吹填软土地基加固处理系统及网格式真空预压联用电渗法的处理方法技术领域
本发明涉及一种地表的填土和表层土的处理方法，特别是涉及一种加固吹填软土地基的方法，应用于岩土工程技术领域。
背景技术
自改革开放以来，我国的经济社会发展迅速，基础设施的建设取得了辉煌的成就。东南沿海地区的经济发展水平居国内前列，基础设施的进一步推广势必导致该地区土地资源的紧缺。我国沿海地区分布着大量的软土，由于软土厚度的不同，对工程的影响也不尽相同。软土具有强度低、沉降量大、含水率高等特点，往往给工业民用建筑、道路工程、铁路工程等带来很大的危害，因此软土地基的处理成为该地区的重点研究课题。我国的东南沿海城市是典型的巨厚软土发育地区之一，地表的填土和表层土非常薄，淤泥埋藏深度为2~4m，淤泥和淤泥质土层厚度达到30m，孔隙比高达1.7~2.6。
真空预压法加固软土地基具有效果好、速度快、费用低、无污染等优点，尤其适用于大面积的超软基加固。真空预压通过密封膜内外产生的气压差，进而增加软土层的有效应力，达到排水固结的目的。真空预压技术最早是1952年由瑞典的Kjellman提出，上世纪60~70年代被国外诸多工程普遍采用，直至上世纪80年代才引入我国。总体看来，由于软土的低渗透性，真空预压相较于其他传统排水固结法效果更好，但真空预压在处理高含水量软土及吹填土地基时，前期效果明显，后期疲软，仍需不断提高改进。
随着排水固结技术的发展，更多新的技术得以产生，电渗排水法是在待加固的土体两端插入电极，通以直流电，土中的水化阳离子在电场作用下，由阳极向阴极作定向移动从而达到排水固结的目的。不同于其他传统方法，电渗法对水力渗透系数依赖性不大，主要取决于电渗透系数，与电动电位有关，而与土颗粒的大小没有直接联系。砂土的水力渗透系数数量级在10-4cm/s左右，而黏土仅为10-9cm/s，因此，采用电渗法处理软土地基，能有效克服吹填软土渗透性差的弱点，是处理此类土的一种有效方法。
目前，将真空预压和电渗法联合应用，使其发挥各自优点，弥补彼此不足，是加固吹填软土的一种新的行之有效的方法。但由于施工初期吹填软土含水量大、强度极低，进而导致工人和机械均难以入场，从而影响岩土工程施工的效率和质量。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种吹填软土地基加固处理系统及网格式真空预压联用电渗法的处理方法，对吹填软土进行初步加固，使得施工机械能安全进场，能快速有效地处理浅层地基和加固深层土体，提高大面积围海造地工程的施工效率和工程质量。
为达到上述发明创造目的，采用下述技术方案：
一种吹填软土地基加固处理系统，在吹填软土地基表层平铺网格状的横向排水板，将电渗阳极和电渗阴极沿土层深度方向上垂直方向布置，使电渗阴极沿着横向排水板延伸设置，根据实际工程需要计算初步加固吹填软土地基的土层深度，由此选择电渗阳极在吹填软土地基中的预先埋设深度位置，从而使电渗阳极在下而电渗阴极在上，将电渗阴极和横向排水板之间通过紧密绑扎固定，形成横向排水系统和电渗系统，通过真空预压联合电渗的方法对吹填软土地基的浅层部分进行前期处理后，当吹填软土地基的浅层部分的强度达到施工机械和工人进场的要求后，再在横向排水板形成的一系列网格中心位置处，分别打设对应的竖向排水板作为吹填软土地基的后期深层加固的排水体，形成竖向排水系统，继续通过电渗的方法对吹填软土地基的深层土体进行后期处理，使土体中的孔隙水由电渗阳极向电渗阴极移动，最后通过管路将孔隙水汇流后进行收集，从而对吹填软土地基的土体进行加固。
