本发明涉及岩土工程软基处理技术领域，具体是一种利用复合土工织物进行软基加固的设计和施工方法。
背景技术：
我国南方及沿海多数地区降雨量大，地下水位高，土体多为高含水量的软土，加之城市建设进程的快速发展，我国沿海地区用地愈发紧张，为了获得更多的土地资源，围海造陆工程越来越多，这些土体多为饱和软黏土，其含水量高、孔隙比大、承载能力低，具有高压缩性，不可在上面直接进行工程建设，在进行公路、飞机场等建设前需对土体进行排水处理，降低地下水位，减小土体孔隙比，增强土体承载力并减小土体工后沉降。
目前常用的软基排水固结法有堆载预压、真空预压、真空联合堆载预压等，采用真空预压需铺设真空管路，设置抽真空装置等，操作较堆载预压复杂且会提高施工成本，此外在抽真空过程中地基内部固结度难以检测。现有技术中多采用竖向排水板作为排水体，但是这种方法排水加固的土体强度提高有限且土体延性较低。
因此能大幅度提高土体强度和延性的排水固结法的研究还处于空白。
技术实现要素：
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种利用复合土工织物进行软基加固的设计和施工方法。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种利用复合土工织物进行软基加固的设计，其特征在于：包括复合土工织物、土工布、第一层砂垫层、第一层土工格栅、第二层砂垫层、第二层土工格栅、沉降板、位移边桩和排水沟。
施工区域的地表上从下到上依次铺设有土工布、第一层砂垫层、第一层土工格栅、第二层砂垫层和第二层土工格栅。
所述土工布的厚度为2.4～3.0mm，单位面积质量为300～400g/mm2。所述第一层砂垫层的厚度为30～35cm。所述第一层砂垫层级配为4～30mm。所述第一层土工格栅的单位面积重量为200～240g/m2。所述第二层砂垫层的厚度为20～25cm，级配为4～30mm。所述第二层土工格栅单位面积重量为200～240g/m2。
施工区域的软土地基下方设有若干个竖向排水体。所述竖向排水体为两端开口且内中空的圆柱体结构。
所述竖向排水体为复合土工织物。所述复合土工织物包括两层无纺土工织物和一层有纺土工织物。所述有纺土工织物位于两层无纺土工织物之间。
从加工的角度上来讲，所述竖向排水体为复合土工织物卷成的中空圆柱体结构，所述圆柱体结构的直径为1.5m。所述圆柱体结构的接头处缝合，所述缝合后的搭接长度为10～15cm。
观测点处埋设有沉降板和位移边桩。路堤两侧设置有排水沟，所述排水沟位于路堤坡脚线处。
一种利用复合土工织物进行软基加固的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对施工区域地表进行清理及场地整平。
2)在已清理及整平的地表上铺设土工布，在土工布的上方铺设第一层砂垫层。
所述土工布厚度范围为2.4～3.0mm，单位面积质量为300～400g/mm2。
所述第一层砂垫层的厚度为30～35cm。所述第一层砂垫层级配为4～30mm。
3)使用pcc桩机将竖向排水体打入软土地基下方。
再在第一层砂垫层的上方铺设第一层土工格栅，在第一层土工格栅的上方铺设第二层砂垫层。
所述竖向排水体为两端开口且内中空的圆柱体结构。所述竖向排水体的材质为为复合土工织物，所述复合土工织物包括两层无纺土工织物和一层有纺土工织物。所述有纺土工织物位于两层无纺土工织物之间。
从加工的角度上来讲，所述竖向排水体为复合土工织物卷成的中空圆柱体结构，所述圆柱体结构的接头处进行缝合。所述竖向排水体的直径为1.5m，所述缝合后的搭接长度为10～15cm。
所述第一层土工格栅的单位面积重量为200～240g/m2。
所述第二层砂垫层的厚度为20～25cm，级配为4～30mm。
4)在第二层砂垫层的上方铺设第二层土工格栅，并在路堤两侧设置排水沟，所述排水沟位于路堤坡脚线处。
所述第二层土工格栅单位面积重量为200～240g/m2。
5)埋设沉降板和位移边桩。
6)对铺好砂垫层后的地表进行压实。
7)路基分层填筑压实至堆载设计标高，堆载预压时间为10～12个月。
进一步，在施工区域的两侧打设围堰，并进行抽水晾干。
进一步，每卷所述复合土工织物在第一层砂垫层表面留有50～60cm余长。
进一步，所述pcc桩机包括振动头、桩模和活瓣桩靴。
进一步，打设的所述复合土工织物采用正方形排布，正方形排布边长为3m。
进一步，设置有三个沉降观测点，分别位于道路中心轴线处及两侧坡肩边线内侧0.5m处，每个观测点埋设两个沉降板。
