專(zhuān)利名稱(chēng)：氣壓劈裂真空預(yù)壓法加固軟土地基操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種地基處理方法，適用于軟土地基的處理，屬于土木工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
真空預(yù)壓加固地基方法最早由瑞典皇家地質(zhì)學(xué)院杰爾曼(W.Kjellman)于1952年提出，1958年美國(guó)費(fèi)城機(jī)場(chǎng)首次采用真空井點(diǎn)降水與砂井相結(jié)合的工法處理飛機(jī)跑道擴(kuò)建工程的地基問(wèn)題，隨后日本、芬蘭、蘇聯(lián)、法國(guó)、美國(guó)、瑞典等地都對(duì)該工法進(jìn)行研究與應(yīng)用，隨著抽真空設(shè)備效率、氣水分離技術(shù)、密封技術(shù)等關(guān)鍵問(wèn)題的解決，形成了一些比較成熟的采用真空預(yù)壓原理加固軟土地基的技術(shù)，并在工程實(shí)踐中得到了廣泛應(yīng)用。我國(guó)早在50年代就開(kāi)始對(duì)該工法的研究，但當(dāng)時(shí)也沒(méi)能使之成功用于現(xiàn)場(chǎng)地基的加固。20世紀(jì)80年代，我國(guó)交通部一航局、天津大學(xué)、南京水利科學(xué)院土工所等單位對(duì)真空預(yù)壓加固軟土地基在施工工藝和設(shè)計(jì)方法等方面做了不少工作，使其在工程應(yīng)用中取得成功，此后該工法得到很大的發(fā)展。從單一的真空預(yù)壓法發(fā)展到真空聯(lián)合堆載、真空聯(lián)合降水等工法，在土木工程、交通運(yùn)輸工程領(lǐng)域軟土地基處理工程中得到了較多應(yīng)用。
工程實(shí)踐表明，真空預(yù)壓技術(shù)雖然是一種經(jīng)濟(jì)有效的軟基處理方法，但存在較大局限性。主要表現(xiàn)在(1)有效加固深度有限。由于豎向排水板的井阻效應(yīng)，真空度(負(fù)壓)沿深度衰減較快，一般有效處理深度為15m左右，對(duì)于深厚軟土地基，深部難以得到有效的加固。(2)真空預(yù)壓法需要較長(zhǎng)的加固時(shí)間。雖然真空預(yù)壓較堆載預(yù)壓在一定程度上加速了地基固結(jié)，但是對(duì)于滲透系數(shù)極小的軟土其固結(jié)速率仍然較慢，往往需要幾個(gè)月的時(shí)間。
產(chǎn)生這些困難的原因主要在于深部真空壓力難以傳遞達(dá)到和土層滲透性太小。為此，本發(fā)明提出采用高壓空氣通過(guò)導(dǎo)氣塑料排水板輸入深部地基內(nèi)部，從內(nèi)部產(chǎn)生擠壓力；同時(shí)通過(guò)氣壓劈裂作用，使深部土體產(chǎn)生劈裂，形成裂隙，迅速增大深部土層的滲透性，并與排水板聯(lián)通，在頂部真空壓力作用下，大大提高排水固結(jié)速率，縮短加固時(shí)間并有效地加固深厚軟基。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種施工方便、操作簡(jiǎn)單，能夠快速有效的加固深厚軟土地基處理的氣壓劈裂真空預(yù)壓法加固軟土地基操作方法。
技術(shù)方案本發(fā)明是分析真空預(yù)壓法加固軟土地基局限性的基礎(chǔ)上，對(duì)該方法進(jìn)行改進(jìn)。所謂氣壓劈裂，一方面是通過(guò)高壓空氣對(duì)周?chē)馏w產(chǎn)生劈裂作用，使土體中形成裂隙，增大軟土的滲透性，從而加速地基的固結(jié)；另一方面，利用高壓空氣對(duì)深部軟土施加擠壓力，從根本上改變引起地基固結(jié)的附加應(yīng)力施加方法，從軟土內(nèi)部施加壓力，克服了常規(guī)的地表外部加壓時(shí)，附加應(yīng)力隨深度衰減過(guò)快的局限性，加大了施加在軟基深部的附加應(yīng)力，從而使深部軟土得到有效的加固。因此氣壓劈裂真空預(yù)壓技術(shù)，是一種加固深厚軟基的有效方法，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
