专利名称：双控动力固结处理软地基的方法
技术领域：
本发明涉及一种处理软地基的方法，具体涉及一种双控动力固结处理软地基的方法。简称“双控动力固结法”。适用于大面积软弱地基处理。属地基处理技术领域。
背景技术：
目前大面积软弱地基处理一般采用换垫法、强夯法、高真空击密法以及通过置换的方法，如振冲法、挤密桩法、砂石桩法、深层搅拌法等。它们均不同程度的存在造成价高、工期长、且无法改变流塑淤泥质土等不足。
虽然目前的“真空预压法”通过真空预压能改变流塑淤泥质土的特性。但其工期长，一般为90天左右，且造价高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种能有效快速提高地基的承载力，且施工工期短、工后沉降小、造价低的双控动力固结处理软地基的方法。
本发明的目的是这样实现的一种双控动力固结处理软地基的方法，其特征在于首先，采用电渗井点水进行施工区域内的降水，采用强夯法或冲击振动碾压法进行土体击密，然后，整平并铺设垫层材料，最后，采用冲击振压法振密，所述的电渗井点水是以井点管作阴极，金属棒作阳极，阳极棒布置于井点管旁侧，井点管、阳极棒间用导线连接构成直流电流系统。
本发明双控动力固结处理软地基的方法，所述的井点管采用“十字形”井点管，即先在井点管外周壁布置多条竖挡，再在外包覆多层滤网或土工布，滤网或土工布与井点管之间留有缝隙，使地下水在缝隙中流动，井点管下端封闭，上端通过连接管与总管相连。
本发明双控动力固结处理软地基的方法，在电渗井点水施工中，采用间隙通电电渗降水。
本发明双控动力固结处理软地基的方法，所述的竖挡采用4～8片竹子，用铁丝绑扎，或采用4～8根钢筋，与井点管采用焊接固定。
本发明双控动力固结处理软地基的方法，其具体工艺步骤如下步骤一、第一遍布管降水井点管分深、浅二层布设，深、浅二层井点管之间设置阳极棒，井点管外围布设封管，封管也分深、浅二层布设，深、浅封管之间也设置阳极棒，封管、阳极棒间用导线连接构成直流电流系统，对井点管及外围封管真空抽水，步骤二、第一遍强夯拔除第一遍井点管及井点管阳极棒，保留外围封管及封管阳极棒继续降水，进行第一遍强夯击密土体，
步骤三、第二遍布管降水推平夯坑，然后进行第二遍布管降水，布设井点管及阳极棒同上，对井点管真空抽水。
步骤四、第二遍强夯拔除第二遍井点管及井点管阳极棒，保留外围封管及封管阳极棒继续降水，第二遍强夯击密土体，第二遍夯点与第一遍夯点呈梅花形错位布置，步骤五、第三遍满夯第三遍强夯击密土体，第三遍强夯采用满夯。
步骤六、石料铺垫及振动碾压在第三遍满夯施工结束后，土体表面铺垫石料，整平后用振动压路机进行表层碾压击密，碾压结束后拔除外围封管及封管阳极棒。
本发明双控动力固结处理软地基的方法，所述的铺垫石料具体施工方法为推平夯坑，在先静压一遍的基础上，进行第二遍、第三遍、第四遍、第五遍逐步加压振动击密，并且第二与第三遍为压半轮，第四、第五遍为十字交叉压半轮振动击密。
本发明双控动力固结处理软地基的方法，所述的步骤第一、二遍布管降水中井点管抽水时间7～10天，在第三遍满夯施工结束后10天后，上部铺垫30～50cm厚的石料。
本发明双控动力固结处理软地基的方法，所述的井点管深管长6m，浅管长4m，排距4m，管距6m，所述的封管深管长6m，浅管长4m，排距4m，管距6m，所述的井点管阳极棒和封管阳极棒长6m。
