软弱地基改性快速分离夯实法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种软土地基处理方法，尤其涉及一种大面积软弱地基加固处理方法。适用于对场地不能满足设计所需承载力及压实度的吹填砂泥的场地，属地基处理技术领域。
【背景技术】
[0002]目前，利用沿江、沿海滩涂通过吹填造地的方法以解决用地不足，由于新吹填土高含水量、高流变性、高压缩性、低强度。吹填完成后难以进入机械设备展开后续施工，为加快建设速度，常用井点降水结合强夯、管井降水给合强夯以及真空预压的方法，其主要目的是解决土体含水量过高的问题，通过井点降水或管井降水的方法，以降低土体含水量，使之满足强夯工艺，达到加固处理的目的，提高土体的承载力及压实度。也就是说，在这所有的加固措施中，降低土体含水量是主要目的，只有在土体满足动力加固最佳含水量的条件下，通过强夯、振动碾压等动力加固方法，才能改变土体三高一低土质特性。我国现在软土地基中降低含水量的方法有轻型井点降水，塑料排水板降水、管井降水，其主要作用就是降低地下水。
[0003]但在工程实践中，井点降水由于受井点管长度的限制(一般入土深度仅6m)，因此其降水深度仅为2m左右，对于2m以下的软弱土体，其含水量根本无法满足强夯所需的最佳含水量，因此，其加固深度一般仅为4?6m，而且土体的密实度随着加固深度而急剧衰减，所谓的“硬壳层”实际上也只有4m左右；常规的管井降水则是利用水力释重的原理，其降水深度随着管井置入深度而定，一般可达到5?6m，为强夯对土体的压实创造了条件，由于其5?6m的软弱土体含水量满足强夯夯实的条件，因此其加固深度根据工程实践，一般可达到7?Sm，所以在这两种降水方法上，管井降水结合强夯方法更适合软弱地基的加固处理。但由于管井降水属自流排水，特别是在大面积软弱地基的处理时，通过结合强夯法、振动法等动力加固处理，在施加这些动力加固过程中，动力加固对土体施加的冲击、振动压力，会产生超静孔隙水压力，土体在动力加固的过程中经历破坏一一恢复过程，而管井降水由于属被动降水，当土体经动力加固的冲击及载荷压力下，土体因变形产生超静孔隙水和超静孔隙压力(统称为超静孔隙水压力)，特别是在强夯的冲击过程中，土体内超静孔隙水压力一般高达50KPa以上，冲击力越高，产生的超静孔隙水压力越高，对软弱地基加固处理，一般都采取少击多遍的原则，当采用多遍强夯时，需等待该压力消散至90%以上，让土体恢复后，才能进行下一遍强夯。
[0004]采用真空井点降水，通过真空泵对土体一定层厚抽真空，土体内超静孔隙压力随超静孔隙水被排出土体，但由于其井点入土深度有限，下卧层土体超静孔隙压力仍无法消散，其消散是依靠孔隙水被真空泵排出井点后缓慢消散；因此，真空井点降水结合强夯的方法，其夯击能、夯击数无法提高，其原因就是超静孔隙压力在地表2m以下难以消散而造成。
[0005]管井降水由于管井属被动降水，因此，强夯后在土体内产生的超静孔隙水压力消散速度更慢。管井降水是利用水力释重的原理降水，因此不如真空井点降水那样，通过真空泵(负压)抽真空而使超静孔隙水压力主动消散。对于软弱地基特别是粉质黏土等渗透系数小的土质，其孔隙水压力消散时间长甚至无法消散，造成土体结构破坏，土体结构一经破坏，其恢复期少则几月，多则一年以上。
[0006]另外，降水方法的选用是根据土的渗透系数K (经验值)来确定，根据土的渗透系数K经验值:真空井点降水其适用渗透系数为K 3 0.1?50m/d的土层中，而管井降水适用于渗透系数为K 3 20?200m/d。由此可见这两种降水方法仅适用于渗透系数较大的砂性土、粉质土 ；而对于渗透系数KS 0.lm/d的土质如淤泥质粉质粘土、粉质黏土等低渗透性的土层，则无法适用。
[0007]综上所述；真空井点降水虽能快速消散因动力加固后产生的孔隙水压力，但由于其降水深度有限，因此仅能消散浅层的孔隙水压力；而管井降水虽能将地下水位降至地表以下5?6m，但由于管井降水属被动降水，因此动力加固后产生的孔隙水压力消散慢；根据这两种降水方法的适用范围，仅适用于渗透系数为K 3 0.1?50m/d的土层中以上的土质，对于渗透系数K < 0.lm/d的土质则无法满足动力加固所需的降水要求。