該項(xiàng)發(fā)明主要是將常規(guī)真空預(yù)壓法與氣壓劈裂技術(shù)結(jié)合，形成一種新型的軟基處理技術(shù)。排水板在平面上的布置方法為普通塑料排水板與導(dǎo)氣塑料排水板相間隔橫向布置，相鄰兩排排水板之間的普通塑料排水板與導(dǎo)氣塑料排水板錯(cuò)開(kāi)布置，即普通塑料排水板的左、右、前、后均為導(dǎo)氣塑料排水板，導(dǎo)氣塑料排水板的左、右、前、后均為普通塑料排水板。相鄰的普通塑料排水板在平面上構(gòu)成等邊三角形，相鄰的導(dǎo)氣塑料排水板在平面上也構(gòu)成等邊三角形。
具體施工操作步驟如下1)平整場(chǎng)地基本上做到中間略高、四周稍低；2)打設(shè)塑料排水板在地表鋪設(shè)砂墊層，其厚度為砂墊層設(shè)計(jì)厚度的一半，然后按排水板在平面上的布置方法，間隔打設(shè)導(dǎo)氣塑料排水板和普通塑料排水板，采用排水板插板機(jī)打設(shè)到設(shè)計(jì)深度；3)高壓氣體輸送系統(tǒng)設(shè)置在砂墊層上鋪設(shè)高壓氣體連接管，一端連接導(dǎo)氣塑料排水板中的導(dǎo)氣管，另一端連接高壓氣體輸送管，安裝高壓氣體輸送管的出膜裝置，再鋪設(shè)另一半砂墊層，其厚度為砂墊層設(shè)計(jì)厚度的一半；
4)抽真空系統(tǒng)的設(shè)置在鋪設(shè)的砂墊層中鋪設(shè)抽真空用的主管和濾管，安裝抽真空主管出膜裝置；5)鋪膜密封在待加固區(qū)四周挖密封溝，在砂墊層上鋪膜密封，回填密封溝；連接抽真空主管到抽真空裝置，連接高壓氣體輸送管到空氣壓縮機(jī)；施加高壓氣體啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)，通過(guò)高壓氣體輸送管和導(dǎo)氣塑料排水板中的導(dǎo)氣管將高壓空氣輸入深層軟土；6)抽真空啟動(dòng)抽真空裝置，將密封薄膜下土體中的空氣和水抽出；7)根據(jù)需要進(jìn)行重復(fù)加壓與重復(fù)抽真空；8)施工結(jié)束。
有益效果該工法施工方便、操作簡(jiǎn)單。其優(yōu)點(diǎn)主要有(1)可以大大加大真空預(yù)壓法處理軟基的深度，特別適合于高速公路深厚軟基的處理；(2)高壓氣體的氣壓劈裂在土體中產(chǎn)生大量裂隙，大大增大了土體滲透性，裂隙與塑料排水板聯(lián)通形成立體排水通道，加速地基固結(jié)，有效縮短工期。


圖1為氣壓劈裂真空預(yù)壓法加固軟土地基操作方法排水板平面布置示意圖。
圖2為氣壓劈裂真空預(yù)壓法加固軟土地基操作方法原理圖。
其中有排水板間距a，待加固區(qū)1，普通塑料排水板2，導(dǎo)氣塑料排水板3，噴口噴出的高壓氣體4，空氣壓縮機(jī)5，高壓氣體輸送管6，控制閥門(mén)7，壓力計(jì)8，出膜裝置9，密封薄膜10，抽真空用的主管和濾管11；抽真空連接管12，抽真空裝置13，堤14，密封溝15，砂墊層16。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是在常規(guī)真空預(yù)壓法加固軟土地基的基礎(chǔ)上，結(jié)合氣壓劈裂技術(shù)，形成一種新型的軟基處理技術(shù)。排水板在平面上的布置方法為普通塑料排水板2與導(dǎo)氣塑料排水板3相間隔橫向布置，相鄰兩排排水板之間的普通塑料排水板2與導(dǎo)氣塑料排水板3錯(cuò)開(kāi)布置，即普通塑料排水板2的左、右、前、后均為導(dǎo)氣塑料排水板3，導(dǎo)氣塑料排水板3的左、右、前、后均為普通塑料排水板。相鄰的普通塑料排水板2在平面上構(gòu)成等邊三角形，相鄰的導(dǎo)氣塑料排水板3在平面上也構(gòu)成等邊三角形。
