扁带侧胀联合真空预压地基处理装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于土木工程领域地基处理方法，具体的是扁带侧胀联合真空预压地基处理装置和方法。
【背景技术】
[0002]真空预压是一种广泛应用的软土地基加固方法，尤其在处理深厚软弱黏土方面有着独特的优势。真空预压法最早由瑞典皇家地质学院的W.Kjellman提出，作者介绍了五组现场试验结果，并提出了真空预压的理论解释。此后，真空预压研究工作发展缓慢。我国在20世纪50?60年代，不同单位分别进行了探索性的工作，但在理论和工程实践方面都没有获得较大的突破。自1980年开始，交通部一航局科研所(现中交天津港湾工程研究院有限公司)开展了大面积的现场试验，并与天津大学联合进行了室内试验及理论研究。初步弄清了真空预压的固结机理，并且研究出了合适的抽真空装置(射流栗)和覆盖密封膜等关键工艺，并取得了国家发明专利。此后为了获得更高的地基承载力，交通部一航局科研所在真空预压法的基础上发明了真空联合堆载地基处理方法。近年来发明的增压式真空预压和气压劈裂真空预压由于存在难以控制高压气体扩散影响真空度等难题，加固效果未能获得较大提尚O
[0003]大量的真空预压工程表明，真空预压是一种高效合理的软土地基处理方法，但存在两个问题。第一是由于大气压力的限制真空预压加固后地基承载力特征值约SOkPa左右，不能进一步提高;真空联合堆载法虽能进一步提高地基承载力，但其受堆载料获得及运输的限制，费用较高，同时为保证土体不发生破坏，堆载时需要控制加载速度，影响工期。第二是对于渗透系数较小的粘土固结速率较慢，需要较长的抽真空时间，电费等费用较高，影响工期。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供扁带侧胀联合真空预压地基处理装置和方法，应用于软土地基加固，扁带侧胀可产生裂隙加快土体固结，施加水平向附加荷载进一步提尚加固后的地基承载力。
[0005]本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现:
[0006]扁带侧胀联合真空预压地基处理装置，在施工区域上方设置砂垫层，在施工区域内打设塑料排水板和塑料扁带，在施工区域内埋设监测仪器;在砂垫层中埋设滤管，并将塑料排水板和滤管相连，滤管与出膜装置相连；出膜装置通过第一连接管和射流栗相连，形成自塑料排水板一滤管一出膜装置一第一连接管一射流栗的抽水通道;在砂垫层中埋设注气管，并将塑料扁带与注气管相连，注气管与出膜装置相连，出膜装置通过第二连接管和空气压缩机相连，形成自空气压缩机一第二连接管一出膜装置一注气管一塑料扁带的充气管路;在砂垫层的上表面设置密封膜，在施工区域的四周设置压膜沟，在压膜沟的下方设置粘土密封墙，密封膜四边铺入压膜沟中并用粘土压实。
[0007]在上述技术方案中，塑料排水板按照正方形进行布置;塑料扁带同样按照正方形进行布置，塑料扁带的间距为塑料排水板间距的I 一 2倍，且塑料扁带位于四根塑料排水板围成的正方形的中心。
[0008]在上述技术方案中，所述监测仪器为孔隙水压力计、分层沉降或者地下水位管
[0009]在上述技术方案中，滤管采用PVC(聚氯乙烯)螺纹管，管径63mm，环刚度大于6kN/m2，滤管按20mm间距全长打孔，并外缠2?3层滤布。
[0010]在上述技术方案中，出膜装置由上下两个法兰盘进行固定，并将密封膜固定在上下两个法兰盘之间，通过四根螺杆拧紧上下两个法兰盘以保证不漏气，选择在上下两个法兰盘之间设置橡胶垫，上下法兰盘形成通路，下法兰盘与四通底座相连，四通底座用于与砂垫层中分布的滤管或注气管相连。
[0011 ]在上述技术方案中，注气管选用塑料管，优选内嵌钢丝作为骨架的PVC(聚氯乙烯)软管，管径50mm。
[0012]在上述技术方案中，为方便连接，使用四通接头(优选硬质PVC管)连接塑料扁带和注气管，并使用铁丝予以固定。
[0013]在上述技术方案中，压膜沟深度为1.0?2.0m。
[0014]在上述技术方案中，粘土密封墙的宽度不小于1.2m，进入不透水层深度为1.0—1.2m，拌合后墙体的粘粒含量应大于15%，渗透系数不大于I X 10—5cm/s。
[0015]在上述技术方案中，在施工区域中，塑料排水板和塑料扁带的埋设深度一致。
[0016]在上述技术方案中，在砂垫层中，注气管位于滤管的上方或者下方。
