超软弱土浅表层快速加固方法及成套技术.pdf

本发明公开了一种超软弱土快速加固方法，包括如下步骤：(1)在待加固区设置分隔帷幕进行施工分区；场地蓄水；利用人工插板装置插设塑料排水短板，布设水平排水管路，并在其上铺设密封薄膜；通过管路连接抽真空设备，形成浅表层超软弱土加固装置；(2)对所述的浅表层软弱土加固装置进行抽真空；(3)对地基进行整体加固。本发明可以快速、有效解决超软弱地基浅表层加固问题，以便为排水砂垫层、塑料排水板或袋装砂井的施工等提供有利条件，提供一种能极大的节约成本的、应用于淤泥或吹填淤泥超软弱地基的快速加固处理地基的技术。

1.  一种超软弱土快速加固方法及成套技术，其特征在于包括如下步骤：
(1)构造并形成浅表层软弱土加固装置，依次经过如下施工步骤：
在待加固区设置分隔帷幕进行施工分区，
所述分隔帷幕包括：
一轻质材料层，及一木板层，木板层直接或间接固定于所述轻质材料层，构成分隔帷幕的浮力主体，及
一井架固定装置，沿纵向间隔布置，由若干根打入至地下硬土层的钢管构成井架立架，并用钢管构成井架的水平架，水平布设于泥面上，立架与水平架之间以扣件连接固定；及
一挡泥围幕，由插深2.0～2.2米，露出泥面0.8～1.0米的彩钢板排列形成，构成加固区内外分隔线；及
一蓄水围幕，由插设于所述彩钢板内侧的塑料薄膜形成；
场地蓄水；
利用人工插板装置或特制的小型插板机械插设塑料排水短板，布设水平排水管路，并在其上铺设密封薄膜；
通过管路连接抽真空设备，形成浅表层超软弱土加固装置；
(2)对所述的浅表层软弱土加固装置进行抽真空；
(3)对地基进行整体加固。

2.  根据权利要求1所述的超软弱土快速加固方法及成套技术，其特征在于所述步骤(1)中的轻质材料层由双排圆柱状塑料泡沫纵向间隔布置形成。

3.  根据权利要求1或2所述的超软弱土快速加固方法及成套技术，其特征在于所述步骤(1)中的轻质材料层顶部固定有木条，所述木板层固定于木条顶部。

4.  根据权利要求1所述的超软弱土快速加固方法及成套技术，其特征在于所述井架固定装置沿纵向间隔10～40米布置。

5.  根据权利要求1所述的超软弱土快速加固方法及成套技术，其特征在于场地蓄水后，在加固区地基表面铺设土工布起隔泥和安全防护作用。

6.  根据权利要求1所述的超软弱土快速加固方法及成套技术，其特征在于布设水平排水管路的同时在其上铺设防护土工布。

7.  根据权利要求1所述的超软弱土快速加固方法及成套技术，其特征在于步骤(2)抽真空10～45天后卸载。

8.  根据权利要求1所述的超软弱土快速加固方法及成套技术，其特征在于步骤(3)铺设排水砂垫层，插设塑料排水板，然后采用常规的软基加固方法对地基进行整体加固。

9.  根据权利要求1所述的超软弱土快速加固方法及成套技术，其特征在于所述的人工插板装置包括杆柄、菱形钢刀及U字叉，菱形钢刀及U字叉固定于杆柄上。

10.  根据权利要求1所述的超软弱土快速加固方法及成套技术，其特征在于所述的水平排水管路中以塑料软管作为滤管，管壁上钻有小孔，制成花管，管外包设一层土工布，滤管按1.5～2.0m平行间距布置，相邻两排外露的塑料排水板头搭接并与滤管连接；水平排水管路的主管采用出膜器及吸水胶管与真空泵连接。

