專利名稱：：真空預(yù)壓改進(jìn)技術(shù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于涉及軟土地基處理技術(shù)，特別是涉及一種真空預(yù)壓改進(jìn)技術(shù)方法。
背景技術(shù)：
：按照天津?yàn)I海新區(qū)發(fā)展規(guī)劃要求，濱海新區(qū)將建成面向21世紀(jì)的高度開放的現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)新區(qū)，將成為天津市及區(qū)域經(jīng)濟(jì)最大的增長點(diǎn)。加快濱海新區(qū)的開發(fā)，已成為環(huán)渤海區(qū)域發(fā)展乃至全國發(fā)展戰(zhàn)略布局的重要組成部分。天津?yàn)I海新區(qū)目前正在開展大面積(規(guī)劃約300Kra2)吹填造陸工程，如何加速吹填場地工程使用，是當(dāng)前亟待解決的問題。吹填土作為特殊性土，分布范圍小，在我國部分沿海城市有吹填，且組成成分及沉積環(huán)境差別較大，有資料顯示的研究內(nèi)容很少，存在著理論落后于實(shí)際的現(xiàn)狀，對其工程性質(zhì)及其處理方式缺乏系統(tǒng)的研究。真空預(yù)壓是利用抽真空在土體中形成負(fù)壓來加固軟土地基的一種方法?，F(xiàn)已在港口道路建筑工程的軟基處理中廣泛使用。真空預(yù)壓加固軟土的施工工藝和設(shè)計方法等都十分成熟，但由于長期以來在作用機(jī)理的認(rèn)識上存在爭論，以至于該技術(shù)未有大的發(fā)展和創(chuàng)新。傳統(tǒng)的真空預(yù)壓處理方法需要在軟基有一定的強(qiáng)度的基礎(chǔ)上才進(jìn)行施工，且水平排水基本上是50cm砂。真空預(yù)壓技術(shù)在軟基處理中已廣泛使用。目前天津?yàn)I海新區(qū)大面積吹填造陸工程地基處理更是廣泛使用真空預(yù)壓技術(shù)。由于吹填土強(qiáng)度極低，傳統(tǒng)的真空預(yù)壓技術(shù)難以直接滿足工程建設(shè)的需要。本研究結(jié)合天津吹填場地工程實(shí)際，應(yīng)用真空堆載預(yù)壓改進(jìn)技術(shù)對吹填軟土進(jìn)行處理。結(jié)果表明，不同的水平排水以及上部加載大小對加固深度、表層硬殼的厚度以及土體的固結(jié)度等有明顯區(qū)別，工程實(shí)踐中值得借鑒。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種真空預(yù)壓改進(jìn)技術(shù)方法，通過對傳統(tǒng)真空預(yù)壓技術(shù)的改進(jìn)，主要是改進(jìn)水平排水材料，達(dá)到省時省費(fèi)用，特別適合于剛吹填的軟土地基處理。本發(fā)明的內(nèi)容是一種真空預(yù)壓改進(jìn)技術(shù)方法，其特征在于在需排水的軟土地表上覆蓋土工布，在軟土地表內(nèi)豎向插入多個排水板，排水板上端露出地表面的土工布上面，在土工布上布設(shè)濾管，濾管連接波紋管；在濾管和波紋管上面覆蓋表面土工布，在最上面覆蓋密封膜；波紋管連接真空吸水泵。在濾管和波紋管和上面覆蓋的表面土工布之間填充有8cm厚海綿層。在濾管和波紋管和上面覆蓋的表面土工布之間填充有2cm厚海綿層，在濾管和波紋管和下面的土工布之間填充有2cm厚海綿層。在濾管和波紋管和下面的土工布之間填充有2cm厚海綿層。在濾管和波紋管和下面覆蓋的表面土工布之間填充有6cm厚砂層。本發(fā)明主要特點(diǎn)及效果(1)真空堆載預(yù)壓在加固區(qū)土體中產(chǎn)生超靜孔隙水壓力，隨著超靜孔隙水壓力逐漸消散，地基土產(chǎn)生固結(jié)。(2)水平排水與垂直排水在真空堆載預(yù)壓技術(shù)中都不可缺少，但垂直排水在地基處理效果中的作用更大。(3)堆載大小對下覆地基土固結(jié)度作用不同，試驗(yàn)表明堆載大小與固結(jié)度成正比。(4)加固區(qū)沉降量大小與垂直及水平排水有關(guān)，未有垂直排水時沉降量最大，說明土體中水未排出，土體固結(jié)度小。