一种吹填软土的复式真空管井真空预压加固方法 【技术领域】
本发明涉及一种吹填土软土造地大面积加固技术， 属于土木工程地基处理工程技术领域。 背景技术 1952 年杰尔曼教授 (Kjellman) 提出了真空预压加固软基方法， 基本技术方法是 先在需要加固的软土地基表面铺垫一层排水垫层， 作为水平排水垫层， 然后将袋装砂井或 塑料排水板打入土体， 作为竖直排水体， 再将密封膜铺设在的排水垫层上， 密封膜四周埋入 土中， 借埋设于排水垫层中的管道， 将密封膜下土体中的空气抽出， 使其形成相对负压， 由 于袋装砂井或塑料排水板渗透性较大， 该负压能够传递到砂井深处， 从而在砂井和砂井周 围土体之间形成压力差使土体中的孔隙水进入砂井并被排出， 最终达到地基加固效果的目 的。但传统真空预压地基处理方法存在以下局限性 ：
1、 传统真空预压加固软土时常用塑料排水板作为土体中的排水通道， 真空泵提供 的负压通过透水砂层和塑料排水板向下传递到软土层中， 但向下传递过程中有负压损失， 降低了加固效率。
2、 吹填土是原状土经水力搬运沉淀形成， 含水量高， 结构性差， 粘性土颗粒有较大 的自由度， 用真空预压法加固吹填土时， 粘性土颗粒会在负压作用下向塑料排水板周边移 动形成团柱而产生屏蔽作用， 使得负压向土体内的传递减弱， 影响土体中水的排出， 减弱加 固效果。
3、 传统真空预压法需要铺设排水垫层。 一般需严格采用含泥量小于 5％的中粗纱， 厚度约 50cm 左右， 对于吹填或新近淤积的超软土， 砂垫层需铺设 80 ～ 100cm， 在砂源缺乏的 地方可操作性较差 ； 此外， 铺设砂垫层价格昂贵， 导致工程投资大大增加。
发明内容 为了克服已有吹填土软土造地大面积加固技术的真空泵负压向土体中的传递效 率较低、 土体中不易排水、 加固效果不显著、 不适用于砂源缺乏的地方和成本高的不足， 本 发明提供一种提高真空泵负压向土体中的传递效率、 使得土体中的水更易排出、 提高加固 效果、 适用于砂源缺乏的地方、 降低成本的吹填软土的复式真空管井真空预压加固方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 ：
一种吹填软土的复式真空管井真空预压加固方法， 采用复式真空管井， 所述复式 真空管井包括内管、 外管和滤膜， 所述外管下端封闭， 所述外管上端设有封头， 所述内管穿 过所述封头伸入所述外管内腔底部， 所述内管与所述封头密封连接， 内管与抽真空排水管 连通， 所述外管的中下部外壁套装所述滤膜， 有滤膜处外管的管壁开有透水孔 ； 将内管直接 与抽真空系统相连， 将外管内的水抽走并在外管内产生负压， 在加固初期， 间歇性开启真空 泵抽水， 以井点降水的模式降低吹填软土的含水量 ； 当加固土体含水量降到液限下 5 ～ 8％ 时， 持续开启真空泵， 先低真空， 后高真空， 实现吹填软土的加固。
进一步， 所述复式真空管井的内管和外管均为硬质管， 所述加固方法包括以下步骤： (1)、 先筑围堰， 后打设所述复式真空管井， 再将各复式真空管井的内管与抽真空 系统连接， 然后开始在围堰内吹填软土， 同时确保吹填过程中复式真空管群直立 ；
(2)、 当吹填软土面高于复式真空管井滤膜的上端时， 间歇性开启真空泵， 抽取重 力作用下渗进复式真空管井内的水， 同时监测吹填软土面的高程变化， 间断吹填软土， 确保 吹填软土面始终高于复式真空管井滤膜的上端 ；
