专利名称：一次插管、多遍真空井点降水动力固结的地基处理方法
技术领域：
本发明涉及一种地基处理方法，应用于使用荷载较小、荷载作用面积较大的货物集装箱 堆场、机场、港口码头、仓库等工程的地基处理，具体的说是一种解决表层承载力不足、深 处淤泥质土厚度较厚、大面积均匀荷载作用下差异变形较大问题的新方法。
背景技术：
目前，处理表层承载力不足、深处淤泥质土厚度较厚、大面积均匀荷载作用下的地基， 常用的地基处理方法包括有堆载预压法、真空预压法、开挖换填法、高真空击密法、强夯置 换法、水泥土搅拌桩法、振冲法、注浆法、化学拌合法、CFG桩法、挤密砂石桩法、刚性桩、 柔性桩、及刚柔性复合桩基法，沉降控制复合桩基法等等。
其中强夯法是一种最经济高效的处理方法，处理后对地基承载力的提高效果显著， 一般 均可满足常规建构筑物或港口、机场、仓储物流基地的承载力要求，但其缺点是，目前的强 夯工艺仅适用于碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等 地基，对于高饱和度的粉土与软塑 流塑的粘性土一般情况下都是慎于使用的，使用不当很 容易造成"橡皮土"现象。
真空井点降水是一种主动的排水方法，真空降水动力固结法处理软土由于加固效果显著、 造价低廉、施工速度快、施工简单方便等优点而广泛应用和发展，施工工艺多采用"两降三 夯"或"三降三夯"，即第一次插真空井管，降水到位后拔管进行强夯，强夯后再进行第二次 插管降水，降水到位后再拔管进行第二次强夯，如此顺序依次多次整体插管、拔管进行强夯 施工，可实现"多遍降水多遍强夯"的施工工艺，确保地下水位在强夯施工过程中均处于较 低状态。但"多遍降水多遍强夯"均存在着较大工程量的问题，造成很多不必要的重复劳动， 加大了遍夯之间的时间间隔，延长了总的施工工期。为了防止井壁涂抹作用，通常井孔上部 1 2m采用机械引孔(钻孔、静压等)，井孔下部多采用水力冲孔法插管，每次均需要冲孔， 人为的多次造成表层土体遭水浸泡和下层土体因注水而过于饱和。
发明内容
本发明的目的是提供一种一次插管、多遍真空井点降水动力固结的地基处理方法，需要 一次插管就可以进行2遍或3遍降水强夯施工，并且在强夯施工过程中还可以持续降水，使 地下处于负压状态，有利于施工过程中和工后的孔压消散，縮短遍夯间隔，加快孔隙水压力 的消散，大大縮短施工周期。其可应用于处理表层承载力不足、深处淤泥质土厚度较厚、大 面积均匀荷载作用下的地基，特别是常规建构筑物或港口、机场、仓储物流基地等。 为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是 一种一次插管、多遍真空井点降水动力固结的地基处理方法，包括 1、采用一次插管、多遍真空井点降水动力固结的地基处理方法使地基承载力基本满足设 计要求，通过表层形成具有一定厚度的"硬壳层"来增加附加应力的扩散效应，通过"硬壳 层"的调节作用来减小荷载作用下的差异沉降，使整个场地的"硬壳层"达到变形协调，共 同作用，最终满足地基承载力和变形的双重要求。2、 采用适当设计参数的一次插管、多遍真空井点降水的施工工艺，首先将地下水降到设 计要求的水位，然后再拔除一部分真空井点水管，进行第一遍适当能级的强夯，强夯过程中 以及强夯完成后其他未拔除真空井点水管继续降水，水位达到要求后进行第二遍强夯，如此 顺序进行，直至达到设计要求。
3、 一次插管、多遍真空井点降水设计的原则是真空井点水管的滤头要能够满足设计要 求，滤网包裹严密，滤网能够确实起到过滤作用，杜绝真空降水过程中抽出大量的泥沙，从 而人为的破坏抽空地下土层，在成孔过程中尽量增大冲孔直径，冲孔达到设计深度后即可插 入井管，井管四周回填中砂，回填到预定深度后，即可回填粘土进行上部封管，回填粘土要 用工具冲捣密实，防止井管四周漏气。现场的水平联结管布置要利于后期场地施工的需要， 要便于机械行走，在施工过程中可根据具体需要随时调整水平联结管的出口布置，以配合施 工。
4、 强夯的能级要根据场地的使用要求以及具体的地质条件确定，施工过程中夯坑不会出 现积水、冒水现象，尽量保证强夯的施工在水位以上。
