專利名稱：一種增溫型真空預(yù)壓法加固軟土地基方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、吹填土等飽和粘性土地基的加固處理方法，尤其是涉及一種用于加固軟土地基的增溫型真空預(yù)壓法。
背景技術(shù)：
真空預(yù)壓法是在需要加固的軟土地基表面先鋪設(shè)砂墊層，然后插設(shè)豎向排水通道，再利用不透氣的密封膜使加固區(qū)與大氣隔絕，最后通過專門設(shè)備抽真空，在加固區(qū)地基中形成負(fù)壓條件，在內(nèi)外壓力差作用下，地基土發(fā)生排水固結(jié)，有效應(yīng)力增加，強(qiáng)度提高的過程。該工法最早由瑞典皇家地質(zhì)學(xué)院w.Kjellmam教授于1952年提出，隨后很多國家相繼進(jìn)行了探索和研究。上世紀(jì)80年代，我國在真空預(yù)壓法施工技術(shù)領(lǐng)域取得突破，解決了密封系統(tǒng)和連續(xù)抽真空裝置等一系列技術(shù)難題。此后，真空預(yù)壓法廣泛應(yīng)用于處理大面積深厚軟弱土地基，并取得了較為滿意的效果。然而，真空預(yù)壓法還存在一系列不足之處:①能達(dá)到的最大預(yù)壓荷載較小，一般在SOkPa左右，沉降消除能力有限；②真空預(yù)壓法處理工期較長，滿載期一般可達(dá)3個(gè)月甚至更長；③在靠近處理邊界處加固效果相對較差，不均勻沉降明顯；④在抽真空后期，次固結(jié)沉降明顯，工后沉降較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種快速、更大程度消除深厚軟土地基沉降的增溫型真空預(yù)壓法加固軟土地基方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種加固軟土地基的增溫型真空預(yù)壓法，其特征在于，該方法在常規(guī)真空預(yù)壓法基礎(chǔ)上，引入地基加熱系統(tǒng)，在加固期一段時(shí)間內(nèi)將加固區(qū)膜下真空壓力和淺層軟土的溫度分別維持在SOkPa和62°C以上，使地基土孔隙水迅速汽化，并被抽真空設(shè)備抽出，地基發(fā)生沉降。所述的方法具體包括以下步驟:I)在場地表面鋪設(shè)砂墊層:在場地表面鋪設(shè)水平排水墊層，厚度為0.4m 0.6m,砂墊層鋪設(shè)后壓實(shí)，干密度> 15kN/m3 ；2)插設(shè)塑料排水板和密封帷幕施工:在場地插設(shè)塑料排水板，建立豎直方向的排水系統(tǒng)，同時(shí)在加固區(qū)邊界打設(shè)黏土攪拌樁形成密封帷幕；3)敷設(shè)真空預(yù)壓處理管網(wǎng):在砂墊層中下部埋置真空預(yù)壓處理管網(wǎng)，所述的真空預(yù)壓處理管網(wǎng)包括真空泵、主干管和支濾管，所述的主干管和支濾管分別連接真空泵和塑料排水板；4)敷設(shè)密封膜:在加固區(qū)敷設(shè)密封膜，密封膜延伸至密封帷幕，密封膜上下均敷設(shè)一層土工布；5)布設(shè)電加熱棒:剪開密封膜，在地基中預(yù)成孔至設(shè)計(jì)深度，再放置電加熱棒并回填土和砂，最后在電加熱棒導(dǎo)線出膜處密封，多個(gè)電加熱棒按正方形或梅花形布設(shè)；6)埋設(shè)監(jiān)測設(shè)備:在地基中埋設(shè)沉降板、分層沉降標(biāo)、真空壓力表以及溫度傳感器；7)抽真空與監(jiān)測:采用射流泵作為抽真空設(shè)備，將多個(gè)射流泵均勻布置在加固區(qū)四周，單個(gè)射流泵的控制面積為900m2 IlOOm2 ；開啟抽真空設(shè)備和監(jiān)測設(shè)備，對地基進(jìn)行真空預(yù)壓，使地基中形成SOkPa的真空負(fù)壓，再開啟電加熱棒，對地基進(jìn)行增溫真空預(yù)壓，使加固區(qū)膜下真空壓力大于或等于80kPa，淺層軟土的溫度大于或等于62°C，直至地基沉降滿足設(shè)計(jì)要求或沉降速率滿足卸載指標(biāo)。