專利名稱：提高夾薄砂層軟粘土地基真空度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑工程技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種提高夾薄砂層軟粘土 地基真空度的方法。
技術(shù)背景自1952年瑞典科學(xué)家杰爾曼(Kjellman)提出使用大氣壓(抽真空預(yù)壓) 的方法對(duì)軟土地基進(jìn)行排水固結(jié)處理后，世界上許多國家的工程師針對(duì)各自國家 的軟土地基條件開發(fā)了各種技術(shù)方案，形成了各有特點(diǎn)的真空預(yù)壓技術(shù)。進(jìn)入 20世紀(jì)80年代后，我國對(duì)真空預(yù)壓處理軟土地基的施工工藝進(jìn)行了改進(jìn)，此后 真空預(yù)壓技術(shù)在國內(nèi)得到較快的發(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。被逐步應(yīng)用到水利、市政、道路、港灣、疏浚淤泥的快速 處理等各個(gè)領(lǐng)域，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。在打入塑料排水板時(shí)，需確定地基中的土層分布與土性特征，1992年 Robertson等(Estimating coefficient of consolidation from piezocone test, Canadian Geotechnical Journal, 29(4), 551-557;加拿大國家科學(xué)研究委員會(huì)主辦的《加拿大 巖土工程學(xué)報(bào)》，"用孔隙水壓式的靜力觸探測(cè)定的成果推算土層的固結(jié)系數(shù)") 通過應(yīng)用孔隙水壓式的靜力觸探測(cè)定土層中的孔隙水壓力的分布規(guī)律；然后，利 用孔隙水壓力的分布規(guī)律來確定土層分布及土層的固結(jié)性狀與相關(guān)計(jì)算公式(以 下簡(jiǎn)稱Robertson方法)。而且，為防止真空密封失效，當(dāng)粘土層下有滲透性良 好的砂性土層時(shí)，需確定塑料排水板打入粘土層中的有效深度或離下臥砂層的最 小距離。2006年，Chai等(Chai， J.隱C., Carter J. P. and Hayashi S. (2006): Vacuum consolidation and its combination with embankment loading, Canadian Geotechnical Journal, 43(10), 985-996;加拿大國家科學(xué)研究委員會(huì)主辦的《加拿大巖土工程學(xué) 報(bào)》，"真空預(yù)壓固結(jié)及其與路堤荷載的組合效應(yīng)")根據(jù)處理的技術(shù)要求與土層 的固結(jié)性狀，提出了確定塑料排水板打入粘土層中有效深度的計(jì)算公式(以下簡(jiǎn)
稱Chai等的方法)。這些為進(jìn)一步開發(fā)真空預(yù)壓技術(shù)提供了條件。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請(qǐng)?zhí)朲L200410014257，發(fā)明名稱 快速"低位高真空分層預(yù)壓擊密"軟地基處理方法，以及專利申請(qǐng)?zhí)?ZL02257905. 2，發(fā)明名稱真空預(yù)壓軟基加固的排水板，這些專利真空預(yù)壓首先 在地基中打入塑料排水板；其次，在軟土地基上鋪設(shè)砂墊層及網(wǎng)狀排水濾管組成 水平通道，然后在其上覆蓋不透氣的密封膜。采用真空裝置進(jìn)行抽氣將膜內(nèi)地基 中空氣排出，使膜內(nèi)外產(chǎn)生一個(gè)氣壓差，這個(gè)氣壓差作用于地基上，相當(dāng)于給地 面增加一個(gè)負(fù)壓荷載。隨膜內(nèi)空氣與水不斷地被排出，氣壓差逐漸增大，地基中 的水氣不斷地被排出而使地基發(fā)生固結(jié)，使地基的強(qiáng)度得到增加。在地基中打入 塑料排水板是為了加快水分從地基中排出，加速軟粘土地基的排水效果。但是真 空預(yù)壓法加固軟土地基技術(shù)的關(guān)鍵之一是應(yīng)時(shí)刻保持塑料排水板、水平管路的密 封性。稍有漏氣就會(huì)使真空度降低，影響真空預(yù)壓效果。但當(dāng)粘土地基中存有貫 通性薄砂層時(shí)，由于砂層的滲透系數(shù)比粘性土大得多，通過塑料排板施加的真空 壓由于砂層的漏氣，產(chǎn)生較大的壓力損失，甚至在局部完全不起作用，影響真空 預(yù)壓的加固效果。