5、 对于使用条件比较高、降水比较困难的场地，强夯满夯施工时表层铺设30 50cra的 碎石和/或砂石，使表层能够被挤密和置换，提高表层的密实度，满足使用要求。
6、 本发明的设计方法原则是首先根据场地具体的地质条件进行真空井点降水设计，确 定真空井点水管的插管长度、滤管长度，插管间距，真空井点水管的类型根据土层条件选择 PVC管或钢管；进行真空抽水试验，判断场地在插管之前是否需要通过预夯来提高场地封闭 性；如果真空抽水过程中真空度达不到70 80kPa，再确定选择合适能级的强夯对场地进行 预夯。然后根据上部荷载的承载力以及使用沉降要求对强夯进行设计，根据现场布设真空井 点水管的间距以及强夯施工机械的施工要求，确定需要拔除的真空井点水管的数量和位置， 保证不会影响施工进度并且在施工过程中能够抑止水位的回升，达到强夯的加固效果。最后 根据场地表层的加固情况和使用要求确定是否场地满夯前需要回填碎石和砂石等粗骨粒材 料。
7、 本发明施工工艺先进行真空井点降水施工，尽量增加降水的深度和效率，在降水过
程中如果效果不太理想，水位下降困难时可根据情况对插设真空井点水管的长度、间距以及
滤管长度、材料进行调整，然后继续施工，直到水位达到设计要求；然后根据真空井点水管 的布置间距和位置，确定需要拔除的真空井点水管的位置和数量，进行第一遍强夯的施工， 一次施工达到设计收锤标准，整平场地；其他真空井点水管继续降水，达到水位要求后再进 行第二遍强夯施工；直至达到设计要求。最后场地整体进行整平碾压，表层达到设计的密实 度要求；交付上部结构单位进行基础及上部结构施工。 本发明的地基处理方法实施步骤包括-
1、 收集资料，包括场地质资料和周边的情况以及上部结构的基础设计和使用荷载资料， 主要是场地各个土层的渗透系数、周围的密封性、是否存在着暗浜、基础的埋深、使用荷载 的大小等。
2、 结合地质资料、上部结构设计和荷载资料，特别是场地各层土的渗透系数和周边有无 漏气等各种情况确定插设真空井点水管的深度、间距和滤管的长度、水平联结管的布设方式， 具体是根据各个土层的埋置深度、渗透系数确定真空井点水管的深度、以及滤管的长度，根 据上部基础的埋深、荷载确定强夯夯点的布置间距以及井点管的插设间距和布置方式，根据 场地的建筑物结构布置以及机械进出的方便确定水平联结管的布设方式，同时确定每一遍强 夯前需要拔除的真空井点水管的数量和位置，其主要依据降水的效果以及水位回升的速度来 确定需要拔除的真空井点水管的数量和位置，随后进行真空井点降水的施工。
3、 降水达到设计要求的水位后(要求降的水位根据强夯的能级和土层条件确定，目的是 保证强夯的加固效果和深度)，按照设计要求拔除部分真空井点水管，在拔除真空井点水管的 区域进行强夯的施工，强夯的能级根据上部基础的使用荷载、沉降要求以及场地可以降水的 最低水位确定，其他区域在拔除部分真空井点水管重新联结后即在第一遍(或者第二、第三
4遍)强夯施工过程中继续真空井点降水施工。
4、 根据现场试验性施工的结果确定是否收锤，完成第一遍强夯施工，随后整平场地，降 水水位达到设计要求后，进行第二遍强夯的施工9
5、 依次完成各遍真空井点降水和强夯后，场地整体进行整平，检验地基的承载力是否达 到设计要求(如若完成施工后检测地基承载力未到达设计要求，根据具体情况重新插管降水， 进行多遍井点降水及强夯，直至达到设计要求)，待满足一定间歇期后再进行地基处理检测， 依据地基处理后检测的模量进行沉降计算后确定土体的固结程度。
6、 根据表层的加固情况和场地的具体使用要求判断表层是否需要回填碎石、砂石等粗骨 料进行挤密和置换(是否需要回填粗骨料主要依据地基处理的结果确定，达到设计要求可以 不回填粗骨料)，最后场地进行碾压或满夯施工，压实度达到相应的要求，完成施工检测后交 付上部基础施工。
一次插管、多遍真空降水是一种新的真空降水设计方法和设计概念，它与以前真空降水 设计一样，同样要求设计必须满足降水的深度要求和范围要求，所不同的是通过一次插管、 多遍降水的特殊工艺，更进一步提高降水的效率和施工速度。
