專利名稱：吹填土地基處理方法及其注氣排水裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種吹填土地基處理技術(shù)，特別涉及一種用于土體固結(jié)的注氣排水裝置，屬 于軟弱地基處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著沿海、沿江城市經(jīng)濟(jì)和基礎(chǔ)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，以及進(jìn)一步的城市發(fā)展規(guī)劃，國內(nèi)一 些港口出現(xiàn)陸域用地不足的情況，將疏浚出來的淤泥用來填海造陸或構(gòu)造碼頭港口的陸域， 這已經(jīng)成為土地開發(fā)的重要手段。比如上海，作為典型的軟土地基地區(qū)，又正值上海的新一 輪城市總體規(guī)劃時(shí)期，至2020年城市化水平將達(dá)到85%，建設(shè)總用地1500km2，長江與東海 沿岸將成為重要的產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶，那么緊張的用地很大程度上依賴于向大海、長江擴(kuò)展陸域， 所以大面積疏浚吹填土地基的處理尤為重要。與吹填土有關(guān)的巖土工程問題越來越突出，核 心問題是吹填土的處理。目前，對(duì)于吹填土地基的加固措施主要有二灰樁法、深層攪拌樁、堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓、 降水預(yù)壓、電滲排水、真空降水聯(lián)合強(qiáng)夯法等方法。但是，由于吹填土地基的土質(zhì)往往很差， 固結(jié)性能不好，直接應(yīng)用真空、電滲等方法降水均難以奏效，使用二灰樁法、深層攪拌樁也 效果不理想，所以應(yīng)用中一般采用大面積堆載預(yù)壓法或者真空預(yù)壓法，但其排水較慢，固結(jié) 時(shí)間需要1 3年。因此，很有必要在吹填過程中對(duì)吹填土進(jìn)行有效的預(yù)加固處理。對(duì)于淤泥質(zhì)的吹填土地基處理，產(chǎn)生這些困難的原因主要在于其透水性太小，土中水難 以排出。為此，本發(fā)明提出采用注氣排水裝置，以砂墊層和盲溝構(gòu)造排水系統(tǒng)，向砂墊層內(nèi) 部注入壓力氣體而強(qiáng)行提高排水系統(tǒng)的排水能力，向吹填土內(nèi)部注入壓力氣體以大幅度提高 土中水滲流的水力坡降而迫使吹填土中的水向排水系統(tǒng)快速移動(dòng)，最終使得整個(gè)吹填土地基 含水量大幅降低，達(dá)到地基處理效果。若注氣排水過程中，結(jié)合傳統(tǒng)的堆載預(yù)壓，則可以進(jìn) 一步提高土體密實(shí)度和地基承載力。對(duì)于含水量較低的吹填土層進(jìn)行強(qiáng)夯，則效果將會(huì)更加輛意o發(fā)明內(nèi)容為解決吹填土的排水困難、地基處理時(shí)間長的問題，本發(fā)明在提出注氣排水方法基礎(chǔ)上， 提供一種能夠加速地基的排水固結(jié)、縮短地基強(qiáng)度增長時(shí)間的吹填土地基處理方法。本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種利用注氣排水裝置的吹填土地基處理方法，其中該處理方法包括1)按常規(guī)方法設(shè)置以砂墊層為排水層的吹填土與砂墊層間隔設(shè)置的多層土體結(jié)構(gòu)，2) 在具有輸水作用的砂墊層中設(shè)置集中排水的盲溝，3) 分別在輸水砂墊層和吹填土層中埋設(shè)與盲溝平行的注氣管，4) 在砂墊層鋪設(shè)和吹填土過程中，同時(shí)通過注氣管向輸水砂墊層和/或吹填土層中注 氣，并清理由盲溝排出的水，5) 反復(fù)多次直至沒有水流流出后結(jié)束地基處理。