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就在于克服上述缺陷，提供一種提高夾薄砂層軟粘土地基真空 度的方法，使其可以克服由于薄砂層存在而引起的固結(jié)差效果的問題。本發(fā)明在 砂層處對(duì)塑料排水板外面加貼不透水的塑料片，使砂層中水不漏入塑料排水板 中，從而防止在砂層處真空壓降低。使用方便，操作簡(jiǎn)單，無需大量設(shè)備，且費(fèi) 用并不增加。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，首先通過在插板套管的端頭上安裝孔隙 水壓力計(jì)探頭測(cè)試每個(gè)插板位置的地基孔隙水壓確定土層分布與性質(zhì)；然后在土 工塑料排水板薄砂層的標(biāo)高處粘貼密封塑料片將透氣通道隔斷。本發(fā)明方法包括以下步驟(1) 施工設(shè)備設(shè)置在普通塑料排水板插板機(jī)的套管側(cè)面設(shè)置一根圓形鋼管， 其端部安裝孔壓式靜力觸探的探頭，并設(shè)置電纜，從鋼管內(nèi)通到地表的孔隙水壓 力記錄儀，用于記錄插板過程的孔隙水壓變化。(2) 將需進(jìn)行插板的區(qū)域分塊整平，使中間部分略高，并按設(shè)計(jì)要求在地表
標(biāo)上將要插入的塑料排水板的位置。(3)確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)土層分布在要進(jìn)行真空預(yù)壓固結(jié)加固的位置，插入第一根塑 料排水板；記錄插板過程的孔隙水壓變化。根據(jù)孔隙水壓變化情況，采用現(xiàn)有技 術(shù)確定地層的分布深度與厚度，并確定各土層的固結(jié)系數(shù)與滲透系數(shù)，特別注意 砂性土層的厚度與分布深度。(4) 粘貼密封塑料片根據(jù)上一步中確定的砂性土層的厚度與分布深度，在 塑料排水板的對(duì)應(yīng)位置粘貼密封塑料片；塑料片長(zhǎng)度應(yīng)比薄砂層的厚度大10cm， 保證砂層上下各5cm以達(dá)到封閉砂層的目的；粘貼劑材料應(yīng)使用不透氣的樹脂類 材料，保持完全密封。(5) 插板與記錄孔隙水壓力在將塑料排水板插入地層，邊插邊記錄孔隙水壓。根據(jù)插入過程中的孔隙水壓力，判斷砂層的厚度及記錄其深度。將該孔的砂 層厚度與深度的數(shù)據(jù)作為下一孔排水板粘貼不透水塑料片位置與長(zhǎng)度的依據(jù)。(6) 如果粘土層下存在無需處理的砂層時(shí)，塑料排水板應(yīng)離砂層有一段距離 以保證密封。(7) 重復(fù)步驟(4)至(6)在下一個(gè)位置插板直至整個(gè)區(qū)域完成插板作業(yè)。(8) 在表層土上鋪設(shè)一根集水管，將集水管與各帶盒塑料排水板的軟管相 接；將集水管與射流真空泵相連接；(9) 抽真空啟動(dòng)抽真空裝置將排水板頂盒中的水氣抽出，在頂盒中形成負(fù) 壓加到軟土地基中。抽真空時(shí)，打開軟管中的錐形閥；停泵時(shí)，關(guān)閉錐形閥。保 持頂盒中的真空狀態(tài)。本發(fā)明在步驟(9)結(jié)束后，根據(jù)需要可以進(jìn)行重復(fù)加壓與重復(fù)抽真空。 本發(fā)明的效果在于采用這種局部密封的塑料排水板后，可以有效地防止漏 氣，減小預(yù)壓過程中真空壓的損失，使真空壓完全作用于粘土層，有效提高整個(gè) 預(yù)壓固結(jié)軟土地基的真空度。設(shè)備方面僅需在插板機(jī)套管上附加孔隙水壓式靜力 觸探頭，制作較為簡(jiǎn)單。塑料排水板上密封塑料片的粘貼可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，操作方 便。


圖1為實(shí)施例中插板機(jī)套管上部安裝鋼管與孔壓式靜力觸探的探頭示意圖。 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的排水板在土層中的配置圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的塑料排水板分布示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實(shí)施例。某需進(jìn)行真空預(yù)壓的地基，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)用孔壓式靜力觸探(圖1所示)檢測(cè)確認(rèn)軟 弱粘土層總厚度為23ra，其下為砂層。