一种加固软土地基的新型立体排水系统的制作方法

本实用新型属于软土地基加固技术领域，具体来说涉及一种适用于围海造陆形成的吹填软土(主要是饱和粉土、粉砂、粉质黏土和含有粉土夹层的淤泥质土等)地基的新型立体排水系统。

背景技术：

土地资源紧张和稀缺是目前制约沿海经济发展一个基本现实。为了破解这个难题，我国很多沿海港口城市都进行了大规模的围海造陆工程。围海造陆通常采用吹填方式形成，在规划的区域修建防波堤，然后将疏浚航道或扩建泊位需要挖掘出的海底泥砂作为吹填材料吹填至防波堤内形成陆地，这样既可以很好的解决回填材料不足的问题又可以防止近海弃淤对海洋环境造成的污染，是一个综合利用资源的理想途径。原始地基土结构在疏浚吹填过程中遭到破坏，形成一种扰动的，具有高含水率、高孔隙比、高压缩性、低强度等特点的特殊软土—吹填土，不经过加固处理人和机械无法进行施工，如何在吹填刚刚完成后的区域快速经济的取得土地成为急需解决的问题。

我国河北、天津、辽宁、山东等很多区域吹填土以饱和粉砂、粉土、粉质黏土和淤泥质土等高渗透系数的软土为主。针对这种吹填土的加固方法有很多种，其中常用的方法以排水固结法和降水动力固结法为主。其中排水固结法(如堆载预压法、真空预压法)工艺成熟、加固效果好，但工期长、造价较高、消耗大量自然资源。降水动力固结法(如高真空击密法)是近几年发展起来的吹填软土地基处理方法，通过竖向降水管进行真空降水，降水到一定深度后拔管进行强夯，强夯后重复以上步骤反复插管降水、拔管和强夯完成地基加固。该方法工期短、加固效果好、造价低，但该方法加固深度有限，同时对于淤泥质含量较高的粉质粘土及砂混淤泥质土地基处理的效果及处理时间都受到了较大制约。因此，急需研发一种造价低、工期短、加固效果好的的软地基处理新方法。

专利号为ZL201410816937.6的授权实用新型专利，公开了一种连续强排水联合夯密软基处理方法，其采用的方法是：“将弹簧软式降水管埋设在吹填加固土体中，弹簧软式降水管两端通过密封装置与抽真空装置联结，在加固土体内部形成横向排水系统，进行强力排水；加固区域地下水位降低2.0-4.0m后，进行的变能量夯密，使夯击能逐步向深层传递，加固深层土体”，这种加固方法虽然加固效率较高，周期短，但其加固深度有限，有效加固深度为8-10米，适用于浅基加固，不适用于深基加固。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种加固软土地基的新型立体排水系统及其降水施工方法。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种加固软土地基的新型立体排水系统，包括竖向排水系统和水平排水系统；

竖向排水系统：在软土地基中打设竖向排水板，排水板成矩形点阵布置，间距为3m-5m，排水板打设深度12m-20m，排水板长10m-17m，排水板顶部距地表2m-3m；

横向排水系统：在软土地基中水平横向埋设至少一层弹簧软式降水管，弹簧软式降水管水平横向穿插布置在竖向排水板的矩形点阵中，弹簧软式降水管埋设深度为3-6m，埋设深度大于排水板顶部距地表距离，弹簧软式降水管长度大于竖向排水板组成的矩形点阵的总长度，弹簧软式降水管等间距且相互平行布置，间距为3m-5m，弹簧软式降水管埋设完成后与竖向排水板之间的近地距离为0.2～0.4m；弹簧软式降水管两端通过密封管路与真空泵联结。

在上述技术方案中，在软土地基中水平横向埋设两层弹簧软式降水管，两层弹簧软式降水管通过密封管路与真空泵联结。

本实用新型的新型立体排水系统的降水施工方法为：施工前，在加固区埋设水位观测孔，孔隙水压力传感器，用于观测降水施工时软土地基孔隙水压力和孔隙水压力数据；降水施工时，首先开启真空泵，利用水平排水系统进行强力排水，待水位降低2.0-3.0m后，先采用800-1500kn.m的低能量进行第一遍点夯；之后，采用1500-4000kn.m的中、低能量进行第二遍点夯；之后，采用4000-8000kn.m的中高能量进行第三遍点夯；最后采用800～1000kn.m低能量进行满夯；在三遍点夯过程和满夯过程中，真空泵保持工作，利用真空泵营造弹簧软式降水管的负压环境，当土体受到夯锤的夯击压力后，地基孔隙水压力迅速上升，促使地基中的水份进入竖向排水板并沿竖向排水板流向负压环境的弹簧软式降水管中，并通过真空泵将水排出。

在上述技术方案中，第一遍单点夯击能为1500kN·m，夯点间距为4.0m，正方形布置；第二遍单点夯击能为4000kN·m，夯点间距为4.0m，正方形布置；第三遍单点夯击能为8000kN·m，夯点间距为6.0m，正方形布置；最后进行800kN·m满夯。

本实用新型的优点和有益效果为：

(1)本实用新型与传统的排水固结法和降水动力固结法相比，加固深度大，加固效果好。一般传统的排水固结法加固后地基承载力80-120kPa，而本实用新型在加固过程中采用4000-8000kN.m高能量夯击，加固后地基承载力可达200kPa以上，加固后地基承载力明显优于传统的排水固结法；降水动力固结法加固后地基承载力100-150kPa，加固深度6-8m，本实用新型有效加固深度15m以上，加固后地基承载力和有效加固深度明显优于传统加固方法，而且加固过程中不消耗砂石料等自然资源，绿色、环保。

