專利名稱：一種無密封快速真空預(yù)壓強夯法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大面積地基處理方法，特別涉及一種大面積軟地基 處理方法，屬于大面積軟地基處理方法的創(chuàng)新技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著我國現(xiàn)代化進程的加快，在(沿海)城巿建設(shè)的過程中，大量 的軟土地基需要處理，使用較廣泛的軟地基處理方法有1、 真空預(yù)壓法該方法使用大氣預(yù)壓作為預(yù)壓荷重，先在地面上 鋪設(shè)一層透水的砂及礫石，然后使用插板機按設(shè)計間距插設(shè)塑料排水板， 再在其上覆蓋一層不透氣密封膜，然后使用真空泵抽氣使透水材料中保 持較高的真空度，在土的孔隙水中產(chǎn)生負的孔隙水壓力、孔隙水逐漸被 吸出從而達到預(yù)壓效果。但是傳統(tǒng)真空預(yù)壓軟地基處理方法存在以下局限性 (l)要有輔助工程措施供挖溝壓膜，才能形成真空，而且因抗滑穩(wěn) 定要求需卸載拆膜才能繼續(xù)施工，其工序復(fù)雜，處理時間相對較長，造 價也較高。(2 )真空泵提供的真空度須通過透水的砂及礫石層傳遞到軟土層 中，真空度損失較大。要在抽真空一段時間之后才能在膜下產(chǎn)生較高的 穩(wěn)定真空度。導(dǎo)致施工工期延長。(3)在施工過程中打插的塑料排水板在施工結(jié)束后遺留在土層中， 不能夠重復(fù)利用，在材料上造成極大的浪費，并對土體造成一定污染。(4 )鋪設(shè)多層密封膜和修筑密封墻使軟地基處理的代價大大提高。(5) 鋪設(shè)砂墊層需要消耗大量的中粗砂，造價高。(6) 對于水底的軟土層，如果在水下進行軟地基處理作業(yè)，由于 在密封性方面尚達不到要求，傳統(tǒng)真空預(yù)壓方法將無法進行，不得不將 水排干后再進行軟地基處理，對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生 一定影響。2、強夯法該方法是反復(fù)將很重的錘( 一般為10 - 40t)提到高處 使其自由落下(落距一般為10~40m)給地基以振動和沖擊，使地基壓縮 固結(jié)，從而提高地基的強度并降低其壓縮性。強夯法應(yīng)用廣泛，但對于飽和度較高的粘性土，處理效果不佳，尤 其是淤泥質(zhì)土地基，處理效果更差。需聯(lián)合排水固結(jié)法使用才能達到較 好的處理效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于改進現(xiàn)有真空預(yù)壓方法的不足，提供一種工期短、 真空度損失小，節(jié)省施工材料，可阻斷砂層的橫向排水，經(jīng)濟節(jié)約，加 固效果好的無密封快速真空預(yù)壓強夯法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明的無密封快速真空預(yù)壓強 夯法，包括有如下步驟1) 根據(jù)場地勘查資料確定地層狀況，根據(jù)地層狀況布置濾孔；2) 將濾管按設(shè)計深度打插入地層，濾管上端露出土層直接和主 管相連接，主管則直接和抽真空設(shè)備連接進行真空預(yù)壓施工；3) 用抽真空設(shè)備抽真空，在內(nèi)外壓差的作用下，軟弱粘性土層 中的水被吸入濾管，并沿濾管上升，通過主管排出，直到滿足設(shè)計要求。