如上所述的方法，其中具體包括以下步驟1) .平整吹填場地，在至少一個(gè)方向上設(shè)置縱坡；2) .在平行于縱坡方向布置盲溝，接著鋪填輸水砂墊層，并在砂墊層中埋設(shè)平行于盲溝 方向的注氣管，注氣管均勻分布于盲溝中間位置；3) .將吹填土吹填到砂墊層上面，在吹填土達(dá)到50cm以上時(shí)，即可開動(dòng)供氣裝置通過 注氣管向輸水砂墊層注入氣體，注氣與吹填同時(shí)進(jìn)行，并及時(shí)清理盲溝流出的水4) .當(dāng)吹填土厚度達(dá)到設(shè)計(jì)單層厚度一半的時(shí)候，在吹填土上平行于盲溝方向鋪設(shè)注氣 管，接著繼續(xù)吹填至設(shè)計(jì)單層厚度，開動(dòng)供氣裝置通過注氣管向吹填土層注入氣體；5) .重復(fù)步驟2，設(shè)置第二層排水系統(tǒng)和注氣裝置；6) .重復(fù)步驟3、 4，吹填第二層吹填土并在吹填土中埋設(shè)注氣裝置，并進(jìn)行注氣；7) .在所有吹填土層結(jié)束后，各層注氣管繼續(xù)注氣，根據(jù)上覆吹填土體重量調(diào)節(jié)注氣壓 力，直至盲溝沒有水流流出為止；注氣停止一段時(shí)間后再次注氣，直至沒有水流流出； 如此反復(fù)多次至沒有水流流出后結(jié)束地基處理。如上所述的方法，其中吹填土單層厚度為1.5 4.0m，透水性較強(qiáng)的吹填土可取大值。 如上所述的方法，其中設(shè)置的縱坡為單向坡或雙向坡。 如上所述的方法，其中輸水砂墊層的厚度不小于10cm。如上所述的方法，其中所述的盲溝包括以砂石為反濾材料的傳統(tǒng)盲溝、工業(yè)生產(chǎn)的塑料 盲溝或由多根塑料排水板組成的排水通道，盲溝坡度不小于1%，布設(shè)間距為吹填土單層厚度 的10 30倍，對(duì)于強(qiáng)透水性的粗砂墊層取上限。如上所述的方法，其中所述注氣管，在吹填土層中的注氣管布置間距為單層吹填土厚度 的0.5 0.8倍，其材料為硬質(zhì)塑料管，管徑15 30mm，管壁上開有孔徑1. 5 2. 5mm的注氣 孔，孔距為孔徑的30 80倍，并外包濾網(wǎng)。如上所述的方法，其中注氣壓力以不能擊穿上覆吹填土為限，優(yōu)先取注氣管所處位置豎 向土壓力的0.3 1.2倍，注氣過程中逐漸增大壓力值，當(dāng)出水很少時(shí)，即可增大注氣壓力來 強(qiáng)制排水。實(shí)現(xiàn)如上所述方法的注氣排水裝置，包括含有砂墊層和盲溝的排水系統(tǒng)，其中還包括注 氣裝置和注氣管，該注氣裝置向吹填土體注入壓力氣體，強(qiáng)迫土中水通過排水系統(tǒng)排出。該 注氣管平行于盲溝設(shè)置，位于砂墊層中的注氣管布置在盲溝的中間位置，位于吹填土中的注氣管均勻分布于各層吹填土的中間高度位置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明操作簡單、施工方便，具有以下突出優(yōu)點(diǎn)1) .本發(fā)明能夠加速地基的排水固結(jié)，縮短地基強(qiáng)度增長時(shí)間。本發(fā)明所采用的處理方 法，關(guān)鍵在于結(jié)合注氣排水裝置，通過氣體擴(kuò)散作用和氣體壓力作用下的土體劈裂效果，提 高土中水的水力滲透坡降和內(nèi)部土體滲透性能，大大縮短了吹填土中水的排出時(shí)間，而且在 吹填過程中同時(shí)注氣排水，進(jìn)一步縮短了地基處理工期。同時(shí)，本發(fā)明的另一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是， 注氣方式?jīng)Q定了，經(jīng)過處理的大體積、大面積吹填土內(nèi)部的土體含水量很低，這對(duì)地基的承 載力非常有利。