作为本发明优选的技术方案，在吹填土加固处理区域外围或外部开挖密封沟，在吹填软土地基表层覆盖土工布，并将土工布压入密封沟内，将第一道密封膜和第二道密封膜压入密封沟内的土工布之上，形成密封结构；横向排水系统由横向排水板、多通立体接头、横向排水密封支管、横向排水密封主管和横向排水系统真空泵组成，横向排水板根据预先设定的网格大小水平铺设在覆盖土工布之上，第一道密封膜和第二道密封膜覆盖于横向排水系统之上，在每个横向排水板的交叉处，均由四段横向排水板通过多通立体接头连接形成互相导通的渗流节点，从而形成网状的渗流路径，各多通立体接头中心还分别外接横向排水密封支管，各横向排水密封支管在吹填土加固处理区域外围连通并入横向排水密封主管，将横向排水密封主管与横向排水系统真空泵相连，形成渗流路径系统；竖向排水系统由竖向排水板、竖向排水密封支管、竖向排水密封主管、竖向排水系统真空泵组成，将竖向排水板打插设置于由横向排水板形成的网格空隙中心点处，在竖向排水板打设完毕后，通过密封接头将各竖向排水板与竖向排水密封支管连通，各竖向排水密封支管再连通并入竖向排水密封主管，再将竖向排水密封主管接入竖向排水系统真空泵，也形成渗流路径系统；电渗系统由电渗阴极、阴极导线、电渗阳极、阳极导线和直流电源组成，将电渗阳极预先埋至吹填软土地基的土层的预设深度，每隔设定距离用粗钢丝将作为电渗阴极的钢筋绑扎固定在横向排水板下方，每隔设定距离用粗钢丝将作为电渗阴极的钢筋绑扎固定在横向排水板下方，使作为电渗阴极的钢筋与横向排水板以接近无缝隙的紧密程度形成排水体组件，将电渗阴极和电渗阳极分别通过阳极导线和阴极导线从吹填场地引出，并对应接入直流电源的正负极。
一种网格式真空预压联合电渗法加固吹填软土地基的方法，步骤如下：
a．首先开挖密封沟，并预制好电渗用电极，电渗阴极和电渗阳极均采用钢筋，将电渗阳极预先埋至吹填软土地基的土层的预设深度之后进行场地吹填，然后在吹填软土地基表层覆盖土工布，并将土工布压入密封沟内；
b．前期浅层地基处理：在吹填好的场地内，在土工布之上根据预先设定的网格大小水平铺设横向排水板，每隔设定距离用粗钢丝将作为电渗阴极的钢筋绑扎固定在横向排水板下方，使作为电渗阴极的钢筋与横向排水板以接近无缝隙的紧密结合程度形成排水体组件，其中作为电渗阴极和电渗阳极的相应钢筋的排布位置保持在竖直平面内成对设置，在每个横向排水板的交叉处，均由四段横向排水板通过多通立体接头连接形成互相导通的渗流节点，从而形成网状的渗流路径，各多通立体接头中心还分别外接横向排水密封支管，各横向排水密封支管在吹填土加固处理区域外围连通并入横向排水密封主管，将横向排水密封主管与横向排水系统真空泵相连，形成渗流路径系统，将电渗阴极和电渗阳极分别通过阳极导线和阴极导线从吹填场地引出，并对应接入直流电源的正负极，通过真空预压联合电渗的方法对吹填软土地基的浅层部分进行前期处理；
c．在步骤b前期浅层地基处理过程中，当吹填软土地基的浅层部分的强度达到施工机械和工人进场的要求后，再在横向排水板和作为电渗阴极的钢筋之上依次铺设第一道密封膜和第二道密封膜，将第一道密封膜和第二道密封膜压入密封沟内的土工布之上，形成密封结构；
d．后期深层地基加固：将竖向排水板打插设置于由横向排水板形成的网格空隙中心点处，在竖向排水板打设完毕后，通过密封接头将各竖向排水板与竖向排水密封支管连通，各竖向排水密封支管再连通并入竖向排水密封主管，再将竖向排水密封主管接入竖向排水系统真空泵，也形成渗流路径系统，继续通过真空预压联合电渗的方法对吹填软土地基的深层土体进行后期处理。
上述多通立体接头优选采用高分子耐腐蚀塑料制成。
上述多通立体接头优选由空心板和设置于空心板中心单面突出的延伸管连通构成，延伸管与横向排水密封支管连通，空心板的各进出口分别对应与横向排水板连接，形成互相导通的渗流节点，多通立体接头的各连接部位由密封胶及绕线膜密封固定。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明结合了电渗和真空预压的优点，使得孔隙水渗流路径保持一致，提高了处理效率，通过电极的垂直布置，使得孔隙水的电渗渗流方向和横向排水系统的真空渗流方向重合，最大限度的提高真空预压联合电渗的处理效率；
2.本发明采用网格式的横向排水板以及竖向排水板的布置方式，分别达到对浅层和深层土体加固的目的，处理效果更加均匀；
