基于强度控制的吹填淤泥正负压快速固结方法与流程

本发明涉及一种吹填淤泥快速固结方法，尤其是一种基于强度控制的吹填淤泥正负压快速固结方法，属于水利、近海岸建设和港口航道工程技术领域。

背景技术：

近年来，为了解决土地资源紧缺的现状，我国沿海地区都在进行大面积的围海造陆工程，产生大规模的吹填软土，占用大面积土地资源。吹填软土具有高含水率、高压缩性、承载力极低等不利的工程特性，必须对其进行加固处理，才能满足后续工程建设的需要。真空预压法在处理软土地基中有着独特优势，被广泛应用于常规软土地基加固工程中，也取得了良好的社会和经济效益。然而，真空预压处理新近吹填软土地基时，加固场地会出现以排水板为中心轴、自上而下直径不等的不规则的“土桩”，产生淤堵现象，导致排水固结效果差。这主要是由于淤泥不仅细颗粒含量较多，而且颗粒间粘结较弱，尚未形成具有一定强度的土体结构，当直接采用传统的真空压力90～100kPa抽水时，淤泥中的水分在真空负压作用下向排水板处流动，形成的水流将悬浮于淤泥中的土颗粒拖拽至滤水通道表面，并在表面逐渐形成一层渗透性差、结构致密的泥膜层，阻碍真空负压向周围土体传递，导致排水固结速度和强度增长较慢、产生淤堵。【吉锋，高含水率疏浚淤泥透气真空防淤堵模型研究[J].土木建筑与环境工程学报，2013，35(1)：26-31】。

因此，若能在真空负压施加之前，通过某种方式对淤泥进行预固结，形成具有一定强度土体结构，在该结构强度下进行真空负压排水，土体结构相对稳定，不会在排水板附近形成致密的泥膜层，将有效缓解排水板的淤堵效应，明显提高后续真空预压加固效果。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，结合上述研究成果，克服真空预压技术处理吹填软基时容易出现排水板淤堵，排水固结效果不理想的难题，提出一种基于强度控制的吹填淤泥正负压快速固结方法，可以有效提高吹填软基加固速率、改善吹填软基加固质量的。

技术方案：本发明所述的基于强度控制的吹填淤泥正负压快速固结方法，其 特征在于，包括以下步骤：

在吹填软土内布置排水系统；

在吹填软土内布置含水率监测器；

在吹填软土上布设密封膜；

然后，在密封膜上施加正压堆载，并实时根据所述含水率监测器测得的含水率值计算该吹填软土的不排水强度；

当含水率检测器测得的含水率值计算得到的吹填软土不排水强度达到1.5kPa时，开启所述排水系统。

进一步地，在所述步骤，然后，在密封膜上施加正压堆载，并实时根据所述含水率监测器测得的含水率值计算该吹填软土的不排水强度，所述淤泥的不排水强度由下式计算得到：

C_ur为淤泥不排水抗剪强度，w为淤泥含水率，w_L为淤泥液限含水率。

进一步地，所述步骤，在吹填软土内布置排水系统，具体为：

排水系统制作，在后方场地预制排水系统。排水系统包括垂直排水系统和水平排水系统；

排水系统安装，将排水系统运到浮体上，浮体从吹填堆场的一侧移动到另一侧，行进过程中按照设计方案插设排水板，插设结束后将水平排水系统的加筋软管的端部引到同一个围堤上，并与放置在围堤上的多接头总管连接。

进一步地，所述步骤，在吹填软土上布设密封膜，具体为：

在待加固场地上铺设至少一层土工布，然后在铺设至少一层密封膜，最后再将密封膜沿着堆场四周压入淤泥中至少1.5m。

进一步地，所述步骤，然后，在密封膜上施加正压堆载，并实时根据所述含水率监测器测得的含水率值计算该吹填软土的不排水强度，中：

采用膜上覆水的方式施加正压堆载，膜上覆水深度不小于1m。

进一步地，所述步骤，当含水率监测器测得的含水率值计算得到的吹填软土不排水强度达到1.5kPa时，开启所述排水系统，中排水系统的工作模式为：(研究表明，疏浚泥的不排水强度随含水率的降低而提高，且存在明显的转折点，当 含水率小于1.5倍液限时，不排水强度显著增加，土体开始形成相对稳定的结构，此时施加真空荷载，不会发生颗粒移动至排水板表面形成致密淤堵层，进而导致淤堵的发生。)

采取分级加载的方式进行抽真空，分级加载过程中，场地沉降在当前真空负压下稳定后，利用透气装置调整真空负压值，进行下一级的真空负压排水固结。

进一步地，分级加载按照按20kPa、40kPa、80～100kPa的负压等级进行。

具体实施过程包括以下步骤：

第一步：排水系统制作。在后方场地预制排水系统。排水系统包括垂直排水系统和水平排水系统。垂直排水系统由排水板组成，排水板顶部安装有手型接头；水平排水系统由加筋软管组成；排水板顶部的手型接头通过连接管和十字接头与水平排水系统的加筋软管连接，串联形成一幅排水系统。排水系统的制作规模根据待处理场地情况确定。排水板的设计间距一般为0.8m～1.0m。加筋软管直径一般为1.0～2.0cm。