步驟(I)所述的水平排水墊層采用含泥量< 5%的中砂或粗砂，砂料的滲透系數(shù)^ 5 X103cm/s ；步驟(2)所述的豎直方向的排水系統(tǒng)采用塑料排水板呈梅花形或正方形布置，相鄰塑料排水板間距為0.7m 1.3m，插設(shè)深度為打穿加固土層；所述的黏土攪拌樁嵌入軟土層，墻體厚度彡1.2m，拌合后墻體的黏粒含量> 15%，滲透系數(shù)< lX10_5cm/s ；步驟(3)所述的主干管為PVC管，主干管與真空泵之間設(shè)有截止閥、止回閥和真空表，所述的支濾管為軟式透水管，管間節(jié)點(diǎn)采用膠管連接，連接口采用鉛絲擰緊；步驟(4)所述的密封膜采用2 3層聚乙烯或聚氯乙烯薄膜。所述的增溫真空預(yù)壓通過地基溫度測點(diǎn)對地基溫度進(jìn)行監(jiān)控，所述的地基溫度測點(diǎn)設(shè)置在兩相鄰電加熱棒的中間位置，其深度與電加熱棒相同。本發(fā)明的原理是:根據(jù)熱力學(xué)原理，水的沸點(diǎn)與大氣壓力有關(guān)，氣壓越低，水的沸點(diǎn)越低。在SOkPa真空 壓力下，水的沸點(diǎn)降低到約62°C。因此，利用真空預(yù)壓法在地基中形成的約SOkPa的真空負(fù)壓條件，采用加熱設(shè)備將地基溫度升高至該氣壓下水的沸點(diǎn)溫度，使地基土孔隙中的自由水迅速汽化，并被射流泵抽出加固區(qū)，地基發(fā)生沉降，達(dá)到縮短工期、提高加固效果、減小工后沉降和提高地基承載力目的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):(I)本發(fā)明在常規(guī)真空預(yù)壓法的基礎(chǔ)上，通過電加熱設(shè)備，在抽真空中后期將地基加熱至62°C以上，進(jìn)一步加速地基土孔隙水的排水，縮短工期，更大程度上預(yù)先消除沉降，提聞地基承載力；(2)孔隙水汽化會使地下水位不斷下降，在軟土層中形成非飽和帶，在此范圍內(nèi)的土體從浮重度變?yōu)闈裰囟刃纬筛郊雍奢d，可進(jìn)一步提高加固效果；(3)由于土體孔隙中的水在沸點(diǎn)溫度以上會迅速發(fā)生汽化，相比滲流固結(jié)，水汽擴(kuò)散速度更快，土體壓密程度更高，因此本發(fā)明方法特別適用于處理低滲透性地基。


圖1為本發(fā)明處理斷面示意圖。圖中:1_軟土層；2_砂墊層；3-塑料排水板；4_電加熱棒；5-真空預(yù)壓處理管網(wǎng)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)施例一種加固軟土地基的增溫型真空預(yù)壓法，該方法在常規(guī)真空預(yù)壓法基礎(chǔ)上，引入地基加熱系統(tǒng)，在加固期一段時(shí)間內(nèi)將加固區(qū)膜下真空壓力和淺層軟土的溫度分別維持在SOkPa和62°C以上，使地基土孔隙水迅速汽化，并被抽真空設(shè)備抽出，地基發(fā)生沉降。所述的地基加熱系統(tǒng)采用“點(diǎn)加熱”的方式，具體是在地基中插設(shè)電加熱棒，插設(shè)深度要求電加熱棒進(jìn)入軟土層一定深度，其平面布置可采用梅花形或正方形均勻布設(shè)，間距應(yīng)根據(jù)地基土的導(dǎo)熱性、電加熱棒額定功率等條件確定。