一种复合软基础加固处理施工方法及组合排水装置

摘要

一种复合软基础加固处理施工方法，所述针对含有吹填层和原始层的复合地基，利用原始层排水板传递负压对原始层进行原始层加固处理，利用吹填层排水板传递负压对吹填层进行吹填层加固处理；同时期分别控制吹填层和原始层的加固施工作业。将与原始层加固深度相对应长度的排水板和与吹填层加固深度相对应长度的排水板组合成可以一次性打设的、组合形式的排水板通过其延伸至地表面的排水管，以能够分别控制的形式与地表面的水平排水系统和真空设备连接起来，可以向原始层排水板传递负压，同时期也可以向吹填层排水板传递负压，两部分不同土质性状的软土层得到最合适的软基加固处理，最终满足提高地基承载力要求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种软基处理技术，特别是一种复合软基础加固处理施工方法。

背景技术

在围海造地工程过程中，一般需要在原始泥面上进行吹填，在这样的地基上构筑建筑物或建造码头、堆货场等设施时，需要提高地基承载力而进行软基加固处理。软基加固处理一般常常会选择真空排水预压法进行软基加固处理，可以提高地基承载力。

但在吹填过程中，就形成了新吹填土层（吹填层）和原始泥面以下海相沉积土层（原始层），这两部分不同土质性状软土层组成的复合结构软土地基。

原始层因经过长时间的自然沉积，含水率较低，结构性好，但仍然属于欠固结地基。而吹填层在我国北方大都属于淤泥、淤泥质土（淤泥吹填层）；在南方较多的属于含泥砂质、贝壳砂（砂质吹填层）。淤泥吹填层的性状：含泥量高，颗粒细，含水率高，而砂质吹填层的性状：含泥量少，颗粒粗细不均，含水率高。采用单纯的真空排水预压法进行软基加固处理，即使如淤泥吹填层加固采取与原始层加固相同的真空预压法进行加固处理，然而在具体工艺上，如真空加载时间、固结效率等方面尚存在差异。固化效果不理想，存在固结效率不同步、地基工后沉降等问题。

对于复合地基加固处理施工时，通常情况下需要对吹填层和原始层分别采取针对性的工艺进行软基加固处理。因为这是考虑了吹填层和原始层具有不同的软土土质性状特征。那么，这样势必会造成复合地基在加固处理施工中，工期变长，效率低下，成本变高的结果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出了一种降低能耗，固结效率高的复合软基础加固处理施工方法。

本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的，一种复合软基础加固处理施工方法，其特点是：

所述针对含有吹填层和原始层的复合地基，利用原始层排水板传递负压对原始层进行原始层加固处理，利用吹填层排水板传递负压对吹填层进行吹填层加固处理；原始层排水板与吹填层排水板组合成一整体，通过一次性打设完成铺，以分别控制的形式与地表面的水平排水系统和真空设备连接起来，同时期分别控制吹填层和原始层的加固施工作业。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，原始层排水板与吹填层排水板上下一一对应设置，对应的单条原始层排水板与吹填层排水板两者组合成一整体，通过一次性打设完成铺设；

原始层排水板与吹填层排水板之间设置承启盖帽，承启盖帽向上与吹填层排水板的下端对接形成封闭端，承启盖帽向下与原始层排水板之间设有储水腔，储水腔与原始层排水板相通，储水腔外接引水管延伸至地表。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，对吹填层进行负压排水作业，并辅助预压法和／或振冲法进行密实加固处理。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，当吹填层达到设定的承载能力，吹填层对原始层形成堆载效应后，开始对原始层与吹填层同时进行负压排水作业。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，承启盖帽的储水腔设有上盖板，上盖板构成吹填层排水板下端的封闭端板，储水腔向下设有与原始层排水板相通的开口，封闭端板的一侧向上设有上翼板，上翼板与吹填层排水板固接，储水腔开口的一侧向下设有下翼板，下翼板与原始层排水板固接。

本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述引水管向上与原始层排水板采用塑料焊接或用尼龙扎带绑接组合成整体。