本发明双控动力固结处理软地基的方法，所述的第一、二遍强夯夯坑点距4.5m×4.5m梅花形布置，夯能采用及击数根据土质情况而定。
本发明双控动力固结处理软地基的方法原理一是通过控制电渗井点降水的各项参数，利用淤泥质土含水量大，渗透系数小的特点，在电渗离子的作用下改变淤泥质土的特性，达到固结的效果。通过改变电渗井点管的长度，通过调整井点间距、电渗时间、电流密度等参数使之达到所需加固处理的深度及达到土体密实所需的最佳含水量。
二是通过控制施加动力的各项参数，在经电渗降水后土体达到最佳含水量的情况下进一步对需处理土体进行加固密实，达到所需的承载力。通过调整施加动力的能量、遍数、时间、以及击频率等使之达到所需加固处理的承载力。
本发明双控动力固结处理软地基的方法的特点一、本发明“双控动力固结法”适用于大面积软弱地基处理，且施工工期短，单位面积施工周期为10～15天，为常用施工方法的2/3。
二、本发明“双控动力固结法”工后沉降小，预沉降可控。由于在施工过程中通过控制最佳含水量及最佳固结密实度，不仅能根据设计要求进行可控可调，而且能达到土体的均匀沉降，由于淤泥质土性改变经施工后不受外力的影响这一特点，从而使得经处理后的场地不会因地下水位的变化而产生大幅度的沉降，达到工后沉降小的目的。
三、本发明“双控动力固结法”深层固结，淤泥质土经电渗作用后转变为固态，再经动力击实。通过调整所施加动力的各参数，形成了地表下8～9m理想的承载力高的“硬壳层”。
四、本发明“双控动力固结法”针对不同的土质，通过调整电渗降水及施加动力的各参数，能有效地避免“弹簧土”，经处理后的地基深度范围自地表8～9m处均匀密实。
五、通过本发明的电渗降水方法，对透水性差的土体起疏干作用，使地下水排出，经电渗降水后的淤泥质粘土从流塑状转变为软塑或固态状，从而使土体表面2m以下固结。电渗井点降水正是利用流塑状淤泥在外力作用下可塑成任何形态这一特点，通过施加电渗(外力)来激活水分子，通过抽水，使之成为半固体状态或固态。由于淤泥质粘土在外力除去后，能继续保持这一特点。同时，在塑态变成半固态时，土的形状不变，由于电渗降水的作用，土的体积因水分减少而发生收缩，特别是当土体进一步减少后，土质性质由半固态转变成固态，对需处理范围的土体采取施加动力(如强夯、冲击或振动碾压等方法)达到固结密实处理。使之达到所需深度的承载力。
综上所述，本发明“双控动力固结法”是结合二种控制方法处理软弱地基的一种施工方法。特别是针对沿海地区普遍存在的淤泥质粘土，通过“双控动力固结法”能有效快速提高地基的承载力，达到使流塑状淤泥快速改变为软塑状甚至固体状。它是基于电渗降水对流塑状淤泥质土的加固方法及通过控制所施加的动力对地基进行加固的方法，快速有效地改变需处理土体的特性，达到设计要求的承载力。从而如同真空预压一般，起到了真正意义上的对流塑状淤泥质土进行加固的目的。然而本发明“双控动力固结法”又不同于真空预压，因为“双控动力固结法”处理时间短，一般为10～15天左右时间。
具体实施例方式本发明双控动力固结处理软地基的方法，首先，采用电渗井点水进行施工区域内的降水，采用强夯法或冲击振动碾压法进行土体击密，然后，整平并铺设垫层材料，最后，采用冲击振压法振密。所述的电渗井点水是以井点管作阴极，金属棒作阳极，井点管、阳极间用导线连接构成直流电流系统。具体工艺方法如下1、现场准备进场后进行大致平整，在平整面上进行井点位置施工放样并布置四周排水系统。