(2)本实用新型与专利号为ZL201410816937.6的授权实用新型专利相比，加固深度更大，加固效果更好。本实用新型采用新型立体排水系统，在加固过程中采用4000-8000kN.m中高能量夯击，中高能量夯击引起的深层超静孔隙水压力通过竖向排水板提供竖向排水通道传递到上部的负压环境的弹簧软式降水管层，并通过弹簧软式降水管排水，解决了传统工艺无法加固深层土体的不足，本实用新型有效地基承载力可达200kPa，有效加固深度为20m，大大高于专利号为ZL201410816937.6授权实用新型的有效地基承载力和加固深度(专利号为ZL201410816937.6授权实用新型专利加固后的有效地基承载力为100kPa，有效加固深度8-10米，其采用的是1200-2500的低能夯击，由于该专利不具有竖向排水通道，所以其无法采用中高能量夯击将深层土体中的水份引至地基上部，因此其无法加固深层土体)。

(3)降水效果好。本实用新型采用弹簧软式降水管和塑料排水板相结合的立体排水系统，弹簧软式降水管横向布置于加固土体内部，整个弹簧软式降水管都可以透水，可快速降低地下水位，为低能量夯击创造施工条件，中高能量夯击引起的深层超静孔隙水压力通过竖向排水板提供竖向排水通道传递到上部，通过弹簧软式降水管排水，解决了传统工艺无法加固深层土体的不足，大大缩短了两遍夯密施工之间的间歇时间，提高了降水效率和加固效果，同时现场机械设备还可循环作业，降低工程造价。

(4)降水与夯击施工互不干扰。本实用新型采用的立体排水系统布置于加固土体内部，降水与夯击施工同步进行，降水系统不会因夯击施工而破坏，埋设一次即可实现整个施工过程中的降水，减少了传统降水动力固结法多次插拔降水管的工作量和插拔降水管对加固土体的扰动，方便现场机械设备的行走。

附图说明

图1排水系统平面布置图，

图2图1的排水系统A-A剖面图，

图3图1的排水系统B-B剖面图，

图4强夯示意图，

图5夯锤落地瞬间本实用新型的工作原理示意图，

图6弹簧软式降水管结构示意图，

图中：1弹簧软式降水管，2竖向排水板，3水平盲管，4真空泵，5夯机，6夯锤，7吹填土，8竖向盲管，9水。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

某围海造陆工程陆域由航道疏浚吹填形成，面积约200万平方米。吹填土7厚度不均，为6-12m，其中吹填土厚度12m处以粉砂和粉土为主，局部含淤泥及淤泥质粉质粘土夹层，含水量30.1％，塑性指数7.6，渗透系数8.45×10^-4cm/s，颗粒分析表明，粒径为0.25-0.075mm的细砂含量为40.0％，0.075-0.005mm的粉粒含量为52.8％，小于0.005mm粘粒含量为8.2％。本实施例选择60m×60m区域为试夯试验区，在该试验区布置本实用新型的新型立体排水系统。

立体排水系统包括竖向排水系统和水平排水系统；

首先布置竖向排水系统：在试夯试验区打设竖向排水板2，排水板成14*7矩形点阵布置，间距4m；排水板打设深度12m，排水板长10m，排水板顶部距地表2.0m；

然后布置横向排水系统：横向排水系统采用弹簧软式降水管1(参考专利号为ZL201410816937.6的授权实用新型，弹簧软式降水管1由以下几部分构成：弹簧体，聚合物纤维编织物滤布、无纺布；弹簧体由高强度钢丝制成，与普通塑料滤管相比，具有环刚度高，可达40kN/㎡，伸长率高的优点；聚合物纤维编织物滤布具有抗拉和耐磨强度高的特点，滤布起反滤防止土体内细小颗粒流失的作用)，将6根弹簧软式降水管水平横向埋设在吹填加固土体中，埋设深度为3.0m，弹簧软式降水管布置长度60m(弹簧软式降水管长度大于竖向排水板2组成的矩形点阵的总长度)，6根弹簧软式降水管等间距且相互平行布置，间距为4m(弹簧软式降水管1的间距等于竖向排水板2的间距)，弹簧软式降水管埋设完成后与竖向排水板之间的近地距离为0.2～0.4m；弹簧软式降水管2两端通过水平盲管3和竖向盲管8与真空泵4联结，在加固土体内部形成横向排水系统。

试夯试验区降水施工前在加固区埋设水位观测孔2个，孔隙水压力传感器2组，四周埋设降水封管，施工时切断四周水源的补给。降水施工时，首先开启真空泵4，利用水平排水系统进行强力排水，5天后地下水位降低约3.0m；之后，利用夯机5进行第一遍点夯(夯击能为1500kN·m，夯点间距为4.0m，正方形布置)，第一遍点夯用时3天，2天后孔隙水压力消散达到75％；之后，进行第二遍点夯(夯击能为4000kN·m，夯点间距为4.0m，正方形布置)，第二遍点夯用时4天，6天后孔压消散75％；之后，进行第三遍点夯(夯击能为8000kN·m，夯点间距为6.0m，正方形布置)，用时6天；最后进行满夯(夯击能为800kN·m)，用时3天；满夯完成后20天进行了静载荷试验、原状取土和标准贯入测试，检测数据表明加固后地基承载力特征值为200kPa，加固有效深度为12-15m。参见附图5，在三遍点夯过程和满夯过程中，真空泵4保持工作，利用真空泵营造弹簧软式降水管的负压环境，当土体受到夯锤6的夯击压力后，地基孔隙水压力迅速上升，促使地基中的水份进入竖向排水板2并沿竖向排水板2流向负压环境的弹簧软式降水管中，并通过真空泵4将水排出，

以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。