立体式低位真空复合预压软地基处理方法.pdf

本发明公开了一种立体式低位真空复合预压软地基处理方法，其特征是：首先，在原始地基与将来吹填土之间制造一层水平排水通道；其次，在原始地基中建立竖向排水通道；再在原始地基表面上欲吹填土高度再设至少一层水平排水通道，并使之与前述竖向排水通道联通；接着，在原始地基表面的水平排水通道中铺设水平管，并延伸到围堰外面并预留与真空泵联接的接口；以上即形成立体式真空排水系统，接下来再进行吹填施工，等吹填一结束就马上进入真空排水阶段，使上下软弱土地基在短时间内同时得到加固。本发明的有益效果为：处理工期短、效果、造价较低，因而具有良好的经济效益和广阔的应用前景。

1、  一种立体式低位真空复合预压软地基处理方法，其特征是：首先，在原始地基与将来吹填土之间制造一层水平排水通道；其次，在原始地基中建立竖向排水通道；再在原始地基表面上欲吹填土高度再设至少一层水平排水通道，并使之与前述竖向排水通道联通；接着，在原始地基表面的水平排水通道中铺设水平管，并延伸到围堰外面并预留与真空泵联接的接口；以上即形成立体式真空排水系统，接下来再进行吹填施工，等吹填一结束就马上进入真空排水阶段，使上下软弱土地基在短时间内同时得到加固。

2、  根据权利要求1所述的立体式低位真空复合预压软地基处理方法，其特征是：原始地基表面的水平排水通道，是通过吹填之前在原始地基上铺设砂垫层来构筑的。

3、  根据权利要求2所述的立体式低位真空复合预压软地基处理方法，其特征是：在构筑原始地基表面的水平排水通道时，若砂源不足，则开挖网格状的盲沟并填砂。

4、  根据权利要求1或2所述的立体式低位真空复合预压软地基处理方法，其特征是：竖向排水通道，是在原始地基中接行列式插入竖向真空管并外露吹填土高度构筑。

5、  根据权利要求1或2所述的立体式低位真空复合预压软地基处理方法，其特征是：在原始地基表面上欲吹填土高度再设至少一层水平排水通道，是在距离原始地基表面一定高度处设置一层或多层塑料排水板并与竖向真空管联通构筑。