[0017]在上述技术方案中，在砂垫层中，注气管所处水平位置距离砂垫层上表面的距离为砂垫层厚度的四分之一到一半。
[0018]在上述技术方案中，在砂垫层中，滤管所处水平位置距离砂垫层上表面的距离为砂垫层厚度的三分之一到一半。
[0019]在上述技术方案中，第一连接管和第二连接管的材质相同，均可采用内嵌钢丝作为骨架的PVC(聚氯乙烯)软管。
[0020]施工开始，启动射流栗，利用塑料排水板一滤管一出膜装置一第一连接管一射流栗的抽水通道对施工区域进行抽真空；同时启动空气压缩机，利用空气压缩机一第二连接管一出膜装置一注气管一塑料扁带的充气管路向塑料扁带中充入气体，以使塑料扁带产生侧胀，对周边产生挤压作用。
[0021]在整个预压期间，射流栗开启率不小于80%，膜下真空度要求达到85kPa以上，抽水(抽真空)连续进行80—100天，每天为24小时；高压气体压力为0.3?0.5MPa，采用连续或者间隔充气的方式，进行80—100天，每天为24小时。
[0022]在整个施工期间，利用埋设的监测仪器进行施工进程和质量的监测，确定卸载时间。卸载之后，断开第一连接管和出膜装置以及第二连接管和出膜装置，清除密封膜、出膜装置、砂垫层及其中注气管和滤管，将塑料扁带和塑料排水板保留在施工区域中，采用振动碾压对施工区域进行处理，以消除塑料扁带膨胀后的空隙。
[0023]本发明使用塑料扁带和塑料排水板进行配合，通过注入高压气体使塑料扁带侧胀，给土体施加侧向荷载，通过塑料排水板进行排水。一方面，根据小孔扩张理论，塑料扁带侧胀可以使土体产生水平放射状的裂隙，进一步增大水平向渗透系数及固结系数，加快土体水平向固结。同时较大的裂隙可以形成一定量的水平排水面，缩短竖向排水间距，加快土体的竖向固结。另一方面，塑料扁带侧胀给土体增加了水平向附加荷载，提高加固后的地基承载力；卸载后可通过振动碾压以消除塑料扁带膨胀后的空隙，使表层地基承载力得到进一步提高。总之，与现有技术相比，本发明一方面扁带侧胀产生裂隙加快土体排水固结；另一方面施加水平向附加荷载进一步提高加固后的地基承载力。本发明能够提高施工效率，节省费用，缩短工期。
【附图说明】
[0024]图1是本发明技术方案中塑料扁带和塑料排水板的分布示意图(俯视图)，其中2为塑料排水板、3为塑料扁带。
[0025]图2是本发明扁带侧胀联合真空预压地基处理装置的示意图，其中I为砂垫层，2为塑料排水板，3为塑料扁带，4为监测仪器，5为滤管，6为出膜装置，7为注气管，8为四通接头，9一I为第一连接管，9一2为第二连接管，10为空气压缩机，11为压膜沟，12为密封膜，13为粘土密封墙，14为射流栗。
[0026]图3是本发明处理装置中塑料扁带、注气管与四通接头连接示意图，其中3为塑料扁带，7为注气管，8为四通接头，15为铁丝。
[0027]图4是本发明处理装置中出膜装置的结构示意图，其中12为密封膜，16为上法兰盘，17为四通底座，18为螺栓，19为橡胶垫，20为下法兰盘。
【具体实施方式】
[0028]下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
[0029]以长宽10mX10m的一万平方米的区域为例，平整场地，并在地表铺设砂垫层，采用中粗砂进行砂垫层设置，厚度可为40?50cm，渗透系数大于I X 10—2cm/s。
[0030]在一万平方米的区域内打设塑料排水板和塑料扁带:按照塑料排水板的平面间距布置，采用插板机将塑料排水板打设到设计深度，塑料排水板采用B型塑料排水板，打设过程中避免塑料排水板板头污染;按照塑料扁带的平面间距布置，采用插板机将塑料扁带打设到设计深度，塑料扁带采用PE料高强度输水带(即聚乙烯输水带)，未膨胀状态宽度150mm，塑料扁带的底部先热粘合或者细铁丝绑扎使其不漏气，然后再进行打设。在打设塑料排水板和塑料扁带时，选择将塑料排水板按照横向间距lm，纵向间距Im的正方形进行设置，以使四个塑料排水板形成ImX Im的塑料排水板的分布单元，在塑料排水板分布单元的中心设置塑料扁带，如附图1所示。
[0031]在一万平方米的区域内埋设监测仪器，一般可采用孔隙水压力计、分层沉降或者地下水位管，以实现时时监测。
[0032]在砂垫层中埋设滤管，并将塑料排水板的板头和滤管绑扎连接，滤管与出膜装置相连；出膜装置通过第一连接管和射流栗相连，这样一来，形成自塑料排水板一滤管一出膜装置一第一连接管一射流栗的抽真空通道。滤管采