專利名稱：振動增壓快速固結(jié)軟地基處理的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種沿海沿河沿江沿湖飽和軟土地基處理工法，特別是將采用振沖法擾動土體產(chǎn)生的正孔隙水壓力與真空抽水所產(chǎn)生的負(fù)壓力相結(jié)合，同步多遍地在短時間產(chǎn)生較高的動水力遞度(振動增壓)作用下進(jìn)行排水，使土體快速固結(jié)、提高承載力和減小工后沉降的一種軟地基處理工法，屬于巖土工程中軟土地基處理技術(shù)領(lǐng)域。具體地說，是一種振動增壓快速固結(jié)軟地基處理的方法。
背景技術(shù)：
1、軟地基處理有廣闊的應(yīng)用前景隨著城市可資利用土地的減少以及人們環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)，近年來人們在沿海、河、江邊軟地基工程日益增多(例如曹妃甸首鋼搬遷工程、深圳機(jī)場擴(kuò)建、上海南匯區(qū)臨港新城、上海長興島造船基地等等都是在軟基上進(jìn)行建構(gòu)造物的修建)。大部分軟土通常含水量、壓縮性很高、滲透性很差，必須經(jīng)過處理才能滿足使用要求，就目前土地資源緊缺及國家有關(guān)圍海造地規(guī)劃來看，這類工程日后還會大量增加，因而軟地基處理有著廣闊的應(yīng)用前景。
2、傳統(tǒng)地基處理方法的不足目前軟土常用的處理方法主要有排水固結(jié)法、換土墊層法、碾壓及夯實法、置換及拌入法等，這些方法都有各自的適用范圍，排水固結(jié)法適用于除了滲透性能極差的泥炭土外的幾乎大部分軟地基，主要包括堆載預(yù)壓法和真空預(yù)壓法，堆載預(yù)壓法是指在場地臨時堆填土石等，對地基處理加載預(yù)壓，使地基沉降量能夠提前完成，并通過地基土固結(jié)提高地基承載力，達(dá)到要求后再卸去預(yù)壓荷載，該方法有三點不足其一需要附近有大量土石方，造價比較高；其二堆載高度過大會帶來邊坡穩(wěn)定性問題；其三工期較長。真空預(yù)壓法是在擬處理地基上鋪設(shè)砂墊層，并設(shè)置豎向排水通道(塑料排水板或砂井)，然后再用薄膜密封砂墊層，用真空泵對砂墊層及豎向排水通道進(jìn)行抽氣，使薄膜下真空度降低，同時在大氣壓力作用下加速地基固結(jié)，達(dá)到要求后停止抽氣，該方法的不足之處為其一處理地基承載力有限，一般80kPa左右；其二工期較長。換土墊層法是將地基中的軟弱土挖去，而換填為強(qiáng)度高、密度大的砂、碎石或灰土等，該方法比較適合局部少量的軟基處理，大面積、較深的軟基處理經(jīng)濟(jì)不合理，而且浪費(fèi)工期。碾壓及夯實法是采用一定的機(jī)械設(shè)備，將地基土壓實，同時提高強(qiáng)度的一種方法，該方法的優(yōu)點是施工工期短，強(qiáng)度提高明顯，但是一般只適用于無粘性土、雜填土、非飽和粘性土等，對于含水量高、強(qiáng)度極低的軟土不太適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種處理后沉降小，且具有處理工期短、效果好和造價較低等優(yōu)點，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的應(yīng)用前景的振動增壓快速固結(jié)軟地基處理的方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種振動增壓快速固結(jié)軟地基處理的方法，其特征是首先按所需要間距和深度布置井點在待處理地層中進(jìn)行真空抽水，形成真空負(fù)壓；當(dāng)再在地層中按所需間距和深度進(jìn)行振沖增壓，形成正壓；真空抽水與振動同步一遍以上，并使負(fù)壓區(qū)和正壓區(qū)迭加，并在二者之間形成較高的動水力梯度，最終完成軟弱土體在短時間內(nèi)的快速固結(jié)。