本发明与现有技术相比，是针对复合地基中各层软土层的土质性状，分别采用与各软土层相适合的方式进行软基加固处理。即将与原始层加固深度相对应长度的排水板和与吹填层加固深度相对应长度的排水板组合成可以一次性打设的、组合形式的排水板（组合排水板），用打设桩机打设到复合地基中去，然后通过其延伸至地表面的排水管，以能够分别控制的形式将原始层排水板、吹填层排水板与地表面的水平排水系统（水平排水管）、真空设备连接起来，接着，可以向原始层排水板传递负压，对原始层进行真空预压加固处理施工，同时期也可以向吹填层排水板传递负压，对吹填层进行真空预压加固处理或者其他如振冲法等密实方法加固处理施工。这样既使得这两层软土层的施工工艺具有针对性，两部分不同土质性状的软土层得到最合适的软基加固处理，又能够同时期进行施工作业，最终满足提高地基承载力的要求。

附图说明

图1：为组合排水板打设状态示意图；

图2为排水板承启盖帽结构图与连接方法示意图（放大）。

图3 吹填层为淤泥层情况下，原始层和吹填层地基分别采取真空预压法工艺的软基加固处理施工剖面图；

图4为图3情况下的平面图；

图5吹填层为砂质层情况下，原始层采取真空预压法而砂质吹填层采取振冲密实法工艺的软基加固处理施工剖面图

图6为图5情况下的平面图。

具体实施方式

以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。

一种复合软基础加固处理施工方法，所述针对含有吹填层和原始层的复合地基，利用原始层排水板传递负压对原始层进行原始层加固处理，利用吹填层排水板传递负压对吹填层进行吹填层加固处理；原始层排水板与吹填层排水板组合成一整体，通过一次性打设完成铺，以分别控制的形式与地表面的水平排水系统和真空设备连接起来，同时期分别控制吹填层和原始层的加固施工作业。

原始层排水板与吹填层排水板上下一一对应设置，对应的单条原始层排水板与吹填层排水板两者组合成一整体，通过一次性打设完成铺设；原始层排水板与吹填层排水板之间设置承启盖帽，承启盖帽向上与吹填层排水板的下端对接形成封闭端，承启盖帽向下与原始层排水板之间设有储水腔，储水腔与原始层排水板相通，储水腔外接引水管延伸至地表。

承启盖帽的储水腔设有上盖板，上盖板构成吹填层排水板下端的封闭端板，储水腔向下设有与原始层排水板相通的开口，封闭端板的一侧向上设有上翼板，上翼板与吹填层排水板固接，储水腔开口的一侧向下设有下翼板，下翼板与原始层排水板固接。所述引水管向上与原始层排水板采用塑料焊接或用尼龙扎带绑接组合成整体。

对吹填层进行负压排水作业，并辅助预压法和／或振冲法进行密实加固处理。

当吹填层达到设定的承载能力，吹填层对原始层形成堆载效应后，开始对原始层与吹填层同时进行负压排水作业。真空度能达到0.098Mpa以上。

承启盖帽的储水腔设有上盖板，上盖板构成吹填层排水板下端的封闭端板，储水腔向下设有与原始层排水板相通的开口，封闭端板的一侧向上设有上翼板，上翼板与吹填层排水板固接，储水腔开口的一侧向下设有下翼板，下翼板与原始层排水板固接。所述引水管向上与原始层排水板采用塑料焊接或用尼龙扎带绑接组合成整体。

是针对复合地基中各层软土层的土质性状，分别采用与各软土层相适合的方式进行软基加固处理。即将与原始层加固深度相对应长度的排水板和与吹填层加固深度相对应长度的排水板组合成可以一次性打设的、组合形式的排水板（组合排水板），用打设桩机打设到复合地基中去，然后通过其延伸至地表面的排水管，以能够分别控制的形式将原始层排水板、吹填层排水板与地表面的水平排水系统（水平排水管）、真空设备连接起来，接着，可以向原始层排水板传递负压，对原始层进行真空预压加固处理施工，同时期也可以向吹填层排水板传递负压，对吹填层进行真空预压加固处理或者其他如振冲法等密实方法加固处理施工。这样既使得这两层软土层的施工工艺具有针对性，两部分不同土质性状的软土层得到最合适的软基加固处理，又能够同时期进行施工作业，最终满足提高地基承载力的要求。

本发明的实施，可以比较好地解决上述原始层加固处理与吹填层加固处理存在的加固工艺不同或者同样工艺但固结效率不同步等存在问题，并在减少地基工后沉降、提高施工效率、降低成本等方面取得显著的效果。

本发明的实施，也为在原始层和淤泥吹填层这两层不同土质性状的软土地基实施相同的真空排水预压法的时候，居于节约能源的目的，选配具有不同运行效率的真空预压设备如潜水式真空预压设备、分体式真空预压设备、集成罐式真空预压设备提供了条件，有利于解决目前真空排水预压法中降低电费的重要问题。