上述步驟3)完成后，若軟基處理承載力要求不高，在滿足設(shè) 計要求時即可拆除主濾管和抽真空裝置，軟基處理施工結(jié)東；若軟 基處理承載力要求較高，在軟土沉降趨于穩(wěn)定時，將濾管上拔一段， 使開孔濾管盡量處在非軟弱粘性土層中；然后在管道間布點進行強 夯，把濾管當(dāng)作非軟弱粘性土層的排水通道，從而有效加固非軟弱 粘性土層，并使軟弱粘性土層得到進一步壓密，土層達到設(shè)計的承 載力。上述濾管在軟弱粘性土層中的濾管段開濾孔，并用無紡布包裹， 并根據(jù)土層沉降量預(yù)留一段不開孔濾管，濾管的底端封閉。上述濾管在處理淤泥層埋深較淺的地層時，使用全部開孔的濾管，在場地四周用勾拌法修筑密封墻，或者將一層密封膜埋設(shè)到淤泥層中達到密封的效果，為了達到較好的排水效果，也可在軟土層上鋪一層土工布。上述步驟2 )使用勾機或插板機將濾管按設(shè)計深度打插入地層。 上述濾管由PVC管制成。本發(fā)明由于釆用無密封的真空預(yù)壓方法，主管直接和濾管相連，根 據(jù)土層情況為濾管設(shè)置濾孔，不需要使用砂墊層，因此，其不僅施工工 期短、真空度損失小，節(jié)省施工材料，且可阻斷砂層的橫向排水，經(jīng)濟 節(jié)約，加固效果好。本發(fā)明是一種施工效果好，方便實用的無密封快速 真空預(yù)壓強夯法。


圖l是使用該法的某軟基處理項目施工場地剖面圖。 圖2是使用該法的某軟基處理項目施工場地平面圖。
圖3是使用該法的某軟基處理項目施工場地夯點布置圖。圖中l(wèi)主管，2濾管，3吹填砂層，4淤泥質(zhì)土層，5砂層，6下覆土層，7無開孔濾管段，8開孔濾管段，9地層界限，IO止回閥，11真空表，12抽真空設(shè)備，13排水溝。
具體實施例方式實施例本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明的無密封快速真空預(yù)壓強 夯法，包括有如下步驟1) 根據(jù)場地勘查資料確定地層狀況，根據(jù)地層狀況布置濾孔；2) 將濾管2按設(shè)計深度打插入地層，濾管2上端露出土層直接 和主管l相連接，主管1:則直接和抽真空設(shè)備12連接進行真空預(yù)壓 施工；抽真空設(shè)備為真空泵。3) 用抽真空設(shè)備12抽真空，在內(nèi)外壓差的作用下，軟弱粘性 土層中的水被吸入濾管2，并沿濾管上升，通過主管l排出，直到滿 足設(shè)計要求。上述步驟3)完成后，若軟基處理承載力要求不高，在滿足設(shè) 計要求時即可拆除主濾管和抽真空裝置，軟基處理施工結(jié)東；若軟 基處理承載力要求較高，在軟土沉降趨于穩(wěn)定時，將濾管上拔一段， 使開孔濾管盡量處在非軟弱粘性土層中；然后在管道間布點進行強 夯，把濾管當(dāng)作非軟弱粘性土層的排水通道，從而有效加固非軟弱 粘性土層，并使軟弱粘性土層得到進一步壓密，土層達到設(shè)計的承 載力。上述濾管在軟弱粘性土層中的濾管段開濾孔8,并用無紡布包 裹，并根據(jù)土層沉降量預(yù)留一段不開孔濾管7，濾管2的底端封閉。