具體施工操作步驟如下1)平整場(chǎng)地對(duì)預(yù)加固的場(chǎng)地進(jìn)行平整，基本上做到中間略高、四周稍低，由中心到四周的坡度1％～2％。
2)打設(shè)塑料排水板在地表鋪設(shè)砂墊層16，其厚度為砂墊層16設(shè)計(jì)厚度的一半，然后按排水板在平面上的布置方法，間隔打設(shè)導(dǎo)氣塑料排水板3和普通塑料排水板2，采用排水板插板機(jī)打設(shè)到設(shè)計(jì)深度。一般情況下，設(shè)計(jì)砂墊層厚度為40～50cm，如果原地面上已先鋪設(shè)了一層土工布(針刺無(wú)紡型，規(guī)格200g/cm2即可)，則設(shè)計(jì)砂墊層16的厚度可以減少到30cm。
3)高壓氣體輸送系統(tǒng)設(shè)置在砂墊層16上鋪設(shè)高壓氣體輸送管6，一端連接導(dǎo)氣塑料排水板3中的導(dǎo)氣管，另一端連接高壓氣體輸送管出膜裝置9，再鋪設(shè)另一半砂墊層16，其厚度為砂墊層16設(shè)計(jì)厚度的一半；出膜裝置9是保證管路系統(tǒng)連續(xù)、通暢，同時(shí)又不使密封薄膜10漏氣的一種裝置，一般采用在高壓氣體輸送管的出口部位聯(lián)結(jié)一個(gè)帶有法蘭盤(pán)的彎曲鋼管，法蘭盤(pán)上焊有4個(gè)固定的螺桿，實(shí)施時(shí)先在密封薄膜10內(nèi)法蘭盤(pán)上放置一個(gè)密封橡膠墊圈，將密封薄膜10穿過(guò)固定的螺桿置于法蘭盤(pán)上，再將密封薄膜10外的墊圈和有4孔的密封薄膜10外法蘭盤(pán)置于膜上，加上螺栓擰緊即可。
4)抽真空系統(tǒng)的設(shè)置在鋪設(shè)的砂墊層16中鋪設(shè)抽真空用的主管和濾管11，安裝主管出膜裝置9。抽真空用的主管和濾管11多采用PVC管，管徑76mm，管壁厚度3.5～4.0mm，要求能承受400kPa的壓力，管端連接采用二通或者四通連接，濾管上的空洞多為圓孔，孔徑10mm，孔距20～40mm，間距40～60mm，排距為40mm。主管出膜裝置9和高壓氣體輸送管出膜裝置9相同。
5)鋪膜密封在待加固區(qū)1四周挖密封溝15，在砂墊層上鋪密封薄膜10，回填密封溝15；在待加固場(chǎng)地外側(cè)安裝抽真空裝置13和空氣壓縮機(jī)5，用抽真空連接管12連接抽真空主管11到抽真空裝置13，連接高壓氣體輸送管6到空氣壓縮機(jī)5；密封溝15深度一般為1.2～1.5m，密封溝15底部寬度大于60cm，密封溝15的回填應(yīng)該采用粘土。
6)施加高壓氣體；啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)5，通過(guò)高壓氣體輸送管6和導(dǎo)氣塑料排水板3中的導(dǎo)氣管將高壓空氣輸入深層軟土中；高壓空氣的壓力大小根據(jù)與加固軟土層的深度確定，應(yīng)保證在深厚軟土層中形成裂隙。
7)抽真空啟動(dòng)抽真空裝置13，將密封薄膜10下土體中的空氣和水抽出；抽真空穩(wěn)定后，密封薄膜10下的真空度應(yīng)該達(dá)到80kPa以上，并且應(yīng)該保證真空度穩(wěn)定性。
8)根據(jù)需要進(jìn)行重復(fù)加壓與重復(fù)抽真空，重復(fù)步驟6和步驟7。
