軟弱地基分離注漿預(yù)壓法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種軟弱地基分離注漿預(yù)壓法，其特征在于該方法包括以下工藝步驟：步驟一、快速分離降水；步驟二、建立密封層；步驟三、預(yù)壓加固；步驟四、回填管井。本發(fā)明方法施工步驟簡單，施工周期短，成本低，通過本方法加固處理不但解決了軟弱地基工后沉降大，承載力低的主要問題，通過調(diào)整表層建立的密封層厚以及管井濾孔設(shè)置，不僅可進行淺層4～6m加固處理，而且可進行深層加固處理，其加固層厚達20～30m。
【專利說明】軟弱地基分離注漿預(yù)壓法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種軟弱地基分離注漿預(yù)壓法，適用于對場地不能滿足設(shè)計所需承載力及壓實度的軟弱土體加固處理，通過本方法可快速使土體表層形成真空預(yù)壓所必須的密封層，提高地基承載力，有效消除工后沉降等，屬地基處理【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，沿海地區(qū)多利用吹填的方法圍海造地，即用吹填方法達到建設(shè)所需標(biāo)高，由于新吹填淤泥地況復(fù)雜，且無法上人及機械設(shè)備，常規(guī)吹填后需等待一年或若干年后，在場地形成一個自然的硬殼層后，機械、人員能進入施工的條件下，進行加固處理。由于自然封干的時間太久，影響和制約了沿海地區(qū)的發(fā)展。對該類土的處理，常規(guī)采用“真空預(yù)壓法”或“真空堆載聯(lián)合預(yù)壓法”進行加固處理。即通過在軟弱地基按一定的網(wǎng)格插入塑料排水板，建立垂直排水通道后，通過波紋濾管將各排水板連接后建立水平排水通道，然后在其上鋪設(shè)土工布及密封膜使須加固土體與大氣隔絕密封；在實際施工過程中根據(jù)土質(zhì)情況還需在加固土體周邊打設(shè)密封墻，以確保需加固土體的密封性能，通過抽真空將土體內(nèi)自由水排出，同時又利用膜下真空與大氣壓之間壓差對土體進行壓密加固，因此成本高，時間長，對真空形成的要求高。
[0003]由于新吹填場地，特別是新吹填淤泥，含水量高，承載力低，而采用“真空預(yù)壓”“真空聯(lián)合堆載預(yù)壓”方法后，塑料排水板留存在已加固完成的土體內(nèi)，其排水通道仍然存在，因此其固結(jié)作用仍在繼續(xù)，建設(shè)完成后，在使用荷載發(fā)生時，工后沉降及沉降速率仍在繼續(xù)，造成工后沉降大，不均勻沉降隨使用荷載的不均勻而產(chǎn)生，其時間將延續(xù)2年以上。排水板入土越深，排水板質(zhì)量越好，其工后沉降、不均勻沉降時間越長。究其原因，主要就是塑料排水板形成的排水通道仍在發(fā)生作用造成。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種采用真空管井降水結(jié)合表層灌漿密封技術(shù)或表層壓密技術(shù)，通過真空管井的入土深度，利用表層形成的密封層，結(jié)合下臥層抽真空以形成真空堆載聯(lián)合預(yù)壓的條件，達到軟弱地基加固處理的目的的軟弱地基分離注漿預(yù)壓法。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
一種軟弱地基分離注漿預(yù)壓法，該方法包括以下工藝步驟:
步驟一、快速分離降水
需加固區(qū)域根據(jù)地質(zhì)條件及設(shè)計要求，插入所需深度集成管井，抽真空降水，降低土體含水量；
步驟二、建立密封層