夏季施工時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整電加熱棒的平面布置或開啟數(shù)量，以減少地基加熱系統(tǒng)的能源消耗。在經(jīng)驗(yàn)不足的情況下，可先選擇試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)，分析其加固效果，優(yōu)化原設(shè)計(jì)方案和指導(dǎo)后續(xù)施工。本發(fā)明的整個(gè)加固過程可分為真空預(yù)壓和增溫真空預(yù)壓兩個(gè)階段。在抽真空初期，射流泵抽出物主要為液態(tài)水，地基沉降速率較大，無需對地基進(jìn)行加熱；在抽真空中后期，滲流泵抽出物為水、汽混合物，地基沉降速率降低，開啟地基加熱系統(tǒng)，維持加固區(qū)淺層地基土溫度62°C以上至地基沉降滿足設(shè)計(jì)要求或沉降速率滿足卸載指標(biāo)。在增溫型真空預(yù)壓處理過程中，應(yīng)對地基溫度進(jìn)行監(jiān)控。地基溫度測點(diǎn)布置在兩相鄰電加熱棒的中間位置，深度與電加熱棒相同。地基土孔隙水汽化所需的溫度條件與真空壓力密切聯(lián)系。因此，在開啟地基加熱系統(tǒng)后，膜下真空壓力必須保證在SOkPa以上。本發(fā)明在常規(guī)真空預(yù)壓法基礎(chǔ)上，引入了地基加熱系統(tǒng)。整個(gè)加固體系由如下五個(gè)部分構(gòu)成:①密封系統(tǒng):加固區(qū)表面覆有密封膜使其與大氣隔絕；當(dāng)存在粉土、砂土等透水透氣層時(shí)，應(yīng)沿加固區(qū)邊界設(shè)置黏土攪拌樁帷幕。②排水系統(tǒng):包·括豎向排水系統(tǒng)和水平向排水系統(tǒng),前者一般采用塑料排水板、砂井等豎向排水體，后者為排水砂墊層以及真空管網(wǎng)。③加載系統(tǒng):由抽真空設(shè)備將加固區(qū)水、汽連續(xù)抽出，形成負(fù)壓荷載。④地基加熱系統(tǒng):可采用電加熱棒對地基進(jìn)行加熱。⑤監(jiān)測系統(tǒng):主要包括地基沉降監(jiān)測、真空壓力監(jiān)測、溫度監(jiān)測等。如圖1所示，本發(fā)明的主要施工步驟如下:①場地平整清理現(xiàn)場耕植土、殘根、塊石、建筑垃圾及任何在施工過程中遇到的障礙物并運(yùn)出施工場地。②鋪設(shè)砂墊層在場地軟土層I表面鋪設(shè)水平排水墊層即砂墊層2，水平排水墊層采用含泥量 5%的中砂或粗砂,厚度一般為0.4m 0.6m,砂料的滲透系數(shù)彡5 X l(T3cm/s,砂墊層鋪
設(shè)后壓實(shí)，干密度> 15kN/m3。③插設(shè)塑料排水板和密封帷幕施工在場地插設(shè)塑料排水板3，建立豎直方向的排水系統(tǒng)，同時(shí)在加固區(qū)邊界打設(shè)黏土攪拌樁形成密封帷幕；豎向排水通道通常采用預(yù)制塑料排水板，呈梅花形或正方形布置，間距一般為0.7m 1.3m，插設(shè)深度一般要求打穿加固土層。當(dāng)加固區(qū)邊界透水透氣層較深時(shí)，應(yīng)沿邊界打設(shè)黏土攪拌樁形成密封帷幕，其施工過程可與塑料排水板插設(shè)同時(shí)進(jìn)行。黏土攪拌樁要求嵌入軟土層一定深度，墻體厚度彡1.2m，拌合后墻體的黏粒含量應(yīng)> 15%，滲透系數(shù)< lX10_5cm/s。④敷設(shè)真空預(yù)壓處理管網(wǎng)在砂墊層中下部埋置真空預(yù)壓處理管網(wǎng)5，真空預(yù)壓處理管網(wǎng)包括主干管和支濾管，埋置于排水砂墊層2中下部。