2、小镙钻详探在地基处理施工区域进行小镙钻详探，深度以钻至地表以下不小于6m处，在施工区域中，由于面积较小，采用30m×30m的方格网布孔进行小镙钻详探，并做好记录。摸清实验区域的各类土层的埋置深度、厚度，以便及时了解施工区域的土性、土层的含水量、渗透系数和赋予状态，绘制钻探剖面图，正确调整真空度、电渗降水时间及井点管布置密度。
3、机械设备准备包含真空泵、离心泵、潜水泵、平衡器、直流电焊机及柴油发电机等，检查抽水设备系统及测试仪表。并须达到以下指标直流电焊机，功率＝20KW，电流＝1500A；真空泵排气量S1≥100L/S，电机功率≥15KW；
射流泵排气量S2≥15L/S，电机功率≥7.5KW；平衡参数0.2～1.0(可根据影响范围进行调整)出水输送距离＞400mm。
4、材料准备井点管(阴极)、钢筋(阳极)、填砂及粘土料。
5、开挖排水沟开挖明排水沟，明沟深1.5m，底宽1m，边坡1∶2，区域明沟之间相互贯通，形成排水网络，明沟交接处设置一定数量的集水井，明沟水采取自流、强排的方法排放到邻近河道内。
6、第一遍布管降水及排水设备安装先排放总管，再用水冲法埋设井点管(阴极)及阳极棒，放置水位观测孔和孔隙水压力计。井点管分深、浅二层布设，深、浅二层井点管之间设置阳极棒。深管长度6m，浅管长度4m，排距4m，管距6m。阳极棒长度6m。井点管、阳极棒间用导线连接构成直流电流系统。深管采用￠32mm的镀锌钢管，浅管采用￠32mm尼龙管或镀锌钢管。当深层井管埋设在渗透系数K＝0.3m/d左右土层中时，则该部分钢管用沥青绝缘，使之仅电渗淤泥质土，这样既满足降水要求，又可节省用电。阳极棒采用￠63的钢筋或50mm×50mm的角钢，长度为6m，冲孔后埋入土中，阳极棒的数量和阴极(井点管)的数量相同。阳极棒放在井点管内侧2.0m处。通电导线采用￠20mm的钢管分别与阳极棒与井点管连接，构成直流回路系统(在施工中必须确保导电性能良好)。井管深度应根据小螺钻资料适时调整。为保证排水及强夯、冲击碾压过程的降水效果，在距强夯处理边界约3.0m处设置外围封管，外围封管采用深、浅井管结合形式深层井管长度6.0m，浅层进管长度3.0m，两种井管间距均采用2.0m，相互交错布置；在距深层井管(阴极)2m的内侧布设阳极。封管、阳极间用导线连接构成直流电流系统。然后用连接管将井点管与总管相连通，最后安装真空泵、平衡器等抽水设备。连接管采用41mm×51mm×40MTR内含螺旋型钢丝的透明钢丝管；集水总管采用￠63的PVC管，节间用与之配套的专用接头及胶水密封连接，并有三通管将总管与连接总管连接。井点管埋设在水冲孔的中心，在井点管与孔壁之间使用中粗砂填灌实。填至孔口。总管至抽水装置要保持有3～5％的坡度。真空泵的平衡器采用动态平衡。对井点管及外围封管真空抽水，平衡系数＞0.75，抽水时间7～10天。真空泵与井管的联接呈相互独立工作形式施工区域的深层井管(阴极)与阳极棒、浅层管各自形成若干个回路。外围深层管(阴极)与阳极、浅层管各为一个回路。真空泵真空度一般宜控制在-0.06～0.08Mpa间，应不低于-0.04Mpa。