进一步，所述位移边桩在两侧沿坡脚边线外每10m设置一个，两边各设置4个，与沉降板的位置在同一直线上，且位移边桩埋置深度不小于1.2m，桩顶露出地面高度不大于10cm。
进一步，所述沉降板采用钢材制作，底板尺寸40*40cm,厚0.8cm。所述位移边桩采用钢筋混凝土预制，混凝土标号不小于c25，断面采用矩形，横截面尺寸为15*15cm。
进一步，所述步骤6)中压实处理选用20t振动压路机碾压，两台压路机以中心线为界，各压半辐路基宽度，碾压时采取从两侧向中心的顺序，纵向进退式碾压，行与行轮迹重叠0.4m,相邻两区段纵向重叠2.0m。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明具有以下优点：
1)本发明所选用有纺土工织物和无纺土工织物抗拉强度高，受拉力作用时变形小，外边两层无纺土工织物能较好地过滤细颗粒，阻止土体流失，中间所夹有纺土工织物编织整齐，具有较好的透水性；
2)本发明所选有纺土工织物和无纺土工织物制成的复合土工织物卷打入土体排水的同时具有一定加筋作用，并且当作用有上部荷载时复合土工织物能很好的约束内部土体的侧向变形，一定程度上提高了土体强度且增大土体延性；
3)本发明所选材料来源广泛，价格低廉，无污染，能有效降低排水固结施工成本，同时打设竖向排水体与传统的竖向排水板相比没那么密集，能有效缩短工期且保持施工现场整洁。
附图说明
图1为本发明的路堤堆载后结构示意图；
图2为本发明的复合土工织物平面排布示意图；
图3为本发明的复合土工织物在砂垫层内布置示意图；
图4为本发明的复合土工织物组成示意图；
图5为本发明的沉降板和位移边桩布置示意图；
图6为本发明的复合土工织物打设施工工序示意图。
图中：复合土工织物1、无纺土工织物101、有纺土工织物102、土工布2、第一层砂垫层3、第一层土工格栅4、第二层砂垫层5、第二层土工格栅6、沉降板7、位移边桩8、pcc桩机9、振动头901、桩模902、活瓣桩靴903、排水沟10和围堰11。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
如图1所示，一种利用复合土工织物进行软基加固的设计，其特征在于：包括复合土工织物1、土工布2、第一层砂垫层3、第一层土工格栅4、第二层砂垫层5、第二层土工格栅6、沉降板7、位移边桩8和排水沟10。
施工区域的地表上从下到上依次铺设有土工布2、第一层砂垫层3、第一层土工格栅4、第二层砂垫层5和第二层土工格栅6。
所述土工布2的厚度为2.4～3.0mm，单位面积质量为300～400g/mm2。
所述第一层砂垫层3的厚度为30～35cm。所述第一层砂垫层3级配为4～30mm。
所述第一层土工格栅4的单位面积重量为200～240g/m2。
所述第二层砂垫层5的厚度为20～25cm，级配为4～30mm。
所述第二层土工格栅6单位面积重量为200～240g/m2。
施工区域的软土地基下方设有若干个竖向排水体。所述竖向排水体为两端开口且内中空的圆柱体结构。打设的所述复合土工织物1采用正方形排布，正方形排布边长为3m。
所述竖向排水体为复合土工织物1。所述复合土工织物1包括两层无纺土工织物101和一层有纺土工织物102。所述有纺土工织物102位于两层无纺土工织物101之间。
从加工的角度上来讲，所述竖向排水体为复合土工织物1卷成的中空圆柱体结构，所述圆柱体结构的直径为1.5m。所述圆柱体结构的接头处缝合，所述缝合后的搭接长度为10～15cm。
每卷所述复合土工织物1在第一层砂垫层3表面留有50～60cm余长。
观测点处埋设有沉降板7和位移边桩8。路堤两侧设置有排水沟10，所述排水沟10位于路堤坡脚线处。所述施工区域的两侧打设有围堰11，并进行抽水晾干。
设置的三个沉降观测点，分别位于道路中心轴线处及两侧坡肩边线内侧0.5m处，每个观测点埋设两个沉降板7。
所述位移边桩8在两侧沿坡脚边线外每10m设置一个，两边各设置4个，与沉降板7的位置在同一直线上，且位移边桩8埋置深度不小于1.2m，桩顶露出地面高度不大于10cm。
所述沉降板7采用钢材制作，底板尺寸40*40cm,厚0.8cm。所述位移边桩8采用钢筋混凝土预制，混凝土标号不小于c25，断面采用矩形，横截面尺寸为15*15cm。
实施例2：
一种利用复合土工织物进行软基加固的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对施工区域地表进行清理及场地整平。
在施工区域的两侧打设围堰11，并进行抽水晾干。
2)在已清理及整平的地表上铺设土工布2，在土工布2的上方铺设第一层砂垫层3。