(5)水平排水層厚度及透水性影響處理效果。圖1:是分區(qū)加載示意圖圖2-1真空預(yù)壓法的技術(shù)改進(jìn)結(jié)構(gòu)之一圖圖2-2真空預(yù)壓法的技術(shù)改進(jìn)結(jié)構(gòu)之二圖圖2-3真空預(yù)壓法的技術(shù)改進(jìn)結(jié)構(gòu)之三圖圖2-4真空預(yù)壓法的技術(shù)改進(jìn)結(jié)構(gòu)之四圖圖2-5真空預(yù)壓法的技術(shù)改進(jìn)結(jié)構(gòu)之五圖圖2-6真空預(yù)壓法的技術(shù)改進(jìn)結(jié)構(gòu)之六圖圖中l(wèi)密封溝、2密封膜、3土工布、4排水管、5土工布、6排水板、78cm厚海綿、8雙層2cm厚海綿、92cm厚海綿、106cm砂墊層、11四通、12射流泵圖3-1表面平均沉降隨時間變化曲線圖圖3-2是40cm深處孔隙水壓力隨時間變化的消散曲線。4圖3-3是80cm深處孔隙水壓力隨時間變化的消散曲線圖3-4-1各區(qū)十字板剪切強(qiáng)度隨深度變化曲線圖3-4-2各區(qū)十字板剪切強(qiáng)度隨深度變化曲線圖3-4-3各區(qū)十字板剪切強(qiáng)度隨深度變化曲線圖3-4-4各區(qū)十字板剪切強(qiáng)度隨深度變化曲線圖3-5對吹填泥漿表面形成的硬殼進(jìn)行測量數(shù)據(jù)圖。具體實(shí)施例方式本發(fā)明通過對真空預(yù)壓法加固機(jī)理及施工工藝的深入研究，提出以海綿或土工布代替砂作為水平排水材料，并在水平排水管中充滿碎石，防止抽真空時因負(fù)壓而壓癟。由于海綿或土工布可重復(fù)利用多次，因而降低真空預(yù)壓法的工程造價。1技術(shù)方案1.1試驗(yàn)儀器設(shè)備試驗(yàn)裝置包括真空度源(射流泵)、連接裝置(6cm波紋管、濾管、法蘭盤)、量測系統(tǒng)(真空表、孔壓計、表層沉降標(biāo))等部分組成。1.2技術(shù)方法采用室外模型試驗(yàn)?zāi)M現(xiàn)場，方法如下在原位試驗(yàn)場挖兩個試驗(yàn)坑，一個用做蓄水池及安裝真空度源，尺寸為4.0X4.0X1.0m(長、寬、深)，另一個用來裝泥漿進(jìn)行試驗(yàn)，尺寸為5.0乂5.0乂1.2111。試驗(yàn)前先在兩個坑的底部和側(cè)壁鋪一層土工布，再鋪一層塑料膜后安裝真空度源及裝泥漿。1.3試驗(yàn)方案通過對真空預(yù)壓法的技術(shù)改進(jìn)研究，精選了六種不同方案對天津?yàn)I海新區(qū)新近吹填泥漿進(jìn)行加固處理。圖1是試驗(yàn)區(qū)采用的分區(qū)加載連接示意圖各種方案如下如圖2-l、2-1、2、2-3、2-4、2-15、2-6、所示個方案方案一土工布+波紋管+土工布+密封膜，豎向插排水板；在需排水的地表上覆蓋土工布，在地表內(nèi)豎向插入多個排水板，排水板上端露出地表面的土工布上面，在土工布上布設(shè)濾管，在土工布上覆蓋密封膜，濾管連接波紋管；方案二土工布+8cm海綿+波紋管+土工布+密封膜，豎向插排水板；5在濾管和波紋管和上面覆蓋的表面土工布之間填充有8cm厚海綿層。方案三土工布+2cm海綿+波紋管+2cm海綿+土工布+密封膜，豎向插排水板；在濾管和波紋管和上面覆蓋的表面土工布之間填充有2cm厚海綿層，在濾管和波紋管和下面的土工布之間填充有2cm厚海綿層。方案四土工布+波紋管+2cm海綿+土工布+密封膜，豎向插排水板；在濾管和波紋管和上面覆蓋的表面土工布之間填充有2cm厚海綿層。方案五土工布+6cm砂+波紋管+土工布+密封膜，豎向插排水板；在濾管和波紋管和上面覆蓋的表面土工布之間填充有6cm厚砂層。方案六土工布+6cm砂+波紋管+土工布+密封膜，豎向不插排水板；在濾管和波紋管和上面覆蓋的表面土工布之間填充有6cm厚砂層。1.4試驗(yàn)步驟通過對現(xiàn)場真空預(yù)壓施工工藝的深入研究，提出本試驗(yàn)的試驗(yàn)步驟。