真空預壓改進技術方法

2023-10-10 01:56:59 4

專利名稱：：真空預壓改進技術方法
技術領域：
：本發明屬於涉及軟土地基處理技術，特別是涉及一種真空預壓改進技術方法。
背景技術：
：按照天津濱海新區發展規劃要求，濱海新區將建成面向21世紀的高度開放的現代化經濟新區，將成為天津市及區域經濟最大的增長點。加快濱海新區的開發，已成為環渤海區域發展乃至全國發展戰略布局的重要組成部分。天津濱海新區目前正在開展大面積(規劃約300Kra2)吹填造陸工程，如何加速吹填場地工程使用，是當前亟待解決的問題。吹填土作為特殊性土，分布範圍小，在我國部分沿海城市有吹填，且組成成分及沉積環境差別較大，有資料顯示的研究內容很少，存在著理論落後於實際的現狀，對其工程性質及其處理方式缺乏系統的研究。真空預壓是利用抽真空在土體中形成負壓來加固軟土地基的一種方法。現已在港口道路建築工程的軟基處理中廣泛使用。真空預壓加固軟土的施工工藝和設計方法等都十分成熟，但由於長期以來在作用機理的認識上存在爭論，以至於該技術未有大的發展和創新。傳統的真空預壓處理方法需要在軟基有一定的強度的基礎上才進行施工，且水平排水基本上是50cm砂。真空預壓技術在軟基處理中已廣泛使用。目前天津濱海新區大面積吹填造陸工程地基處理更是廣泛使用真空預壓技術。由於吹填土強度極低，傳統的真空預壓技術難以直接滿足工程建設的需要。本研究結合天津吹填場地工程實際，應用真空堆載預壓改進技術對吹填軟土進行處理。結果表明，不同的水平排水以及上部加載大小對加固深度、表層硬殼的厚度以及土體的固結度等有明顯區別，工程實踐中值得借鑑。
發明內容本發明提供一種真空預壓改進技術方法，通過對傳統真空預壓技術的改進，主要是改進水平排水材料，達到省時省費用，特別適合於剛吹填的軟土地基處理。本發明的內容是一種真空預壓改進技術方法，其特徵在於在需排水的軟土地表上覆蓋土工布，在軟土地表內豎向插入多個排水板，排水板上端露出地表面的土工布上面，在土工布上布設濾管，濾管連接波紋管；在濾管和波紋管上面覆蓋表面土工布，在最上面覆蓋密封膜；波紋管連接真空吸水泵。在濾管和波紋管和上面覆蓋的表面土工布之間填充有8cm厚海綿層。在濾管和波紋管和上面覆蓋的表面土工布之間填充有2cm厚海綿層，在濾管和波紋管和下面的土工布之間填充有2cm厚海綿層。在濾管和波紋管和下面的土工布之間填充有2cm厚海綿層。在濾管和波紋管和下面覆蓋的表面土工布之間填充有6cm厚砂層。本發明主要特點及效果(1)真空堆載預壓在加固區土體中產生超靜孔隙水壓力，隨著超靜孔隙水壓力逐漸消散，地基土產生固結。(2)水平排水與垂直排水在真空堆載預壓技術中都不可缺少，但垂直排水在地基處理效果中的作用更大。(3)堆載大小對下覆地基土固結度作用不同，試驗表明堆載大小與固結度成正比。(4)加固區沉降量大小與垂直及水平排水有關，未有垂直排水時沉降量最大，說明土體中水未排出，土體固結度小。(5)水平排水層厚度及透水性影響處理效果。圖1:是分區加載示意圖圖2-1真空預壓法的技術改進結構之一圖圖2-2真空預壓法的技術改進結構之二圖圖2-3真空預壓法的技術改進結構之三圖圖2-4真空預壓法的技術改進結構之四圖圖2-5真空預壓法的技術改進結構之五圖圖2-6真空預壓法的技術改進結構之六圖圖中l密封溝、2密封膜、3土工布、4排水管、5土工布、6排水板、78cm厚海綿、8雙層2cm厚海綿、92cm厚海綿、106cm砂墊層、11四通、12射流泵圖3-1表面平均沉降隨時間變化曲線圖圖3-2是40cm深處孔隙水壓力隨時間變化的消散曲線。4圖3-3是80cm深處孔隙水壓力隨時間變化的消散曲線圖3-4-1各區十字板剪切強度隨深度變化曲線圖3-4-2各區十字板剪切強度隨深度變化曲線圖3-4-3各區十字板剪切強度隨深度變化曲線圖3-4-4各區十字板剪切強度隨深度變化曲線圖3-5對吹填泥漿表面形成的硬殼進行測量數據圖。