一种冰冻环境下袋装砂垫层深层处理软土地基加固方法.pdf

本发明公开了一种冰冻环境下袋装砂垫层深层处理软土地基加固方法，其包括以下步骤：软土地基在自然冷冻条件下冷冻，软土地基表面形成坚硬的冰冻硬壳层；充填砂被并铺排于整个软土地基区域；吹填粉细砂或填筑中粗砂作为砂垫层；布设竖向排水系统；布设水平排水系统；铺设密封膜；符合抽真空条件后进行深层真空预压、或堆载预压或真空联合堆载预压。本发明科学利用冰冻环境，合理优化施工工序，只需对软基进行一次深层排水固结处理，施工成本减少约1/4，同时利用了常规不宜施工的冬季时间，科学环保，产生良好的经济效益与社会效益。

1.  一种冰冻环境下袋装砂垫层深层处理软土地基加固方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）软土地基在自然冷冻条件下冷冻，软土地基表面形成坚硬的冰冻硬壳层；
（2）充填砂被并铺排于整个软土地基区域，所述砂被由袋体及充填于袋体内的充填材料构成，所述袋体具有上表面及下表面，上表面预留有若干袖口，上表面与下表面之间间隔均匀地设置有若干拉筋带；
（3）在所述砂被上吹填粉细砂或填筑中粗砂作为砂垫层，每日吹砂后，砂垫层表面自然冻结，与所述砂被及已冻结的软土地基表层形成整体复合垫层；
（4）对所述整体复合垫层进行荷载试验，满足机械插板要求后，布设竖向排水系统；
（5）布设水平排水系统；
（6）铺设密封膜；
（7）布设真空预压设备及配电线路，当冰冻期结束时，符合抽真空条件后进行深层真空预压、或堆载预压或真空联合堆载预压。

2.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2中砂被袋体材料选取透水性能好且满足强度要求、抗拉及抗剪性能的编织布、机织布、帆布、纱网中的一种或两种以上的混合使用。

3.  根据权利要求2所述的方法，其特征在于：充填材料选取中粗砂、粉细砂、粉土、粉质粘土、粉煤灰、煤渣、石灰或氧化剂中的一种或两种以上的混合使用。

4.  根据权利要求2所述的方法，其特征在于：拉筋选用尼龙拉筋或钢塑复合拉筋，砂被充填厚度控制在20～30cm。

5.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4中竖向排水系统包括排水板或袋装砂井，所述排水板类型包括塑料排水板、卷材排水板、防淤堵排水板、防渗水排水板、复合排水板或立体排水板中的一种或两种以上的混合使用。

6.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤6还包括堆载预压施工，堆载预压施工的堆载材料可选用砂料、土石料、煤渣、煤矸石或水荷载中的一种或两种以上的混合，堆载预压施工前，需在密封膜上铺设土工布。

7.  根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤6在选用水荷载时，应当根据荷载大小修筑围堰，围堰可选用吹填土晾晒形成围堰、或砂土围堰、或土石围堰、或混凝土围堰。