原始层排水板与吹填层排水板可以采用相同截面形。

图中：

10---原始层排水板；

11---原始层排水板的承启盖帽；

12---原始层排水板的上引排水管；

13---原始层水平支排水管；

14---原始层水平支排水管与主排水管连接的阀门；

20---吹填层排水板；

21---吹填层排水板的T型盖帽；

22---吹填层排水板的上引排水管；

23---吹填层水平支排水管；

24---吹填层水平支排水管与主排水管连接的阀门；

25---吹填层采用水振冲密实法设备的振冲头；

26---原始层上引排水管12与吹填层排水板20的组合扎带；

27---承启盖帽11与排水板10、排水板20铆接的排钉；

G---水平主排水管；

P---抽真空设备；

A---原始层地基；

B---吹填层地基。

以下对照附图说明本发明的实施形式:

首先，如图1所示，本发明实施形式中使用了组合排水板，其中打设在原始层软土地基内的是与原始层加固深度相对应长度的原始层排水板10，打设在吹填层软土地基内的是与吹填层加固深度相对应长度的吹填层排水板20（一般吹填层加固深度与吹填软土层厚度相当），这两者在打设前预先装配为组合体一次打设到复合地基内，进而可能对由原始层和吹填层组成的复合地基进行分层调控并同时期进行各自工艺的的软基加固处理施工。

原始层排水板10和吹填层排水板20的上端，分别装有承启盖帽11、普通盖帽21，通过盖帽分别与上引排水管12、上引排水管22连接，其长度均向上延伸至地表面。塑料排水板（JTJ/T257-96）由内部带有许多通道的十字塑料板芯带材外面包裹可以透水过滤的无纺布组合而成，具有外向水平透水性和内部竖向通水性的结构特点，截面尺寸如宽100mmX厚4.0mm。非透水性的盖帽是将排水板内竖向通水气进行中转汇集，向上引排水管输送。非透水性且可弯曲的上引排水管的外径，如Ø20mm等。

如图2所示，承启盖帽11其下翼板与原始层排水板上端用如排钉27等铆接；上翼板与吹填层排水板下端用如排钉27等铆接，原始层排水板与吹填层排水板的输水气通道被盖帽切割而独立，盖帽下方的积水仓覆盖原始层排水板的输水气通道，上部的出口管头与上引排水管连接。

原始层排水板10通过所述承启盖帽11与上引排水管12连接并延伸至地表面，上引排水管12与吹填层排水板20重合部分，采用如塑料焊接或若干个扎带绑接等技术手段将两者结成一体。还有，原始层排水板10与吹填层排水板20在靠近地表面部分的上引排水管12和上引排水管22也用扎带绑结一体。

使用排水板打设机将组合排水板打设到复合地基内，这样就可以按照最为优化的设计方案对原始层和吹填层分别实施真空荷载的加载。也就是说，原始层排水板10和吹填层排水板20打设到需要加固的复合层地基中以后，排水材料10位于原始土层A内，因真空荷载作用于原始土层A而进行真空排水预压法的软基加固处理（原始层加固）；而排水材料20位于吹填土层B内，因真空荷载作用于吹填土层B而进行真空排水预压法或者吸水振冲法的软基加固处理（吹填层加固），这样可以达到分层调控且同时期进行复合地基的软基加固处理目的。

其次，如图3、4、5、6所示，用复合地基软基加固处理工作截面和平面图来描述本发明实施形式的工艺要点。由于吹填层又因地域不同出现淤泥、淤泥质土层（淤泥吹填层）和泥砂质、贝壳砂层（砂质吹填层）的复杂情况，那么本发明实施形式中也体现两种情况。图2为吹填层为淤泥层情况下，原始层地基和淤泥吹填层地基分别采取真空预压法的软基加固施工剖面图及平面图；在吹填层为砂质层情况下，原始层地基采取真空预压法而砂质吹填层地基采取振冲法的软基加固施工剖面图及平面图。

第一种情况，如图3、4所示，将打设到复合地基内的组合排水板上引排水管12、排水管22分别与水平支排水管13、水平支排水管23连接起来，按照设计方案在连接了若干个上引排水管的水平排水管一端出膜后分别连接阀门14、接阀门24（阀门初始状态为关闭），再与水平主排水平排水管G连接，并接通抽真空设备P。