(3)、 当加固土体含水量降到液限下 5 ～ 8％时， 持续开启真空泵， 前期先低真空， 中后期逐渐高真空 ；
(4)、 当预估吹填软土面加固沉降后的高程大于设计要求高程时， 停止吹填软土， 同时在吹填软土面上保留设定厚度上覆水 ；
(5)、 当滤膜范围内土体加固到设计强度时， 排掉上覆水， 继续抽真空至吹填软土 表面开裂。
或者是 ： 所述复式真空管井的内管为软质管， 所述加固方法包括以下步骤 ：
(1)、 先筑围堰， 后围堰内吹填软土， 待吹填软土自重沉降到设定程度后打设复式 真空管井 ；
(2)、 将复式真空管井的内管与抽真空系统连接 ；
(3)、 完成土工布和密封模铺设 ；
(4)、 在抽真空前阶段间歇性开启真空泵 ；
(5)、 当加固土体含水量降到液限下 5 ～ 8％时， 持续开启真空泵， 前期先低真空， 中后期逐渐高真空 ；
(6)、 持续抽真空当加固达到设计强度时， 抽真空结束。
本发明的技术构思为 ： 复式真空管井主要由内管、 外管和滤膜组成， 根据内管和外 管的材质是否可弯曲， 分为硬质复式真空管井和软质复式真空管井。硬质复式真空管井的 示意图见图 1， 软质复式真空管井的示意图见图 3。采用硬质复式真空管井时， 先打设硬质 复式真空管井， 后吹填泥浆 ； 采用软质复式真空管井时， 先吹填泥浆， 后打设软质复式真空 管井。上述两种加固方法的吹填泥浆和打设排水体的顺序虽然不同， 但加固吹填软土的本 技术方案是一致的。
利用通到外管低端的内管， 将外管内的水抽走并在外管内产生负压， 实现将真空 泵的负压直接施加到加固土体上。
在加固初期， 吹填软土含水量高， 强度低， 在负压作用下粘性土颗粒会向排水体移 动而聚集成团柱， 影响后期的加固效果。 因此本阶段间歇性开启真空泵抽水， 以井点降水的 模式降低吹填软土的含水量， 增加土的强度。
当井点降水模式降低吹填软土含水量的效率明显减弱时， 持续开启真空泵， 先低 真空， 后高真空， 其目的也是减弱粘性土颗粒在排水体周边形成团柱的作用， 以实现加固过 程的节能和高效。
由于直接将内管直接与抽真空系统相连， 故不再需要通过砂垫层将负压传递到排 水体中。
本发明的有益效果主要表现在 ： 提高真空泵负压向土体中的传递效率、 使得土体
中的水更易排出、 提高加固效果、 适用于砂源缺乏的地方、 降低成本。 附图说明 图 1 为硬质复式真空管井示意图。
图中 ： 1 压力探头， 2 滤膜， 3 压力探头， 4 外管 ( 硬质， PVC 材质或镀锌管， 外径约 5cm， 有滤膜处管壁开有透水孔， 无滤膜处不开孔 )， 5 电极电缆， 6 硬质复式真空管井内水气 流动方向， 7 内管 ( 硬质， 管壁不开孔， 外径约 2cm)， 8 滤膜顶。
图 2 为复式真空管井群预压加固吹填软土示意简图。
图中 ： 9 原地面， 10 围堰， 11 吹填软土顶， 12 上覆水位面， 13 抽真空连接管， 14 真空 表， 15 控制阀门， 16 真空泵。
图 3 为软质复式真空管井示意图。
图中 ： 7 内管 ( 软质， 弹簧塑料软管或可抽真空塑料软管， 管壁不开孔， 外径约 2cm)， 4 外管 ( 软质， 波纹滤管， 外径约 5cm)。
图 4 为软质复式真空管井预压加固吹填软土示意简图。
图中 ： a 为复式真空波纹滤管内抽真空软管距波纹滤管底距离 ( 约 20cm)， 17 密封 构， 18 土工布， 19 密封膜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施例 1
