立體式低位真空複合預壓軟地基處理方法
2023-05-14 17:05:26
專利名稱：立體式低位真空複合預壓軟地基處理方法
技術領域：
本發明涉及一種吹填造陸工程中的軟土地基處理工法，特別是把自重固結、堆載預壓以及人為製造水平與豎向排水通道等多種常規地基處理方法合理而有機地結合在一起，吹填一結束即可進行處理、不需等待自重固結時間的軟土地基處理工法，屬於巖土工程中軟土地基處理技術領域。具體地說，是一種立體式低位真空複合預壓軟地基處理方法。
背景技術：
1、軟地基處理有廣闊的應用前景隨著城市可資利用土地的減少以及人們環境保護意識的增強，近年來人們在沿海、河、江邊吹填造陸工程日益增多(例如青島海西灣北海船廠、深圳機場擴建、上海南匯區臨港新城、上海長興島造船基地、曹妃甸首鋼搬遷工程等等都是圍海吹填來形成陸域)。大部分吹填土通常含水量、壓縮性很高、滲透性很差，屬於軟弱土，吹填之後必須經過處理才能滿足使用要求，就目前土地資源緊缺來看，這類工程日後還會大量增加，因而軟地基處理有著廣闊的應用前景。
2、傳統地基處理方法的不足目前對於吹填軟土常規的處理方法主要有排水固結法、換土墊層法、碾壓及夯實法、置換及拌入法等，這些方法都有各自的適用範圍，排水固結法適用於除了滲透性能極差的泥炭土外的幾乎大部分軟地基，主要包括堆載預壓法和真空預壓法，堆載預壓法是指在場地臨時堆填土石等，對地基處理加載預壓，使地基沉降量能夠提前完成，並通過地基土固結提高地基承載力，達到要求後再卸去預壓荷載，該方法有三點不足其一需要附近有大量土石方，造價比較高；其二堆載高度過大會帶來邊坡穩定性問題；其三工期較長。真空預壓法是在擬處理地基上鋪設砂墊層，並設置豎向排水通道(塑料排水板或砂井)，然後再用薄膜密封砂墊層，用真空泵對砂墊層及豎向排水通道進行抽氣，使薄膜下真空度降低，同時在大氣壓力作用下加速地基固結，達到要求後停止抽氣，該方法的不足之處為其一處理地基承載力有限，一般80kPa左右；其二工期較長。換土墊層法是將地基中的軟弱土挖去，而換填為強度高、密度大的砂、碎石或灰土等，該方法比較適合局部少量的軟基處理，大面積、較深的軟基處理經濟不合理，而且浪費工期。碾壓及夯實法是採用一定的機械設備，將地基土壓實，同時提高強度的一種方法，該方法的優點是施工工期短，強度提高明顯，但是一般只適用於無粘性土、雜填土、非飽和粘性土等，對於含水量高、強度極低的吹填土不太適用。對於處理吹填軟土來說，常規的方法必須在吹填完成並經過一段時間的自重固結地表達到一定強度(這一過程少則3～4個月，多則1～2年之久)以後，人機料才能進入進行軟地基處理，也就是說目前常規方法在處理吹填軟土時都存在等待吹填土自重固結強度增長這一較長的時間過程，在當前時間就是效益的時代，如果能有效利用這一等待時間將會為工程帶來不可估量的經濟效益。此外，吹填土既是將來的地基，而對於原始地面來說又是附加荷載，即吹填土對下面原始地基發揮著「堆載預壓」的作用，由於沒有豎向排水體(砂井或塑料排水板)，「堆載預壓」的效果大打折扣，為了利用吹填土自重固結時間和吹填土本身的堆載作用，就需要開發一種不需要等待自重固結、吹填結束即能馬上進行處理的新的地基處理方法，本發明正是出於這些考慮而提出了立體式低位真空複合預壓法。
發明內容
本發明的目的是提供一種處理工期短、效果、造價較低，具有良好的經濟效益和廣闊的應用前景的立體式低位真空複合預壓軟地基處理方法。
