提高夾薄砂層軟粘土地基真空度的方法
2024-02-06 07:54:15 5
專利名稱：提高夾薄砂層軟粘土地基真空度的方法
技術領域：
本發明涉及一種建築工程技術領域的方法，具體是一種提高夾薄砂層軟粘土 地基真空度的方法。
技術背景自1952年瑞典科學家傑爾曼(Kjellman)提出使用大氣壓(抽真空預壓) 的方法對軟土地基進行排水固結處理後，世界上許多國家的工程師針對各自國家 的軟土地基條件開發了各種技術方案，形成了各有特點的真空預壓技術。進入 20世紀80年代後，我國對真空預壓處理軟土地基的施工工藝進行了改進，此後 真空預壓技術在國內得到較快的發展；從單一的真空預壓法發展到真空聯合堆 載、真空聯合降水等。被逐步應用到水利、市政、道路、港灣、疏浚淤泥的快速 處理等各個領域，取得了巨大的經濟效益與社會效益。在打入塑料排水板時，需確定地基中的土層分布與土性特徵，1992年 Robertson等(Estimating coefficient of consolidation from piezocone test, Canadian Geotechnical Journal, 29(4), 551-557;加拿大國家科學研究委員會主辦的《加拿大 巖土工程學報》，"用孔隙水壓式的靜力觸探測定的成果推算土層的固結係數") 通過應用孔隙水壓式的靜力觸探測定土層中的孔隙水壓力的分布規律；然後，利 用孔隙水壓力的分布規律來確定土層分布及土層的固結性狀與相關計算公式(以 下簡稱Robertson方法)。而且，為防止真空密封失效，當粘土層下有滲透性良 好的砂性土層時，需確定塑料排水板打入粘土層中的有效深度或離下臥砂層的最 小距離。2006年，Chai等(Chai， J.隱C., Carter J. P. and Hayashi S. (2006): Vacuum consolidation and its combination with embankment loading, Canadian Geotechnical Journal, 43(10), 985-996;加拿大國家科學研究委員會主辦的《加拿大巖土工程學 報》，"真空預壓固結及其與路堤荷載的組合效應")根據處理的技術要求與土層 的固結性狀，提出了確定塑料排水板打入粘土層中有效深度的計算公式(以下簡
稱Chai等的方法)。這些為進一步開發真空預壓技術提供了條件。經對現有的技術文獻檢索發現，中國專利申請號ZL200410014257，發明名稱 快速"低位高真空分層預壓擊密"軟地基處理方法，以及專利申請號 ZL02257905. 2，發明名稱真空預壓軟基加固的排水板，這些專利真空預壓首先 在地基中打入塑料排水板；其次，在軟土地基上鋪設砂墊層及網狀排水濾管組成 水平通道，然後在其上覆蓋不透氣的密封膜。採用真空裝置進行抽氣將膜內地基 中空氣排出，使膜內外產生一個氣壓差，這個氣壓差作用於地基上，相當於給地 面增加一個負壓荷載。隨膜內空氣與水不斷地被排出，氣壓差逐漸增大，地基中 的水氣不斷地被排出而使地基發生固結，使地基的強度得到增加。在地基中打入 塑料排水板是為了加快水分從地基中排出，加速軟粘土地基的排水效果。但是真 空預壓法加固軟土地基技術的關鍵之一是應時刻保持塑料排水板、水平管路的密 封性。稍有漏氣就會使真空度降低，影響真空預壓效果。