所述土工布2厚度范围为2.4～3.0mm，单位面积质量为300～400g/mm2。
所述第一层砂垫层3的厚度为30～35cm。所述第一层砂垫层3级配为4～30mm。
3.1)使用pcc桩机9将竖向排水体打入软土地基下方。所述pcc桩机9包括振动头901、桩模902和活瓣桩靴903。
如图6所示，即为复合土工织物1打设工序示意图，按照a1至a7工序进行操作。
a1工序：pcc桩机9就位，保持活瓣桩靴903闭合；
a2工序：利用pcc桩机9顶部的振动头901的振动能量沉桩。
a3、a4工序：待桩模达到既定深度后停止沉桩，取下顶部振动头901，将事前准备好的复合土工织物1下放到pcc桩机9桩模902内。
a5工序：将复合土工织物1放置完成后，安装好振动头901；
a6工序：将活瓣桩靴903打开，向上提升pcc桩机9，此时内部的复合土工织物1留在土体内作为竖向排水体；
a7工序：将pcc桩机9完全提升后完成复合土工织物1打设。
3.2)再在第一层砂垫层3的上方铺设第一层土工格栅4，在第一层土工格栅4的上方铺设第二层砂垫层5。
所述竖向排水体为两端开口且内中空的圆柱体结构。如图4所示，所述竖向排水体的材质为为复合土工织物1，所述复合土工织物1包括两层无纺土工织物101和一层有纺土工织物102。所述有纺土工织物102位于两层无纺土工织物101之间。
从加工的角度上来讲，所述竖向排水体为复合土工织物1卷成的中空圆柱体结构，所述圆柱体结构的接头处进行缝合。所述竖向排水体的直径为1.5m，所述缝合后的搭接长度为10～15cm。
如图3所示，每卷所述复合土工织物1在第一层砂垫层3表面留有50～60cm余长。
如图2所示，打设的所述复合土工织物1采用正方形排布，正方形排布边长为3m。
所述第一层土工格栅4的单位面积重量为200～240g/m2。
所述第二层砂垫层5的厚度为20～25cm，级配为4～30mm。
4)在第二层砂垫层5的上方铺设第二层土工格栅6，并在路堤两侧设置排水沟10，所述排水沟10位于路堤坡脚线处。
所述第二层土工格栅6单位面积重量为200～240g/m2。
5)如图1和图5所示，埋设沉降板7和位移边桩8。
设置有三个沉降观测点，分别位于道路中心轴线处及两侧坡肩边线内侧0.5m处，每个观测点埋设两个沉降板7。
具体实施时在埋设地点挖40cm×40cm×40cm左右的土坑，坑内用厚5～10cm砂垫平压实，将沉降板7平放在坑内，四周用砂填实并校正水平，再回填土整平压实，填料时，应先在沉降板7周围填料压实，以保护沉降板7，护套管埋设于离底板上方30㎝处，为防止施工时损坏沉降板7与测杆，周围采用小型夯实机夯实，套管外侧涂一层醒目颜色，盖顶加插小红旗，以示警戒。
随着填土增高，测杆与套管也应相应接高，接高时其垂直偏差率不大于1.5％。接高后测杆及套管封盖的高度不超出土面50cm。路基填筑时应保证测杆的稳定及垂直，沉降板7、测杆连接高度达4米高度时其倾斜度不应大于1度。
所述位移边桩8在两侧沿坡脚边线外每10m设置一个，两边各设置4个，与沉降板7的位置在同一直线上，且位移边桩8埋置深度不小于1.2m，桩顶露出地面高度不大于10cm。埋置方法采用打入或开挖埋设，要求桩周围回填密实，桩周上部50cm用混凝土浇筑固定，确保位移边桩8埋置稳固。
所述沉降板7采用钢材制作，底板尺寸40*40cm,厚0.8cm。所述位移边桩8采用钢筋混凝土预制，混凝土标号不小于c25，断面采用矩形，横截面尺寸为15*15cm。
6)对铺好砂垫层后的地表进行压实。
所述步骤6)中压实处理选用20t振动压路机碾压，两台压路机以中心线为界，各压半辐路基宽度，碾压时采取从两侧向中心的顺序，纵向进退式碾压，行与行轮迹重叠0.4m,相邻两区段纵向重叠2.0m，,以保证无漏压、无死角，确保碾压的均匀性。
压实过程碾压方法为：静压一遍，弱振碾压一遍，强振碾压3～6遍，弱振碾压一遍，最后再静压一遍消除轮迹。
7)路基分层填筑压实至堆载设计标高，堆载预压时间为10～12个月。
压实过程碾压方法为：静压一遍，弱振碾压一遍，强振碾压3～6遍，弱振碾压一遍，最后再静压一遍消除轮迹。
本发明操作简单易行，容易实现，所选用有纺土工织物和无纺土工织物抗拉强度高，受拉力作用时变形小，外边两层无纺土工织物能较好地过滤细颗粒，阻止土体流失，中间所夹有纺土工织物编织整齐，具有较好的透水性。所选有纺土工织物和无纺土工织物制成的复合土工织物卷打入土体排水的同时具有一定加筋作用，并且当作用有上部荷载时复合土工织物能很好的约束内部土体的侧向变形，一定程度上提高了土体强度且增大土体延性。