参照图 1 和图 2， 一种吹填软土的复式真空管井真空预压加固方法， 采用复式真空 管井， 所述复式真空管井包括内管 7、 外管 4 和滤膜 2， 所述外管 4 下端封闭， 所述外管 4 上 端设有封头， 所述内管穿过所述封头伸入所述外管内腔底部， 所述内管与所述封头密封连 接， 内管与抽真空排水管连通， 所述外管的中下部外壁套装所述滤膜， 有滤膜处外管的管壁 开有透水孔 ； 将内管直接与抽真空系统相连， 将外管内的水抽走并在外管内产生负压， 在加 固初期， 间歇性开启真空泵抽水， 以井点降水的模式降低吹填软土的含水量 ； 当加固土体含 水量降到液限下 5 ～ 8％时， 持续开启真空泵， 先低真空， 后高真空， 实现吹填软土的加固。
所述滤膜 2 上下端的外管内壁安装压力探头 1、 3， 其中， 滤膜顶 8。所述压力探头 1、 3 的电极电缆 5 穿过所述封头。6 为硬质复式真空管井内水气流动方向。
先打设抽真空设备再进行吹填淤泥， 这时采用图 1 设计的硬质复式真空管井， 其 外管可采用直径 5cm 的 PVC 管或 1.5 寸镀锌管， 内管采用直径 2cm 的 PVC 管。布置示意图 见图 2， 主要实施技术方案如下 ：
(1)、 先筑围堰， 后打设硬质复式真空管井， 再将各硬质复式真空管井的内管与抽 真空系统连接， 然后开始在围堰内吹填软土， 同时确保吹填过程中硬质复式真空管群直立。
(2)、 当吹填软土面高于硬质复式真空管井滤膜的上端时， 间歇性开启真空泵， 抽 取重力作用下渗进复式真空管井内的水， 同时监测吹填软土面的高程变化， 间断吹填软土， 确保吹填软土面始终高于复式真空管井滤膜的上端。本阶段吹填土软土的含水量大， 流动 性强， 开启真空泵主要是为了抽取复式真空管井内的水， 而不应在吹填土中形成显著的负 压区， 以避免在复式真空管井周边形成具有密封性的粘性土颗粒团柱。(3)、 当加固土体含水量降到液限下 5 ～ 8％时， 持续开启真空泵， 本阶段前期先低 真空， 中后期逐渐高真空， 其目的也是尽量减弱复式真空管井周边形成粘性土颗粒团柱的 现象。
(4)、 当预估吹填软土面加固沉降后的高程大于设计要求高程时， 停止吹填软土， 同时在吹填软土面上保留一定厚度上覆水， 该上覆水层起密封膜的作用。
(5)、 当滤膜范围内土体加固到设计强度时， 排掉上覆水， 继续抽真空至吹填软土 表面开裂。
实施例 2
参照图 3 和图 4， 本实施例中， 先吹填淤泥， 再打设抽真空设备。 这时采用图 2 设计 的软质复式真空管井， 外管 4 为直径 5cm 的波纹滤管， 内管 7 采用直径 2cm 的弹簧塑料软管 或可抽真空塑料软管。布置示意图见图 4， 主要实施技术步骤如下 ：
(1)、 先筑围堰， 后围堰内吹填软土， 待吹填软土自重沉降到一定程度后打设复式 真空波纹滤管。
(2)、 将复式真空波纹滤管的抽真空软管与抽真空系统连接。
(3)、 完成土工布和密封模铺设。 (4)、 在抽真空前阶段间歇性开启真空泵， 主要目的是抽取软质复式真空管井内的 水， 而不应在吹填土中形成显著的负压区， 以避免在软质复式真空管井周边形成具有密封 性的粘性土颗粒团柱。
(5)、 当加固土体含水量降到液限下 5 ～ 8％时， 持续开启真空泵， 本阶段前期先低 真空， 中后期逐渐高真空， 其目的是尽量减弱复式真空波纹滤管周边形成粘性土颗粒团柱 的现象。
(6)、 持续抽真空当加固达到设计强度时， 抽真空结束。
本实施例的其他工作过程与实施例 1 相同。