第二步：排水系统安装。将排水系统运到浮体上，浮体从吹填堆场的一侧移动到另一侧，行进过程中按照设计间距插设排水板，插设结束后将水平排水系统的加筋软管的端部引到同一个围堤上，并与放置在围堤上的多接头总管连接。多接头总管可采用PVC管或钢管，直径根据待处理场地情况确定。

第三步：埋设含水率监测设备。在加固场地代表性位置埋设含水率监测设备，用于实时监测加固过程中含水率的变化，根据推算淤泥的实时不排水强度的情况，用于指导施工。含水率监测设备的布设方案根据待处理场地的情况确定。

第四步：场地密封。在待加固场地上铺设1～2层土工布，然后在铺设2层密封膜，最后再将密封膜沿着场地四周压入淤泥中至少1.5m。

第五步：正压堆载固结。在膜上覆水1.0m，对应上覆有效应力10kPa。在覆水正压堆载固结过程中，实时监测淤泥含水率变化情况，掌握淤泥不排水强度的变化。

第六步：真空排水固结。当监测到淤泥不排水强度达到1.5kPa时，将主管与真空装置连接，并开启真空装置进行真空排水固结。真空加载采取分级加载的方 式，按照20kPa、40kPa、80～100kPa的负压等级进行，每级负压荷载下场地沉降稳定后，进行下一级的真空负压排水固结。采用80～100kPa是因为真空预压理论上最大真空压力为100kPa，通常实际的最大工作压力在80～100kPa。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：本发明针对真空预压技术处理吹填软基时容易出现排水板淤堵，排水固结效果不理想的工程难题，提出了基于强度控制的吹填淤泥正负压快速固结方法，首先进行膜上覆水正压堆载固结，使得淤泥形成一定强度，具备相对稳定的土体结构，可避免排水板淤堵层的形成，然后再进行真空负压排水固结，对吹填软基进行快速排水固结，提高了施工效率，保证了吹填软基的加固效果，简单可靠，经济实用，市场应用前景广阔。

值得指出的是本发明不同于传统的真空联合堆载预压法的做法，通过先施加堆载压力，并必须施加堆载压力直至土体强度提高至不会发生淤堵的数值后，再进行真空预压，有效地，避免了排水板淤堵层的形成。

附图说明

图1是本发明的基于强度控制的吹填淤泥正负压快速固结方法的布置示意图；

图2是本发明的基于强度控制的吹填淤泥正负压快速固结方法的立面示意图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：

下面结合附图对本发明的实施例作下说明：

本实施例的基于强度控制的吹填淤泥正负压快速固结方法在某大面积吹填软土地基加固工程上实施，该吹填软土地基为新近吹填软基，属于超软土地基，淤泥黏粒含量高、含水率高，需要对其进行快速处理以便于后续工程建设。

具体实施步骤如下：

第一步：排水系统制作。在后方场地预制排水系统。排水系统包括垂直排水系统和水平排水系统。垂直排水系统由3m排水板1组成，排水板1的设计间距为1.0m，排水板1顶部安装手型接头2；水平排水系统由Φ2.5cm的加筋软管3组成；排水板1顶部的手型接头2通过连接管4和十字接头5与水平排水系统的加筋软管3连接，串联形成一幅排水系统。

第二步：排水系统安装。将排水系统运到浮体上，浮体从吹填堆场的一侧移动到另一侧，行进过程中按照设计方案插设排水板1，插设间距1.0m，正方形布设。插设结束后将水平排水系统的加筋软管4的端部6引到同一个围堤7上，并与放置在围堤7上的Φ10cm多接头钢制总管8连接。

第三步：埋设含水率监测设备。在加固场地四周及中间位置的不同深度处埋设含水率监测设备9，本次含水率监测设备9采用FDR。

第四步：场地密封。在待加固场地上铺设一层300g/m2土工布10，然后在铺设3层厚度约为0.12mm的密封膜11，最后再将密封膜11沿着堆场四周压入淤泥中2.0m。

第五步：正压堆载固结。在膜上覆水12高度为1.0m，对应上覆有效应力10kPa。在覆水12正压堆载固结过程中，在围堤7上实时监测加固过程中场地各位置及不同深度处的含水率的变化情况，并推算淤泥的实时不排水强度的情况，指导施工。

第六步：真空排水固结。当监测到淤泥不排水强度达到1.5kPa时，将多接头主管8与真空装置13连接，并开启真空装置13进行真空排水固结。真空排水固结过程采取分级加载的方式，分级加载等级为20kPa-40kPa-90kPa，分级加载过程中，场地沉降在当前真空负压下稳定后，利用透气装置14调整真空负压值，进行下一级的真空负压排水固结。

经过120天的加固处理后，吹填软土地基的地基承载力得到明显提高，承载力达到60kPa，加固效果显著。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案均落在本发明要求的保护范围。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。