具體實施例方式本發明通過對真空預壓法加固機理及施工工藝的深入研究，提出以海綿或土工布代替砂作為水平排水材料，並在水平排水管中充滿碎石，防止抽真空時因負壓而壓癟。由於海綿或土工布可重複利用多次，因而降低真空預壓法的工程造價。1技術方案1.1試驗儀器設備試驗裝置包括真空度源(射流泵)、連接裝置(6cm波紋管、濾管、法蘭盤)、量測系統(真空表、孔壓計、表層沉降標)等部分組成。1.2技術方法採用室外模型試驗模擬現場，方法如下在原位試驗場挖兩個試驗坑，一個用做蓄水池及安裝真空度源，尺寸為4.0X4.0X1.0m(長、寬、深)，另一個用來裝泥漿進行試驗，尺寸為5.0乂5.0乂1.2111。試驗前先在兩個坑的底部和側壁鋪一層土工布，再鋪一層塑料膜後安裝真空度源及裝泥漿。1.3試驗方案通過對真空預壓法的技術改進研究，精選了六種不同方案對天津濱海新區新近吹填泥漿進行加固處理。圖1是試驗區採用的分區加載連接示意圖各種方案如下如圖2-l、2-1、2、2-3、2-4、2-15、2-6、所示個方案方案一土工布+波紋管+土工布+密封膜，豎向插排水板；在需排水的地表上覆蓋土工布，在地表內豎向插入多個排水板，排水板上端露出地表面的土工布上面，在土工布上布設濾管，在土工布上覆蓋密封膜，濾管連接波紋管；方案二土工布+8cm海綿+波紋管+土工布+密封膜，豎向插排水板；5在濾管和波紋管和上面覆蓋的表面土工布之間填充有8cm厚海綿層。方案三土工布+2cm海綿+波紋管+2cm海綿+土工布+密封膜，豎向插排水板；在濾管和波紋管和上面覆蓋的表面土工布之間填充有2cm厚海綿層，在濾管和波紋管和下面的土工布之間填充有2cm厚海綿層。方案四土工布+波紋管+2cm海綿+土工布+密封膜，豎向插排水板；在濾管和波紋管和上面覆蓋的表面土工布之間填充有2cm厚海綿層。方案五土工布+6cm砂+波紋管+土工布+密封膜，豎向插排水板；在濾管和波紋管和上面覆蓋的表面土工布之間填充有6cm厚砂層。方案六土工布+6cm砂+波紋管+土工布+密封膜，豎向不插排水板；在濾管和波紋管和上面覆蓋的表面土工布之間填充有6cm厚砂層。1.4試驗步驟通過對現場真空預壓施工工藝的深入研究，提出本試驗的試驗步驟。具體試驗步驟如下(1)首先調製泥漿，含水量控制在70%左右，使泥漿儘量拌合均勻，然後充填於試驗坑中，泥漿表面基本與坑沿齊平；(2)準備工作，裁剪排水板，長度1.5m;孔壓探頭及真空表管頭用濾紙包好，防止泥漿進入探頭，並置於水中浸泡24小時，用土工布將濾管頂端包裹好並用細鐵絲紮緊；(3)將土工布布設於泥漿表面，按排水板間距距坑邊0.5m、各排水板之間相距1.3m預留好排水板孔和孔壓探頭孔，並按圖示位置布設排水板和孔壓探頭。按不同的試驗方案鋪設不同的水平排水材料及濾管。在濾管中裝入卵石，儘可能的充填滿，防止濾管在負壓作用下被壓癟，影響抽真空效果。(4)鋪設密封膜，安裝好真空表及真空泵。(5)安裝沉降標和振弦頻率讀數儀(6)開始抽真空，等真空表讀數上升到最大、海綿壓縮穩定後開始讀取沉降基數，並開始詳細記錄表面沉降數據，第一個小時每十分鐘讀一次數，第二個小時每二十分鐘讀一次數，第三個小時每半小時讀數，隨後每小時讀一次數；(7)等沉降穩定後分區逐級加載，I區加載OKpa(不加載)，n區加載5Kpa(砂約厚40cm)，III區加載10Kpa(砂約厚80cm)，IV區加載15Kpa(砂約厚120cm)，見圖3-4-1、圖3-4-2、圖3-4-3、圖3-4-4;(8)抽真空至孔隙水壓力完全消散時結束真空預壓；(9)在現場做十字板剪切試驗。1.5監測方案為全面研究真空預壓施工質量及加固效果，在加固區布置多項檢驗及監測項目。其中包括表面沉降、孔隙水壓力變化、十字板剪切試驗等，並對真空預壓全過程進行跟蹤監(1)、表面沉降觀測研究真空預壓期間吹填泥漿的固結沉降情況，繪製時間一沉降曲線圖，為計算沉降的研究提供驗證的資料。