3.本发明施工初期联合处理时产生的土体微裂缝，有利于在处理后期竖向真空度向土四周的传递，本发明具有施工方便、处理高效等优势，将电渗和真空预压进行优势互补，适用于大面积吹填软土地基加固。
附图说明
图1是本发明优选实施例网格式真空预压联合电渗法加固浅层吹填土地基的处理系统结构示意图。
图2是本发明优选实施例网格式真空预压联合电渗法加固浅层吹填土地基的处理系统的组件平面分布图。
图3是本发明优选实施例的后期深层加固系统的平面布置图。
图4是本发明优选实施例的浅层地基处理作业排水过程原理示意图。
图5是本发明优选实施例的多通立体接头结构示意图。
图6是本发明优选实施例的多通立体接头结构正视图。
具体实施方式
本发明的优选实施例详述如下：
在本实施例中，参见图1～6，一种吹填软土地基加固处理系统，在吹填软土地基表层平铺网格状的横向排水板5，将电渗阳极12和电渗阴极10沿土层深度方向上垂直方向布置，使电渗阴极10沿着横向排水板5延伸设置，根据实际工程需要计算初步加固吹填软土地基的土层深度，由此选择电渗阳极12在吹填软土地基中的预先埋设深度位置，从而使电渗阳极12在下而电渗阴极10在上，将电渗阴极10和横向排水板5之间通过紧密绑扎固定，形成横向排水系统和电渗系统，通过真空预压联合电渗的方法对吹填软土地基的浅层部分进行前期处理后，当吹填软土地基的浅层部分的强度达到施工机械和工人进场的要求后，再在横向排水板5形成的一系列网格中心位置处，分别打设对应的竖向排水板14作为吹填软土地基的后期深层加固的排水体，形成竖向排水系统，继续通过电渗的方法对吹填软土地基的深层土体进行后期处理，在电渗作用下，使土体中的孔隙水由电渗阳极12向电渗阴极10移动，最后通过管路将孔隙水汇流后进行收集，从而对吹填软土地基的土体进行加固，采用该方法时，真空预压作用下的孔隙水渗流路径和电渗下的渗流路径重合，可以提高加固效率，缩短工期，对后续施工有着重要的影响。
在本实施例中，参见图1～6，在吹填土加固处理区域外围或外部开挖密封沟4，在吹填软土地基表层覆盖土工布1，并将土工布1压入密封沟4内，将第一道密封膜2和第二道密封膜3压入密封沟4内的土工布1之上，形成密封结构；横向排水系统由横向排水板5、多通立体接头8、横向排水密封支管6、横向排水密封主管7、横向排水系统真空泵9组成，横向排水板5根据预先设定的网格大小水平铺设在覆盖土工布1之上，第一道密封膜2和第二道密封膜3覆盖于横向排水系统之上，在每个横向排水板5的交叉处，均由四段横向排水板5通过多通立体接头8连接形成互相导通的渗流节点，从而形成网状的渗流路径，各多通立体接头8中心还分别外接横向排水密封支管6，多通立体接头8由高分子耐腐蚀塑料制成，多通立体接头8由空心板和设置于空心板中心单面突出的延伸管连通构成，延伸管与横向排水密封支管6连通，空心板的各进出口分别对应与横向排水板5连接，形成互相导通的渗流节点，多通立体接头8的各连接部位由密封胶及绕线膜密封固定，各横向排水密封支管6在吹填土加固处理区域外围连通并入横向排水密封主管7，将横向排水密封主管7与横向排水系统真空泵9相连，形成渗流路径系统；竖向排水系统由竖向排水板14、竖向排水密封支管16、竖向排水密封主管17、竖向排水系统真空泵18组成，将竖向排水板14打插设置于由横向排水板5形成的网格空隙中心点处，在竖向排水板14打设完毕后，通过密封接头将各竖向排水板14与竖向排水密封支管16连通，各竖向排水密封支管16再连通并入竖向排水密封主管17，再将竖向排水密封主管17接入竖向排水系统真空泵18，也形成渗流路径系统；电渗系统由电渗阴极10、阴极导线11、电渗阳极12、阳极导线13和直流电源19组成，将电渗阳极12预先埋至吹填软土地基的土层的预设深度，每隔设定距离用粗钢丝15将作为电渗阴极10的钢筋绑扎固定在横向排水板5下方，每隔设定距离用粗钢丝15将作为电渗阴极10的钢筋绑扎固定在横向排水板5下方，使作为电渗阴极10的钢筋与横向排水板5以接近无缝隙的紧密程度形成排水体组件，尽可能减少阴极和排水板的间隙，防止土体中孔隙水淤积，将电渗阴极10和电渗阳极12分别通过阳极导线13和阴极导线11从吹填场地引出，并对应接入直流电源19的正负极。