當(dāng)土體經(jīng)真空降水到表層龜裂、土體呈蜂窩狀態(tài)后，通過對表層土體進行注漿，鋪密封膜或壓密方式建立真空預(yù)壓所需的密封層，其目的是為下一步的真空預(yù)壓而將需加固土體與大氣隔絕，以保證需加固土體的真空負壓對土體的壓縮及排水作用，從而達到土體的加固壓實；
步驟三、預(yù)壓加固
上部密封層為堆載層,形成上部載荷,下臥土體通過集成管井抽真空形成60~80KPa真空度的條件下，建立真空預(yù)壓效果，當(dāng)滿足抽真空結(jié)束條件后，進行分級減壓卸載；
步驟四、回填管井
拔除水氣分離控制端，取出管井內(nèi)置潛水泵，利用管井周邊的砂土填入管井內(nèi)，在回填管井時，用插板機振動邊回填邊振實,直到回填到場地平。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
1、實施簡單，適用范圍廣
通過在土體中設(shè)置真空管井降水并建立水氣分離控制，利用對土體淺層注漿施工，建立一定層厚的密封層后通過對下臥層土體的抽真空，使之能滿足所需加固的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)黏土等低滲透性的土層降低土體含水量，達到預(yù)壓密實的目的；
通過水汽分離的方法，在對大面積軟弱地基的加固處理過程中，不僅僅加快土體在加固處理過程中的超靜孔隙水壓力消散，而且適用于滲透系數(shù)K < 0.lm/d的土質(zhì)如淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土等低滲透性的土層，為低滲透性的土質(zhì)加固提供了一種全新的加固處理方法。
[0007]2、施工時間短，速度快，成本低
本發(fā)明與傳統(tǒng)的“真空預(yù)壓”“真空堆載聯(lián)合預(yù)壓相比，其垂直排水通道采用管井建立，且在預(yù)壓結(jié)束后回填管井，因此土體內(nèi)無殘留排水通道，其工后沉降及沉降速率不隨使用荷載的變化而變化，可基本消除工后沉降及沉降速率的影響。
[0008]由于垂直排水通道直徑大，抽真空對周邊土體影響范圍遠比塑料排水影響大，因此對土體的抽水效果明顯；真空預(yù)壓過程中地下水的下降值一般為2~3m，而本發(fā)明的地下水位下降值可達到6~10m以下，真空負壓直接作用于土體壓縮，因此其固結(jié)時間短，加固速度快。
[0009]由于置入土體的管井直徑大影響范圍大及對土體抽真空的效果比塑料排水板明顯，單口管井影響范圍約25m2，而常規(guī)真空預(yù)壓塑料排水板需25根，因此綜合成本低于塑料排水板。
[0010]3、深層降水，效率高，加固效果明顯
該發(fā)明中的真空管井采取水氣分離方式，綜合應(yīng)用了管井水力釋重、真空井點抽真空，水氣分離平衡控制可調(diào)可控的三大原理，快速消散軟弱地基在預(yù)壓過程中產(chǎn)生的超靜孔隙壓力。其加固深度根據(jù)集成管井設(shè)置的深度，達到加固密實的效果，同時為減小工后沉降，提高軟弱地基的承載力奠定了堅實的基礎(chǔ)。
[0011]4、點土成石，節(jié)約石料，適用范圍廣通過水氣分離集成管井抽真空,對土體引導(dǎo)注漿填充,該方法不僅可使軟弱地基承載力成倍增加，由于其加固深度通過集成管井置入深度確定，其加固效果又根據(jù)已形成的表層一定范圍的密封層作為堆載荷載+下臥層真空度來確定，下臥層的有效載荷高于上部土體的載荷，因此經(jīng)此方法加固后，相當(dāng)于對管井入土深度范圍的土體用石料進行換填，其穩(wěn)定性高，同時可節(jié)約大量的水混層所需石料，因此，該方法適用于道路、場地、地下管道等的加固處理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的集成管井(帶有雙排外圍管井)網(wǎng)絡(luò)示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明的集成管井(帶有單排外圍管井)網(wǎng)絡(luò)示意圖。