上述濾管2在處理淤泥層埋深較淺的地層時，使用全部開孔的濾 管，在場地四周用勾拌法修筑密封墻，或者將一層密封膜埋設(shè)到淤泥 層4中達到密封的效果。上述步驟2 )使用勾機或插板機將濾管按設(shè)計深度打插入地層。上述濾管2由PVC管制成。本發(fā)明的原理為1、 真空泵在主管中產(chǎn)生真空度，并傳遞到豎直濾管中，濾管2中的真空度通過濾孔在軟弱粘性土層中產(chǎn)生一個負的孔隙水壓力，垂直排 水通道作為負壓源的一部份與加固土體內(nèi)的孔隙水壓力形成壓力差而產(chǎn) 生滲流力，滲流力促使孔隙水從土體中排出，而孔隙水的排出導(dǎo)致孔隙 水壓力的降低。當(dāng)土體中總應(yīng)力基本不變的情況下，孔隙水壓力的降低 值即為有效應(yīng)力的增加值，在新增加的有效應(yīng)力的作用下促使土體固結(jié)。 在砂或礫石層中的濾管段橫向不排水，這樣在抽真空過程中不會由于砂 層良好的透水透氣性能而導(dǎo)致的真空度損失，從而達到了密封的效果。2、 在軟弱粘性土層中的濾管應(yīng)預(yù)留一段不開設(shè)濾孔，這樣可以避 免在抽真空過程中，軟土層產(chǎn)生沉降時，帶濾孔段濾管進入砂礫層，而 導(dǎo)致真空度的損失。3、 該法不使用排水砂墊層來傳遞真空度，而是直接通過主、濾管 將真空度傳遞到軟土層中，真空度的損失較小。4、 當(dāng)軟土充分固結(jié)后，拔起一段濾管，使濾孔段濾管進入上層填 土層或吹填砂層，此時進行低能量強夯施工，開孔濾管正好可以作為砂 或礫石層的排水通道，這樣有助于加速強夯施工中超靜孔隙水壓力的消 散，從而達到更好的加固效果。5、 對于淤泥層埋深較淺的情況，淤泥層對下覆土層其實已經(jīng)達到 密封的效果，使用一層密封膜埋設(shè)到淤泥層中，或使用勾拌法修筑密封 墻即可保證整個軟基處理場地的密封。本發(fā)明的詳細施工步驟如下(1) 在施工前，清除頂面的淤泥或其它雜物，以利排水。為了保 證后期強夯機械的進場，在回填土層較軟的情況下可先鋪設(shè)一層編織布 和一層土工格柵。(2) 按設(shè)計長度和寬度計算出主管和濾管的數(shù)量。 一般按每2 4m 布置一根主管，濾管以1.5 3m間距沿主管進行布設(shè)，外圍濾管間距可 適當(dāng)縮小，以l 2m布置。具體布置根據(jù)處理場地要求而定。(3) 根據(jù)場地的地層狀況設(shè)計濾管的打設(shè)深度和濾孔的布置位置 和長度。對于地層狀況差異較大的區(qū)域可將其劃分為幾個地層狀況較均 一的區(qū)域，分別設(shè)計打設(shè)深度，濾管至少要穿透待處理的軟弱粘土層0. 5m 以上。(4) 濾管濾孔分布設(shè)計。在軟弱粘性土層中濾管開濾孔，在砂礫 層中濾管不開濾孔，但為了防止在土層產(chǎn)生沉降的時候帶濾孔段濾管進 入砂礫層，從而導(dǎo)致真空度的損失，必須在軟弱粘性土層中預(yù)留上下兩 段濾管不開濾孔。軟弱粘性土層中濾管不開孔段(預(yù)留段)上段的長度 等于該土層上底面沉降量減去濾管下沉量(即土層上底面相對于濾管的 下沉量)，下段的長度等于濾管下沉量減去土層下底面沉降量，下面舉例 說明計算過程頁設(shè)地基土層由上至下分別為吹填砂層3、淤泥質(zhì)土層4、砂礫層5、 淤泥質(zhì)土層6，層厚分別為h,、 h2、 h3 、 h4，則可用分層總和法計算出總 沉降量和各軟弱粘性土層的沉降量。^>,. ( a )51 + eh. 1 + ( b )(c)1 + '= .(d)根據(jù)已知條件，可選擇(b) ~ (c)中的一個進行計算。其中各土 層的附加應(yīng)力可由無密封快速真空預(yù)壓強夯法中真空度沿深度變化曲線 得到。式中。-------第/分層土的平均壓縮應(yīng)變；乾-------第/分層土的厚度；e力.-----對應(yīng)于第/分層土上下層面自重應(yīng)力值的平均值A(chǔ)i = ")2+ 從土的壓縮曲線上得到的孔隙比。 _____對應(yīng)于第/分層土自重應(yīng)力平均值A(chǔ),.與上下層面附加應(yīng)力值的平均值A(chǔ)^,. = "+ 之和=化+ AA從土的壓縮曲線上得到的孔隙比； "--------第/分層對應(yīng)于化、^段的壓縮系數(shù)；--------第/分層對應(yīng)于A,—A段的壓縮模量。由上述方法可計算出土層4和土層6的壓縮量S2、 S4，則土層4濾管 預(yù)留段長度為上段/ = w/i 下段/ =土層6濾管預(yù)留段長度為上段Z = ^-A 下段/ = A式中力為濾管的下沉量，它和土層性質(zhì)和濾管打設(shè)深度有關(guān)，可由以往 施工時濾管下降量的現(xiàn)場觀測曲線得出，在軟弱粘性土層的下覆土層為 堅硬基巖時，力《0。當(dāng)計算出的KO時，則不進行預(yù)留。(5) 主濾管的制備。主管采用PVC管，不開孔，通徑為50 70鵬。 濾管由若干段PVC管組合而成，通徑為40 - 50腿，分段的長度有5m、 2m、 lm、 0. 5m、 G.2m五種，每種長度的濾管段又有開濾孔和不開濾孔兩種類 型，其中開濾孔的PVC管外層包扎一層無紡布以防止濾孔阻塞，可由這 些長度的PVC管組合成任意長度的濾管。(6) 根據(jù)計算結(jié)果畫出布管圖，每行樁的軸線應(yīng)垂直于路線中心 線，曲線上應(yīng)為法線方向，根據(jù)布樁圖在場地上放出具體的樁位，做出 明顯的標志。 一般可用15 cm長的鋼筋插在樁位上，樁頂部最好用紅油 漆抹紅。(7) 打設(shè)濾管。在設(shè)計樁位上豎直放置濾管段然后使用勾機的勾 拌斗將其打插入土層中， 一段進入土層后立即在前一段PVC管尾端連接
上另 一段pvc管繼續(xù)施工，直到濾管底端達到設(shè)計的深度。(8) 鋪設(shè)主管，將每一排濾管的頂端都通過三通接口和主管相連 接。外圍采用一圈主管將場地環(huán)繞，鋪設(shè)時注意保證整個主濾管系統(tǒng)的 密封性，防止漏氣。(9) 修筑排水邊溝13。沿場地四周修筑排水邊溝，溝寬度l 2m。(10) 安裝抽真空裝置12。使用離心泵抽真空裝置，單臺真空泵處 理面積根據(jù)處理場地承載力要求和真空泵的功率而定， 一般情況下可按 照每1500 ~ 2000!112使用一臺真空泵(功率7. 5kW )計算出真空泵的使用數(shù)量。將真空泵通過連接裝置和主管相連接，注意真空泵在整個施工場地 布置的均勻性。(11) 安裝真空表ll。分別在真空泵和濾管上布設(shè)真空表，以反映 加固區(qū)真空度的變化，每臺泵對應(yīng)一個真空表，濾管真空表則按每1500 ~ 2000m2對應(yīng)一個。(12) 安裝供電設(shè)備，包括發(fā)電機，控制柜及電纜。(13) 抽真空施工。開始階段，為防止真空預(yù)壓對加固區(qū)周圍土體 造成瞬間破壞，必須嚴格控制抽真空速率，可先開啟半數(shù)真空泵，然后 逐漸增加真空泵工作臺數(shù)。待濾管上真空表ll讀數(shù)達到80kPa (或設(shè)計 荷重)時開始恒載計時抽真空。(14) 拆除真空預(yù)壓裝置12。當(dāng)軟土地基設(shè)計承載力要求不高時可 在達到下述標準時直接拆除所有主濾管和抽真空裝置，軟基處理施工結(jié) 束。滿足如下所有條件可認為軟基處理施工結(jié)東1) 地基固結(jié)度>85%; 2) 連續(xù)IO天觀測的沉降速率小于2mm/d; 3 ) 達到設(shè)計要求的地基承載力特征值。