在电渗水施工中，由于长期通电，靠阳极周围土体的水份过分干躁，土壤中含水量过低，不利于动力固结，达到最佳密实效果，同时土壤中电阴增加，产生电解作用，由于电极周围产生气体，电渗期间浪费电力资源。因此，为达到最佳的土壤含水量及电渗效果，采用间隙通电的方法，一般为通电电渗降水在2小时左右，然后停止电渗，约4小时后再进行电渗降水，如此循环进行间隙通电电渗降水。电渗降水的输出电压控制在36V以下安全电压范围。
7、第一遍强夯拔除第一遍井点管及阳极棒，保留外围封管及封管阳极棒继续降水，进行第一遍强夯击密土体。夯锤采用16T，夯锤直径2.4m，强夯夯坑点距4.5m×4.5m梅花形布置，夯能采用2500KN·m，击数6击。现场控制标准为(1)以现场第一击、坑边0.5m隆起量小于20cm确定最大夯能。
(2)以夯坑深0.8m，后一击沉降量小于前一击沉降量，最后二击贯入量＜10cm调整点击数。
8、第二遍布管降水用推土机推平夯坑，然后进行第二遍布管降水，布设井点管及阳极棒同第一遍，对井点管真空抽水，第二遍降水主要是抽取夯后土体挤压水，在该降水期间内，土体经第一遍强夯后的孔隙水压力根据不同的土体其恢复时间也不同，一般为7～10天。
9、第二遍强夯拔除第二遍井点管及阳极棒，保留外围封管及封管阳棒棒，第二遍强夯击密土体，强夯夯坑点距4.5m×4.5m梅花形布置，第二遍夯点与第一遍夯点呈梅花形错位布置。夯能采用2500KN·m，击数8击，现场控制标准为(1)以现场第一击、坑边0.5m隆起量小于20cm确定最大夯能。
(2)以夯坑深0.8m，后一击沉降量小于前一击沉降量，最后二击贯入量＜10cm调整点击数。
第二遍强夯的间隔时间，根据现场孔隔水压力计检测调整，一般在孔隙压力消散90％以上才能进行第二遍强夯。
10、第三遍满夯由于强夯过程中，夯坑较深，表面土体也较为松散，为此进行的第三遍强夯，采用满夯，通过第三遍满夯达到表层的密实度，以得石料铺垫。
11、石料铺垫及振动碾压在第三遍满夯施工结束后10天后，上部铺垫30～50cm厚的石料，整平后用振动压路机进行表层击密，碾压结束后拔除外围封管及封管阳极棒。在整个降水施工中，外围管封及其阳极棒保持降水至碾压结合。从而确保施工区域内的水位保持在一定范围。具体施工方法为推平夯坑，在先静压一遍的基础上，进行第二遍、第三遍、第四遍、第五遍逐步加压振动击密，并且第二与第三遍为压半轮，第四、第五遍为十字交叉压半轮振动击密。
为有效利用电渗降水特性，井点管采用“十字形”井点管。滤管段设在井管下端，其长度为1.0～1.5m，在管壁上钻￠12～18mm的小孔呈60°夹角梅花形分布，井点管下端封闭。孔头滤点最大入土深度6～8mm，软土中可设孔点。在井点管四周复4～8片竹子，用铁丝绑扎；或可用4～8根钢筋，从侧面点焊在井点管外壁。滤管外壁包2～4层滤网或土工布，可循环使用。滤网采用80～100目的呢绒网。滤网或土工布与井点管管壁之间保持大于5mm的缝隙，使地下水在缝隙中流动。
权利要求
1.一种双控动力固结处理软地基的方法，其特征在于首先，采用电渗井点水进行施工区域内的降水，采用强夯法或冲击振动碾压法进行土体击密，然后，整平并铺设垫层材料，最后，采用冲击振压法振密，所述的电渗井点水是以井点管作阴极，金属棒作阳极，阳极棒布置于井点管旁侧，井点管、阳极棒间用导线连接构成直流电流系统。