[0014]圖3為本發(fā)明的水氣分離平衡控制端的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖4為本發(fā)明的帶有加強筋的管井的截面示意圖。
[0016]其中:
控制端安裝管1、蓋板2、排水管3、抽真空管4、潛水泵固定繩穿管5、真空調(diào)節(jié)管6、調(diào)節(jié)閥7、真空表8、尼龍濾網(wǎng)9、加強筋10、粗砂11。

【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明涉及的一種軟弱地基分離注漿預(yù)壓法，該方法包括以下步驟:
步驟一、快速分離降水
在需加固區(qū)域根據(jù)地質(zhì)條件布置水氣分離集成管井(以下簡稱“集成管井”)，采用水氣分離集成管井降水，使水土分離，降低土體含水量。
[0018]1.1、設(shè)置集成管井濾孔
參見圖4,選取內(nèi)徑為250mm,長度為6m的集成管井(可采用鐵管、PVC管、波紋管、砂濾管等)，在集成管井距離管口 2?3m處以下設(shè)置濾孔，濾孔直徑為10mm，濾孔在管壁上按200_等分布置直至管底。集成管井外包裹80目尼龍濾網(wǎng)9兩層。在尼龍濾網(wǎng)9與排水管外壁之間還可以等分設(shè)置豎向布置的多根加強筋10，集成管井外壁與尼龍濾網(wǎng)灌入足夠的粗砂11。
[0019]1.2、水氣分離集成管井的布置
對新吹填淤泥質(zhì)土及含水量高，靈敏度高，承載力低及人員無法進入施工區(qū)域的土質(zhì)，可采用浮船或泡沫板拋置管井的方法直接將管井用人工置入土體內(nèi)，采取帶有加強筋的管井則在置入土體后，在尼龍濾網(wǎng)與集成管井外壁間注入粗砂，以確保管井降水效果；對插管機能進入的施工場地，則用插管機插入管井，并需在孔壁與管井外包裹的尼龍濾網(wǎng)間灌入足夠的粗砂，以保證降水效果。
[0020]參見圖1和圖2，對滲透性差的土質(zhì)，特別是含水量高的淤泥質(zhì)土，在需加固區(qū)域設(shè)置外圍管井，外圍管井布置間距為10m，如遇外圍水源豐富的施工區(qū)域，則需加設(shè)外圍管井，外圍管井可設(shè)置一排或者兩排，外圍管井布置網(wǎng)格為2mX10m，內(nèi)層管井布置網(wǎng)格為5X5m。對于淺層(4~6m)軟弱地基，外圍管井以及內(nèi)層管井的入土深度為6m ;對于深層(6~30m)軟弱地基，外圍管井以及內(nèi)層管井的入土深度為30m，實際應(yīng)用時，可根據(jù)土質(zhì)條件用需加固技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)試驗確定集成管井的布置網(wǎng)格。
[0021]1.3、水氣分離平衡控制端(以下簡稱控制端)布置
參見圖3，集成管井按所確定的網(wǎng)絡(luò)布置完成后，在集成管井口安裝控制端，參見圖3，控制端包括控制端安裝管1，控制端安裝管I的頂部設(shè)置蓋板2，蓋板2上設(shè)置上下貫通布置的排水管3、抽真空管4、電纜線潛水泵固定繩穿管5以及真空調(diào)節(jié)管6，水氣分離調(diào)節(jié)管6上設(shè)置有調(diào)節(jié)閥7，水氣分離調(diào)節(jié)管6的頂部設(shè)置有真空表8。控制端安裝管I的長度為500mm,排水管3伸入控制端安裝管I內(nèi)的長度為300mm。