但當粘土地基中存有貫 通性薄砂層時，由於砂層的滲透係數比粘性土大得多，通過塑料排板施加的真空 壓由於砂層的漏氣，產生較大的壓力損失，甚至在局部完全不起作用，影響真空 預壓的加固效果。 發明內容本發明的目的就在於克服上述缺陷，提供一種提高夾薄砂層軟粘土地基真空 度的方法，使其可以克服由於薄砂層存在而引起的固結差效果的問題。本發明在 砂層處對塑料排水板外面加貼不透水的塑料片，使砂層中水不漏入塑料排水板 中，從而防止在砂層處真空壓降低。使用方便，操作簡單，無需大量設備，且費 用並不增加。本發明是通過以下技術方案實現的，首先通過在插板套管的端頭上安裝孔隙 水壓力計探頭測試每個插板位置的地基孔隙水壓確定土層分布與性質；然後在土 工塑料排水板薄砂層的標高處粘貼密封塑料片將透氣通道隔斷。本發明方法包括以下步驟(1) 施工設備設置在普通塑料排水板插板機的套管側面設置一根圓形鋼管， 其端部安裝孔壓式靜力觸探的探頭，並設置電纜，從鋼管內通到地表的孔隙水壓 力記錄儀，用於記錄插板過程的孔隙水壓變化。(2) 將需進行插板的區域分塊整平，使中間部分略高，並按設計要求在地表
標上將要插入的塑料排水板的位置。(3)確認現場土層分布在要進行真空預壓固結加固的位置，插入第一根塑 料排水板；記錄插板過程的孔隙水壓變化。根據孔隙水壓變化情況，採用現有技 術確定地層的分布深度與厚度，並確定各土層的固結係數與滲透係數，特別注意 砂性土層的厚度與分布深度。(4) 粘貼密封塑料片根據上一步中確定的砂性土層的厚度與分布深度，在 塑料排水板的對應位置粘貼密封塑料片；塑料片長度應比薄砂層的厚度大10cm， 保證砂層上下各5cm以達到封閉砂層的目的；粘貼劑材料應使用不透氣的樹脂類 材料，保持完全密封。(5) 插板與記錄孔隙水壓力在將塑料排水板插入地層，邊插邊記錄孔隙水壓。根據插入過程中的孔隙水壓力，判斷砂層的厚度及記錄其深度。將該孔的砂 層厚度與深度的數據作為下一孔排水板粘貼不透水塑料片位置與長度的依據。(6) 如果粘土層下存在無需處理的砂層時，塑料排水板應離砂層有一段距離 以保證密封。(7) 重複步驟(4)至(6)在下一個位置插板直至整個區域完成插板作業。(8) 在表層土上鋪設一根集水管，將集水管與各帶盒塑料排水板的軟管相 接；將集水管與射流真空泵相連接；(9) 抽真空啟動抽真空裝置將排水板頂盒中的水氣抽出，在頂盒中形成負 壓加到軟土地基中。抽真空時，打開軟管中的錐形閥；停泵時，關閉錐形閥。保 持頂盒中的真空狀態。本發明在步驟(9)結束後，根據需要可以進行重複加壓與重複抽真空。 本發明的效果在於採用這種局部密封的塑料排水板後，可以有效地防止漏 氣，減小預壓過程中真空壓的損失，使真空壓完全作用於粘土層，有效提高整個 預壓固結軟土地基的真空度。設備方面僅需在插板機套管上附加孔隙水壓式靜力 觸探頭，製作較為簡單。塑料排水板上密封塑料片的粘貼可在現場進行，操作方 便。
圖1為實施例中插板機套管上部安裝鋼管與孔壓式靜力觸探的探頭示意圖。 圖2為本發明實施例中的排水板在土層中的配置圖。