立体式低位真空复合预压软地基处理方法
技术领域
本发明涉及一种吹填造陆工程中的软土地基处理工法，特别是把自重固结、堆载预压以及人为制造水平与竖向排水通道等多种常规地基处理方法合理而有机地结合在一起，吹填一结束即可进行处理、不需等待自重固结时间的软土地基处理工法，属于岩土工程中软土地基处理技术领域。具体地说，是一种立体式低位真空复合预压软地基处理方法。
背景技术
1、软地基处理有广阔的应用前景
随着城市可资利用土地的减少以及人们环境保护意识的增强，近年来人们在沿海、河、江边吹填造陆工程日益增多(例如：青岛海西湾北海船厂、深圳机场扩建、上海南汇区临港新城、上海长兴岛造船基地、曹妃甸首钢搬迁工程等等都是围海吹填来形成陆域)。大部分吹填土通常含水量、压缩性很高、渗透性很差，属于软弱土，吹填之后必须经过处理才能满足使用要求，就目前土地资源紧缺来看，这类工程日后还会大量增加，因而软地基处理有着广阔的应用前景。
2、传统地基处理方法的不足
目前对于吹填软土常规的处理方法主要有排水固结法、换土垫层法、碾压及夯实法、置换及拌入法等，这些方法都有各自的适用范围，排水固结法适用于除了渗透性能极差的泥炭土外的几乎大部分软地基，主要包括堆载预压法和真空预压法，堆载预压法是指在场地临时堆填土石等，对地基处理加载预压，使地基沉降量能够提前完成，并通过地基土固结提高地基承载力，达到要求后再卸去预压荷载，该方法有三点不足：其一需要附近有大量土石方，造价比较高；其二堆载高度过大会带来边坡稳定性问题；其三工期较长。真空预压法是在拟处理地基上铺设砂垫层，并设置竖向排水通道(塑料排水板或砂井)，然后再用薄膜密封砂垫层，用真空泵对砂垫层及竖向排水通道进行抽气，使薄膜下真空度降低，同时在大气压力作用下加速地基固结，达到要求后停止抽气，该方法的不足之处为：其一处理地基承载力有限，一般80kPa左右；其二工期较长。换土垫层法是将地基中的软弱土挖去，而换填为强度高、密度大的砂、碎石或灰土等，该方法比较适合局部少量的软基处理，大面积、较深的软基处理经济不合理，而且浪费工期。碾压及夯实法是采用一定的机械设备，将地基土压实，同时提高强度的一种方法，该方法的优点是施工工期短，强度提高明显，但是一般只适用于无粘性土、杂填土、非饱和粘性土等，对于含水量高、强度极低的吹填土不太适用。对于处理吹填软土来说，常规的方法必须在吹填完成并经过一段时间的自重固结地表达到一定强度(这一过程少则3～4个月，多则1～2年之久)以后，人机料才能进入进行软地基处理，也就是说目前常规方法在处理吹填软土时都存在等待吹填土自重固结强度增长这一较长的时间过程，在当前时间就是效益的时代，如果能有效利用这一等待时间将会为工程带来不可估量的经济效益。此外，吹填土既是将来的地基，而对于原始地面来说又是附加荷载，即吹填土对下面原始地基发挥着“堆载预压”的作用，由于没有竖向排水体(砂井或塑料排水板)，“堆载预压”的效果大打折扣，为了利用吹填土自重固结时间和吹填土本身的堆载作用，就需要开发一种不需要等待自重固结、吹填结束即能马上进行处理的新的地基处理方法，本发明正是出于这些考虑而提出了立体式低位真空复合预压法。
发明内容
本发明的目的是提供一种处理工期短、效果、造价较低，具有良好的经济效益和广阔的应用前景的立体式低位真空复合预压软地基处理方法。
本发明的技术解决方案是：一种立体式低位真空复合预压软地基处理方法，其特征是：首先，在原始地基与将来吹填土之间制造一层水平排水通道；其次，在原始地基中建立竖向排水通道；再在原始地基表面上欲吹填土高度再设至少一层水平排水通道，并使之与前述竖向排水通道联通；接着，在原始地基表面的水平排水通道中铺设水平管，并延伸到围堰外面并预留与真空泵联接的接口；以上即形成立体式真空排水系统，接下来再进行吹填施工，等吹填一结束就马上进入真空排水阶段，使上下软弱土地基在短时间内同时得到加固。
本发明中所述的原始地基表面的水平排水通道，是通过吹填之前在原始地基上铺设砂垫层来构筑的。在构筑原始地基表面的水平排水通道时，若砂源不足，则开挖网格状的盲沟并填砂。竖向排水通道，是在原始地基中接行列式插入竖向真空管并外露吹填土高度构筑。在原始地基表面上欲吹填土高度再设至少一层水平排水通道，是在距离原始地基表面一定高度处设置一层或多层塑料排水板并与竖向真空管联通构筑。
本发明的有益效果为：处理工期短、效果、造价较低，因而具有良好的经济效益和广阔的应用前景。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：
附图说明
下面结合附图对本方法的具体实施作进一步描述。
图1为本发明的一种立体式低位真空复合预压软地基处理方法与常规地基处理方法的对比图；
图2为原始地层示意图；
图3为本发明的立体式低位真空复合预压软地基处理方法的修筑围堰及铺设砂垫层示意图；
图4为本发明的立体式低位真空复合预压软地基处理方法的插真空管及预设水平排水通道示意图；
图5为本发明的立体式低位真空复合预压软地基处理方法的埋设水平管及预留真空泵接口示意图；
图6为本发明的立体式低位真空复合预压软地基处理方法的立体式排水系统设置完成后进行吹填示意图；
图7为本发明的立体式低位真空复合预压软地基处理方法的吹填结束后立体式低位真空复合预压软地基处理示意图。
具体实施方式
图1、2、3、4、5、6、7中：1为表层软土；2为下卧层土；3为围堰；4为砂垫层；5为真空管；6为预设水平排水通道；7为预设水平总管；8为预留接口；9为吹填土；10为真空泵。
