专利名称：深层软土地基加固方法
技术领域：
本发明涉及一种土木工程地基加固方法，具体涉及一种对含水量高的深层软土地基的加固方法。
背景技术：
在建筑工程中，对不良地基土进行处理与加固的方法一般有置换法、预压法、压实与夯实法、挤密法、加筋法及灌浆法等，针对地基土质的不同，选用其中的一种或是几种的结合，完成对地基土的处理。
在我国广泛存在着海相、湖相及河相沉积的软弱粘土层，这种土的特点是含水量大、压缩性高、强度低、透水性差，在建筑物荷载作用下会产生相当大的沉降和沉降差，对于该种地基，尤其是大面积施工，如在该地基上建造码头、机场等时，需要对地基进行处理与加固。真空预压法是处理软粘土地基的有效方法之一。其基本方法是在需要加固的软粘土地基内设置砂井或塑料排水板，然后在地面铺设砂垫层，其上覆盖不透气的密封膜使与大气隔绝，通过埋设于砂垫层中的吸水管道，用真空装置进行抽气，将膜内空气排出，从而在膜内外产生一个气压差，这部分气压差即变成作用于地基上的荷载。地基随着等向应力的增加而固结。抽真空前，土中的有效应力等于土的自重应力，抽真空后，土体完成固结时，真空压力完全转化为有效应力。
但仅凭真空预压一种方法对粘软土进行加固，仍存在加固效果不理想、加固强度不高及固结指标太低等问题，因而，中国发明专利CN1818227A公开了一种《双真空预压及动力挤密法联合加固软土地基方法》的加固方法，其基本步骤为①低位真空预压；②高真空井点降水；③低能量强夯；④反复②、③步2～3轮；⑤振动碾压，平整场地。实践证明，通过上述步骤完成的软粘土加固，其软土的固结度可达到80％以上，泥封层达1～1.2m，而泥封层及其下软土承载力可达100Kpa左右，大大改善了上述各项不良指标。
然而，该种加固方法中的所使的井点降水方式的极限降水深度不超过8米，这使得地基深层软土得不到有效的降水预压，仍保持高含水量状态；此外，低能量强夯的夯击能的传递影响深度也只局限于浅层，致使该方法无法对深层软土加固。而在实际工程中经常遇到地基软土深厚的情形，这时若采用上述方法，其结果将导致深层软土承载力不足，从而形成深层软土变形，使施工后出现沉降大，地基稳定性不佳等问题。
因此，施工人员通常认为在具有深层软土的地基上施工，必须采用造价昂贵的钢筋混凝土做桩，植入深层软土下的持力层，而不能采用支承于密实土中的纯混凝土桩，同时，为提供足够的承载力，还需提高布桩密度，因而以增加整个工程造价来换取地基强度及稳定性。
发明内容
本发明目的是提供一种深层软土地基加固方法，采用该方法加固后的地基承载力高，沉降小，地基强度及稳定性好，适用于加固各类深层粘软土土质地基。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种深层软土地基加固方法，其施工步骤包括(1)真空井点降水；(2)真空电渗降水在真空井点管的内侧竖插电渗管，安装电渗系统，使真空井点管和电渗系统的阴极连接，电渗管和电渗系统的阳极连接以形成直流回路；(3)低能量强夯；(4)振动碾压、平整场地；(5)加入素砼桩桩机打钻成孔，采用管内泵压砼的施工工艺作素砼桩复合地基施工；(6)铺设褥垫层在素砼桩顶和场地结构层之间采用静力压实法施工褥垫层。
上述方法中，步骤(1)中所述的真空井点降水一般采用轻型井点、喷射井点或深井井点，其目的是降低地下水位，从而可减少地基的孔隙水压力增加上覆土自重应力，使有效应力增加，靠地基土自重来实现预压，一般降水时间为5～7天，当平衡系数R大于0.75时，真空井点降水结束；而当土层为饱和粘土、粉土、淤泥和淤泥质粘性土时，便加入步骤(2)中的电渗法，在地基中插入金属电极并通以直流电，在直流电场作用下，土中水将从阳极流向阴极形成电渗，不让水在阳极补充而从阴极的井点用真空抽水，这样就使地下水位降低，土中含水量减少，从而地基得到固结压密，强度提高，一般电渗降水采用直流电压40～60V，降水时间15～20天左右，当场地表面泛白、靠近电渗管处的场地开裂，真空电渗降水结束。