圖3為本發明實施例中的塑料排水板分布示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護 範圍不限於下述的實施例。某需進行真空預壓的地基，經現場用孔壓式靜力觸探(圖1所示)檢測確認軟 弱粘土層總厚度為23ra，其下為砂層。其中下部為初始堆積的軟弱粘土層，厚為 8m， 土層頂面標高為-12. 0m;上部為後期堆積的淤泥質粘土層，厚13m， 土層頂 面標高為+3.00m;中間夾一層薄砂層，厚度約為2m。初始水位位於地表，即地 下水位標高為+3. Om。用Robertson方法確定各土層的固結係數很低。現場採用一種帶盒塑料排水板的真空預壓固結法對土體進行加固處理，加固 的平面範圍為100mX22m，經用Chai等的方法確定塑料排水板的長度為約21米， 間距為1.2m;帶盒塑料排水板的構造如圖2所示，具體說明如下(1) 施工設備設置插板機、孔壓式靜力觸探的探頭、孔隙水壓力記錄儀。 具體如圖1所示，在普通塑料排水板1插板導管2的側面一角設置一根內徑為 11.3毫米的鋼管3;在鋼管的頭部安裝孔壓式靜力觸探探頭4，電纜線5通過鋼 管接出到地面的測試儀上，用於記錄插板過程的孔隙水壓變化。(2) 將現場100mX22m的區域平整好，使中間部分略高0. 5m左右，並按設 計要求在地表標上將要插入的塑料排水板的位置。(3) 在要進行真空預壓固結加固的位置，插入第一根塑料排水板；記錄插板 過程的孔隙水壓變化。根據孔隙水壓變化情況，用Robertson方法確定砂層13 米的深度，其厚度約為2米，如圖3所示。(4) 如圖2所示，本實施例中應用帶頂盒的土工塑料排水板(但並不僅限於 這類土工塑料排水板)，其構成為塑料排水板10，錨板12，頂盒13，密封粘土 層14。根據上述確定的中間砂性土薄層15的深度與厚度，在塑料排水板的對應 位置粘貼密封塑料片11;塑料片長度應比薄砂層的厚度大10cm，保證砂層上下 各5cm以達到封閉砂層的目的；粘貼劑材料應使用不透氣的樹脂類材料，保持完 全密封。(5) 插板與記錄孔隙水壓力在將塑料排水板插入地層，邊插邊記錄孔隙水壓。根據插入過程中的孔隙水壓力，利用Robertson方法判斷砂層的厚度及記錄 其深度。將該孔的砂層厚度與深度的數據作為下一孔排水板粘貼不透水塑料片位 置與長度的依據。(6)如果粘土層下存在無需處理的砂層時，塑料排水板應離砂層有一段距離 以保證密封，排水板至砂層頂面的距離用Chai等提出的確定塑料排水板打入粘 土層中有效深度的計算公式確定。(7)重複步驟(4)至(6)在下一個位置插板直至整個區域完成插板作業。(8) 在表層土上鋪設一根集水管，將集水管與各帶盒塑料排水板的軟管相 接；將集水管與射流真空泵相連接，如圖3所示；(9) 抽真空啟動抽真空裝置將排水板頂盒中的水氣抽出，在頂盒中形成負 壓加到軟土地基中。抽真空時，打開軟管中的錐形閥；停泵時，關閉錐形閥。保 持頂盒中的真空狀態。(10) 根據需要進行重複加壓與重複抽真空；(11) 施工結束。本實施例的效果採用上述局部密封的塑料排水板後，可以有效地防止漏氣， 減小預壓過程中真空壓的損失，使真空壓完全作用於粘土層。有效提高整個預壓 固結軟土地基的真空度，即使有薄砂層存在時也能保持真空度達-65 kPa以上。 設備方面僅需在插板杆上附加孔隙水壓計，製作較為簡單。塑料排水板上密封塑 料片的粘貼在現場進行，操作方便。
權利要求