采用了以上技术方案，本发明具有以下有益效果本发明可应用于使用荷载较小、荷载 作用面积较大的货物集装箱堆场、机场、港口码头、仓库等工程的地基处理，具体的说是一 种解决表层承载力不足、深处淤泥质土厚度较厚、大面积均匀荷载作用下差异变形较大问题 的新方法。能够充分发挥真空井点降水和强夯法的优点，真空井点降水解决强夯的加固效果 和土体固结的问题。强夯解决浅层地基承载力以及表层形成一定厚度的"硬壳层"，通过应力 扩散解决地基不均匀沉降的问题。特别是使用荷载不高、荷载作用面积较大的成片区域进行 地基处理设计时，釆用本方法可以地基承载力基本满足设计要求，通过表层形成具有一定厚 度的"硬壳层"来增加附加应力的扩散效应，通过"硬壳层"的调节作用来减小荷载作用下 的差异沉降，使整个场地的"硬壳层"达到变形协调，共同作用，最终满足地基承载力和变 形的双重要求。由于采用真空井点降水以及强夯法可以解决大面积地基加固，因此造价以及 工期均较省。
图1为本发明实施一次插管、多遍真空井点降水动力固结地基处理方法的设计施工工艺 流程图。
图2为本发明的一次插管、多遍真空井点降水插管方法和强夯布点方法一的示意图。
图3为本发明的一次插管、多遍真空井点降水插管方法和强夯布点方法二的示意图。
图中井点管的编号①、②、③与夯点图的第一遍夯点、第二遍夯点等是对应起来的，分 别表示第几次需要拔除的真空井点水管以及第几遍可以施工的夯点的意思。
具体实施例方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
本发明工艺综合强夯和一次插管、多遍真空井点降水各自的优点，利用一次插管、多遍 真空井点降水来降低水位、加速土体固结和孔隙水压力的消散，充分发挥强夯处理的优势和 效果，表层形成一定厚度和强度的"硬壳层"，具有不均匀沉降变形更加协调的优点。
图2 图3为本发明两种不同的真空井点水管和强夯布点的相对示意图。在具体实施时， 根据真空井点水管的布置间距和方式，可以采用不同的夯点布置方法进行地基处理设计。在 具体实施时，先进行真空井点水管的降水施工，然后再进行强夯的布点和施工，最后进行场地表层的处理施工。
某工程为大型仓储用地地基处理工程，由于场地将来作为货物堆场使用，因此荷载为大 面积荷载，荷载本身不大且作用比较均匀，但对地基的不均匀沉降相对要求比较严格。本工 程地基土层分布情况为第I层素填土层厚度约0.2 lm，顶部为20cm厚的耕土， 土性以 粉质粘土为主，夹植物根茎，部分区域含大量碎石、碎砖块。第II层粉质粘土层滨海 河 口相沉积，可塑 软塑状态，中压縮性，层厚1.2m 1.8m。第III层淤泥质粉质粘土层滨海 浅海相沉积，灰色，流塑状态，高压縮性，层厚6.0m 8.1m。第IV层淤泥质粘土层滨海 浅海相沉积，灰色，流塑状态，高压缩性，层厚8.2m 10.5m。其下到基岩全部为粉质粘土 层。
在本工程中，地基处理的重点对地基进行浅层加固处理，解决浅部松散填土层的承载力 和各类暗浜、沟塘造成的地基不均匀问题，使地表一定深度范围内土层的强度得到有效提高， 形成一定厚度的硬壳层，增强整体变形协调性，满足后续设计对地基强度和变形的要求。因 此，本场地地基处理设计的基本原则是(1)尽量利用上部土层的承载力以减小地基处理的 工作量；(2)能适合本工程使用功能的自然条件，仅进行必要的浅层处理；(3)加固工艺和 设备简单，成本低；(4)工期短、建成快，尽早产生效益；(5)力争做到技术先进、经济合 理、安全可靠、保证质量、保护环境。
具体实施步骤如下
(1) 首先布设真空井点水管，根据勘察报告中的静力触探曲线可知，本场地在6m 7m 左右的深度存在着一层夹砂层，此层水平渗透系数较大，并且要求水位降到地面以下4m才不 影响强夯点夯的加固效果。因此，真空井点水管插设深度定为6m左右，根据现场抽水试验的 出水效果以及水位的控制情况，真空井点水管为5.0mX5.0m的正方形网格状布置，并对真空 井点水管进行编号。真空井点水管的埋设成孔用冲击式回转式钻机成孔。
(2) 完成所有真空井点水管的埋设以及总管的安装联结后，开动真空泵进行抽水，及时 测量观测井中地下水位变化。