本發(fā)明中所述的真空抽水形成負(fù)壓，是在地層中按一定間距插入一定深度的真空管，地表通過水平排水通道相連接，用真空泵帶動強(qiáng)力抽真空，每根真空管相當(dāng)于一個負(fù)壓源，使負(fù)壓向周圍地層輻射，形成圓柱狀負(fù)壓區(qū)，中心負(fù)壓最低，逐漸向周圍遞減。真空管長度、間距、濾網(wǎng)長度、真空度、真空抽水時間以及振沖點間距、深度、振動力、振動頻率和振動次數(shù)等參數(shù)通過計算確定。當(dāng)維持真空抽水系統(tǒng)到地層中擬處理土體含水量達(dá)到或盡可能接近其最大吸附結(jié)合水界限含水量時，在兩排真空管之間將振沖器下入到擬處理地層處進(jìn)行升降振動，增加該處的超孔隙水壓力即每個振沖器周圍土體相當(dāng)于一個正壓源，該正壓源向周圍地層輻射，形成圓環(huán)狀正壓區(qū)，離開振沖器向周圍逐漸遞減。以真空管為中心的負(fù)壓區(qū)和以振沖器為中心的正壓區(qū)迭加并在二者之間形成較高的動水力梯度。真空井點抽水與振沖兩道工序相結(jié)合同步一遍或多遍，在地層中反復(fù)形成較高的動水力梯度，在動水力梯度的作用下不斷降低土體含水量、提高固結(jié)度和強(qiáng)度，直至達(dá)到設(shè)計要求。振動增壓是插入擬處理地層處深層≥6m或淺層＜6m，與真空負(fù)壓迭加直接加載使土體發(fā)生快速固結(jié)。
本發(fā)明的有益效果為與真空預(yù)壓法相比工期短；造價低；無需鋪設(shè)密封膜；可處理滲透性更差的軟土。與堆載預(yù)壓法相比無需填料；造價低；工期短。與強(qiáng)夯法相比不僅可處理砂土、粉土，還可以處理飽和軟土；振動增壓并非在地表，而是直接地下加載，處理深度大；工后沉降小。與高真空擊密法相比可以處理淤泥、淤泥質(zhì)土；振動增壓并非在地表，而是直接地下加載，處理深度大；工后沉降??；達(dá)到同樣指標(biāo)造價低。
由于飽和軟粘土一般含水量高、孔隙比大、滲透性能差，常規(guī)真空預(yù)壓法和堆載預(yù)壓法處理不僅時間長而且造價比較高，強(qiáng)夯法只適合于粗顆粒、高滲透性地層，高真空擊密法對于粉土、砂土加固比較有效但對低滲透性土仍然無能為力，本發(fā)明旨在采用振沖法直接提高擬處理地層低滲透性土的超孔隙水壓力，在與真空負(fù)壓力同步多遍雙向(正壓和負(fù)壓)壓力作用下，使土體發(fā)生快速固結(jié)而提高強(qiáng)度和減小工后沉降量，該工法可以處理滲透性較差的淤泥、淤泥質(zhì)土，使振沖法可處理范圍由砂土擴(kuò)展到了飽和軟土地基。


圖1為本發(fā)明的一種振動增壓快速固結(jié)軟地基處理的方法加固地基的微觀機(jī)理圖；圖2為為本發(fā)明的一種振動增壓快速固結(jié)軟地基處理的方法施工流程中的真空負(fù)壓固結(jié)圖；圖3為為本發(fā)明的一種振動增壓快速固結(jié)軟地基處理的方法施工流程中的振沖孔隙水壓力正壓固結(jié)圖；圖4為本發(fā)明的一種振動增壓快速固結(jié)軟地基處理的方法施工流程中的振沖真空正負(fù)壓力迭加固結(jié)圖。
具體實施例方式
圖1中1為處理前的有效應(yīng)力；2為降水增加的有效應(yīng)力；3為真空抽水增加的有效應(yīng)力；4為振動增加的有效應(yīng)力；5為處理剩余的孔隙水壓力。圖2中21為真空泵；22為水平排水通道；23為地層一；24為擬處理地層二；25為下臥地層三；26為真空管；27為以真空管為中心的負(fù)壓區(qū)。圖3中23為地層一；24為擬處理地層二；25為下臥地層三；31為振沖器。圖4中21為真空泵；22為水平排水通道；23為地層一；24為擬處理地層二；25為下臥地層三；26為真空管；27為以真空管為中心的負(fù)壓區(qū)；31為振沖器；41為振沖器為中心的超孔隙水壓力正壓區(qū)。