2) .本發(fā)明實(shí)施容易。由于本發(fā)明主要的裝置是注氣裝置，其埋設(shè)方便，而且注氣中需 要的氣體量并不大，僅僅需要保持與上覆土體豎向壓力相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定氣壓，所以一般來說，幾 臺(tái)空壓機(jī)就可以滿足要求。同時(shí)，作為排水系統(tǒng)的砂墊層和盲溝，也將成為地基的一部分。3) .本發(fā)明有利于地基的長期強(qiáng)度和有效維護(hù)。由于本發(fā)明中的注氣裝置為注氣管，將 永久留在吹填土地基中，所以其長期的排水作用，必將有利于地基長期保持足夠的地基強(qiáng)度。 同時(shí)，也為將來的地基處理提供了較好的備選方案，如再次注氣排水等方案，可望降低未來 的地基處理成本。


圖1吹填土地基處理新方法的底層排水系統(tǒng)布置(雙向坡)與注氣裝置。 圖2底層排水系統(tǒng)截面圖。圖3吹填土地基處理新方法的操作原理圖。圖4砂墊層中注氣排水原理圖 土體飽和度等值線變化過程。圖5注氣管結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明是在減小土層固結(jié)滲流路徑長度的常規(guī)分層土體填筑方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合注氣排 水裝置，形成一種新型的吹填土地基處理方法。該處理方法不是在吹填土地基形成之后進(jìn)行， 而且在吹填之前做好準(zhǔn)備，邊吹填邊進(jìn)行地基處理，可明顯提高吹填土地基的處理效率，縮短工期。如圖1 5所示其中有l(wèi).吹填場地；2.注氣管；3.輸水砂墊層；4.排水盲溝；5.吹填土； 6.供氣裝置。本發(fā)明中的地基處理系統(tǒng)主要由三部分組成注氣裝置、排水系統(tǒng)和吹填土層(5)。吹填 土單層厚度為1.5 4.0m，透水性較強(qiáng)的吹填土可取大值。排水系統(tǒng)與吹填土層依次間隔鋪 設(shè)(見圖3)，且兩者均含有注氣裝置。吹填之前，需要鋪設(shè)底層排水系統(tǒng)和底層砂墊層中的 注氣裝置，其布置見圖1和圖2。排水系統(tǒng)由砂墊層(3)和盲溝(4)組成，注氣裝置為注氣管 (2)和供氣裝置(6)。吹填過程中，砂墊層的厚度會(huì)受到一定的影響，所以其厚度應(yīng)不小于lOcm。盲溝可以是以砂石為反濾材料的傳統(tǒng)盲溝、工業(yè)生產(chǎn)的塑料盲溝或者由多根塑料排水板組成 的排水通道，盲溝坡度不小于1%,布設(shè)間距為吹填土單層厚度的10 30倍，對(duì)于強(qiáng)透水性 的砂礫石、粗砂墊層可取上限。吹填土層中的注氣管(2)間距，為單層吹填土厚度的0.5 0.8 倍。圖5示意了本發(fā)明中所用注氣管的結(jié)構(gòu)。注氣管材料為硬質(zhì)塑料管，管徑15 30mm，管 壁上開有孔徑1.5 2.5mm的注氣孔，孔距為孔徑的30 80倍，并外包濾網(wǎng)，防止吹填泥土 進(jìn)入管內(nèi)。圖4示意了砂墊層中注氣排水的原理。當(dāng)壓力氣體注入到砂墊層內(nèi)部時(shí)，由于砂墊層上 下為透水性較弱的土層，壓力氣體會(huì)在砂墊層中橫向擴(kuò)散，使得砂土的飽和度逐漸降低，其 飽和度等值線將逐漸遠(yuǎn)離注氣管，從而將土中水逐步趕出土體。同理，當(dāng)壓力氣體注入透水 性較低的吹填土?xí)r，氣體也會(huì)逐漸擴(kuò)散，只是擴(kuò)散速度較為緩慢，如果適當(dāng)增加注氣壓力， 那么吹填土還可能產(chǎn)生劈裂，出現(xiàn)放射狀的微細(xì)裂縫，這將加大吹填土體的透水性，加速吹 填土中的水向砂墊層移動(dòng)，從而達(dá)到吹填土的地基處理效果。