具體試驗(yàn)步驟如下(1)首先調(diào)制泥漿，含水量控制在70%左右，使泥漿盡量拌合均勻，然后充填于試驗(yàn)坑中，泥漿表面基本與坑沿齊平；(2)準(zhǔn)備工作，裁剪排水板，長度1.5m;孔壓探頭及真空表管頭用濾紙包好，防止泥漿進(jìn)入探頭，并置于水中浸泡24小時，用土工布將濾管頂端包裹好并用細(xì)鐵絲扎緊；(3)將土工布布設(shè)于泥漿表面，按排水板間距距坑邊0.5m、各排水板之間相距1.3m預(yù)留好排水板孔和孔壓探頭孔，并按圖示位置布設(shè)排水板和孔壓探頭。按不同的試驗(yàn)方案鋪設(shè)不同的水平排水材料及濾管。在濾管中裝入卵石，盡可能的充填滿，防止濾管在負(fù)壓作用下被壓癟，影響抽真空效果。(4)鋪設(shè)密封膜，安裝好真空表及真空泵。(5)安裝沉降標(biāo)和振弦頻率讀數(shù)儀(6)開始抽真空，等真空表讀數(shù)上升到最大、海綿壓縮穩(wěn)定后開始讀取沉降基數(shù)，并開始詳細(xì)記錄表面沉降數(shù)據(jù)，第一個小時每十分鐘讀一次數(shù)，第二個小時每二十分鐘讀一次數(shù)，第三個小時每半小時讀數(shù)，隨后每小時讀一次數(shù)；(7)等沉降穩(wěn)定后分區(qū)逐級加載，I區(qū)加載OKpa(不加載)，n區(qū)加載5Kpa(砂約厚40cm)，III區(qū)加載10Kpa(砂約厚80cm)，IV區(qū)加載15Kpa(砂約厚120cm)，見圖3-4-1、圖3-4-2、圖3-4-3、圖3-4-4;(8)抽真空至孔隙水壓力完全消散時結(jié)束真空預(yù)壓；(9)在現(xiàn)場做十字板剪切試驗(yàn)。1.5監(jiān)測方案為全面研究真空預(yù)壓施工質(zhì)量及加固效果，在加固區(qū)布置多項(xiàng)檢驗(yàn)及監(jiān)測項(xiàng)目。其中包括表面沉降、孔隙水壓力變化、十字板剪切試驗(yàn)等，并對真空預(yù)壓全過程進(jìn)行跟蹤監(jiān)(1)、表面沉降觀測研究真空預(yù)壓期間吹填泥漿的固結(jié)沉降情況，繪制時間一沉降曲線圖，為計算沉降的研究提供驗(yàn)證的資料。加載前沉降標(biāo)位于試驗(yàn)坑中心位置，加載后對各區(qū)分別進(jìn)行沉降觀測，以便測得的沉降量能較真實(shí)地反映實(shí)際情況。加載前的沉降標(biāo)安裝時，要注意保護(hù)膜面，首先在膜面上鋪小塊土工布，其上鋪10cm左右厚的砂層，再將沉降標(biāo)置于砂層上。加載后的沉降標(biāo)直接安置在砂袋上。(2)、孔隙水壓力觀測研究土體中孔隙水壓力沿豎向排水體的分布情況、傳遞規(guī)律及隨時間變化情況。設(shè)置2個孔隙水壓力觀測斷面，共2組，每組埋設(shè)2個孔壓計。(3)、十字板剪切試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行現(xiàn)場十字板剪切試驗(yàn)。測試時每區(qū)按據(jù)排水板的不同距離設(shè)3個試驗(yàn)點(diǎn)。各個試驗(yàn)點(diǎn)分別沿深度O.lm、0.4m、0.6m作為測點(diǎn)，可以得到各方案加固后自地面向下沿深度方向的十字板強(qiáng)度變化曲線。它能比較準(zhǔn)確直觀地反映土體強(qiáng)度的變化，從而檢驗(yàn)加固效果。2試驗(yàn)結(jié)果分析本試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作從07年3月份開始，到IO月30日四種方案全部結(jié)束，歷時半年多。試驗(yàn)取得了令人滿意的效果，真空預(yù)壓結(jié)束后泥漿表面能形成50—70cm的硬殼，土體的強(qiáng)度得到明顯的增加，試驗(yàn)研究成果如下-2.1表面沉降監(jiān)測成果分析表面沉降觀測是軟基處理沉降分析的基礎(chǔ)，沉降速率是判斷軟基處理成果的一個重要指標(biāo)和加固效果最直接的反映。真空預(yù)壓期間由于塑料排水板為土體提供了豎向排水通道，土體在上部負(fù)壓及堆載的共同作用下排水固結(jié)，產(chǎn)生一定的沉降。見圖3-1所示表面平均沉降隨時間的變化情由圖3-l看出，在真空預(yù)壓期間，各種方案都有不同程度的表面沉降。