其中下部為初始堆積的軟弱粘土層，厚為 8m， 土層頂面標(biāo)高為-12. 0m;上部為后期堆積的淤泥質(zhì)粘土層，厚13m， 土層頂 面標(biāo)高為+3.00m;中間夾一層薄砂層，厚度約為2m。初始水位位于地表，即地 下水位標(biāo)高為+3. Om。用Robertson方法確定各土層的固結(jié)系數(shù)很低?，F(xiàn)場(chǎng)采用一種帶盒塑料排水板的真空預(yù)壓固結(jié)法對(duì)土體進(jìn)行加固處理，加固 的平面范圍為100mX22m，經(jīng)用Chai等的方法確定塑料排水板的長(zhǎng)度為約21米， 間距為1.2m;帶盒塑料排水板的構(gòu)造如圖2所示，具體說明如下(1) 施工設(shè)備設(shè)置插板機(jī)、孔壓式靜力觸探的探頭、孔隙水壓力記錄儀。 具體如圖1所示，在普通塑料排水板1插板導(dǎo)管2的側(cè)面一角設(shè)置一根內(nèi)徑為 11.3毫米的鋼管3;在鋼管的頭部安裝孔壓式靜力觸探探頭4，電纜線5通過鋼 管接出到地面的測(cè)試儀上，用于記錄插板過程的孔隙水壓變化。(2) 將現(xiàn)場(chǎng)100mX22m的區(qū)域平整好，使中間部分略高0. 5m左右，并按設(shè) 計(jì)要求在地表標(biāo)上將要插入的塑料排水板的位置。(3) 在要進(jìn)行真空預(yù)壓固結(jié)加固的位置，插入第一根塑料排水板；記錄插板 過程的孔隙水壓變化。根據(jù)孔隙水壓變化情況，用Robertson方法確定砂層13 米的深度，其厚度約為2米，如圖3所示。(4) 如圖2所示，本實(shí)施例中應(yīng)用帶頂盒的土工塑料排水板(但并不僅限于 這類土工塑料排水板)，其構(gòu)成為塑料排水板10，錨板12，頂盒13，密封粘土 層14。根據(jù)上述確定的中間砂性土薄層15的深度與厚度，在塑料排水板的對(duì)應(yīng) 位置粘貼密封塑料片11;塑料片長(zhǎng)度應(yīng)比薄砂層的厚度大10cm，保證砂層上下 各5cm以達(dá)到封閉砂層的目的；粘貼劑材料應(yīng)使用不透氣的樹脂類材料，保持完 全密封。(5) 插板與記錄孔隙水壓力在將塑料排水板插入地層，邊插邊記錄孔隙水壓。根據(jù)插入過程中的孔隙水壓力，利用Robertson方法判斷砂層的厚度及記錄 其深度。將該孔的砂層厚度與深度的數(shù)據(jù)作為下一孔排水板粘貼不透水塑料片位 置與長(zhǎng)度的依據(jù)。(6)如果粘土層下存在無需處理的砂層時(shí)，塑料排水板應(yīng)離砂層有一段距離 以保證密封，排水板至砂層頂面的距離用Chai等提出的確定塑料排水板打入粘 土層中有效深度的計(jì)算公式確定。(7)重復(fù)步驟(4)至(6)在下一個(gè)位置插板直至整個(gè)區(qū)域完成插板作業(yè)。(8) 在表層土上鋪設(shè)一根集水管，將集水管與各帶盒塑料排水板的軟管相 接；將集水管與射流真空泵相連接，如圖3所示；(9) 抽真空啟動(dòng)抽真空裝置將排水板頂盒中的水氣抽出，在頂盒中形成負(fù) 壓加到軟土地基中。抽真空時(shí)，打開軟管中的錐形閥；停泵時(shí)，關(guān)閉錐形閥。保 持頂盒中的真空狀態(tài)。(10) 根據(jù)需要進(jìn)行重復(fù)加壓與重復(fù)抽真空；(11) 施工結(jié)束。本實(shí)施例的效果采用上述局部密封的塑料排水板后，可以有效地防止漏氣， 減小預(yù)壓過程中真空壓的損失，使真空壓完全作用于粘土層。有效提高整個(gè)預(yù)壓 固結(jié)軟土地基的真空度，即使有薄砂層存在時(shí)也能保持真空度達(dá)-65 kPa以上。 設(shè)備方面僅需在插板桿上附加孔隙水壓計(jì)，制作較為簡(jiǎn)單。塑料排水板上密封塑 料片的粘貼在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，操作方便。
權(quán)利要求