主干管一般采用PVC管加工而成，與真空泵連接段應(yīng)設(shè)置截止閥、止回閥和真空表；支濾管一般采用軟式透水管，管間節(jié)點(diǎn)采用膠管連接以適應(yīng)地基沉降，連接口采用鉛絲擰緊。⑤鋪設(shè)密封膜在加固區(qū)敷設(shè)密封膜，密封膜延伸至密封帷幕，密封膜宜采用2 3層聚乙烯或聚氯乙烯薄膜，單層密封膜的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足抗拉強(qiáng)度、直角撕裂強(qiáng)度、伸長率等要求。為保護(hù)密封膜，在密封膜上下一般都需要鋪設(shè)一層土工布。⑥布設(shè)電加熱棒考慮到施工和加固期內(nèi)電加熱棒檢修的便利，電加熱棒布設(shè)是在鋪膜完成后實(shí)施。其操作過程為:剪開密封膜后，利用洛陽鏟等設(shè)備在地基中預(yù)成孔至設(shè)計(jì)深度，再放置電加熱棒并回填土和砂，最后在電加熱棒導(dǎo)線出膜處采取有效的密封措施。電加熱棒按一定間距進(jìn)行正方形或梅花形布置，并嵌入設(shè)計(jì)深度。電加熱棒導(dǎo)線出膜處需采取有效的密封措施，確保不漏氣。⑦埋設(shè)監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測設(shè)備主要包括沉降板、分層沉降標(biāo)、真空壓力表以及溫度傳感器等。監(jiān)測設(shè)備的埋設(shè)需在開始抽真空前2 3天完成，并獲得初始讀數(shù)。⑧抽真空與監(jiān)測抽真空設(shè)備通常采用射流泵，多個(gè)射流泵均勻布置在加固區(qū)四周，單個(gè)射流泵的控制面積一般為900m2 1100m2。射流泵的技術(shù)指標(biāo)要求為單機(jī)功率不小于7.5kff ;進(jìn)氣口封閉狀態(tài)下，抽真空壓力不小于96kPa。施工后期抽真空設(shè)備開啟數(shù)量應(yīng)超過總數(shù)的80%。開啟抽真空設(shè)備和監(jiān)測設(shè)備，對地基進(jìn)行真空預(yù)壓，使地基中形成SOkPa的真空負(fù)壓，再開啟電加熱棒，對地基進(jìn)行增溫真空預(yù)壓，使加固區(qū)膜下真空壓力大于或等于80kPa，淺層軟土的溫度大于或等于62°C，直至地基沉降滿足設(shè)計(jì)要求或沉降速率滿足卸載指標(biāo)。
權(quán)利要求
1.一種增溫型真空預(yù)壓法加固軟土地基方法，其特征在于，該方法在常規(guī)真空預(yù)壓法基礎(chǔ)上，引入地基加熱系統(tǒng)，在加固期一段時(shí)間內(nèi)將加固區(qū)膜下真空壓力和淺層軟土的溫度分別維持在80kPa和62°C以上，使地基土孔隙水迅速汽化，并被抽真空設(shè)備抽出，地基發(fā)生沉降。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種增溫型真空預(yù)壓法加固軟土地基方法，其特征在于，所述的方法具體包括以下步驟 1)在場地表面鋪設(shè)砂墊層在場地表面鋪設(shè)水平排水墊層，厚度為O.4m O. 6m,砂墊層鋪設(shè)后壓實(shí)，干密度> 15kN/m3 ； 2)插設(shè)塑料排水板和密封帷幕施工在場地插設(shè)塑料排水板，建立豎直方向的排水系統(tǒng)，同時(shí)在加固區(qū)邊界打設(shè)黏土攪拌樁形成密封帷幕； 3)敷設(shè)真空預(yù)壓處理管網(wǎng)在砂墊層中下部埋置真空預(yù)壓處理管網(wǎng)，所述的真空預(yù)壓處理管網(wǎng)包括真空泵、主干管和支濾管，所述的主干管和支濾管分別連接真空泵和塑料排水板； 