[0022]控制端安裝管I用鐵管制作，其直徑小于集成管井內(nèi)徑，控制端安裝管I從上端插入集成管井，蓋板2為圓形蓋板，蓋板2的直徑大于集成管井內(nèi)徑，蓋板2擱置于集成管井頂部?？刂贫税惭b管I與集成管井密封連接，密封連接處使用纏繞膜纏繞密封。
[0023]集成管井入土深度根據(jù)土質(zhì)條件及地下水位確定，一般可根據(jù)設(shè)計要求的水位下降值來確定，水位下降值是集成管井深度的2/3，如要求水位下降達到6m，則管井入土深度應(yīng)為9?10m。
[0024]每個集成管井內(nèi)懸空吊置一個潛水泵，潛水泵功率采用0.75?2.2KW，潛水泵通過繩索吊置在集成管井內(nèi)并固定，其固定深度根據(jù)設(shè)計要求的水位降深確定，當(dāng)降深需6m，則潛水泵吊深在6m左右。潛水泵上連接電纜線，電纜線通過潛水泵固定繩穿管引出控制端與外部的電源連接，潛水泵的排水口通過軟管連接排水管3的下端，排水管3的上端也連接軟管，該軟管通至待處理地基表面開挖的明溝內(nèi)，明溝的底部鋪設(shè)防水土工布或者防水薄膜。抽真空管4的上端連接一根抽真空總管，抽真空總管通過外置的真空泵進行抽真空。
[0025]水氣分離集成管井的工作原理:
真空泵進行抽真空，集成管井內(nèi)形成真空壓力，集成管井內(nèi)真空壓力通過真空表8顯示，根據(jù)集成管井內(nèi)水氣混合情況，通過調(diào)節(jié)閥7調(diào)節(jié)集成管井內(nèi)真空壓力，使抽真空效果可調(diào)可控，以達到快速釋放土體在動力加固過程中產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力，使土體在動力加固過程中縮短恢復(fù)時間。
[0026]1.4、集成管井網(wǎng)絡(luò)連接
各集成管井控制端安裝完成后，抽真空管4的上端連接一根抽真空總管，抽真空總管通過外置的真空泵進行抽真空，一般一臺真空泵通過抽真空總管連接5?8個集成管井，其連接方式為，采用直徑500_的PVC管作抽真空總管連接數(shù)個集成管井，由抽真空總管連接真空泵，真空泵的功率為15KW以上，最適宜的是采用往復(fù)式真空泵，因該設(shè)備抽氣功率大，且工作在純抽氣狀態(tài)。
[0027]抽真空總管連接真空泵與集成管井時，則可將借助抽真空總管對集成管井上部定位，用鐵絲綁在集成管井的端口，以確保集成管井垂直。
[0028]1.5、集成管井網(wǎng)絡(luò)連接完成后，則可啟動真空泵，檢查管接口及連接處密封完好后進行抽水試驗，在實際施工時，根據(jù)真空表顯示以及潛水泵排水情況，及時進行調(diào)試，要求真空度達到0.4?0.6MPa，潛水泵正常出水，以確保集成管井的運行正常。
[0029]1.6、經(jīng)試運行正常出水后，對于淺層軟弱地基，約1~2天地下水位即能降至地表5m以下，對于深層軟弱地基，約5~7天地下水位即能降至地表10~15m以下，此時土體內(nèi)自由水急劇下降，經(jīng)真空泵間隙抽真空后,土體內(nèi)部分結(jié)合水被吸出土體而成自由水被排出，土體呈蜂窩狀態(tài)龜裂，為衆(zhòng)液注入通暢創(chuàng)造條件。
[0030]步驟二、建立密封層