1、一種提高夾薄砂層軟粘土地基真空度的方法，其特徵在於，通過在插板鋼管的端頭上安裝孔隙水壓力計探頭測試每個插板位置的地基孔隙水壓確定土層分布與性質，然後在土工塑料排水板薄砂層的標高處粘貼密封塑料片將透氣通道隔斷，具體包括以下步驟(1)施工設備設置在普通塑料排水板插板機的套管側面設置一根圓形鋼管，其端部安裝孔壓式靜力觸探的探頭，並設置電纜，從鋼管內通到地表的孔隙水壓力記錄儀，用於記錄插板過程的孔隙水壓變化；(2)將需進行插板的區域分塊整平，並按設計要求在地表標上將要插入的塑料排水板的位置；(3)確認現場土層分布在要進行真空預壓固結加固的位置，插入第一根塑料排水板，記錄插板過程的孔隙水壓變化，根據孔隙水壓變化情況，確定地層的分布深度與厚度，並確定各土層的固結係數與滲透係數，包括砂性土層的厚度與分布深度；(4)粘貼密封塑料片根據上一步中確定的砂性土層的厚度與分布深度，在塑料排水板的對應位置粘貼密封塑料片；(5)插板與記錄孔隙水壓力在將塑料排水板插入地層，邊插邊記錄孔隙水壓，根據插入過程中的孔隙水壓力判斷砂層的厚度及記錄其深度，將該孔的砂層厚度與深度的數據作為下一孔排水板粘貼不透水塑料片位置與長度的依據；(6)如果粘土層下存在無需處理的砂層時，塑料排水板應離砂層有一段距離以保證密封；(7)重複步驟(4)至(6)在下一個位置插板直至整個區域完成插板作業；(8)在表層土上鋪設一根集水管，將集水管與各帶盒塑料排水板的軟管相接，將集水管與射流真空泵相連接；(9)抽真空啟動抽真空裝置將排水板頂盒中的水氣抽出，在頂盒中形成負壓加到軟土地基中，抽真空時，打開軟管中的錐形閥，停泵時，關閉錐形閥，保持頂盒中的真空狀態。
2、 根據權利要求1所述的提高夾薄砂層軟粘土地基真空度的方法，其特徵 是，所述步驟(2)中，將需進行插板的區域分塊整平，使中間部分高於其餘部分。
3、 根據權利要求1所述的提高夾薄砂層軟粘土地基真空度的方法，其特徵 是，所述步驟(3)中，利用孔隙水壓力的分布規律確定地層的分布深度與厚度， 並確定各土層的固結係數與滲透係數。
4、 根據權利要求1所述的提高夾薄砂層軟粘土地基真空度的方法，其特徵 是，所述步驟(4)中，塑料片長度比薄砂層的厚度大10cm，保證砂層上下各5cm 以封閉砂層。
5、 根據權利要求1或4所述的提高夾薄砂層軟粘土地基真空度的方法，其 特徵是，所述步驟(4)中，粘貼密封塑料片所用的粘貼劑材料為不透氣的樹脂類 材料，保持完全密封。
6、 根據權利要求1所述的提高夾薄砂層軟粘土地基真空度的方法，其特徵 是，所述步驟(5)中，砂層的厚度及記錄其深度利用孔隙水壓力的分布規律判斷。
7、 根據權利要求1所述的提高夾薄砂層軟粘土地基真空度的方法，其特徵 是，所述步驟(6)中，塑料排水板應離砂層之間的距離用確定塑料排水板打入粘 土層中有效深度的計算公式確定。
8、 根據權利要求1所述的提高夾薄砂層軟粘土地基真空度的方法，其特徵 是，在所述步驟(9)結束後，進行重複加壓與重複抽真空。
全文摘要
一種建築工程技術領域的提高夾薄砂層軟粘土地基真空度的方法。本發明通過在插板鋼管的端頭上安裝孔隙水壓力計探頭測試每個插板位置的地基孔隙水壓確定土層分布與性質，然後在土工塑料排水板薄砂層的標高處粘貼密封塑料片將透氣通道隔斷。本發明在砂層處對塑料排水板外面加貼不透水的塑料片，使砂層中水不漏入塑料排水板中，從而防止在砂層處真空壓降低。使用方便，操作簡單，無需大量設備，且費用並不增加。
文檔編號E02D3/00GK101148871SQ20071004714
公開日2008年3月26日 申請日期2007年10月18日 優先權日2007年10月18日
發明者杜延軍, 柴錦春, 瀋水龍, 洪振舜 申請人:上海交通大學