超软弱土浅表层快速加固方法及成套技术
技术领域
本发明涉及建筑工程、港口工程、公路工程等固定建筑物的地基处理技术领域，具体涉及超软弱土地基快速加固的工程技术。
背景技术
随着经济建设的发展，沿海城市的港口需求明显加强。近年来天津港、连云港以及广州南沙港建设迅猛发展，围海造陆工程逐步增多。围海造陆工程所用的吹填材料以砂为主，但是由于建筑工程消耗了大量的砂，并且出于保护环境和水利安全的要求，各地水利、环保等部门限制或禁止采砂，造成了砂源短缺、价格昂贵等问题，难以满足围海造陆所需的砂土量。
目前，结合航道或海口的清淤疏浚工程，吹填淤泥土成为围海造陆的填料。由于吹填淤泥土区域表层为超软弱土，含水量极高，处于流动状态，强度及承载力极低，各种施工设备都将陷入超软弱土之中，无法进行排水砂垫层、塑料排水板或袋装砂井的施工。因此，在预压法加固地基前，须对表层超软弱土进行加固。常用的表层超软弱土处理方法有：(1)自然晾晒表层超软弱土1～2年进行预处理，施工效率低，施工工期长；(2)在超软弱土(浮泥～淤泥)上铺设编织布、荆芭和数层土工格栅等，然后回填砂，实践表明该法使大量的砂方陷入淤泥中依然形成不了硬壳层，却造成严重挤淤现象，甚至大量淤泥涌至地表面，加固效果差，施工工期长、成本高且不可控，施工危险性高，而且形成不均匀地基，工后差异沉降大。特别是在珠江三角洲和长江三角洲一带，级配良好的中粗砂供应日益紧张，价格也不断上涨，致使施工成本越来越高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，为快速、有效解决超软弱地基浅表层加固问题，以便为排水砂垫层、塑料排水板或袋装砂井的施工等提供有利条件，提供一种能极大的节约成本的、应用于淤泥或吹填淤泥超软弱地基的快速加固处理地基的技术。
本发明的超软弱土快速加固方法包括如下步骤：
(1)在待加固区设置分隔帷幕进行施工分区；场地蓄水；利用人工插板装置插设塑料排水短板，布设水平排水管路，并在其上铺设密封薄膜；
通过管路连接抽真空设备，形成浅表层超软弱土加固装置；
其中，所述分隔帷幕包括：一轻质材料层，及一木板层，木板层直接或间接固定于所述轻质材料层，构成分隔帷幕的浮力主体；及一井架固定装置，沿纵向间隔布置，由若干根打入至地下硬土层的钢管构成井架立架，双层钢管构成井架的水平架，水平布设于泥面上，立架与水平架之间以扣件连接固定；及一挡泥围幕，由插深2.0～2.2米，露出泥面0.8～1.0米的彩钢板排列形成，构成加固区内外分隔线；及一蓄水围幕，由插设于所述彩钢板内侧的塑料薄膜形成；
(2)对所述的浅表层软弱土加固装置进行抽真空；
(3)对地基进行整体加固。
进一步地，场地蓄水后，在加固区地基表面铺设一层编织布和一层土工布以起隔泥和安全防护作用。
在布设水平排水管路的同时在其上铺设一层防护土工布。
所述的水平排水管路中以塑料软管作为滤管，管壁上钻有小孔，制成花管，管外包设一层无纺土工布，滤管按1.5～2.0m平行间距布置，相邻两排外露的塑料排水板头搭接并与滤管连接，搭接方式可以为绑扎、缠绕、开槽或打入等；水平排水管路的主管采用出膜器及吸水胶管与真空泵连接。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、利用本发明的分隔维幕可对大面积地基进行合理分区施工，其井架结构可提供铺设土工布所需的反力，另外分隔维幕可起到蓄水围堰作用，还可形成施工简易通道，便于维护抽真空设备等，还可防止相邻区域的浮泥由于沉降差异过大而涌入加固区内，从而影响后续工序的施工。
2、由于超软弱土通常处于流动状态，机械无法在其上进行排水砂垫层铺设和塑料排水板插设施工。本发明采用编织布和无纺布与超软弱土分隔，防止泥浆侵入排水管路之中而影响其透气透水功能，此外所铺设的隔泥无纺布和防护无纺布具有排水和反滤功能，并起到安全施工防护作用。
