一种真空预压法地基处理排水结构的制作方法

本发明涉及地基处理技术，尤其涉及一种真空预压法地基处理排水结构，适用于淤泥、淤泥质土、冲填土等饱和黏性土地基的加固处理。

背景技术：

在沿海和内陆地区广泛分布着海相沉积、湖相沉积和河相沉积的软弱黏土层，在这种土层上建造构造物，将会遇到地基承载力和稳定性差、沉降量大和不均匀沉降以及沉降过程延续时间长等一系列工程问题。因此，此类地基通常需要采用排水固结法来进行加固处理，而真空预压法就属于排水固结法的一种。近年来作为处理软土地基的有效方法之一，真空预压法地基处理得到了广泛的应用。

传统的真空预压法主要由排水系统、加压系统和密封系统三部分共同组成，其工作原理是：在需要处理的软土地基中打设一定间距的袋装砂井或塑料排水板，然后在地面铺设砂垫层，再将不透气的密封膜铺设在砂垫层上，借助埋设于砂垫层中的滤管，通过射流泵进行抽气抽水，使土体得以排水固结，达到加固的目的。但是，传统的真空预压法存在以下几方面的问题：1、采用中粗砂作为排水垫层成本较高，且影响真空度的传递；2、现有的垂直排水通道，例如袋装砂井或塑料排水板，它们的过水断面和通水量并不大，制约了排水功效；3、现有的垂直排水通道，由于其刚度较小，需要专门的打设机械，施工工艺复杂，在某些淤泥质软土地区由于地基承载力低，甚至不能入场作业；4、塑料排水板在打设过程中淤堵现象严重，抽真空结束后一般留在原土层中，既不回收利用也不能提高地基承载力，造成资源浪费和环境污染。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有真空预压法地基处理技术的不足，提供一种更有效的真空预压法地基处理排水结构。该排水结构具有工程造价低，施工工艺简单，便于工厂化施工，排水固结效果好的优点。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种真空预压法地基处理排水结构，包括水平排水系统、垂直排水系统和密封系统，其特征在于：所述水平排水系统包括抽真空主管、抽真空滤管和排水垫层，所述抽真空主管和抽真空滤管通过管道连接件直接连通，所述排水垫层设置在需要处理的软弱黏土层表面，包括作业层和无砂垫层，所述抽真空主管和抽真空滤管水平埋设于无砂垫层中；所述垂直排水系统包括若干竖向插设于软弱黏土体中的土工布花管，所述抽真空滤管与土工布花管在无砂垫层中通过管道连接件直接连接；所述土工布花管包括花管和包裹在花管外的土工布，所述花管为在外周上按照孔径3～5mm、孔距10～50mm交错分布钻取孔洞的管道，管道底部设有圆锥形密封帽；所述的密封系统为两层密封薄膜，密封薄膜铺设在无砂垫层上方；所述抽真空主管通过法兰盘和管道连接件与抽真空装置连接，抽真空滤管的管壁上钻有间距均匀的孔洞且管体外部包裹反滤材料。

进一步的，所述抽真空主管和抽真空滤管管材采用钢管、铁管、PVC管、素混凝土管、无砂混凝土管、塑料螺纹软管、钢丝透水软管和地下盲沟材中的一种或一种以上，抽真空滤管呈水平羽毛状分布在抽真空主管两侧。

进一步的，所述排水垫层厚度为300～500mm，所述作业层的材料为150g/m²轻质纺织布、250 g/m²加筋土工布、荆笆、双向土工格栅或三维土工排水网中的一种或一种以上；所述无砂垫层采用碎石、卵石中的一种或一种以上作为粗骨料与粉土、素土、矿渣、粉煤灰中的一种或一种以上作为细骨料按照1:5～1:10的体积比混合而成。

进一步的，所述花管管材采用钢管、铁管、PVC管、素混凝土管、无砂混凝土管中的一种或一种以上，所述密封薄膜采用聚乙烯或聚氟乙烯中的一种或一种以上；所述抽真空装置采用大功率真空泵、射流泵和深井潜水泵的一种或一种以上。