加載前沉降標位於試驗坑中心位置，加載後對各區分別進行沉降觀測，以便測得的沉降量能較真實地反映實際情況。加載前的沉降標安裝時，要注意保護膜面，首先在膜面上鋪小塊土工布，其上鋪10cm左右厚的砂層，再將沉降標置於砂層上。加載後的沉降標直接安置在砂袋上。(2)、孔隙水壓力觀測研究土體中孔隙水壓力沿豎向排水體的分布情況、傳遞規律及隨時間變化情況。設置2個孔隙水壓力觀測斷面，共2組，每組埋設2個孔壓計。(3)、十字板剪切試驗試驗結束後進行現場十字板剪切試驗。測試時每區按據排水板的不同距離設3個試驗點。各個試驗點分別沿深度O.lm、0.4m、0.6m作為測點，可以得到各方案加固後自地面向下沿深度方向的十字板強度變化曲線。它能比較準確直觀地反映土體強度的變化，從而檢驗加固效果。2試驗結果分析本試驗的準備工作從07年3月份開始，到IO月30日四種方案全部結束，歷時半年多。試驗取得了令人滿意的效果，真空預壓結束後泥漿表面能形成50—70cm的硬殼，土體的強度得到明顯的增加，試驗研究成果如下-2.1表面沉降監測成果分析表面沉降觀測是軟基處理沉降分析的基礎，沉降速率是判斷軟基處理成果的一個重要指標和加固效果最直接的反映。真空預壓期間由於塑料排水板為土體提供了豎向排水通道，土體在上部負壓及堆載的共同作用下排水固結，產生一定的沉降。見圖3-1所示表面平均沉降隨時間的變化情由圖3-l看出，在真空預壓期間，各種方案都有不同程度的表面沉降。沉降分為三個階段，第一階段為抽真空初期，此階段的沉降速率較大；第二階段為抽真空開始後的第2天到第7天，此階段沉降速率較第一階段有所減小，沉降速率基本保持穩定；第三階段為抽真空第8天至試驗結束，此階段沉降基本穩定。由此可以看出，在抽真空初期沉降速率較大，隨時間的延長逐漸變緩，說明土體主固結變化速率是一個漸變收斂的過程。其中方案三平均沉降最大，為70mm，方案六最小，為51mm。通過沉降觀測可以看出，真空預壓的作用十分明顯。2.2孔隙水壓力觀測成果分析孔隙水壓力觀測是了解地基土體固結狀態最直接的手段，根據孔隙水壓力在真空荷載的作用下，土體中的孔隙水壓力不斷減小的變化規律，可分析得到地基土體的固結機理。圖3-2給出了不同部位40cm處孔隙水壓力隨時間變化的消散曲線。圖3-3給出了不同部位80cm處孔隙水壓力隨時間變化的消散曲線。由圖可以看出，土體中不同深度的孔壓變化在連續抽真空4天後，基本趨於穩定。並且孔隙水壓力在不同深度都有一定的消散，隨著深度的不同，孔隙水壓力消散的程度也略有不同，總體來看，深度較淺的土體孔隙水壓力消散的速率較大，依次沿著深度的遞增，其消散速度逐漸減小。總之(1)真空度是由上向下逐漸傳遞，且越靠近地表，真空荷載作用愈明顯，土體固結就越快；(2)豎向排水體附近的孔壓消散明顯快於相同深度泥漿中的孔隙水壓力的消散。主要因為塑料排水板起到增加土體中豎向排水通道的作用，波紋管同時起到傳遞真空壓力和集水的作用。2.3十字板剪切試驗十字板剪切試驗，是用十字板儀在原位測定軟土地基的不排水抗剪強度的試驗。根據所測出的抗剪強度，能進一步推算出地基承載力。試驗結束後分區按據排水板的不同距離進行了十字板試驗，結果如下方案承載力方案l方案2方案3方案4方案5方案6I區(無加載)58.362.357.152.750.344.6II區(加載5kPa)74.570.271.662.066.148.6m區(加載10kPa)86.076.577.074.869.750.8鹿(加載15kPa)98.295.285.682.670.359.4上表1各方案表層土體承載力圖3-4-1、圖3-4-2、圖3-4-3、圖3-4-4各區十字板剪切強度隨深度變化曲線由圖可以看出，剪切強度按深度遞增呈遞減的趨勢。