對于淺層(4~6m)軟弱地基，建立密封層可采取注漿法及鋪膜法，本例采取注漿法，在淺層預(yù)壓施工實踐中，特別是對人員無法進入的流塑狀土體，經(jīng)淺層真空預(yù)壓后其承載力僅為50KPa，且失敗的較多。因此，采取注漿法建立密封層，不但可增加對下臥土體的預(yù)壓荷載，而且經(jīng)注漿后表層土體其承載力可達到60KPa以上，可大大縮短下臥土體的預(yù)壓時間并提聞其承載力。
[0031]對于淺層(6~30m)軟弱地基，建立密封層可采取注漿法、表層壓實法或鋪膜法，本例采取注漿法，注漿層厚6m。采取注漿法建立密封層，不但可增加對下臥土體的預(yù)壓荷載，而且經(jīng)注漿后表層土體其承載力可達到60KPa以上，可大大縮短下臥土體的預(yù)壓時間并提高其承載力。
[0032]2.1、注漿設(shè)備采用振動鉆機造孔，并直接利用鉆桿注漿，由于前述通過水氣分離集成電路井，在真空抽吸作用下減少了對土體的擾動，鉆桿和土體密實接觸，確保在固定層位注漿漿液擴散均勻。
[0033]2.2、總注漿量計算方式:Q=AXNXa 式中:A—注漿有效范圍
N—土的孔隙率(％) a—通過實際獲得的充填率(％)
2.3、漿液配比
漿液配比根據(jù)加固的技術(shù)及目的確定，對于為了提高地基的承載力或內(nèi)聚力要求，則可使用高強度的漿液，如選用水泥、粉煤灰制成漿液:其配比為:
注漿材料為=42.5#普通硅酸水泥水灰比:0.55?0.60 每立方漿液含有:水泥710Kg 粉煤灰240Kg
水泥、粉煤灰配比在施工過程中可根據(jù)設(shè)計要求及地質(zhì)條件適當(dāng)調(diào)整。
[0034]對于提高土質(zhì)的滲透性能，防止反彈的則可在水泥、粉煤灰中摻入玻璃水制成漿液，其配比為:采用42.5#普通硅酸鹽水泥、粉煤灰和水玻璃混合液(水玻璃模數(shù)為3.0?
3.3)配制。配比在施工過程中可根據(jù)設(shè)計要求及地質(zhì)條件適當(dāng)調(diào)整。
[0035]2.4、注漿技術(shù)要求
施工參數(shù)如下:注漿壓力:0.2?0.5MPa 注衆(zhòng)泵排量:15?20升/分每立方土體注入量:160?200升
2.5、注漿孔的設(shè)置及注漿試驗:
在注漿前，需根據(jù)設(shè)計要求及土質(zhì)條件，先進行I?2個孔進行注漿試驗，通過注漿試驗，確定每孔注漿漿液延伸的距離及時間，以及每孔內(nèi)每段注漿時間及注漿量。
[0036]注漿孔設(shè)置在兩個相鄰集成管井中間，注漿順序根據(jù)加固目的確定，如需在加固的同時抬高地基，則由外向內(nèi)注漿；如僅為加固地基則可采取由內(nèi)向外注漿的方法進行。
[0037]2.6、注漿質(zhì)量控制:
注漿壓力控制在0.3?0.5MPa，流量8~10L/min，鄰孔注漿間隔不宜大于24h，以免漿液凝固，注漿時應(yīng)根據(jù)壓力和注漿速度及時調(diào)整注漿量，在沒有壓力或壓力較小的情況下，可適當(dāng)增加注漿量；壓力過高或發(fā)生冒漿時，應(yīng)當(dāng)立即停注，等待查明原因后方可繼續(xù)注漿。
[0038]當(dāng)發(fā)現(xiàn)水氣分離集成管井內(nèi)置潛水泵排出渾水，說明漿液已到達管井周邊，應(yīng)立即停止該集成管井運行。
[0039]在實際施工過程中，對龜裂土的處理需認真對待，當(dāng)發(fā)現(xiàn)裂縫冒漿時，則需先將裂縫處補填漿液，2~3天后等漿液凝固后再行注漿，以保證漿脈對土體孔隙的填充作用；隨著需加固土體在注漿過程中會產(chǎn)生抬高現(xiàn)象，可根據(jù)場地標(biāo)高要求，通過注漿孔每段漿液的注入量控制場地高程。
[0040]步驟三、預(yù)壓加固