本发明所述的真空预压法地基处理排水结构，结合软土地区的工程特点，垂直排水系统采用土工布花管结构，抽真空滤管与土工布花管直接连接，降低了对中粗砂源的要求；土工布花管具有断面大、刚度大、通水断面积大等优点，减小了传递真空度的阻力，不需要专门的打设机械，施工工艺简单，便于工厂化施工，可有效防淤堵，随土体沉降时不易被土压力压弯，抽真空结束后可回收利用或留在加固土层中形成复合地基，提高地基承载力。本发明的排水垫层的原材料来源广泛，与传统真空预压法相比，具有不受中粗砂源制约，降低工程造价的优点。

附图说明

图1为本发明所述一种真空预压法地基处理排水结构的剖面结构示意图。

图2为本发明所述一种真空预压法地基处理排水结构的抽真空主管、抽真空滤管布置形式平面图。

图中对应的部件名称为： 1抽真空主管；2抽真空滤管；3作业层；4无砂垫层；5土工布花管；6土工布；7管道连接件；8密封帽； 9密封薄膜；10法兰盘；11抽真空装置；12软弱黏土层。

具体实施方式

请参阅图1和图2所示，本发明提供一种真空预压法地基处理排水结构，该结构包括有水平排水系统、垂直排水系统和密封系统。所述水平排水系统包括抽真空主管1、抽真空滤管2和排水垫层，所述抽真空主管1和抽真空滤管2通过管道连接件7直接连通，所述排水垫层设置在需要处理的软弱黏土层12表面，包括作业层3和无砂垫层4，所述抽真空主管1和抽真空滤管2水平埋设于无砂垫层4中；所述垂直排水系统包括若干竖向插设于软弱黏土体中的土工布花管，所述抽真空滤管与土工布花管在无砂垫层中通过管道连接件7直接连接；所述土工布花管包括花管5和包裹在花管外的土工布6，所述花管5为在外周上按照孔径3～5mm、孔距10～50mm交错分布钻取孔洞的管道，为防止淤堵现象发生，管道底部设有圆锥形密封帽8；所述的密封系统为两层密封薄膜9，密封薄膜9铺设在无砂垫层4上方；所述抽真空主管1通过法兰盘10和管道连接件与抽真空装置11连接，利用抽真空装置11对地基进行真空预压，抽真空滤管的管壁上钻有间距均匀的孔洞且管体外部包裹反滤材料。

排水垫层4厚度为300～500mm。所述抽真空滤管2与花管5在无砂垫层4中通过管道连接件7直接连接，所述土工布6包裹在花管的外周上。

在具体实施时，垂直排水系统主要采用的是土工布花管，对花管的内径、单位长度质量、耐压值、抗拉强度、打设深度等主要性能指标应该根据不同的土层条件和设计要求确定。花管5不仅具有改变软弱黏土地基原有排水条件、改变自由水的渗出途径和加速土层固结的功能外，由于其具有断面大、刚度大和通水断面积大等优点，与传统真空预压法相比还可以有效减少传递真空度的阻力、随土体沉降时不易被土压力压弯。花管的管材和直径一般与抽真空主管、抽真空滤管相同，主要便于管理和施工现场的连接。花管的开孔面积率应该保证管道在开孔后的整体强度和刚度。土工布6包裹在花管的外周上。采用人工方式或机械方式插设土工布花管，为防止淤堵现象发生，管道底部用圆锥形密封帽8封堵。