本發明的技術解決方案是一種立體式低位真空複合預壓軟地基處理方法，其特徵是首先，在原始地基與將來吹填土之間製造一層水平排水通道；其次，在原始地基中建立豎向排水通道；再在原始地基表面上欲吹填土高度再設至少一層水平排水通道，並使之與前述豎向排水通道聯通；接著，在原始地基表面的水平排水通道中鋪設水平管，並延伸到圍堰外面並預留與真空泵聯接的接口；以上即形成立體式真空排水系統，接下來再進行吹填施工，等吹填一結束就馬上進入真空排水階段，使上下軟弱土地基在短時間內同時得到加固。
本發明中所述的原始地基表面的水平排水通道，是通過吹填之前在原始地基上鋪設砂墊層來構築的。在構築原始地基表面的水平排水通道時，若砂源不足，則開挖網格狀的盲溝並填砂。豎向排水通道，是在原始地基中接行列式插入豎向真空管並外露吹填土高度構築。在原始地基表面上欲吹填土高度再設至少一層水平排水通道，是在距離原始地基表面一定高度處設置一層或多層塑料排水板並與豎向真空管聯通構築。
本發明的有益效果為處理工期短、效果、造價較低，因而具有良好的經濟效益和廣闊的應用前景。
以下結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明
下面結合附圖對本方法的具體實施作進一步描述。
圖1為本發明的一種立體式低位真空複合預壓軟地基處理方法與常規地基處理方法的對比圖；圖2為原始地層示意圖；圖3為本發明的立體式低位真空複合預壓軟地基處理方法的修築圍堰及鋪設砂墊層示意圖；圖4為本發明的立體式低位真空複合預壓軟地基處理方法的插真空管及預設水平排水通道示意圖；圖5為本發明的立體式低位真空複合預壓軟地基處理方法的埋設水平管及預留真空泵接口示意圖；圖6為本發明的立體式低位真空複合預壓軟地基處理方法的立體式排水系統設置完成後進行吹填示意圖；圖7為本發明的立體式低位真空複合預壓軟地基處理方法的吹填結束後立體式低位真空複合預壓軟地基處理示意圖。
具體實施例方式
圖1、2、3、4、5、6、7中1為表層軟土；2為下臥層土；3為圍堰；4為砂墊層；5為真空管；6為預設水平排水通道；7為預設水平總管；8為預留接口；9為吹填土；10為真空泵。
圖1為立體式低位真空複合預壓法與常規處理方法在地基處理時間上的差別，其中橫坐標為時間，縱坐標為地基承載力，t1為吹填所用時間，t2為常規的自重固結時間，t3為常規方法地基處理所需時間；t3』為立體式低位真空複合預壓法處理所需時間。L1+L2+L3+L4這一折線為常規方法處理過程，對應的時間為t1+t2+t3；L1+L2+L3』這一折線為立體式低位真空複合預壓法處理過程，對應的時間為t1+t3』。
圖2、3、4、5、6、7為立體式低位真空複合預壓法地基處理施工流程，具體實施方式
如下表述。
從圖1可以看出，對於吹填土地基常規方法通常需要吹填時間t1、吹填後自重固結時間t2和地基處理時間t3，但是對於立體式低位真空複合預壓法來說，吹填時間t1相等，但是它省去了自重固結時間直接進行處理(從圖形中看是將L3+L4兩步合為L3』一步進行)，地基處理時間t3』遠小於常規方法的t2+t3，因此在整個時間上佔有比較明顯的優勢。
立體式低位真空複合預壓法具體實施分以下六步進行1)鋪設砂墊層在擬吹填場地先填厚度為40～50cm的砂墊層，在原始地基與將來吹填土之間人為製造一層水平排水通道(如果砂源不足也可以開挖網格狀的盲溝並填砂，盲溝排距按排水管影響半徑確定)；