1、一種提高夾薄砂層軟粘土地基真空度的方法，其特征在于，通過在插板鋼管的端頭上安裝孔隙水壓力計(jì)探頭測(cè)試每個(gè)插板位置的地基孔隙水壓確定土層分布與性質(zhì)，然后在土工塑料排水板薄砂層的標(biāo)高處粘貼密封塑料片將透氣通道隔斷，具體包括以下步驟(1)施工設(shè)備設(shè)置在普通塑料排水板插板機(jī)的套管側(cè)面設(shè)置一根圓形鋼管，其端部安裝孔壓式靜力觸探的探頭，并設(shè)置電纜，從鋼管內(nèi)通到地表的孔隙水壓力記錄儀，用于記錄插板過程的孔隙水壓變化；(2)將需進(jìn)行插板的區(qū)域分塊整平，并按設(shè)計(jì)要求在地表標(biāo)上將要插入的塑料排水板的位置；(3)確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)土層分布在要進(jìn)行真空預(yù)壓固結(jié)加固的位置，插入第一根塑料排水板，記錄插板過程的孔隙水壓變化，根據(jù)孔隙水壓變化情況，確定地層的分布深度與厚度，并確定各土層的固結(jié)系數(shù)與滲透系數(shù)，包括砂性土層的厚度與分布深度；(4)粘貼密封塑料片根據(jù)上一步中確定的砂性土層的厚度與分布深度，在塑料排水板的對(duì)應(yīng)位置粘貼密封塑料片；(5)插板與記錄孔隙水壓力在將塑料排水板插入地層，邊插邊記錄孔隙水壓，根據(jù)插入過程中的孔隙水壓力判斷砂層的厚度及記錄其深度，將該孔的砂層厚度與深度的數(shù)據(jù)作為下一孔排水板粘貼不透水塑料片位置與長(zhǎng)度的依據(jù)；(6)如果粘土層下存在無需處理的砂層時(shí)，塑料排水板應(yīng)離砂層有一段距離以保證密封；(7)重復(fù)步驟(4)至(6)在下一個(gè)位置插板直至整個(gè)區(qū)域完成插板作業(yè)；(8)在表層土上鋪設(shè)一根集水管，將集水管與各帶盒塑料排水板的軟管相接，將集水管與射流真空泵相連接；(9)抽真空啟動(dòng)抽真空裝置將排水板頂盒中的水氣抽出，在頂盒中形成負(fù)壓加到軟土地基中，抽真空時(shí)，打開軟管中的錐形閥，停泵時(shí)，關(guān)閉錐形閥，保持頂盒中的真空狀態(tài)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高夾薄砂層軟粘土地基真空度的方法，其特征 是，所述步驟(2)中，將需進(jìn)行插板的區(qū)域分塊整平，使中間部分高于其余部分。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高夾薄砂層軟粘土地基真空度的方法，其特征 是，所述步驟(3)中，利用孔隙水壓力的分布規(guī)律確定地層的分布深度與厚度， 并確定各土層的固結(jié)系數(shù)與滲透系數(shù)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高夾薄砂層軟粘土地基真空度的方法，其特征 是，所述步驟(4)中，塑料片長(zhǎng)度比薄砂層的厚度大10cm，保證砂層上下各5cm 以封閉砂層。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的提高夾薄砂層軟粘土地基真空度的方法，其 特征是，所述步驟(4)中，粘貼密封塑料片所用的粘貼劑材料為不透氣的樹脂類 材料，保持完全密封。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高夾薄砂層軟粘土地基真空度的方法，其特征 是，所述步驟(5)中，砂層的厚度及記錄其深度利用孔隙水壓力的分布規(guī)律判斷。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高夾薄砂層軟粘土地基真空度的方法，其特征 是，所述步驟(6)中，塑料排水板應(yīng)離砂層之間的距離用確定塑料排水板打入粘 土層中有效深度的計(jì)算公式確定。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高夾薄砂層軟粘土地基真空度的方法，其特征 是，在所述步驟(9)結(jié)束后，進(jìn)行重復(fù)加壓與重復(fù)抽真空。
全文摘要
一種建筑工程技術(shù)領(lǐng)域的提高夾薄砂層軟粘土地基真空度的方法。本發(fā)明通過在插板鋼管的端頭上安裝孔隙水壓力計(jì)探頭測(cè)試每個(gè)插板位置的地基孔隙水壓確定土層分布與性質(zhì)，然后在土工塑料排水板薄砂層的標(biāo)高處粘貼密封塑料片將透氣通道隔斷。本發(fā)明在砂層處對(duì)塑料排水板外面加貼不透水的塑料片，使砂層中水不漏入塑料排水板中，從而防止在砂層處真空壓降低。使用方便，操作簡(jiǎn)單，無需大量設(shè)備，且費(fèi)用并不增加。
文檔編號(hào)E02D3/00GK101148871SQ20071004714
公開日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2007年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月18日
發(fā)明者杜延軍, 柴錦春, 沈水龍, 洪振舜 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)