在真空电渗降水结束后，拔除电渗管和井点管，进行上述步骤(3)中的低能量强夯，该步的具体实施方式
可采用现有技术，经2～3次的铺设填料低能量强夯，调整基土中颗粒物的密实度，提高地基强度和降低压缩性。
上述技术方案中，所述素砼桩桩身砼强度为C15～C35，直径为320～600毫米，桩间距4～10倍桩直径，呈等边三角形、正方形或矩形布置，素砼桩的面积置换率为0.6～6％。
进一步的技术方案是，所述素砼桩包括加固浅层软土的短桩及加固深层软土的长桩，其中短桩支承于上端持力层，置换率为3～6％，长桩支承于下端持力层中，置换率为0.6～1％。短桩对浅层软土加固，成倍提高基承载力，长桩贯穿软土层，至持力层，对深层软土加固，消除深层软土的沉降。
上述技术方案中，所述桩顶褥垫层厚160～350毫米，粒径≤30毫米，夯填度≤0.9。褥垫层宜用中砂、粗砂、碎石等，通过在基土和桩顶之间设置一定厚度的褥垫层，使桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基。
本发明的加固原理在深层软土地基上，其浅层(6～8m)通过步骤(1)～(3)后，使流塑状的淤泥变为可塑状的粘性土，提高了土的抗剪能力，完成一次加固；待地面平整后，再进行步骤(5)(6)，通过素砼桩贯穿软土层，进入持力层，提高软土的承载力，消除深层沉降，从而对软土地基构成二次加固，而褥垫层被设于素砼桩与基土之间，作为两者相互连接的过渡，构成复合地基。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点1.本发明通过井点、电渗两步降水，对浅层软土加固，增加浅层的基土承载力，再通过加设素砼桩，对深层软土加固，消除深层软土的沉降，运用两者相结合的方式，突破了以往降水方法仅用于浅层软土、对深层软土必须采用钢筋混凝土桩的传统观念，大大降低了施工成本；2.采用长短素砼桩相结合的布桩方法，利用短桩对浅层软土置换作用，可成倍增加浅层土的承载力。
附图1本发明实施例一的软土地基横断面示意图。
其中1、浅层软土；2、持力层；3、十字井点管；4、真空吸水系统；5、电渗管；6、电渗系统；7、深层软土；8、短桩；9、长桩；10、褥垫层。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述实施例一参见附图1所示，一种深层软土地基加固方法，其施工步骤包括(1)真空井点降水在软土上竖插平行排列的十字井点管3，每根长约6m，十字井点管3滤头长1m，间距1×1m，十字井点管3与横置的连接管相连，连接管采用直径32毫米内含螺旋形钢丝的透明尼龙管，连接管和集水总管相连，集水总管采用直径63毫米的PVC管，节间用与之配套的接头连接，并用三通将集水总管和总管连接，总管和真空吸水系统4相连，在被处理场地外围设外围封管，以形成隔水真空帷幕，真空井点降水时间为6天，使平衡系数R大于0.75，真空井点降水结束；(2)真空电渗降水在真空井点管的内侧竖插电渗管5，安装电渗系统6，使真空十字井点管和电渗系统的阴极连接，电渗管和电渗系统的阳极连接以形成直流回路，电渗管长7m，采用直径25毫米钢筋，电渗管与井点管成等腰三角形布置；电渗管5之间用电阻小的铝棒及夹件相连，与电渗系统6的阳极连接，井点管之间可用导电性能良好的金属材料相连，与电渗系统6的阴极连接，二条线路形成直流回路，最后用绝缘胶布包扎以确保绝缘良好。