(3) 场地地下水降到设计要求的水位并稳定一段时间后，拔除相应编号①的真空井点水 管，根据本场地使用过程中大面积承载力不小于120kPa，差异沉降不大于10cm的使用要求， 确定第一遍进行1500kN.m能级的强夯点夯施工，其他未拔除的真空井点水管继续保持降水， 第一遍强夯点夯完成后及时整平场地，第二次降水达到设计要求的水位后再拔除相应编号② 的真空井点水管，第二遍进行1200kN.m能级强夯点夯的施工，以后依次按照顺序进行施工， 所有点夯夯点的布置依据真空井点水管的布置确定。
(4) 完成所有强夯施工后，场地进行整平，表层进行碾压达到设计要求的密实度，承载 力以及差异沉降检测均满足设计要求，确定不需要回填粗骨料进行表层挤密，因此检测合格 后提交上部结构及基础施工。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉 本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应 用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技 术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种地基处理方法，其特征在于采用合适能级的强夯法与一次插管、多遍真空井点降水相结合的工艺，加速超孔隙水压力消散，形成具有一定厚度的上部“硬壳层”，达到满足地基承载力要求，并通过“硬壳层”的调节作用来减小荷载作用下的差异沉降，使整个场地的“硬壳层”达到变形协调的目的。
2、 如权利要求1所述的地基处理方法，其特征在于其包括以下步骤1) 收集资料；2) 结合步骤l)中收集的资料确定插设真空井点水管的深度、间距和滤管的长度以及水平 联结管的布设方式，同时确定每一遍强夯前需拔除的真空井点水管的数量及位置；3) 真空井点降水施工至达到设计要求的水位后，根据步骤2)的要求拔除部分真空井点水 管，并在拔除真空井点水管的区域进行强夯施工，其余真空井点水管继续真空井点降水施工；4) 强夯施工完成后，整平场地；5) 重复步骤3)、 4)完成整个真空井点降水和强夯，场地整体整平。
3、 如权利要求2所述的地基处理方法，其特征在于地基承载力达到设计要求后，进一 步根据表层的加固情况和场地的具体使用要求判断表层是否需要回填粗骨料以进行挤密和置 换，随后进行场地碾压或满夯施工。
4、 如权利要求2所述的地基处理方法，其特征在于所述收集的资料涉及施工场地地质 资料、周边情况、上部结构的基础设计以及使用荷载资料，具体包括场地各土层的渗透系数、 周围密封性、是否存在着暗浜、基础的埋深、使用荷载的大小。
5、 如权利要求2所述的地基处理方法，其特征在于所述的真空井点水管的深度及滤管 长度根据各土层埋置深度、渗透系数确定；真空井点水管的间距和布置方式根据上部基础的埋 深、荷载确定；水平联结管的布设方式根据建筑物结构布置及机械进出方便的方式确定；每一 遍强夯前需拔除的真空井点水管的数量和位置根据降水的效果及水位回升速度确定。
6、 如权利要求2所述的地基处理方法，其特征在于所述的要求的水位根据强夯能级和 土层条件确定；强夯能级则根据上部基础的使用荷载、沉降要求以及场地降水的最低水位确定。
全文摘要
一种一次插管、多遍真空井点降水动力固结的地基处理方法采用合适能级的强夯法与一次插管、多遍真空井点降水相结合的工艺，加速地下水位过高和强夯施工引起的超孔隙水压力的消散，通过表层形成具有一定厚度的“硬壳层”来增加附加应力的扩散效应，形成双层地基，通过“硬壳层”的调节作用来减小荷载作用下的差异沉降，使整个场地的变形协调，共同作用，满足地基承载力和变形的双重要求。本发明结合低能级强夯大幅提高表层承载力及真空井点降水加速场地超孔隙水压力消散的优点，提出一次插管、多遍真空井点降水动力固结的地基处理方法，具有造价节省、施工速度快、施工经验成熟、工艺简单、效果显著的优点。
文档编号E02D3/10GK101591906SQ200910053458
公开日2009年12月2日 申请日期2009年6月19日 优先权日2009年6月19日
发明者张文龙, 朱子仁, 梁志荣, 水伟厚, 詹金林, 赵志杰 申请人:上海现代建筑设计(集团)有限公司;上海申元岩土工程有限公司;中国石油天然气华东勘察设计研究院岩土工程处;珠海天力岩土工程有限公司