振動增壓快速固結(jié)地基處理工法屬于動力排水固結(jié)法，當(dāng)振沖器進(jìn)入飽和軟土中工作時，在高頻、周期性振動力和側(cè)向擠壓作用下，使顆粒之間摩擦力減少，顆粒重新排列，孔隙水壓力升高而不能及時消散，土體產(chǎn)生液化現(xiàn)象，土粒向低勢能位置集聚，并在振沖器側(cè)壁形成高孔隙水壓力區(qū)，即高水頭勢位，其與真空排水產(chǎn)生的負(fù)壓即低水頭勢位形成較大水頭勢位差，在該水頭勢位差作用下地下水加速運(yùn)動，加大了真空排水水量，快速降低軟土中的含水量而加速固結(jié)。其加固地基的微觀機(jī)理如下圖1所示采用振動增壓快速固結(jié)法處理圖1中所示的擬處理地層二，處理之前地層中的總應(yīng)力由有效應(yīng)力和孔隙水壓力組成，有效應(yīng)力為圖中的2，孔隙水壓力由2、3和5組成；進(jìn)行真空抽水后一部分由于降水預(yù)壓孔隙水壓力轉(zhuǎn)化為了有效應(yīng)力即2，另一部分由于含水量的降低孔隙水壓力轉(zhuǎn)化為了有效應(yīng)力即3；進(jìn)行振沖法工藝施工后地層中產(chǎn)生了超孔隙水壓力即4，隨著消散轉(zhuǎn)化成為有效應(yīng)力；最后剩余的孔隙水壓力為5。
以上圖示說明了振動增壓快速固結(jié)法的處理效果是真空抽水與振動二者的迭加，各自減少和增加的孔隙水壓力最終將轉(zhuǎn)化為土體的有效應(yīng)力，強(qiáng)度得到了提高。
圖2為振動增壓快速固結(jié)法地基處理施工流程，具體實施方式
如下表述1、通過計算確定真空管長度、間距、濾網(wǎng)長度、真空度、真空抽水時間以及振沖點間距、深度、振動力、振動頻率和振動次數(shù)等參數(shù)。
2、在地層中按一定間距插入一定深度的真空管，如圖2-a所示，地表通過水平排水通道相連接，用真空泵帶動強(qiáng)力抽真空，每根真空管相當(dāng)于一個負(fù)壓源，使負(fù)壓向周圍地層輻射，形成圓柱狀負(fù)壓區(qū)，中心負(fù)壓最低，逐漸向周圍遞減。
3、當(dāng)維持真空抽水系統(tǒng)到地層中擬處理土體含水量達(dá)到或盡可能接近其最大吸附結(jié)合水界限含水量時，在兩排真空管之間將振沖器下入到擬處理地層處進(jìn)行升降振動如圖2-b所示，增加該處的超孔隙水壓力即每個振沖器周圍土體相當(dāng)于一個正壓源，該正壓源向周圍地層輻射，形成圓環(huán)狀正壓區(qū)，離開振沖器向周圍逐漸遞減。
4、以真空管為中心的負(fù)壓區(qū)和以振沖器為中心的正壓區(qū)迭加并在二者之間形成較高的動水力梯度，按照達(dá)西定律，水力梯度的增加意味著土中水流速度的增加，水流速度的增加加快了土體的固結(jié)。真空負(fù)壓與振沖正壓二者本身對土體就都有一定的固結(jié)作用，迭加以后加快了土體的固結(jié)速度，最終使軟弱土體在短時間內(nèi)得到快速固結(jié)，如圖2-c所示。
5、同步多遍進(jìn)行步驟1)和2)，在地層中反復(fù)形成較高的動水力梯度，在動水力梯度的作用下不斷降低土體含水量、提高固結(jié)度和強(qiáng)度，直至達(dá)到設(shè)計要求。
權(quán)利要求