當(dāng)軟土地基設(shè)計承載力要求較高時，在達到下述標準時拆除一側(cè)抽真空裝置以方便強夯機械進場1) 地基固結(jié)度>85%;2 ) 連續(xù)10天觀測的沉降速率小于2nira/d;并進行以下步驟的施工1) 濾管上拔。將濾管上拔一段，使帶濾孔段濾管進入上層填土或 吹填砂層，以促進強夯時土層的排水。2 ) 對場地進行低能量強夯施工。夯點按1. 5 ~ 3m正方形布置在兩 排濾管之間，采用兩遍點夯和一遍普夯施工，第一遍與第二遍強夯 之間間隔必須在孔隙水壓力消散度達85%以上方可進行。如果時間 允許可適當(dāng)延長時間，強夯結(jié)東后整平，并測量標高。3) 拆除抽真空裝置和主濾管，平整場地，施工結(jié)束，進行驗收。 對于軟弱粘性土層埋深較淺的情況，軟土含水量較高的情況下，也可使用全部開孔的濾管，在場地四周用勾拌法修筑密封墻，或者將一層密 封膜埋設(shè)到軟弱粘性土層中達到密封的效果，此時為有利于排水，可在 軟土層上鋪一層土工布。無密封真空預(yù)壓強夯法適用于大面積軟土地基加固，可用于機場跑 道、公路、港口、岸堤的施工，特別是對軟弱粘性土層深部夾薄砂層的 土層有很好的加固效果，在不釆用強夯的情況下可用于水下軟土地基處 理。與傳統(tǒng)的真空預(yù)壓技術(shù)相比較，具有施工工期短、節(jié)省材料、加固
效果好、清潔無污染、造價低等優(yōu)點。 本發(fā)明的具體應(yīng)用實例如下以山東營口巿新江華泰化工項目軟地基處理為例。該項目區(qū)為矩形區(qū)域，長275m,寬222m。瀕臨渤海，距離大海約500m。本工程項目區(qū)域為 在原淤泥質(zhì)粉粘土層上吹填了一層粉粘土，厚度為2-3m,擬對該吹填土 體進行加固，粉粘土層較軟弱，不能允許大型施工機械進場進行施工， 且工期要求很緊。為了保證項目的順利進行，經(jīng)過多方論證、討論，決 定釆用無密封真空預(yù)壓強夯法進行處理，由于場地設(shè)計承載力要求不高， 所以到真空預(yù)壓處理結(jié)束后不釆用強夯施工。場地設(shè)置主管間距2. 5m，濾管間距1.5m,為了阻斷加固區(qū)與非加固 區(qū)的水、氣聯(lián)系，及保證密封溝蓄水，必須在場地四周修筑圍堰，圍堰 修筑高度約50 80cm,釆用裝滿吹填土的沙包壘成，圍堰總長度1000m。 由于軟土層位于頂層，且埋深較淺，釆取了鋪設(shè)一層真空膜然后將真空 膜埋設(shè)到軟土層中的方法。全區(qū)共布置了 110臺真空泵。試抽真空4d然后逐漸增加真空泵工作臺數(shù)。當(dāng)真空度達到60kPa，經(jīng)檢查無漏氣現(xiàn)象后，開始修筑圍堰膜面蓄水，并開足所有真空泵，將膜 下真空度提高到大于80kPa。此時，開始恒載計時抽真空16d。處理后地 基承載力特征值大于60kPa。此項目釆用無密封真空預(yù)壓法，工期比傳統(tǒng)施工方法縮短近1/2~ 2/3，造價節(jié)約原預(yù)算的1/2。
權(quán)利要求