3、利用本发明的铺设编织布技术和铺设无纺布技术，可快速、安全、顺利完成大面积土工布铺设。
4、利用本发明的人工插板装置和浮动平台，在大面积施工时，只要人数足够，施工进度可控，相互施工干扰小。本发明具有施工简单方便、效率高、塑料排水板不回带、不破损等特点。
5、利用本发明将塑料软管布设于两排排水板中间，相邻两排外露塑料排水板头搭接并与滤管连接，搭接方式可以为绑扎、缠绕、开槽或打入等，该法更利于真空度传至超软弱地基中，此外，软土固结排水经排水板直接进入滤管，缩短排水距离，同时避免了常规方法水平水垫层淤塞后造成排水板排水性能无法正常发挥现象。
6、本发明可在吹填超软弱土后即时进行加固，工艺简易，成本低，施工工期短；加固强度均匀，施工后差异沉降小，节省后期砂垫层铺设的费用，降低后期各项作用的危险性，并有利于资源和生态环境保护。
附图说明
图1分隔维幕平面布置示意图；
图2分隔围幕A-A断面示意图；
图3分隔围幕B-B断面示意图；
图4吹填超软弱土浅表层快速加固技术断面示意图；
图5编织布铺设技术示意图；
图6无纺布铺设技术示意图，其中
图6a为整体结构示意图，
图6b为局部结构示意图；
图7人工插板装置示意图，其中
图7a为插入插板状态，
图7b为回拔杆柄状态；
图8超软弱地基快速加固处理施工工艺流程图。
具体实施方式
按以下步骤进行超软弱土快速加固施工：
(1)构造并形成浅表层软弱土加固装置。
首先，如图1～4所示，在待加固区20设置分隔帷幕01进行施工分区。其中，图2中10为加固区外，20为加固区内，30为浮泥表面，40为蓄水平面。由于所处理的超软弱地基地表通常为浮泥或淤泥，人工难以在表面铺设土工布，须场地覆水后借助水的浮力进行水上铺设。
所述分隔帷幕01包括：塑料泡沫11、木条12、木板13、井架固定装置2、彩钢板3、塑料薄膜4。
沿分隔帷幕的纵向布置双排塑料泡沫11，塑料泡沫11外观为直径50cm长90cm的圆柱体，两排塑料泡沫11横向间距0.5m，纵向间距1.4m。每排塑料泡沫11用绳子与木条12绑扎固定；在两排木条12顶面布设木板13，并用钉子将木板13与木条12固定，从而构成分隔帷幕主体。木条12宽300mm厚30mm，木板13宽1200mm厚10mm。
沿分隔帷幕纵向每隔30m安装一个井架固定装置2。井架固定装置2的施工工艺为：打入四根钢管21至地下硬土层，构成井架固定装置的立架，在泥面上水平布设双层钢管22，每层4根，构成井架固定装置的水平架，立架和水平架钢管之间用扣件连接固定，钢管直径为50mm。
沿分隔围幕主体外边界线插设0.5mm厚彩钢板3，钢板插深2.0～2.2m，露出泥面0.8m～1.0m，形成挡泥围幕，构成加固区内20与加固区外10的分隔线；然后再沿分隔围幕主体边界线在钢板的内侧插设一层塑料薄膜4，形成蓄水围幕。
其次，进行场地蓄水。
然后，在加固区20地基表面铺设一层编织布5和一层隔泥无纺布6以起隔泥和安全防护作用。
由于表层为超软弱土，承载力极低，施工人员在其上进行各项作业时，容易落入泥中，存在着很大的安全隐患；此外，排水管路须与其下的泥土隔开，避免淤泥封堵排水通道，以确保在抽真空情况下浅表层超软弱土发生排水固结。因此，在超软弱地基表面铺设一层编织布5和一层隔泥无纺布6可以起到隔泥和安全防护措施作用，此外由于无纺布为松散结构，渗透性良好，可起到反滤层和水平排水垫层作用。本步骤也可省略，视施工现场条件而定。