沉降分為三個階段，第一階段為抽真空初期，此階段的沉降速率較大；第二階段為抽真空開始后的第2天到第7天，此階段沉降速率較第一階段有所減小，沉降速率基本保持穩(wěn)定；第三階段為抽真空第8天至試驗(yàn)結(jié)束，此階段沉降基本穩(wěn)定。由此可以看出，在抽真空初期沉降速率較大，隨時間的延長逐漸變緩，說明土體主固結(jié)變化速率是一個漸變收斂的過程。其中方案三平均沉降最大，為70mm，方案六最小，為51mm。通過沉降觀測可以看出，真空預(yù)壓的作用十分明顯。2.2孔隙水壓力觀測成果分析孔隙水壓力觀測是了解地基土體固結(jié)狀態(tài)最直接的手段，根據(jù)孔隙水壓力在真空荷載的作用下，土體中的孔隙水壓力不斷減小的變化規(guī)律，可分析得到地基土體的固結(jié)機(jī)理。圖3-2給出了不同部位40cm處孔隙水壓力隨時間變化的消散曲線。圖3-3給出了不同部位80cm處孔隙水壓力隨時間變化的消散曲線。由圖可以看出，土體中不同深度的孔壓變化在連續(xù)抽真空4天后，基本趨于穩(wěn)定。并且孔隙水壓力在不同深度都有一定的消散，隨著深度的不同，孔隙水壓力消散的程度也略有不同，總體來看，深度較淺的土體孔隙水壓力消散的速率較大，依次沿著深度的遞增，其消散速度逐漸減小?？傊?1)真空度是由上向下逐漸傳遞，且越靠近地表，真空荷載作用愈明顯，土體固結(jié)就越快；(2)豎向排水體附近的孔壓消散明顯快于相同深度泥漿中的孔隙水壓力的消散。主要因?yàn)樗芰吓潘迤鸬皆黾油馏w中豎向排水通道的作用，波紋管同時起到傳遞真空壓力和集水的作用。2.3十字板剪切試驗(yàn)十字板剪切試驗(yàn)，是用十字板儀在原位測定軟土地基的不排水抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)。根據(jù)所測出的抗剪強(qiáng)度，能進(jìn)一步推算出地基承載力。試驗(yàn)結(jié)束后分區(qū)按據(jù)排水板的不同距離進(jìn)行了十字板試驗(yàn)，結(jié)果如下方案承載力方案l方案2方案3方案4方案5方案6I區(qū)(無加載)58.362.357.152.750.344.6II區(qū)(加載5kPa)74.570.271.662.066.148.6m區(qū)(加載10kPa)86.076.577.074.869.750.8鹿(加載15kPa)98.295.285.682.670.359.4上表1各方案表層土體承載力圖3-4-1、圖3-4-2、圖3-4-3、圖3-4-4各區(qū)十字板剪切強(qiáng)度隨深度變化曲線由圖可以看出，剪切強(qiáng)度按深度遞增呈遞減的趨勢。通過對比各方案的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，方案一加固后的效果最好，而加載15Kpa的W區(qū)強(qiáng)度普遍高于其它區(qū)。根據(jù)中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《港口工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(JTJ240-97)，可按下式評定地基土的承載力厶-3c"(使用奶+^0式中力一地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值；^一土的重度表示基礎(chǔ)埋置深度將現(xiàn)場實(shí)測十字板試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入上面兩式，通過計算得出試驗(yàn)結(jié)束后各方案表層土體承載力數(shù)值(詳見表1)，由于試驗(yàn)前土體呈稀漿基本不具有承載力，由計算數(shù)據(jù)可知試驗(yàn)后土體的承載力得到顯著的改善。2.4土體的固結(jié)度分析根據(jù)模型試驗(yàn)的實(shí)測沉降資料，可以推算出加固土體的最終沉降量。推算得到的"最終沉降量"實(shí)際上是指固結(jié)度達(dá)到100%時地基的沉降量，并不包括在主固結(jié)完成后發(fā)生的次固結(jié)沉降。土體的固結(jié)度Ut可通過沉降量或孔隙水壓力得到。沉降量計算固結(jié)度時,必須得到土體的最終沉降量。