在软弱黏土层12表面铺设作业层3，其作用是为后续工序提供施工作业面、分散上部的施工载荷，并将水平排水系统与其下浮泥隔开。无砂垫层4是在施工前先将粗骨料和细骨料按以上所述比例进行混合，然后运输至施工现场，并铺设在作业层3上。同时，在无砂垫层4上人工开槽埋设抽真空主管1和抽真空滤管2，其作用是传递真空压力和将土体中的水，通过这两种管道输送到密封薄膜外抽真空装置11的水箱内。在连接时，首先将抽真空滤管2与土工布花管在无砂垫层4中通过管道连接件7直接连接，然后再将抽真空主管1和抽真空滤管2通过管道连接件7连接，管道连接件7上也可以包裹土工布。作业层3和无砂垫层4共同组成排水垫层，在排水垫层上铺设两层密封薄膜9后，将抽真空主管1通过法兰盘10与抽真空装置11连接，即可对软弱黏土层地基进行真空预压。抽真空滤管在管壁上按每50～60mm间距钻取一圈直径6～10mm的孔洞。抽真空滤管应埋入无砂垫层中间位置，上下厚度要均匀，并至少应距无砂垫层表面下150mm，接头部分禁止外露。抽真空滤管2呈水平羽毛状分布在抽真空主管1两侧。土工布花管头不是直接埋入无砂垫层4中，而是与水平埋设于无砂垫层4中的抽真空滤管2通过管道连接件7直接连接，土体中的水通过土工布花管直接进入抽真空滤管2中，减少了排水距离；真空度通过抽真空滤管2直接进入土工布花管，缩短了真空度传递的路径，从而提高了真空度的传递效率。

密封薄膜在真空预压法加固软土地基中起到关键作用，本发明的密封系统采用两层密封薄膜进行密封。铺膜前，应该在加固区四周挖一定深度用于埋设密封薄膜的沟槽；铺膜时，先铺设第一层密封薄膜，并及时粘补膜面破损部位，铺设第二层密封薄膜后，将两层密封薄膜埋入四周密封沟内。铺膜后，将密封薄膜下抽真空主管的出口部位通过法兰盘10与密封薄膜外的抽真空装置11进行连接，这样就使密封薄膜形成密封系统。

本发明的原理为：抽真空装置在抽真空主管中产生真空度，抽真空主管中的真空度通过管道连接件传递到抽真空滤管中。抽真空滤管将大部分真空度通过与之直接连接的土工布花管向下逐渐延伸，同时真空度又由土工布花管向其四周的土体传递与扩展，引起土中孔隙水压力降低，形成土体孔隙中水和气产生渗流的水力梯度，促使孔隙水和气向土工布花管汇流。孔隙水和气由土工布花管进入滤管，并由抽真空滤管汇流向抽真空主管，最后通过抽真空装置排除。抽真空主管与抽真空滤管直接连接、抽真空滤管与土工布花管直接连接，缩短了真空度传递路径，并无需再将中粗砂作为排水垫层，降低了对中粗砂资源的需求。抽真空主管与抽真空滤管在无砂垫层中按照水平羽毛状分布，其因连接产生的真空度局部损失最小。土工布花管具有断面大、刚度大、通水断面积大等优点，减小了传递真空度的阻力，随土体沉降时不易被土压力压弯，不需要专门的打设机械，施工工艺简单，便于工厂化施工；与塑料排水板相比可有效防淤堵，抽真空结束后可回收利用或留在加固土层中形成复合地基，提高地基承载力。

本发明一种真空预压法地基处理排水结构详细的施工步骤如下：

1、 对施工区域进行场地平整，准备施工作业；

2、 采用人工或机械方式插设土工布花管作为垂直排水通道，在软弱黏土层12表面铺设作业层3；

3、在作业层3上铺设一半厚度的无砂垫层4，在无砂垫层4上人工开槽按照水平羽毛状分布埋设抽真空主管1和抽真空滤管2，连接抽真空滤管2和土工布花管，连接抽真空滤管2和抽真空主管1；

4、铺设另一半厚度的无砂垫层4，在施工区域外围挖密封沟和安装抽真空装置11；

5、铺设密封薄膜，回填密封沟，将密封薄膜下抽真空主管的出口部位通过法兰盘10与膜外的抽真空装置11进行连接；

6、试抽真空，检查膜上漏气情况；

7、正式抽真空，开始施工监测；

8、达到设计要求，抽真空结束，进行加固后效果检测。

以上所述，仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的方法内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，均属于权利要求书保护的范围。