如图5所示，编织布5铺设技术如下：先在陆上用缝纫机将条块编织布缝合成单块面积约为3000～5000平方米编织布，然后在加固区20场地蓄水约0.3～0.5m，在水的浮力作用下，编织布5摩擦阻力大幅度减小，在成块编织布一边界按20～50米间距绑扎绳子51，绳子51经滑轮组52(安装在分隔维幕01的井架装置上2)由人工施加牵引力53，成块编织布5可顺利展开铺设。在各块编织布铺设完毕后，再人工水上缝合形成一整体。
如图6所示，无纺布6铺设技术如下：首先在加固区20场地蓄水约0.3～0.5m，将每捆无纺布6展开并折叠放置在浮动平台62上，用两根绳子61各一端绑在浮动平台62上，另一端在对岸，通过人工牵引对岸的两根绳子61使浮动平台62移动，与此同时无纺布6自动铺设。完成各条块无纺布后人工水上缝合无纺布。浮动平台62主要用塑料泡沫、竹条和木板绑扎而成，浮动平台可根据需要调节大小。
接着，利用人工插板装置7插设塑料排水短板，布设水平排水管路，并在其上铺设一层防护无纺布和一层密封薄膜。
如图7所示，人工插板装置7包括杆柄71、U字叉72、菱形钢刀73。将排水板端头放置于U字叉72和菱形钢刀73之间，然后将插板装置迅速往下插，插到定深度后回拔杆71柄即可，杆柄长度根据所需插设深度而定，该插板装置具有施工简单方便、效率高、塑料排水板不回带等特点。
水平排水管路中的滤管81采用塑料软管，由于超软弱地基地质分布通常不均匀，软管更适应浅表层加固期间不均匀沉降要求，塑料软管的间距为塑料排水板85间距的两倍，位于两排排水板中间，相邻两排塑料排水板板头外露搭接并与滤管81连接。搭接方式可以为绑扎、缠绕、开槽或打入等。在滤管管壁上钻小孔，制成花管，外包一层无纺土工布，滤管81按1.5～2.0m平行间距布置，主管82采用通过出膜器及吸水胶管与抽真空管路83连接。上述塑料排水短板85，可提高超软弱土的渗透系数，此外，使真空度传至软土中，缩短软土排水固结时间，促使快速排水固结。塑料排水板85的插设深度与表层超软弱土厚度相当，或根据加固施工所要求的表层土承载力而定；塑料排水板的间距根据表层超软弱土的性质(如渗透系数)以及浅层抽真空时间确定，通常为0.6～1.0m，塑料排水板头预留0.5～0.8m长度。
铺设一层防护无纺布91的主要作用是保护其上的密封薄膜92免受破坏而造成漏气，此外由于无纺布91为松散结构，渗透性良好，可以起到水平排水体作用。本步骤也可以省略，视施工现场的具体情况而定。
铺设密封薄膜92时将加固区场地内的表面水排干，将密封膜分割成单块面积约5000～10000平方米，人站在两层土工布之上铺设，各块密封膜之间用胶水粘接。密封膜膜采用聚乙烯薄膜，厚度约为0.12～0.14mm，密封膜在工厂热合一次成型，并将密封膜踩入淤泥中，踩入深度不小于1.5m。
最后，通过管路连接抽真空设备8，形成浅表层超软弱土加固装置。
选用7.5kw的电机等组装射流泵系统，按每台泵控制1000～1200平方米布设。抽真空设备应沿分隔维幕或加固区边界布设，便于维护，此外每台设备均安装在浮动平台之上，抽真空期间随着场地内水位上升，泡沫平台自动上浮，不影响正常抽真空。抽真空天数视超软弱土质而定，粘粒和胶粒含量成份越高，渗透性越低，抽真空时间则越长。
(2)对所述的浅表层软弱土加固装置进行抽真空；
根据加固期间的孔压消散程度和地表沉降等数据综合分析判断是否卸载。抽真空时间通常视场地情况而定，一般为10～45天，对于浅表层软弱土含水量过高及渗透系数过小的区域可适当增加抽真空时间。
经步骤(2)加固后的超软弱土的承载力可达到40～60kPa，即可交工，也可以为步骤(3)的地基整体加固实施提供施工条件。
(3)清除密封薄膜，再铺设水平排水砂垫层和插设塑料排水长板，然后采用常规的真空预压法或堆载预压法对地基进行整体加固。
由于经步骤(2)真空预压加固后的超软弱土达到一定的强度，能承受大型施工设备的压力，可满足常规真空预压法或堆载预压等施工方法的施工条件。