最終沉降量可由已經(jīng)觀測到的不同時間間隔的沉降量推算。沉降隨時間發(fā)展曲線擬合的方法較多，主要有指數(shù)曲線和雙曲線擬合法，另外，還有泊松曲線擬合以及Asaoka法等。本文對不同條件下地基的實(shí)測沉降進(jìn)行指數(shù)曲線法擬合分析，9計算出試驗(yàn)結(jié)束后各種方案的固結(jié)度，見下表2:表2各種方案的固結(jié)度<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>通過計算數(shù)據(jù)可以看出，在真空壓力的作用下土體都發(fā)生了不同程度的固結(jié)，10d后固結(jié)度可達(dá)到70%左右。2.5各試驗(yàn)方案加固深度(亦即加固土層厚度)分析采用真空預(yù)壓方法加固軟土地基，普遍認(rèn)為淺層處理效果較顯著，而對加固的有效深度大小意見不一。不同的工程實(shí)踐和試驗(yàn)研究得出不同的結(jié)論，有認(rèn)為真空預(yù)壓效果只限于淺層的，有認(rèn)為可以達(dá)到10m左右深度的，也有認(rèn)為可達(dá)到塑料排水板底部附近的，對此理論和工程至今沒有形成一致的看法。各方案結(jié)束后，對吹填泥漿表面形成的硬殼進(jìn)行了測量，測量數(shù)據(jù)見圖3-5。由圖可以看出，試驗(yàn)結(jié)束后各方案表層均形成了一定厚度的結(jié)殼。在抽真空十天后，真空預(yù)壓的加固深度可以達(dá)到排水板深度一半多的位置，說明真空預(yù)壓對新近吹填土的加固效果十分明顯。權(quán)利要求1、一種真空預(yù)壓改進(jìn)技術(shù)方法，其特征在于在需排水的地表上覆蓋土工布，在地表內(nèi)豎向插入多個排水板，排水板上端露出地表面的土工布上面，在土工布上布設(shè)濾管，濾管連接波紋管；在濾管和波紋管上面覆蓋表面土工布；波紋管連接真空吸水泵。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空預(yù)壓改進(jìn)技術(shù)方法，其特征在于在濾管和波紋管和上面覆蓋的表面土工布之間填充有8cm厚海綿層。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空預(yù)壓改進(jìn)技術(shù)方法，其特征在于在濾管和波紋管和上面覆蓋的表面土工布之間填充有2cm厚海綿層，在濾管和波紋管和下面的土工布之間填充有2cm厚海綿層。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空預(yù)壓改進(jìn)技術(shù)方法，其特征在于在濾管和波紋管和下面的土工布之間填充有2cm厚海綿層。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空預(yù)壓改進(jìn)技術(shù)方法，其特征在于在濾管和波紋管和上面覆蓋的表面土工布之間填充有6cm厚砂層。全文摘要一種真空預(yù)壓改進(jìn)技術(shù)方法，在需排水的軟土地表上覆蓋土工布，在軟土地表內(nèi)豎向插入多個排水板，排水板上端露出地表面的土工布上面，在土工布上布設(shè)濾管，濾管連接波紋管；在濾管和波紋管上面覆蓋表面土工布，在最上面覆蓋密封膜；波紋管連接真空吸水泵。和幾種變換布設(shè)的方法。特點(diǎn)及效果真空堆載預(yù)壓在加固區(qū)土體中產(chǎn)生超靜孔隙水壓力，隨著超靜孔隙水壓力逐漸消散，地基土產(chǎn)生固結(jié)。水平排水與垂直排水在真空堆載預(yù)壓技術(shù)中都不可缺少，但垂直排水在地基處理效果中的作用更大。堆載大小對下覆地基土固結(jié)度作用不同，試驗(yàn)表明堆載大小與固結(jié)度成正比。真空預(yù)壓對新近吹填土的加固效果十分明顯。文檔編號E02D3/10GK101560762SQ20091006882公開日2009年10月21日申請日期2009年5月13日優(yōu)先權(quán)日2009年5月13日發(fā)明者舉劉,劉寒鵬,盧力強(qiáng),杜東菊,楊愛武,趙瑞斌申請人:天津城市建設(shè)學(xué)院