在本实施例中，参见图1～6，一种网格式真空预压联合电渗法加固吹填软土地基的方法，包括前期浅层处理和后期深层加固，具体步骤如下：
a．首先开挖密封沟4，并预制好电渗用电极，电渗阴极10和电渗阳极12均采用钢筋，将电渗阳极12预先埋至吹填软土地基的土层的预设深度之后进行场地吹填，然后在吹填软土地基表层覆盖土工布1，并将土工布1压入密封沟4内；
b．前期浅层地基处理：在吹填好的场地内，在土工布1之上，根据预先设定的网格大小水平铺设横向排水板5，每隔设定距离用粗钢丝15将作为电渗阴极10的钢筋绑扎固定在横向排水板5下方，每隔设定距离用粗钢丝15将作为电渗阴极10的钢筋绑扎固定在横向排水板5下方，绑扎要牢固且尽量减少电渗阴极10和横向排水板5之间的缝隙，使作为电渗阴极10的钢筋与横向排水板5以无缝隙的紧密程度形成排水体组件，其中作为电渗阴极10和电渗阳极12的相应钢筋的排布位置保持在竖直平面内成对设置，在每个横向排水板5的交叉处，均由四段横向排水板5通过多通立体接头8连接形成互相导通的渗流节点，从而形成网状的渗流路径，各多通立体接头8中心还分别外接横向排水密封支管6，各横向排水密封支管6在吹填土加固处理区域外围连通并入横向排水密封主管7，将横向排水密封主管7与横向排水系统真空泵9相连，形成渗流路径系统，完成横向排水系统的整体布置，将电渗阴极10和电渗阳极12分别通过阳极导线13和阴极导线11从吹填场地引出，并对应接入直流电源19的正负极，通过真空预压联合电渗的方法对吹填软土地基的浅层部分进行前期处理，上述横向排水系统和电渗系统安装调试完毕后，开启横向排水系统真空泵9、接通直流电源19进行浅层地基的前期处理施工，方便施工机械和工人进场，施工过程中应适时对真空度进行检测，避免漏气现象发生；
c．在步骤b前期浅层地基处理过程中，当吹填软土地基的浅层部分的强度达到施工机械和工人进场的要求后，初步加固完成，再在横向排水板5和作为电渗阴极10的钢筋之上依次铺设第一道密封膜2和第二道密封膜3，将第一道密封膜2和第二道密封膜3压入密封沟4内的土工布1之上，形成密封结构；
d．后期深层地基加固：将竖向排水板14打插设置于由横向排水板5形成的网格空隙中心点处，在竖向排水板14打设完毕后，通过密封接头将各竖向排水板14与竖向排水密封支管16连通，各竖向排水密封支管16再连通并入竖向排水密封主管17，再将竖向排水密封主管17接入竖向排水系统真空泵18，也形成渗流路径系统，完成后期深层加固中竖向排水系统的安装，继续通过真空预压联合电渗的方法对吹填软土地基的深层土体进行后期处理，在电渗作用下，浅层土体会出现诸多细小裂缝，裂缝的出现有利于真空度向深层土体传递，一定程度上增加了后期加固处理的效率。
针对现有的真空预压联合电渗法处理吹填软土地基时，存在的施工初期吹填软土含水量大、强度极低，进而导致工人和机械均难以入场的问题，本实施例采用网格式真空预压联合电渗法加固吹填软土地基，参见图1～6，在施工前期采用横向排水系统和电渗系统进行浅层地基处理，以及后期通过竖向排水系统进行深层地基加固。通过电极的垂直布置，使得孔隙水的电渗渗流方向和横向排水系统的真空渗流方向重合，最大限度的提高真空预压联合电渗的处理效率；使用新型的排水系统布置方式可以实现对浅层和深层地基的加固。本实施例具有施工方便、处理高效等优势，将电渗和真空预压进行优势互补，适用于大面积吹填软土地基加固。
上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明吹填软土地基加固处理系统及网格式真空预压联用电渗法的处理方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。