一种冰冻环境下袋装砂垫层深层处理软土地基加固方法
技术领域
本发明涉及一种公路、市政等工程施工中对软基排水固结处理的方法。
技术背景
随着国民经济的持续发展，工程建设规模不断扩大，土地资源越来越紧张。将湖沼、谷地、吹填土、滩涂、或承载力较低的海相淤泥等软土经过处理，变为具有一定承载力的地基，将极大改善土地资源日益紧张的状况。
针对软土具有含水量高、压缩性大、抗剪强度低、透水性差、强度低的特性，目前主要采用的加固方法有自然晾晒和预压法。自然晾晒表层超软弱土需1～2年进行预处理，施工效率低，施工工期长。常规一次真空预压法是在软土上铺设编织布、荆芭、数层土工格栅和无纺布等，然后吹填或人工回填砂，实践表明该法施工效率极低，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，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。
近年来普遍采用的“浅层软土加固+深层真空预压”二次处理方案，即首先通过浅层软土加固处理，大幅降低浅层土体含水率，并使其表层形成一层具有一定承载力的硬壳层，满足后续吹填砂垫层和机械插板所需要的承载力条件，进而进行二次深层真空预压处理。该方法具有如下缺点：（1）整个工艺施工时间相对较长；（2）浅表层处理成本作为临时施工措施，成本较高；（3）受本身技术条件所限，浅表层处理加固效果有限；（4）该技术目前主要依靠大量的人工实施，工程质量难以控制，同时浅表层处理需在泥面作业，施工环境较差且危险性高。
常规软基处理方法中真空预压施工周期较长，为方便进行深层软基处理，通常需进行浅表层软基加固处理，经济成本耗费较大。
而在我国北方地区，由于冬季气温低，气候寒冷，软基处理往往避开冬季施工，造成了时间成本的极大浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对且科学地利用我国北方寒冷气候的冰冻环境进行软基处理的排水加固方法。
本发明采用如下技术方案：
一种冰冻环境下袋装砂垫层深层处理软土地基加固方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）软土地基在自然冷冻条件下冷冻，软土地基表面形成坚硬的冰冻硬壳层；
（2）充填砂被并铺排于整个软土地基区域，所述砂被由袋体及充填于袋体内的充填材料构成，所述袋体具有上表面及下表面，上表面预留有若干袖口，上表面与下表面之间间隔均匀地设置有若干拉筋带；
（3）在所述砂被上吹填粉细砂或填筑中粗砂作为砂垫层，每日吹砂后，砂垫层表面自然冻结，与所述砂被及已冻结的软土地基表层形成整体复合垫层；
（4）对所述整体复合垫层进行荷载试验，满足机械插板要求后，布设竖向排水系统；
（5）布设水平排水系统；
（6）铺设密封膜；
（7）布设真空预压设备及配电线路，当冰冻期结束时，符合抽真空条件后进行深层真空预压、或堆载预压或真空联合堆载预压。
优选地，所述步骤2中砂被袋体材料选取透水性能好且满足强度要求、抗拉及抗剪性能的编织布、机织布、帆布、纱网中的一种或两种以上的混合使用。
优选地，步骤2中的充填材料选取中粗砂、粉细砂、粉土、粉质粘土、粉煤灰、煤渣、石灰或氧化剂中的一种或两种以上的混合使用。
优选地，步骤2中的拉筋选用尼龙拉筋或钢塑复合拉筋，砂被充填厚度控制在20～30cm。
具体来说，步骤4中竖向排水系统包括排水板或袋装砂井，所述排水板类型包括塑料排水板、卷材排水板、防淤堵排水板、防渗水排水板、复合排水板或立体排水板中的一种或两种以上的混合使用。
进一步地，步骤6还包括堆载预压施工，堆载预压施工的堆载材料可选用砂料、土石料、煤渣、煤矸石或水荷载中的一种或两种以上的混合，堆载预压施工前，需在密封膜上铺设土工布。
优选地，步骤6在选用水荷载时，应当根据荷载大小修筑围堰，围堰可选用吹填土晾晒形成围堰、或砂土围堰、或土石围堰、或混凝土围堰。