9)施工結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種氣壓劈裂真空預(yù)壓法加固軟土地基操作方法，其特征在于操作步驟如下1)平整場(chǎng)地基本上做到中間略高、四周稍低；2)打設(shè)塑料排水板在地表鋪設(shè)砂墊層，其厚度為砂墊層(16)設(shè)計(jì)厚度的一半，然后按排水板在平面上的布置方法，間隔打設(shè)導(dǎo)氣塑料排水板(3)和普通塑料排水板(2)，采用排水板插板機(jī)打設(shè)到設(shè)計(jì)深度；3)高壓氣體輸送系統(tǒng)設(shè)置在砂墊層(16)上鋪設(shè)高壓氣體輸送管(6)，一端連接導(dǎo)氣塑料排水板(3)中的導(dǎo)氣管，另一端連接高壓氣體輸送管出膜裝置(9)，再鋪設(shè)另一半砂墊層(16)，其厚度為砂墊層(16)設(shè)計(jì)厚度的一半；4)抽真空系統(tǒng)的設(shè)置在鋪設(shè)的砂墊層(16)中鋪設(shè)抽真空用的主管和濾管(11)，安裝抽真空主管出膜裝置(9)；5)鋪膜密封在待加固區(qū)(1)四周挖密封溝(15)，在砂墊層上鋪膜(9)密封，回填密封溝(15)；在待加固場(chǎng)地外側(cè)安裝抽真空裝置(13)和空氣壓縮機(jī)(5)，用抽真空連接管(12)通過(guò)出膜裝置(9)連接抽真空用的主管和濾管(11)到抽真空裝置(13)，連接高壓氣體輸送管(6)到空氣壓縮機(jī)(5)；6)施加高壓氣體啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)(5)，通過(guò)高壓氣體輸送管(6)和導(dǎo)氣塑料排水板(3)中的導(dǎo)氣管將高壓空氣輸入深層軟土中；7)抽真空啟動(dòng)抽真空裝置(13)，將密封薄膜(10)下土體中的空氣和水抽出；8)根據(jù)需要進(jìn)行重復(fù)加壓與重復(fù)抽真空；9)施工結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣壓劈裂真空預(yù)壓法加固軟土地基操作方法，其特征在于排水板在平面上的布置方法為普通塑料排水板(2)與導(dǎo)氣塑料排水板(3)相間隔橫向布置，相鄰兩排排水板之間的普通塑料排水板(2)與導(dǎo)氣塑料排水板(3)錯(cuò)開(kāi)布置，即普通塑料排水板(2)的左、右、前、后均為導(dǎo)氣塑料排水板(3)，導(dǎo)氣塑料排水板(3)的左、右、前、后均為普通塑料排水板(2)，相鄰的普通塑料排水板(2)在平面上構(gòu)成等邊三角形，相鄰的導(dǎo)氣塑料排水板(3)在平面上也構(gòu)成等邊三角形。
全文摘要
氣壓劈裂真空預(yù)壓法加固軟土地基操作方法是一種地基處理方法，適用于軟土地基的處理，其操作步驟如下平整場(chǎng)地基本上做到中間略高、四周稍低；打設(shè)塑料排水板在地表鋪設(shè)砂墊層，然后間隔打設(shè)導(dǎo)氣塑料排水板(3)和普通塑料排水板(2)；高壓氣體輸送系統(tǒng)設(shè)置再鋪設(shè)另一半砂墊層(16)，其厚度為砂墊層(16)設(shè)計(jì)厚度的一半；抽真空系統(tǒng)的設(shè)置；鋪膜密封回填密封溝(15)；施加高壓氣體啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)(5)，通過(guò)高壓氣體輸送管(6)和導(dǎo)氣塑料排水板(3)中的導(dǎo)氣管將高壓空氣輸入深層軟土中；抽真空啟動(dòng)抽真空裝置(13)，將密封薄膜(10)下土體中的空氣和水抽出；根據(jù)需要進(jìn)行重復(fù)加壓與重復(fù)抽真空；施工結(jié)束。
文檔編號(hào)E02D3/10GK1664245SQ20051003864
公開(kāi)日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月1日
發(fā)明者劉松玉, 洪振舜, 章定文 申請(qǐng)人:東南大學(xué)