2)插入真空管根據處理深度、擬吹填土厚度及預留長度(包括預測沉降量、排水管出露部分)確定真空管長度及相應濾網長度，然後將排水管按一定行列排列布置插入地層；3)在底層水平通道中設置塑料排水板將塑料排水板一排排鋪在原始地面上並與旁邊的真空管相聯接，然後再通過水平管將塑料排水板聯接起來(無塑料排水板時與砂墊層相聯)並穿過圍堰伸出場地外面(預留接頭將來與真空泵相聯)，塑料排水板和水平管分別與真空複合預壓法中的濾管與主管類似，鋪設完成後在原始地面形成一幅網狀排水通道，這一措施是為了進一步增強砂墊層的排水效果；4)預先設置吹填土中的水平通道(空中水平通道)設置在吹填土中的水平排水通道與底層的塑料排水板類似，是在離開原始地基表面一定高度(一般1.5m左右)用塑料排水板將一排排真空管聯接起來形成一層網格狀的水平排水通道，當吹填土較厚時，可以按1.5m左右的間距依次往上設置多層，這一工作完成後即可在將來吹填土中形成豎向與水平通道相結合的立體式排水系統；5)進行吹填至設計標高當立體式真空排水系統預先完成並全面檢查氣密性後可進行吹填，吹填施工時必須注意不可損壞立體式真空排水系統；6)真空排水預壓在圍堰外面將真空泵與已預留好的水平管相聯進行真空排水，吹填土中的水向下流動到砂墊層中最後經真空泵排出，而原始地基中的水是向上流動到砂墊層中最後經真空泵排出，從而使上下兩層軟弱土在短時間內同時得到了加固；為了提高真空度可以在吹填土表面鋪設真空膜。
通過上述施工工藝流程實現了一套真空排水系統對上下兩層土進行同時處理的功能，在具體實施中每個參數，例如真空管間距、長度、預設空中水平通道的布置形式、層間距等都需要經過計算，同時結合工程實踐經驗來確定。
由於吹填土在吹填結束後含水量極高、地基承載力極低，地基處理機械無法進入，常規地基處理方法必須待吹填結束並經過一段時間自重固結後才能進行，不僅浪費了大量時間，而且忽視了吹填土本身既是地基土、同時又是原始地基的堆載預壓荷載這一「雙重身份」，錯過了地基處理的絕好時機，針對這一現狀，本發明採用在吹填之前埋設排水系統，吹填一結束即可進行處理，從而避開了剛吹填結束時人機料無法進場的不足，同時又最大限度地利用了吹填土的堆載作用。
該發明內容主要包括四部分①吹填土與原始地基之間水平排水通道、②豎向排水通道、③預先設置吹填土中的水平排水通道以及④吹填土對原始土的預壓作用。
①.在吹填土與原始地基之間填加砂墊層作為水平排水通道，該處真空預壓中砂墊層類似，如果砂源不足也可以採用開挖盲溝並填砂；②.豎向排水通道採用真空管(根據需要可同時採用塑料排水板)，在吹填工作進行之前先將真空管按一定點距行列式排列插到地層裡，其長度由原始地基的要求處理深度和吹填土厚度決定，並要保證吹填以後高出(低於)吹填土頂面30～50cm，為了加立體式低位真空效果將塑料排水板(已有砂墊層)一排排鋪在原始地面上並與旁邊的真空管相聯接，然後再通過水平管將塑料排水板聯接起來並穿過圍堰伸出場地外面，塑料排水板和水平管分別與真空複合預壓法中的濾管與主管類似，鋪設完成後在原始地面形成一幅網狀排水通道；③.預先設置在吹填土中的水平排水通道(當擬吹填土厚度小於2m時可以省去這一道工序)與上步中鋪在原始地基上的水平通道類似，但標高要高出原始地基1.5m左右，同時省去了水平管，如果吹填土較厚，可以按1.5m左右的間距依次往上設置多道，這一工作完成後即在空中形成一層或多層水平排水通道；④.吹填至設計標高后，在場地外(圍堰外)將真空泵與主管聯接組成立體式的真空系統進行真空立體式低位真空，該真空系統迫使吹填土中的水通過其中的水平向通道(③中設置)、豎向通道(②中設置)、水平向通道(①中設置)並經過真空泵排出，立體式的排水通道和真空負壓大大加快了吹填土的自重固結速度，而原始地基在真空立體式低位真空和上面吹填土堆載作用下，一方面土中水能快速排水，另一方面土中的孔隙也能及時壓密，從而固結速度也大大提高。