本發(fā)明的具體實(shí)施步驟如下-1) .平整吹填場地(l)，在一個(gè)方向上設(shè)置縱坡，可以是單向坡或雙向坡，具體見圖1和圖2;2) .在平行于縱坡方向以設(shè)計(jì)間距布置坡度不小于1%的盲溝(4)，接著鋪填厚度不小于 10cm的輸水砂墊層(3)，并在砂墊層中埋設(shè)平行于盲溝方向的注氣管(2)，注氣管位于盲溝之 間的中間位置，每一根注氣管安裝一個(gè)氣閥，以控制氣體注入；3) .將吹填土(5)吹填到砂墊層上面，在吹填土達(dá)到50cm以上時(shí)，即可開動(dòng)供氣裝置(6) 通過注氣管向輸水砂墊層注入氣體，氣體壓力以不擊穿上覆吹填土為原則，注氣與吹填同時(shí) 進(jìn)行，并及時(shí)清理盲溝流出的水，保持盲溝的排水通暢性；4) .當(dāng)吹填土厚度達(dá)到設(shè)計(jì)單層厚度一半的時(shí)候，在吹填土上以一定間距平行于盲溝方 向鋪設(shè)注氣管，接著繼續(xù)吹填至設(shè)計(jì)單層厚度，開動(dòng)供氣裝置通過注氣管向吹填土層注入氣 體，氣體壓力以不擊穿上覆吹填土為原則；5) .重復(fù)步驟2，設(shè)置第二層排水系統(tǒng)和注氣裝置，由于第一層吹填土在剛剛吹填結(jié)束時(shí)尚未固結(jié)，所以該層砂墊層的鋪設(shè)采用吹填的方式較為合適；6) .重復(fù)步驟3、 4，吹填第二層吹填土并在吹填土中埋設(shè)注氣裝置，并進(jìn)行注氣；7) .如有更多的吹填土層，重復(fù)步驟5、 6;8) .吹填結(jié)束后，各層注氣管繼續(xù)注氣，根據(jù)上覆吹填土體重量調(diào)節(jié)注氣壓力，并保持 氣壓穩(wěn)定，直至盲溝沒有水流流出為止；注氣停止一段時(shí)間后，再次開動(dòng)供氣裝置注氣，直 至盲溝沒有水流流出為止；如此反復(fù)多次后，若無水流流出，則結(jié)束地基處理。如果注氣過程中結(jié)合吹填土堆載預(yù)壓，效果更佳。處理結(jié)束后，可結(jié)合地基強(qiáng)夯處理，進(jìn)一步使地基密 實(shí)。
權(quán)利要求
1、一種利用注氣排水裝置的吹填土地基處理方法，其特征在于該處理方法包括1)按常規(guī)方法設(shè)置以砂墊層為排水層的吹填土與砂墊層間隔設(shè)置的多層土體結(jié)構(gòu)，2)在具有輸水作用的砂墊層中設(shè)置集中排水的盲溝，3)分別在輸水砂墊層和吹填土層中埋設(shè)與盲溝平行的注氣管，4)在砂墊層鋪設(shè)和吹填土過程中，同時(shí)通過注氣管向輸水砂墊層和/或吹填土層中注氣，并清理由盲溝排出的水，5)反復(fù)多次直至沒有水流流出后結(jié)束地基處理。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，特征在于具體包括以下步驟1) .平整吹填場地，在至少一個(gè)方向上設(shè)置縱坡；2) .在平行于縱坡方向布置盲溝，接著鋪填輸水砂墊層，并在砂墊層中埋設(shè)平行于盲溝 方向的注氣管，注氣管均勻分布于盲溝中間位置；3) .將吹填土吹填到砂墊層上面，在吹填土達(dá)到50cm以上時(shí)，即可開動(dòng)供氣裝置通過 注氣管向輸水砂墊層注入氣體，注氣與吹填同時(shí)進(jìn)行，并及時(shí)清理盲溝流出的水；4) .當(dāng)吹填土厚度達(dá)到設(shè)計(jì)單層厚度一半的時(shí)候，在吹填土上平行于盲溝方向鋪設(shè)注氣 管，接著繼續(xù)吹填至設(shè)計(jì)單層厚度，開動(dòng)供氣裝置通過注氣管向吹填土層注入氣體；5) .重復(fù)步驟2，設(shè)置第二層排水系統(tǒng)和注氣裝置；6) .重復(fù)步驟3、 4，吹填第二層吹填土并在吹填土中埋設(shè)注氣裝置，并進(jìn)行注氣；7) .在所有吹填土層結(jié)束后，各層注氣管繼續(xù)注氣，根據(jù)上覆吹填土體重量調(diào)節(jié)注氣壓 力，直至盲溝沒有水流流出為止；注氣停止一段時(shí)間后再次注氣，直至沒有水流流出； 如此反復(fù)多次至沒有水流流出后結(jié)束地基處理。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，特征在于吹填土單層厚度為1.5 4.0m，透水性較強(qiáng) 的吹填土可取大值。