电渗降水的直流电压50伏，时间为18天，当场地表面泛白、靠近电渗管处的场地开裂，真空电渗降水结束；(3)低能量强夯拔除电渗管和十字井点管后，在场地表面铺设一层厚为0.4m的填料，进行第一遍低能量强夯，经2～3轮铺设填料低能量强夯，地基完成一次加固；(4)振动碾压、平整场地；(5)加入素砼桩长螺旋钻孔桩机打孔，采用管内泵压砼的施工工艺作素砼桩复合地基施工；素砼桩桩身砼强度为C25，直径为500毫米，桩间距8倍桩直径，呈等边三角形布置，素砼桩包括加固浅层软土1的短桩8及加固深层软土7的长桩9，其中短桩8长6m，置换率m为5％，承载力提高3倍；长桩9长20m，置换率为0.8％，植入深层软土7下的持力层2，有效减少深层软土的变形、沉降；素砼桩的施工工艺如下①桩机到位，确保桩垂直度≤1％；②钻进成孔；③灌注及拔管成孔后，开始泵送砼，当钻机芯管充分滋合料后拔管；④灌注砼成桩后，用水泥袋盖好桩头，进行保护。
(6)铺设褥垫层10在素桩顶和场地结构层之间采用静力压实法施工褥垫层，褥垫层采用碎石，厚300毫米，粒径20毫米，夯填度(即夯实后褥垫层厚度和虚铺厚度之比)0.7。基土在上部设计荷载作用下，通过褥垫的调整，一方面村体向褥垫层10中刺入，另一方面桩顶上部垫层材料在受压缩的同时，向周围发生流动，垫层材料的流动补偿，使桩间土和结构层底面始终保持接触，增大桩间土的压缩量，桩间土的强度得到充分发挥，桩土与基土共同作用得到保证。
本实施例中，通过步骤(1)～(3)完成对浅层软土加固，一次加固；(4)～(6)完成对深层软土的加固，二次加固；一次加固解决软土的承载力，二次加固解决软土的沉降变形，当一次加固对浅层软土加固不够时，可加入短桩(素砼桩)，成倍增加其承载力。通过上述两次加固，完成对深层软土土质的地基处理，弥补使用单一方式无法实现的缺陷，大大降低成本。
权利要求
1.一种深层软土地基加固方法，其施工步骤包括(1)真空井点降水；(2)真空电渗降水在真空井点管的内侧竖插电渗管，安装电渗系统，使真空井点管和电渗系统的阴极连接，电渗管和电渗系统的阳极连接以形成直流回路；(3)低能量强夯；(4)振动碾压、平整场地；(5)加入素砼桩桩机打钻成孔，采用管内泵压砼的施工工艺作素砼桩复合地基施工；(6)铺设褥垫层在素砼桩顶和场地结构层之间采用静力压实法施工褥垫层。
2.根据权利要求1所述的深层软土地基加固方法，其特征在于所述素砼桩桩身砼强度为C15～C35，直径为320～600毫米，桩间距4～10倍桩直径，呈等边三角形、正方形或矩形布置，素砼桩的面积置换率为0.6～6％。
3.根据权利要求2所述的深层软土地基加固方法，其特征在于所述素砼桩包括加固浅层软土[1]的短桩[8]及加固深层软土[7]的长桩[9]，其中短桩支承于上端持力层，长桩支承于下端持力层中，所述短桩的置换率为3～6％，长桩的置换率为0.6～1％。
4.根据权利要求1所述的深层软土地基加固方法，其特征在于所述桩顶褥垫层[10]厚160～350毫米，粒径≤30毫米，夯填度≤0.9。
全文摘要
本发明公开了一种深层软土地基加固方法，其施工步骤包括(1)真空井点降水；(2)真空电渗降水在真空井点管的内侧竖插电渗管，安装电渗系统，使真空井点管和电渗系统的阴极连接，电渗管和电渗系统的阳极连接以形成直流回路；(3)低能量强夯；(4)振动碾压、平整场地；(5)加入素砼桩桩机打钻成孔，采用管内泵压砼的施工工艺作素砼桩复合地基施工；(6)铺设褥垫层在素砼桩顶和场地结构层之间采用静力压实法施工褥垫层。本发明通过真空降水及素砼桩相结合的处理方式，实现对深层软土地基的加固，突破了以往对深层软土必须采用钢筋混凝土桩的传统观念，降低了施工成本。
文档编号E02D5/38GK1948632SQ20061009696
公开日2007年4月18日 申请日期2006年10月19日 优先权日2006年10月19日
发明者张志铁, 杨静明, 王玉涛 申请人:杨静明, 张志铁, 王玉涛