通過對比各方案的試驗數據可以看出，方案一加固後的效果最好，而加載15Kpa的W區強度普遍高於其它區。根據中華人民共和國行業標準《港口工程地質勘察規範》(JTJ240-97)，可按下式評定地基土的承載力厶-3c"(使用奶+^0式中力一地基承載力標準值；^一土的重度表示基礎埋置深度將現場實測十字板試驗數據代入上面兩式，通過計算得出試驗結束後各方案表層土體承載力數值(詳見表1)，由於試驗前土體呈稀漿基本不具有承載力，由計算數據可知試驗后土體的承載力得到顯著的改善。2.4土體的固結度分析根據模型試驗的實測沉降資料，可以推算出加固土體的最終沉降量。推算得到的"最終沉降量"實際上是指固結度達到100%時地基的沉降量，並不包括在主固結完成後發生的次固結沉降。土體的固結度Ut可通過沉降量或孔隙水壓力得到。沉降量計算固結度時,必須得到土體的最終沉降量。最終沉降量可由已經觀測到的不同時間間隔的沉降量推算。沉降隨時間發展曲線擬合的方法較多，主要有指數曲線和雙曲線擬合法，另外，還有泊松曲線擬合以及Asaoka法等。本文對不同條件下地基的實測沉降進行指數曲線法擬合分析，9計算出試驗結束後各種方案的固結度，見下表2:表2各種方案的固結度tableseeoriginaldocumentpage10通過計算數據可以看出，在真空壓力的作用下土體都發生了不同程度的固結，10d後固結度可達到70%左右。2.5各試驗方案加固深度(亦即加固土層厚度)分析採用真空預壓方法加固軟土地基，普遍認為淺層處理效果較顯著，而對加固的有效深度大小意見不一。不同的工程實踐和試驗研究得出不同的結論，有認為真空預壓效果只限於淺層的，有認為可以達到10m左右深度的，也有認為可達到塑料排水板底部附近的，對此理論和工程至今沒有形成一致的看法。各方案結束後，對吹填泥漿表面形成的硬殼進行了測量，測量數據見圖3-5。由圖可以看出，試驗結束後各方案表層均形成了一定厚度的結殼。在抽真空十天後，真空預壓的加固深度可以達到排水板深度一半多的位置，說明真空預壓對新近吹填土的加固效果十分明顯。權利要求1、一種真空預壓改進技術方法，其特徵在於在需排水的地表上覆蓋土工布，在地表內豎向插入多個排水板，排水板上端露出地表面的土工布上面，在土工布上布設濾管，濾管連接波紋管；在濾管和波紋管上面覆蓋表面土工布；波紋管連接真空吸水泵。2、根據權利要求1所述的真空預壓改進技術方法，其特徵在於在濾管和波紋管和上面覆蓋的表面土工布之間填充有8cm厚海綿層。3、根據權利要求1所述的真空預壓改進技術方法，其特徵在於在濾管和波紋管和上面覆蓋的表面土工布之間填充有2cm厚海綿層，在濾管和波紋管和下面的土工布之間填充有2cm厚海綿層。4、根據權利要求1所述的真空預壓改進技術方法，其特徵在於在濾管和波紋管和下面的土工布之間填充有2cm厚海綿層。5、根據權利要求1所述的真空預壓改進技術方法，其特徵在於在濾管和波紋管和上面覆蓋的表面土工布之間填充有6cm厚砂層。全文摘要一種真空預壓改進技術方法，在需排水的軟土地表上覆蓋土工布，在軟土地表內豎向插入多個排水板，排水板上端露出地表面的土工布上面，在土工布上布設濾管，濾管連接波紋管；在濾管和波紋管上面覆蓋表面土工布，在最上面覆蓋密封膜；波紋管連接真空吸水泵。和幾種變換布設的方法。特點及效果真空堆載預壓在加固區土體中產生超靜孔隙水壓力，隨著超靜孔隙水壓力逐漸消散，地基土產生固結。水平排水與垂直排水在真空堆載預壓技術中都不可缺少，但垂直排水在地基處理效果中的作用更大。堆載大小對下覆地基土固結度作用不同，試驗表明堆載大小與固結度成正比。真空預壓對新近吹填土的加固效果十分明顯。文檔編號E02D3/10GK101560762SQ20091006882公開日2009年10月21日申請日期2009年5月13日優先權日2009年5月13日發明者舉劉,劉寒鵬,盧力強,杜東菊,楊愛武,趙瑞斌申請人:天津城市建設學院