2.根据权利要求1所述的一种双控动力固结处理软地基的方法，其特征在于所述的井点管采用“十字形”井点管，即先在井点管外周壁布置多条竖挡，再在外包覆多层滤网或土工布，滤网或土工布与井点管之间留有缝隙，使地下水在缝隙中流动，井点管下端封闭，上端通过连接管与总管相连。
3.根据权利要求2所述的一种双控动力固结处理软地基的方法，其特征在于在电渗井点水施工中，采用间隙通电电渗降水。
4.根据权利要求2所述的一种双控动力固结处理软地基的方法，其特征在于所述的竖挡采用4～8片竹子，用铁丝绑扎。
5.根据权利要求2所述的一种双控动力固结处理软地基的方法，其特征在于所述的竖挡采用4～8根钢筋，与井点管采用焊接固定。
6.根据权利要求1或2、3、4、5所述的一种双控动力固结处理软地基的方法，其特征在于其具体工艺步骤如下步骤一、第一遍布管降水井点管分深、浅二层布设，深、浅二层井点管之间设置阳极棒，井点管外围布设封管，封管也分深、浅二层布设，深、浅封管之间也设置阳极棒，封管、阳极棒间用导线连接构成直流电流系统，对井点管及外围封管真空抽水，步骤二、第一遍强夯拔除第一遍井点管及井点管阳极棒，保留外围封管及封管阳极棒继续降水，进行第一遍强夯击密土体，步骤三、第二遍布管降水推平夯坑，然后进行第二遍布管降水，布设井点管及阳极棒同上，对井点管真空抽水。步骤四、第二遍强夯拔除第二遍井点管及井点管阳极棒，保留外围封管及封管阳极棒继续降水，第二遍强夯击密土体，第二遍夯点与第一遍夯点呈梅花形错位布置，步骤五、第三遍满夯第三遍强夯击密土体，第三遍强夯采用满夯。步骤六、石料铺垫及振动碾压在第三遍满夯施工结束后，土体表面铺垫石料，整平后用振动压路机进行表层碾压击密，碾压结束后拔除外围封管及封管阳棒棒。
7.根据权利要求6所述的一种双控动力固结处理软地基的方法，其特征在于所述的铺垫石料具体施工方法为推平夯坑，在先静压一遍的基础上，进行第二遍、第三遍、第四遍、第五遍逐步加压振动击密，并且第二与第三遍为压半轮，第四、第五遍为十字交叉压半轮振动击密。
8.根据权利要求6所述的一种双控动力固结处理软地基的方法，其特征在于所述的步骤第一、二遍布管降水中井点管抽水时间7～10天，在第三遍满夯施工结束后10天后，上部铺垫30～50cm厚的石料。
9.根据权利要求6所述的一种双控动力固结处理软地基的方法，其特征在于所述的井点管深管长6m，浅管长4m，排距4m，管距6m，所述的封管深管长6m，浅管长4m，排距4m，管距6m，所述的井点管阳极棒和封管阳极棒长6m。
10.根据权利要求6所述的一种双控动力固结处理软地基的方法，其特征在于所述的第一、二遍强夯夯坑点距4.5m×4.5m梅花形布置，夯能采用2500KN·m，击数6～8击。
全文摘要
本发明涉及一种双控动力固结处理软地基的方法，其特征在于首先，采用电渗井点水进行施工区域内的降水，采用强夯法或冲击振动碾压法进行土体击密，然后，整平并铺设垫层材料，最后，采用冲击振压法振密，所述的电渗井点水是以井点管作阴极，金属棒作阳极，阳极棒布置于井点管旁侧，井点管、阳极棒间用导线连接构成直流电流系统。本发明能有效快速提高地基的承载力，达到使流塑状淤泥快速改变为软塑状甚至固体状。且处理时间短，一般为10～15天左右时间。
文档编号E02D3/11GK1821492SQ200510134968
公开日2006年8月23日 申请日期2005年12月30日 优先权日2005年12月30日
发明者叶吉 申请人:叶吉