然后，启动真空设备P，打开阀门14，开始通过原始层排水板10向原始层土层A进行真空加载，因负压作用原始层土层A内的间隙水顺箭头方向流动，并通过原始层排水板10、上引排水管12、水平支排水管13等向外部排水。其真空加载的时间按照设计要求确定，如245日（连续）。这样可以对原始层土层A用真空排水预压法工艺实施软基加固处理（原始层加固）。

而，在所述原始土层加固的同时期，根据最优化的设计方案所定的开启时间，打开阀门24，开始通过吹填层排水板20向淤泥吹填层土层B进行真空加载，因负压作用淤泥吹填层土层B内的间隙水顺箭头方向流动，并通过吹填层排水板20、上引排水管22、水平支排水管23向外部排水。其真空加载时间按照设计要求确定，如200日（连续）。这样就同时对淤泥吹填层土层B用真空排水预压法实施软基加固处理（吹填层加固）。

如上所述，由于原始层加固施工和淤泥吹填层加固施工可以分别调控且同时期进行，其固结效果基本可以达到同步固结目的，也可以有目的地、比较灵活地应用真空预压系统。而且，原始层排水板10直接插到了原始层地基，所以减少了排水板沿程压力损失。所以根据本发明实施方式，可以带来固结效率的提高，总工期的缩短，电量消耗的降低等技术与经济效果。

第二种情况，如图5、6所示，所述组合排水板的连接方式、原始层加固的实施方法与第一种情况一样。

而，在所述原始土层加固的同时期，对砂质吹填层B，为防止软基液化需要采用吸水振冲密实法工艺实施软基加固处理。也即，用振冲设备的振动棒25对砂层进行上下来回振动冲击的同时，打开作业单元内所属水平支排水管23连接的阀门24，对砂质吹填层B加载真空压力。

随着振动棒25上下来回振动，可以破坏砂质吹填层B内的原有的沙粒构造，产生的剩余间隙水在负压作用下按照箭头方向向吹填层排水板20流动，并通过吹填层排水板20延伸上来的上引排水管22、水平支排水管23排出。不同的砂质吹填层具有不同的透水系数，每个作业单元的振动时间可按照设计要求确定。

所述一个作业单元在设计时间内完成振冲吸水密实后，关闭其阀门24，然后进入下一个作业单元振冲密实施工。同理，打开所属阀门24，振冲吸水密实，施工完成后关闭其阀门24。这样施工工序循环，作业单元递次推进，直至砂质吹填层B全部区域施工完成，最终完成砂质吹填层B的加固处理（吹填层加固）。

如果上述砂质吹填层B的吸水振冲密实加固处理全部完成了，在原始层A预定真空预压时间内，对真原始层A保持空压力，一直持续到设计工期期满，使得在整个需要加固的复合地基内原始层软土层A进行真空预压加固（原始层加固），最终完成整个复合地基的软基加固处理。最后卸载并拆除水平排水管、真空设备P等设施。

如上所述，由于原始层加固施工和砂质吹填层加固施工可以针对各层地基不同土质性状的采取最合适的软基加固处理方式，并在实施过程中能够分别调控且同时期进行，所以根据本发明实施方式，可以带来固结效率的提高，总工期的缩短，电量消耗的降低等技术与经济效果。

以上说明了本发明的实施形式，但是，本发明不局限以上陈述的内容，还可能包括按照本发明的技术思路范围内的各种变形案例。例如，本发明实施形式中，在作为砂质吹填层的液化对策地基加固方面，不一定局限于利用振动棒的真空吸水振冲法，例如，不用振动棒的真空吸水密实法也是可以的。本发明实施形式中，在作为淤泥吹填层的真空预压法加固处理时与原始层的真空预压法加固处理选择连接方式方面，也不局限于利用阀门的分别调控方式，即使使用其他方式或者根本不加阀门，只要利用组合排水板进行复合地基软基处理，相对于传统软基加固处理方法，均都能达到固结效率高，且经济的效果。

另外，针对如碱渣池、垃圾填埋池等孔隙水较难排除的复杂地基，居于减少沿程真空压力损失或提高固结效率目的，将复杂软土地基或者单层深层软土地基进行人为分程多层，按照本发明的技术思路进行拓展，组合排水板利用承启盖帽和和上引排水管变为多层组合排水板，利用多层组合排水板进行多层真空预压加固处理，同样能达到固结效率高，且经济的效果。