1、一種無密封快速真空預(yù)壓強夯法，其特征在于包括有如下步驟1)根據(jù)場地勘查資料確定地層狀況，根據(jù)地層狀況布置濾孔；2)將濾管按設(shè)計深度打插入地層，濾管上端露出土層直接和主管相連接，主管則直接和抽真空設(shè)備連接進行真空預(yù)壓施工。3)用抽真空設(shè)備抽真空，在內(nèi)外壓差的作用下，軟弱粘性土層中的水被吸入濾管，并沿濾管上升，通過主管排出，直到滿足設(shè)計要求。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的無密封快速真空預(yù)壓強夯法，其特征在于上述 步驟3)完成后，若軟基處理承載力要求不高，在滿足設(shè)計要求時即可拆除主 濾管和抽真空裝置，軟基處理施工結(jié)東；若軟基處理承載力要求較高，在軟 土沉降趨于穩(wěn)定時，將濾管上拔一段，使開孔濾管盡量處在非軟弱粘性土層 中；然后在管道間布點進行強夯，把濾管當(dāng)作非軟弱粘性土層的排水通道，從而有效加固非軟弱粘性土層，并使軟弱粘性土層得到進一步壓密，土層達 到設(shè)計的承載力。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的無密封快速真空預(yù)壓強夯法，其特征在于上述濾管在軟弱粘性土層中的濾管段開濾孔，并用無紡布包裹，并根據(jù)土層沉降 量預(yù)留一段不開孔濾管，濾管的底端封閉。
4、根據(jù)權(quán)利要求l所述的無密封快速真空預(yù)壓強夯法，其特征在于上述濾管在處理淤泥層埋深較淺的地層或地層含水量高時時，可使用全部開孔的濾 管，在場地四周用勾拌法修筑密封墻，或者將一層密封膜埋設(shè)到淤泥層中達到 密封的效果。
5、根據(jù)權(quán)利要求l所述的無密封快速真空預(yù)壓強夯法，其特征在于上述 步驟2 )使用勾機或插板機將濾管按設(shè)計深度打插入地層。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的無密封快速真空預(yù)壓強夯法，其特征在于上述濾管由PVC管制成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的無密封快速真空預(yù)壓強夯法，其特征在于軟地 基的處理效果可通過調(diào)整主、濾管間距以及改變真空泵數(shù)量來實現(xiàn)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的無密封快速真空預(yù)壓強夯法，其特征在于在軟 地基處理過程中不需要鋪設(shè)砂墊層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大面積地基處理方法，特別涉及一種大面積軟地基處理方法。包括有如下步驟1)根據(jù)場地勘查資料確定地層狀況來布置濾孔；2)將PVC濾管按設(shè)計深度打插入地層，濾管上端露出土層直接和主管相連接，主管則直接和抽真空設(shè)備連接，濾管濾孔設(shè)置采用公式計算；3)用抽真空進行抽真空施工，直到滿足設(shè)計要求。4)在地基承載力要求較高的情況下，待軟弱粘性土層固結(jié)基本完成后將濾管上拔進行強夯施工。本發(fā)明由于采用無密封的真空預(yù)壓方法，根據(jù)土層情況為濾管設(shè)置濾孔，且不需要使用砂墊層(或使用很薄砂墊層)，因此，其不僅施工工期短、真空度損失小，節(jié)省施工材料，且可阻斷砂層的橫向排水，經(jīng)濟節(jié)約，加固效果好。
文檔編號E02D3/046GK101130952SQ20071002954
公開日2008年2月27日 申請日期2007年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月1日
發(fā)明者梁永根, 湯連生 申請人:湯連生;梁永根