[0008]根据上述真空井点降水及管井降水两者的优缺点，通过在管井上设置水汽分离控制端，利用真空泵抽真空，既能利用管井的水力释重原理，达到所需的地下水位降深要求，又利用抽真空达到快速消散需加固深度范围内的夯后孔隙水压力，即软弱地基“快速分离夯实法”。该方法经大面积施工使用，不仅提高了强夯的夯击能，使强夯加固深度达到Sm以下，而且夯后的孔隙水压力得到了快速消散，为降水强夯软弱地基的加固提供了一种有效的加固方法，但在使用过程中，由于其根本性问题是:每口管井内置潜水泵，在降水运行过程中，每口井的出水需在场地设置排水沟，由排水沟连接总沟，再由总沟排至指定地定，由于大面积降水，场地中沟道纵横，不利于文明施工；其二潜水泵需三相供电，大量的管井内置潜水泵，施工安全用电要求需设置一机一闸，漏电保护，造成需加固区域电缆线交叉纵横，不利用安全施工；其三经强夯后，土体被挤压密实，特别是在第二遍高能量的夯击下，部分土体挤压使管井变形，造成潜水泵后续无法回收，其损耗率在10%以上；因此该工艺不利于文明施工，不利于安全施工，虽然效果明显，但费时费力成本高。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于克服上述不足，提供一种施工步骤简单，施工周期短，成本低，解决软弱地基工后沉降量大、承载力低的主要问题的软弱地基改性快速分离夯实法。
[0010]本发明的目的是这样实现的:
一种软弱地基改性快速分离夯实法，该方法包括以下工艺步骤:
步骤一、水汽分离降水系统布置
在软弱地基上布置水汽分离降水系统，水汽分离降水系统包括真空泵、水汽分离平衡筒、抽真空管、集水总管、网络布置的管井、每个管井顶部的控制端以及连接控制端与集水总管的集水支管；水汽分离平衡筒包括筒体、抽真空吸气口、真空表、水汽分离调节阀、潜水泵、排水口以及吸水口，真空吸气口通过抽真空管连接真空泵，吸水口连接集水总管，控制端包括控制端安装管，控制端安装管的顶部设置盖板，盖板上设置上下贯通布置的连接管与真空发生管，连接管上设置有真空压力调节阀，盖板上还设置有压力表，每个控制端的连接管通过集水支管与集水总管连接； 步骤二、水土分离降水
经试运行正常出水后，4~7天管井内地下水位即能降至地表以下4?7m，此时土体内自由水急剧下降，经真空泵间隙抽真空后，土体内部分结合水被吸出土体而成自由水被排出，如管井水位下降缓慢，说明地下水丰富，需增设管井或增加真空泵，经真空间隙排水4~7天后，4?7m层厚的土体内含水量达到强夯所需最佳含水量，即可进行第一遍强夯，强夯的夯击能、夯击遍数及夯点布置根据设计要求及地质情况确定；
步骤三、水汽分离施工
夯后土体产生大量的超静孔隙压力水，通过真空发生管将超静孔隙水吸入水汽分离平衡筒内，经水汽分离平衡后超静孔隙压力被真空泵排出，而超静孔隙水则由水汽分离平衡筒内的潜水泵排出土体，在地下水位下降至地表以下4?7m，土体内超静孔隙水压力消散至90%以上时，则可继续进行动力加固，如此多遍加固，直至满足设计或使用要求所需的各项承载力、压实度等加固指标；
步骤四、回填管井
经多遍动力加固完成后，待孔隙水压力消散至90%以上，则可拔除控制端，利用管井周边的软土填入管井内，并用振捣器对管井回填土捣实。
[0011]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
1、实施简单，适用范围广
通过抽真空并建立水汽分离控制，能根据土质条件选择施加不同的真空压力，使之能满足淤泥质粉质粘土、粉质黏土等低渗透性的土层进行加固处理；通过水汽分离的方法，在对大面积软弱地基的加固处理过程中，不仅加快土体在加固处理过程中的超静孔隙水压力消散，而且适用于渗透系数K < 0.lm/d的土质如淤泥质粉质粘土等低渗透性的土层，为低渗透性的土质加固提供了一种全新的降水方法。
[0012]2、施工时间短，速度快，成本低:
本发明与传统软弱地基处理方法相比，将管井降水、真空井点降水通过水汽分离平衡，使三者合而为一，既能深层降低地下水位，又能快速消散动力加固后产生的孔隙压力，改变了传统降水模式，由于水汽分离快速消散了孔隙水压力，在单位面积施工仅需一周时间就能达到所需的软弱地基加固技术要求；
3、节能降耗，使用方便
与常见的软弱地基加固降水强夯方法相比，由于采用了大功率抽真空设备，用一根真空发生管替代了传统管井内置潜水泵，不仅改变了传统管井的抽水