4、 如權(quán)利要求2所述的方法，特征在于步驟1)設(shè)置的縱坡為單向坡或雙向坡。
5、 如權(quán)利要求2所述的方法，特征在于輸水砂墊層的厚度不小于10cm。
6、 如權(quán)利要求2所述的方法，特征在于步驟2)所述的盲溝包括以砂石為反濾材料 的傳統(tǒng)盲溝、工業(yè)生產(chǎn)的塑料盲溝或由多根塑料排水板組成的排水通道，盲溝坡度不小 于1%，布設(shè)間距為吹填土單層厚度的10 30倍，對(duì)于強(qiáng)透水性的粗砂墊層取上限。
7、 如權(quán)利要求2所述的方法，特征在于所述注氣管，在吹填土層中的注氣管布置間 距為單層吹填土厚度的0.5 0.8倍，其材料為硬質(zhì)塑料管，管徑15 30mm，管壁上開 有孔徑1. 5 2. 5mm的注氣孔，孔距為孔徑的30 80倍，并外包濾網(wǎng)。
8、 如權(quán)利要求2所述的方法，特征在于注氣壓力以不能擊穿上覆吹填土為限，優(yōu)先 取注氣管所處位置豎向土壓力的0.3 1.2倍，注氣過程中逐漸增大壓力值，當(dāng)出水很 少時(shí)，即可增大注氣壓力來強(qiáng)制排水。
9、 實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1或2所述方法的注氣排水裝置，包括含有砂墊層和盲溝的排水系 統(tǒng)，其特征在于還包括注氣裝置和注氣管，該注氣裝置向吹填土體注入壓力氣體，強(qiáng)迫 土中水通過排水系統(tǒng)排出，該注氣管平行于盲溝設(shè)置，位于砂墊層中的注氣管布置在盲 溝的中間位置，位于吹填土中的注氣管均勻分布于各層吹填土的中間高度位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及吹填土地基處理方法，包括平整吹填場地，一個(gè)方向上設(shè)置縱坡；在縱坡方向布置盲溝；鋪填輸水砂墊層，并在盲溝之間的中間位置埋設(shè)注氣管；將吹填土吹填到砂墊層上面，在吹填土達(dá)到50cm以上時(shí)，開動(dòng)供氣裝置通過注氣管向輸水砂墊層注入氣體，注氣與吹填同時(shí)進(jìn)行，同時(shí)清理盲溝流出的水；當(dāng)吹填土厚度達(dá)到設(shè)計(jì)單層厚度一半的時(shí)候，在吹填土上鋪設(shè)注氣管，接著吹填至單層厚度，并向吹填土層注入氣體；重復(fù)以上步驟；直至達(dá)到吹填總高度；吹填結(jié)束后，各層注氣管繼續(xù)注氣，直至盲溝沒有水流出為止。若結(jié)合堆載預(yù)壓，則效果更佳。本發(fā)明實(shí)施容易，一邊吹填一邊注氣排水，可大大縮短地基強(qiáng)度增長時(shí)間，且利于地基強(qiáng)度的后期維護(hù)。
文檔編號(hào)E02D3/02GK101225654SQ200810032660
公開日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2008年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月15日
發(fā)明者謝立全 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)