3.1、注漿結(jié)束2~7天后，在集成管井端口連接水氣分離控制端，控制端連接真空泵，進行抽真空，真空度穩(wěn)定在60?80KPa/m3;與此同時，在土體表層設(shè)立沉降標(biāo)，每天測量在預(yù)壓加固期土體的沉降量。
[0041]3.2、抽真空結(jié)束標(biāo)準:實測地面沉降速率10天平均沉降量小于或等于2mm/天；根據(jù)實測沉降推算的固結(jié)度達到設(shè)計要求的85%以上時。
[0042]3.3、當(dāng)滿足抽真空結(jié)束條件后，方可進行卸載，卸載應(yīng)分級進行，即通過水氣分離集成管井控制端上的真空度調(diào)節(jié)閥，進行分級減壓。
[0043]對于淺層軟弱地基，通過形成的“密封層”和插入深度達6m的水氣分離管井進行抽真空，此時上部注漿層在作為密封層的同時，對Im以下土體抽真空的條件下又作為堆載層，形成10~16KPa的載荷，在Im以下通過80KPa的抽真空，軟弱地基在上部載荷及下部抽真空的條件下，相當(dāng)于載荷90KPa以上，達到了堆載聯(lián)合真空預(yù)壓效果。
[0044]對于深層軟弱地基，通過形成的6m “注漿密封層”和插入深度達30m的水氣分離管井進行抽真空，此時上部注漿層在作為密封層的同時，對6m以下土體抽真空的條件下又作為堆載層，形成90~100KPa的載荷，在6m以下通過80KPa的抽真空，軟弱地基在上部載荷及下部抽真空的條件下，相當(dāng)于載荷170~180KPa以上，達到了真空聯(lián)合堆載預(yù)壓效果。
[0045]步驟四、回填管井
4.1、拔除水氣分離控制端，取出管井內(nèi)置潛水泵，利用管井周邊的砂土填入管井內(nèi)，在回填管井的同時，用插板機振動邊回填邊振實，直到回填到場地平?；靥钸^程采取分層回填，逐級搗實。
[0046]4.2、實際施工過程中還可根據(jù)建設(shè)需要，留置土建工程所需的管井，以備在基坑開挖時使用，這樣，又可為建設(shè)方節(jié)約建設(shè)費用。
[0047]在本方法實施過程，輔以信息化監(jiān)測，特別是水氣分離過程中地下水位、滿足不同土層的水氣分離平衡真空度以及預(yù)壓過程中的沉降量以及水平、側(cè)向位移、孔隙水壓力消散的監(jiān)測等，通過這些在實施過程所反應(yīng)出的信息，為軟弱地基分離注漿預(yù)壓法提供工藝調(diào)整。
【權(quán)利要求】
1.一種軟弱地基分離注漿預(yù)壓法，其特征在于該方法包括以下工藝步驟: 步驟一、快速分離降水 需加固區(qū)域根據(jù)地質(zhì)條件及設(shè)計要求，插入所需深度集成管井，抽真空降水，降低土體含水量； 步驟二、建立密封層 當(dāng)土體經(jīng)真空降水到表層龜裂、土體呈蜂窩狀態(tài)后，通過對表層土體進行注漿，鋪密封膜或壓密方式建立真空預(yù)壓所需的密封層，其目的是為下一步的真空預(yù)壓而將需加固土體與大氣隔絕，以保證需加固土體的真空負壓對土體的壓縮及排水作用，從而達到土體的加固壓實； 步驟三、預(yù)壓加固 上部密封層為堆載層,形成上部載荷,下臥土體通過集成管井抽真空形成60~80KPa真空度的條件下，建立真空預(yù)壓效果，當(dāng)滿足抽真空結(jié)束條件后，進行分級減壓卸載； 步驟四、回填管井 拔除水氣分離控制端，取出管井內(nèi)置潛水泵，利用管井周邊的砂土填入管井內(nèi)，在回填管井時，用插板機振動邊回填邊振實,直到回填到場地平。
【文檔編號】E02D3/12GK104480928SQ201410631518
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】葉吉, 葉凝雯 申請人:葉吉, 葉凝雯