图1为立体式低位真空复合预压法与常规处理方法在地基处理时间上的差别，其中横坐标为时间，纵坐标为地基承载力，t1为吹填所用时间，t2为常规的自重固结时间，t3为常规方法地基处理所需时间；t3’为立体式低位真空复合预压法处理所需时间。L1+L2+L3+L4这一折线为常规方法处理过程，对应的时间为t1+t2+t3；L1+L2+L3’这一折线为立体式低位真空复合预压法处理过程，对应的时间为t1+t3’。
图2、3、4、5、6、7为立体式低位真空复合预压法地基处理施工流程，具体实施方式如下表述。
从图1可以看出，对于吹填土地基常规方法通常需要吹填时间t1、吹填后自重固结时间t2和地基处理时间t3，但是对于立体式低位真空复合预压法来说，吹填时间t1相等，但是它省去了自重固结时间直接进行处理(从图形中看是将L3+L4两步合为L3’一步进行)，地基处理时间t3’远小于常规方法的t2+t3，因此在整个时间上占有比较明显的优势。
立体式低位真空复合预压法具体实施分以下六步进行：
1)铺设砂垫层：在拟吹填场地先填厚度为40～50cm的砂垫层，在原始地基与将来吹填土之间人为制造一层水平排水通道(如果砂源不足也可以开挖网格状的盲沟并填砂，盲沟排距按排水管影响半径确定)；
2)插入真空管：根据处理深度、拟吹填土厚度及预留长度(包括预测沉降量、排水管出露部分)确定真空管长度及相应滤网长度，然后将排水管按一定行列排列布置插入地层；
3)在底层水平通道中设置塑料排水板：将塑料排水板一排排铺在原始地面上并与旁边的真空管相联接，然后再通过水平管将塑料排水板联接起来(无塑料排水板时与砂垫层相联)并穿过围堰伸出场地外面(预留接头将来与真空泵相联)，塑料排水板和水平管分别与真空复合预压法中的滤管与主管类似，铺设完成后在原始地面形成一幅网状排水通道，这一措施是为了进一步增强砂垫层的排水效果；
4)预先设置吹填土中的水平通道(空中水平通道)：设置在吹填土中的水平排水通道与底层的塑料排水板类似，是在离开原始地基表面一定高度(一般1.5m左右)用塑料排水板将一排排真空管联接起来形成一层网格状的水平排水通道，当吹填土较厚时，可以按1.5m左右的间距依次往上设置多层，这一工作完成后即可在将来吹填土中形成竖向与水平通道相结合的立体式排水系统；
5)进行吹填至设计标高：当立体式真空排水系统预先完成并全面检查气密性后可进行吹填，吹填施工时必须注意不可损坏立体式真空排水系统；
6)真空排水预压：在围堰外面将真空泵与已预留好的水平管相联进行真空排水，吹填土中的水向下流动到砂垫层中最后经真空泵排出，而原始地基中的水是向上流动到砂垫层中最后经真空泵排出，从而使上下两层软弱土在短时间内同时得到了加固；为了提高真空度可以在吹填土表面铺设真空膜。
通过上述施工工艺流程实现了一套真空排水系统对上下两层土进行同时处理的功能，在具体实施中每个参数，例如真空管间距、长度、预设空中水平通道的布置形式、层间距等都需要经过计算，同时结合工程实践经验来确定。
由于吹填土在吹填结束后含水量极高、地基承载力极低，地基处理机械无法进入，常规地基处理方法必须待吹填结束并经过一段时间自重固结后才能进行，不仅浪费了大量时间，而且忽视了吹填土本身既是地基土、同时又是原始地基的堆载预压荷载这一“双重身份”，错过了地基处理的绝好时机，针对这一现状，本发明采用在吹填之前埋设排水系统，吹填一结束即可进行处理，从而避开了刚吹填结束时人机料无法进场的不足，同时又最大限度地利用了吹填土的堆载作用。
该发明内容主要包括四部分：①吹填土与原始地基之间水平排水通道、②竖向排水通道、③预先设置吹填土中的水平排水通道以及④吹填土对原始土的预压作用。
①.在吹填土与原始地基之间填加砂垫层作为水平排水通道，该处真空预压中砂垫层类似，如果砂源不足也可以采用开挖盲沟并填砂；②.竖向排水通道采用真空管(根据需要可同时采用塑料排水板)，在吹填工作进行之前先将真空管按一定点距行列式排列插到地层里，其长度由原始地基的要求处理深度和吹填土厚度决定，并要保证吹填以后高出(低于)吹填土顶面30～50cm，为了加立体式低位真空效果将塑料排水板(已有砂垫层)一排排铺在原始地面上并与旁边的真空管相联接，然后再通过水平管将塑料排水板联接起来并穿过围堰伸出场地外面，塑料排水板和水平管分别与真空复合预压法中的滤管与主管类似，铺设完成后在原始地面形成一幅网状排水通道；③.预先设置在吹填土中的水平排水通道(当拟吹填土厚度小于2m时可以省去这一道工序)与上步中铺在原始地基上的水平通道类似，但标高要高出原始地基1.5m左右，同时省去了水平管，如果吹填土较厚，可以按1.5m左右的间距依次往上设置多道，这一工作完成后即在空中形成一层或多层水平排水通道；④.吹填至设计标高后，在场地外(围堰外)将真空泵与主管联接组成立体式的真空系统进行真空立体式低位真空，该真空系统迫使吹填土中的水通过其中的水平向通道(③中设置)、竖向通道(②中设置)、水平向通道(①中设置)并经过真空泵排出，立体式的排水通道和真空负压大大加快了吹填土的自重固结速度，而原始地基在真空立体式低位真空和上面吹填土堆载作用下，一方面土中水能快速排水，另一方面土中的孔隙也能及时压密，从而固结速度也大大提高。
立体式低位真空复合预压法是将地基处理与吹填相结合利用一套真空系统对上面吹填土和下面原始地基进行同时处理的一种软基处理方法，它具有节约工期、造价低和处理效果好等优点，说它节约工期是指将地基处理与吹填后自重固结同步进行，节省了等待固结强度增长时间；说它造价低是指插入地层中真空管可以回收重复使用，工期提前早日投产也是加快资金回收的一大途经；说它处理效果好是指由于最高真空负压是在吹填土底部，吹填土中的水在本身自重和真空负压这一压差作用下不仅自由水可以排出，而且部分弱结合水也能被强制排出，更有利于吹填土的固结效果。因此该方法具有显著的经济效益。