4)敷設(shè)密封膜在加固區(qū)敷設(shè)密封膜，密封膜延伸至密封帷幕，密封膜上下均敷設(shè)一層土工布； 5)布設(shè)電加熱棒剪開密封膜，在地基中預(yù)成孔至設(shè)計(jì)深度，再放置電加熱棒并回填土和砂，最后在電加熱棒導(dǎo)線出膜處密封，多個(gè)電加熱棒按正方形或梅花形布設(shè)； 6)埋設(shè)監(jiān)測設(shè)備在地基中埋設(shè)沉降板、分層沉降標(biāo)、真空壓力表以及溫度傳感器； 7)抽真空與監(jiān)測采用射流泵作為抽真空設(shè)備，將多個(gè)射流泵均勻布置在加固區(qū)四周，單個(gè)射流泵的控制面積為900m2 IlOOm2 ； 開啟抽真空設(shè)備和監(jiān)測設(shè)備，對地基進(jìn)行真空預(yù)壓，使地基中形成SOkPa的真空負(fù)壓，再開啟電加熱棒，對地基進(jìn)行增溫真空預(yù)壓，使加固區(qū)膜下真空壓力大于或等于80kPa，淺層軟土的溫度大于或等于62°C，直至地基沉降滿足設(shè)計(jì)要求或沉降速率滿足卸載指標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種增溫型真空預(yù)壓法加固軟土地基方法，其特征在于，步驟(I)所述的水平排水墊層采用含泥量< 5%的中砂或粗砂，砂料的滲透系數(shù)>5X10 3cm/s ； 步驟(2)所述的豎直方向的排水系統(tǒng)采用塑料排水板呈梅花形或正方形布置，相鄰塑料排水板間距為O. 7m I. 3m，插設(shè)深度為打穿加固土層；所述的黏土攪拌樁嵌入軟土層，墻體厚度≥I. 2m，拌合后墻體的黏粒含量> 15%，滲透系數(shù)< lX10_5cm/s ； 步驟(3)所述的主干管為PVC管，主干管與真空泵之間設(shè)有截止閥、止回閥和真空表，所述的支濾管為軟式透水管，管間節(jié)點(diǎn)采用膠管連接，連接口采用鉛絲擰緊； 步驟(4)所述的密封膜采用2 3層聚乙烯或聚氯乙烯薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種增溫型真空預(yù)壓法加固軟土地基方法，其特征在于，所述的增溫真空預(yù)壓通過地基溫度測點(diǎn)對地基溫度進(jìn)行監(jiān)控，所述的地基溫度測點(diǎn)設(shè)置在兩相鄰電加熱棒的中間位置，其深度與電加熱棒相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種增溫型真空預(yù)壓法加固軟土地基方法，該方法在常規(guī)真空預(yù)壓法基礎(chǔ)上，引入地基加熱系統(tǒng)，在加固期一段時(shí)間內(nèi)將加固區(qū)膜下真空壓力和淺層軟土的溫度分別維持在80kPa和62℃以上，使地基土孔隙水迅速汽化，并被抽真空設(shè)備抽出，地基發(fā)生沉降。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有縮短工期、提高加固效果、減小工后沉降和提高地基承載力等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號E02D3/11GK103255761SQ20121003498
公開日2013年8月21日 申請日期2012年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月16日
發(fā)明者葉觀寶, 安新 申請人:同濟(jì)大學(xué)