以下。當觀測結果符合控制指標要求時，可進行下一道工序施工。
步驟三、動力固結(以強夯為例) 當土體含水量達到設計及動力固結施工所需要求後，拔除輕井塑排井點中的輕型井點管，在需加固處理的軟土地基區域布設強夯點進行第一遍點夯，第一遍點夯按4.5m正方形布點(或可根據地質條件或設計要求進行布點)，夯後推平，布置第二遍輕井塑排井點，方法同第一遍布置，進行第二遍輕井塑排井點降水，在水位下降到3m以下或設計要求時，則撥除輕井塑排中的輕型井點管，進行第二遍點夯，第二遍點夯也按4.5m正方形布點、且與第一遍夯點呈梅花形布置(或根據地質情況及設計要求布點)，如此多遍進行降水強夯，達到所需的承載力，經多輪輕井塑排井點降水、多輪點夯後，最後一遍滿夯，滿夯施工以不漏夯，不翻起為效果明顯。也可根據設計或試夯情況進行進行調整。強夯收錘標準以夯擊數，且最後連續二擊的夯沉量不大於10cm進行控制。
施工中的夯錘吊高按下列計算公式計算 起吊高度H值為H＝M/T+h+a-b 其中 M——設計夯能 T——錘重 h——夯錘起吊點至置錘面的高度 a——富餘參數，取0.2； b——1/2設計夯坑深度，取0.75。
強夯機主要採用履帶式起重機，並根據現場實際情況備用輔助門架。
根據軟基加固要求，可按上述方法對需處理的軟土地基進行多遍加固處理，使之達到所需的承載力要求，在遍與遍強夯施工過程中應注意超靜孔隙壓力消散90％以上方能進行下一遍施工；經多輪點夯後進行最後一遍滿夯。在施工期間應保留外圍管繼續降水直至最後一遍強夯結束方能拔除外圍井點管。
滿夯結束後，待孔隙壓力消散至90％以上，即可進入道路、場地結構施工。
動力固結也可採用振動碾壓或衝擊碾壓等施工工藝。
權利要求
1.一種軟弱地基輕井塑排井點降水結合動力加固技術，其特徵在於所述方法包括以下工藝步驟
步驟一、開挖排水溝
步驟二、布置輕井塑排井點並進行抽真空複合井點降水
a、施打輕井塑排井點和外圍封管
對需處理的軟弱地基布置輕井塑排井點，井點間距為4.0×4.0m，塑料排水板的的插入方法有二種一種是機械插入法，適用於加固深度6.0m以下，即採用插板機插入所需深度的塑料排水板，插板機的插管拔出後，立即在插有塑料排水板的插孔內插入輕型井點管，並將塑料排水板端頭壓入地表0.5m以下，在插入輕型井點管的同時在所述插孔內的輕型井點管、塑料排水板與插孔孔壁之間投入砂濾料填灌實，砂濾料填至距插孔孔口0.45～0.55m，然後將插孔孔口用粘土封填嚴實，另一種是水衝成孔插入法，適用於加固深度6.0m以上，利用輕型井點管直接將塑料排水板插入，其方法是先將塑料排水板按一定長度切斷，塑料排水板的一端頭用繩將塑料排水板折返札牢，使輕型井點管和塑料排水板同時插入孔中，當水衝成孔後，將輕型井點管和塑料排水板插入孔內，塑料排水板的另一端頭壓入地表0.5m以下，並在所述孔內的輕型井點管、塑料排水板與插孔孔壁之間投入砂濾料填灌實，砂濾料填至距插孔孔口0.45～0.55m，然後將插孔孔口用粘土封填嚴實，
b、降水設備安裝
根據輕型井點管布置，布放集水總管位置，布設時，先排放集水總管，再用機械插入法或水衝法埋設輕井塑排井點綴，然後用支管將輕型井點管與集水總管相連通，最後安裝真空泵，輕型井點管埋設在水衝孔的中心，
c、抽真空降水，真空度控制在-0.06～-0.08MPa，第一遍抽真空排水時間7～10天，第二遍抽真空排水時間7～10天，二遍間隔時間二遍間隔時間7～15天，
d、降水結束
輕型井點管結合塑料排水板形成的複合井點降水後的控制指標為降水後最佳含水量誤差為3％～5％，地下水位控制為穩定在距地表3m以下，當觀測結果符合控制指標要求時，進行下一道工序施工；
步驟三、動力固結
當土體含水量達到設計及動力固結施工所需要求後，拔除輕井塑排井點中的輕型井點管，在需加固處理的軟土地基區域布設強夯點進行第一遍點夯，夯後推平，布置第二遍輕井塑排井點，方法同第一遍布置，進行第二遍輕井塑排井點降水，在水位下降到3m以下或設計要求時，則撥除輕井塑排中的輕型井點管，進行第二遍點夯，如此多遍進行降水強夯，達到所需的承載力，經多輪輕井塑排井點降水、多輪點夯後，最後一遍滿夯，在遍與遍強夯施工過程中控制超靜孔隙壓力消散90％以上方能進行下一遍施工；滿夯結束後，待孔隙壓力消散至90％以上，即可進入道路、場地結構施工，在實際施工中，也可不拔除輕井塑排井點中的輕型井點管，而將夯點設計在所述相鄰兩排輕型井點管的之間，待第一輪夯擊後，立即連接該輕型井點管，進行第二遍輕井塑排井點降水，在水位下降到3m以下或設計要求時，則撥除輕井塑排中的輕型井點管，進行第二遍點夯，如此多遍進行降水強夯，達到所需的承載力，經多輪輕井塑排井點降水、多輪點夯後，最後一遍滿夯，在遍與遍強夯施工過程中控制超靜孔隙壓力消散90％以上方能進行下一遍施工；滿夯結束後，待孔隙壓力消散至90％以上，即可進入道路、場地結構施工，
所述輕井塑排井點是指輕型井點管結合塑料排水板形成的複合井點。
2.根據權利要求1所述的一種軟弱地基輕井塑排井點降水結合動力加固方法，其特徵在於所述施工中的夯錘吊高按下列計算公式計算
起吊高度H值為H＝M/T+h+a-b
其中
M——設計夯能
T——錘重
h——夯錘起吊點至置錘面的高度
a——富餘參數，取0.2；
b——1/2設計夯坑深度，取0.75。
全文摘要
本發明涉及一種軟弱地基輕型井點管結合塑料排水板複合動力加固方法，所述方法包括以下工藝步驟開挖排水溝；布置輕井塑排井點並進行抽真空施打輕型井點管、塑料排水板和外圍封管，對需處理的軟弱地基布置輕井塑排井點，塑料排水板的的插入方法有二種一種是機械插入法，即採用插板機插入所需深度的塑料排水板，插板機的插管拔出後，立即在插有塑料排水板的插孔內插入輕型井點管，並將塑料排水板端頭壓入地表0.5m以下，在插孔內投入砂濾料填灌實，砂濾料填至距插孔孔口0.45～0.55m，然後將插孔孔口用粘土封填嚴實，另一種是水衝成孔插入法；降水設備安裝；抽真空降水；降水結束；動力固結。本發明方法能降低淤泥夾層土體含水量。
文檔編號E02D3/00GK101736735SQ20091025145
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月22日 優先權日2009年12月22日
發明者葉吉, 葉凝雯 申請人:葉吉, 葉凝雯