1.一種振動增壓快速固結(jié)軟地基處理的方法，其特征是首先按所需要間距和深度布置井點在待處理地層中進(jìn)行真空抽水，形成真空負(fù)壓；當(dāng)再在地層中按所需間距和深度進(jìn)行振沖增壓，形成正壓；真空抽水與振動同步一遍以上，并使負(fù)壓區(qū)和正壓區(qū)迭加，并在二者之間形成較高的動水力梯度，最終完成軟弱土體在短時間內(nèi)的快速固結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動增壓快速固結(jié)軟地基處理的方法，其特征是真空抽水形成負(fù)壓，是在地層中按一定間距插入一定深度的真空管，地表通過水平排水通道相連接，用真空泵帶動強(qiáng)力抽真空，每根真空管相當(dāng)于一個負(fù)壓源，使負(fù)壓向周圍地層輻射，形成圓柱狀負(fù)壓區(qū)，中心負(fù)壓最低，逐漸向周圍遞減。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振動增壓快速固結(jié)軟地基處理的方法，其特征是真空管長度、間距、濾網(wǎng)長度、真空度、真空抽水時間以及振沖點間距、深度、振動力、振動頻率和振動次數(shù)等參數(shù)通過計算確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的振動增壓快速固結(jié)軟地基處理的方法，其特征是當(dāng)維持真空抽水系統(tǒng)到地層中擬處理土體含水量達(dá)到或盡可能接近其最大吸附結(jié)合水界限含水量時，在兩排真空管之間將振沖器下入到擬處理地層處進(jìn)行升降振動，增加該處的超孔隙水壓力即每個振沖器周圍土體相當(dāng)于一個正壓源，該正壓源向周圍地層輻射，形成圓環(huán)狀正壓區(qū)，離開振沖器向周圍逐漸遞減。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的振動增壓快速固結(jié)軟地基處理的方法，其特征是以真空管為中心的負(fù)壓區(qū)和以振沖器為中心的正壓區(qū)迭加并在二者之間形成較高的動水力梯度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的振動增壓快速固結(jié)軟地基處理的方法，其特征是真空井點抽水與振沖兩道工序相結(jié)合同步一遍或多遍，在地層中反復(fù)形成較高的動水力梯度，在動水力梯度的作用下不斷降低土體含水量、提高固結(jié)度和強(qiáng)度，直至達(dá)到設(shè)計要求。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的振動增壓快速固結(jié)軟地基處理方法，其特征是振動增壓是插入擬處理地層處深層≥6m或淺層＜6m，與真空負(fù)壓迭加直接加載使土體發(fā)生快速固結(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種振動增壓快速固結(jié)軟地基處理的方法，其特征是首先按所需要間距和深度布置井點在待處理地層中進(jìn)行真空抽水，形成真空負(fù)壓；當(dāng)再在地層中按所需間距和深度進(jìn)行振沖增壓，形成正壓；真空抽水與振動同步一遍以上，并使負(fù)壓區(qū)和正壓區(qū)迭加，并在二者之間形成較高的動水力梯度，最終完成軟弱土體在短時間內(nèi)的快速固結(jié)。本發(fā)明的有益效果為處理后沉降小，且具有處理工期短、效果好和造價較低等優(yōu)點，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號E02D3/10GK101024949SQ20071002023
公開日2007年8月29日 申請日期2007年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月9日
發(fā)明者武亞軍, 吳價城, 包國建 申請人:武亞軍, 吳價城, 包國建