立體式低位真空複合預壓法是將地基處理與吹填相結合利用一套真空系統對上面吹填土和下面原始地基進行同時處理的一種軟基處理方法，它具有節約工期、造價低和處理效果好等優點，說它節約工期是指將地基處理與吹填後自重固結同步進行，節省了等待固結強度增長時間；說它造價低是指插入地層中真空管可以回收重複使用，工期提前早日投產也是加快資金回收的一大途經；說它處理效果好是指由於最高真空負壓是在吹填土底部，吹填土中的水在本身自重和真空負壓這一壓差作用下不僅自由水可以排出，而且部分弱結合水也能被強制排出，更有利於吹填土的固結效果。因此該方法具有顯著的經濟效益。
權利要求
1.一種立體式低位真空複合預壓軟地基處理方法，其特徵是首先，在原始地基與將來吹填土之間製造一層水平排水通道；其次，在原始地基中建立豎向排水通道；再在原始地基表面上欲吹填土高度再設至少一層水平排水通道，並使之與前述豎向排水通道聯通；接著，在原始地基表面的水平排水通道中鋪設水平管，並延伸到圍堰外面並預留與真空泵聯接的接口；以上即形成立體式真空排水系統，接下來再進行吹填施工，等吹填一結束就馬上進入真空排水階段，使上下軟弱土地基在短時間內同時得到加固。
2.根據權利要求1所述的立體式低位真空複合預壓軟地基處理方法，其特徵是原始地基表面的水平排水通道，是通過吹填之前在原始地基上鋪設砂墊層來構築的。
3.根據權利要求2所述的立體式低位真空複合預壓軟地基處理方法，其特徵是在構築原始地基表面的水平排水通道時，若砂源不足，則開挖網格狀的盲溝並填砂。
4.根據權利要求1或2所述的立體式低位真空複合預壓軟地基處理方法，其特徵是豎向排水通道，是在原始地基中接行列式插入豎向真空管並外露吹填土高度構築。
5.根據權利要求1或2所述的立體式低位真空複合預壓軟地基處理方法，其特徵是在原始地基表面上欲吹填土高度再設至少一層水平排水通道，是在距離原始地基表面一定高度處設置一層或多層塑料排水板並與豎向真空管聯通構築。
全文摘要
本發明公開了一種立體式低位真空複合預壓軟地基處理方法，其特徵是首先，在原始地基與將來吹填土之間製造一層水平排水通道；其次，在原始地基中建立豎向排水通道；再在原始地基表面上欲吹填土高度再設至少一層水平排水通道，並使之與前述豎向排水通道聯通；接著，在原始地基表面的水平排水通道中鋪設水平管，並延伸到圍堰外面並預留與真空泵聯接的接口；以上即形成立體式真空排水系統，接下來再進行吹填施工，等吹填一結束就馬上進入真空排水階段，使上下軟弱土地基在短時間內同時得到加固。本發明的有益效果為處理工期短、效果、造價較低，因而具有良好的經濟效益和廣闊的應用前景。
文檔編號E02D3/10GK101021069SQ200710020238
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月9日 優先權日2007年3月9日
發明者包國建 申請人:包國建