本发明是在冰冻环境下的深层真空预压或堆载预压，该方法不但打破了冬季不可进行软基处理的惯性思维，还充分利用当地的气候特征（尤其是气温），使软土地基在自然冷冻条件下冷冻，软土地基表面形成坚硬的冰冻硬壳层，相比近年来普遍采用的“浅层软土加固+深层真空预压”二次处理方案，节省了一次浅层软土加固的施工处理，大幅降低了施工成本。
总体来说，本发明科学利用冰冻环境，合理优化施工工序，只需对软基进行一次深层排水固结处理，施工成本减少约1/4，同时利用了常规不宜施工的冬季时间，科学环保，产生良好的经济效益与社会效益。
附图说明
图1是本发明施工工艺流程图；
图2是本发明施工工艺断面示意图；
图3是本发明充填砂被立体示意图。
图中，1、软土，2、砂被，3、砂垫层，4、竖向排水体，5、水平排水管路，6、水平排水板，7、土工布，8、密封膜，9、土工布，10、射流泵，11、堆载预压材料，12、袋体，13、充填材料，14、充填袖口，15、拉筋带。
具体实施方式
如图1所示，为本发明的施工工艺流程，依次包括以下步骤：形成表层冰冻硬壳层、充填砂被、吹填砂垫层、布设竖向排水系统、布设水平排水系统、铺设密封膜或堆载预压施工、预压排水固结。
下面以我国某国家级新区吹填土地基加固为例，对本发明的具体实施方式作如下描述。该地区地处纬度39°左右，冰冻期为12月～次年3月。具体施工操作时还需查阅多年气象资料，科学地安排工序时间节点。
（1）在进入冰冻期后，软土1在自然冷冻条件下冷冻，从而在表面形成坚硬的冰冻硬壳层。
（2）充填砂被2，铺排于整个吹填区域。砂被由袋体12及充填材料13构成，其中袋体尺寸为30米×30米，袋体12具有上表面及下表面，上表面设置有若干充填袖口14，袋体材料由编织布、机织布、帆布、纱网等透水性能好且具有满足施工要求的强度的材料制成，具有满足施工要求的抗拉及抗剪性能。充填材料13具有良好的渗透性能，可选用中粗砂、粉细砂、粉土、粉质粘土、粉煤灰、煤渣、石灰或氧化剂中的一种或两种以上的混合使用。充填方式可采用水力充填、气体泵送或机械压力等方式，由袋体上表面预留的充填袖口14将充填材料充入砂被袋体内，袖口间距根据施工情况进行设置；袋体上下表面之间间隔均匀地设置有多条拉筋带15，用以控制砂被厚度，防止砂被的不均匀隆起，提高砂被强度。拉筋间距、长度根据所需砂被厚度进行设置。拉筋可选用尼龙拉筋、钢塑复合拉筋等抗拉材料。砂被充填厚度应控制在20cm～30cm，具体充填厚度视其上荷载大小而定。
（3）根据场地承载力的需求，可在砂被上吹填粉细砂或填筑中粗砂作为砂垫层3，由于冬季施工，每日吹砂后，砂层表面会自然冻结，整个吹砂工序结束后，会与砂被及已冻结的软基表层形成整体复合垫层，用于提高整体承载力。
（4）对整体复合排水袋装砂垫层进行荷载试验，满足机械插板要求后，布设竖向排水系统4，如插设排水板（排水板类型包括塑料排水板、卷材排水板、防淤堵排水板、防渗水排水板、复合排水板、立体排水板等）或布设袋装砂井。
（5）布设水平排水系统，包括水平排水管路5和水平排水板6，其中水平排水管路5为UPVC硬质管或塑料盲沟等，同时进行绑扎滤管、铺设无纺布7等工艺施工。
（6）铺设密封膜8，还可进一步地在密封膜上进行堆载预压施工。堆载材料11根据现场情况可选用砂料、土石料、煤渣、煤矸石或水荷载等材料。在选用水荷载时，应当根据荷载大小修筑围堰，围堰可选用吹填土晾晒形成围堰、砂土围堰、土石围堰、混凝土围堰或其他类型。堆载预压施工前，需在密封膜上铺设土工布9，起到保护密封膜的作用。
（7）布设真空预压设备10及配电线路，按照整个施工安排及施工进展，当冰冻期结束时，符合抽真空条件后，进行预压排水固结处理，例如深层真空预压，或堆载预压或真空联合堆载预压。
以上实施例并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。