专利名称：吹填土地基处理方法及其注气排水装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种吹填土地基处理技术，特别涉及一种用于土体固结的注气排水装置，属 于软弱地基处理技术领域。
背景技术：
随着沿海、沿江城市经济和基础建设的蓬勃发展，以及进一步的城市发展规划，国内一 些港口出现陆域用地不足的情况，将疏浚出来的淤泥用来填海造陆或构造码头港口的陆域， 这已经成为土地开发的重要手段。比如上海，作为典型的软土地基地区，又正值上海的新一 轮城市总体规划时期，至2020年城市化水平将达到85%，建设总用地1500km2，长江与东海 沿岸将成为重要的产业发展带，那么紧张的用地很大程度上依赖于向大海、长江扩展陆域， 所以大面积疏浚吹填土地基的处理尤为重要。与吹填土有关的岩土工程问题越来越突出，核 心问题是吹填土的处理。目前，对于吹填土地基的加固措施主要有二灰桩法、深层搅拌桩、堆载预压、真空预压、 降水预压、电渗排水、真空降水联合强夯法等方法。但是，由于吹填土地基的土质往往很差， 固结性能不好，直接应用真空、电渗等方法降水均难以奏效，使用二灰桩法、深层搅拌桩也 效果不理想，所以应用中一般采用大面积堆载预压法或者真空预压法，但其排水较慢，固结 时间需要1 3年。因此，很有必要在吹填过程中对吹填土进行有效的预加固处理。对于淤泥质的吹填土地基处理，产生这些困难的原因主要在于其透水性太小，土中水难 以排出。为此，本发明提出采用注气排水装置，以砂垫层和盲沟构造排水系统，向砂垫层内 部注入压力气体而强行提高排水系统的排水能力，向吹填土内部注入压力气体以大幅度提高 土中水渗流的水力坡降而迫使吹填土中的水向排水系统快速移动，最终使得整个吹填土地基 含水量大幅降低，达到地基处理效果。若注气排水过程中，结合传统的堆载预压，则可以进 一步提高土体密实度和地基承载力。对于含水量较低的吹填土层进行强夯，则效果将会更加辆意o发明内容为解决吹填土的排水困难、地基处理时间长的问题，本发明在提出注气排水方法基础上， 提供一种能够加速地基的排水固结、縮短地基强度增长时间的吹填土地基处理方法。本发明的目的是通过如下技术方案实现一种利用注气排水装置的吹填土地基处理方法，其中该处理方法包括1)按常规方法设置以砂垫层为排水层的吹填土与砂垫层间隔设置的多层土体结构，2) 在具有输水作用的砂垫层中设置集中排水的盲沟，3) 分别在输水砂垫层和吹填土层中埋设与盲沟平行的注气管，4) 在砂垫层铺设和吹填土过程中，同时通过注气管向输水砂垫层和/或吹填土层中注 气，并清理由盲沟排出的水，5) 反复多次直至没有水流流出后结束地基处理。如上所述的方法，其中具体包括以下步骤1) .平整吹填场地，在至少一个方向上设置纵坡；2) .在平行于纵坡方向布置盲沟，接着铺填输水砂垫层，并在砂垫层中埋设平行于盲沟 方向的注气管，注气管均匀分布于盲沟中间位置；3) .将吹填土吹填到砂垫层上面，在吹填土达到50cm以上时，即可开动供气装置通过 注气管向输水砂垫层注入气体，注气与吹填同时进行，并及时清理盲沟流出的水4) .当吹填土厚度达到设计单层厚度一半的时候，在吹填土上平行于盲沟方向铺设注气 管，接着继续吹填至设计单层厚度，开动供气装置通过注气管向吹填土层注入气体；5) .重复步骤2，设置第二层排水系统和注气装置；6) .重复步骤3、 4，吹填第二层吹填土并在吹填土中埋设注气装置，并进行注气；7) .在所有吹填土层结束后，各层注气管继续注气，根据上覆吹填土体重量调节注气压 力，直至盲沟没有水流流出为止；注气停止一段时间后再次注气，直至没有水流流出； 如此反复多次至没有水流流出后结束地基处理。如上所述的方法，其中吹填土单层厚度为1.5 4.0m，透水性较强的吹填土可取大值。 如上所述的方法，其中设置的纵坡为单向坡或双向坡。 如上所述的方法，其中输水砂垫层的厚度不小于10cm。如上所述的方法，其中所述的盲沟包括以砂石为反滤材料的传统盲沟、工业生产的塑料 盲沟或由多根塑料排水板组成的排水通道，盲沟坡度不小于1%，布设间距为吹填土单层厚度 的10 30倍，对于强透水性的粗砂垫层取上限。如上所述的方法，其中所述注气管，在吹填土层中的注气管布置间距为单层吹填土厚度 的0.5 0.8倍，其材料为硬质塑料管，管径15 30mm，管壁上开有孔径1. 5 2. 5mm的注气 孔，孔距为孔径的30 80倍，并外包滤网。如上所述的方法，其中注气压力以不能击穿上覆吹填土为限，优先取注气管所处位置竖 向土压力的0.3 1.2倍，注气过程中逐渐增大压力值，当出水很少时，即可增大注气压力来 强制排水。实现如上所述方法的注气排水装置，包括含有砂垫层和盲沟的排水系统，其中还包括注 气装置和注气管，该注气装置向吹填土体注入压力气体，强迫土中水通过排水系统排出。该 注气管平行于盲沟设置，位于砂垫层中的注气管布置在盲沟的中间位置，位于吹填土中的注气管均匀分布于各层吹填土的中间高度位置。与现有技术相比，本发明操作简单、施工方便，具有以下突出优点1) .本发明能够加速地基的排水固结，縮短地基强度增长时间。本发明所采用的处理方 法，关键在于结合注气排水装置，通过气体扩散作用和气体压力作用下的土体劈裂效果，提 高土中水的水力渗透坡降和内部土体渗透性能，大大縮短了吹填土中水的排出时间，而且在 吹填过程中同时注气排水，进一步縮短了地基处理工期。同时，本发明的另一个重要优点是， 注气方式决定了，经过处理的大体积、大面积吹填土内部的土体含水量很低，这对地基的承 载力非常有利。2) .本发明实施容易。由于本发明主要的装置是注气装置，其埋设方便，而且注气中需 要的气体量并不大，仅仅需要保持与上覆土体竖向压力相当的稳定气压，所以一般来说，几 台空压机就可以满足要求。同时，作为排水系统的砂垫层和盲沟，也将成为地基的一部分。3) .本发明有利于地基的长期强度和有效维护。由于本发明中的注气装置为注气管，将 永久留在吹填土地基中，所以其长期的排水作用，必将有利于地基长期保持足够的地基强度。 同时，也为将来的地基处理提供了较好的备选方案，如再次注气排水等方案，可望降低未来 的地基处理成本。
图1吹填土地基处理新方法的底层排水系统布置(双向坡)与注气装置。 图2底层排水系统截面图。图3吹填土地基处理新方法的操作原理图。图4砂垫层中注气排水原理图 土体饱和度等值线变化过程。图5注气管结构示意图。
具体实施方式
本发明是在减小土层固结渗流路径长度的常规分层土体填筑方法的基础上，结合注气排 水装置，形成一种新型的吹填土地基处理方法。该处理方法不是在吹填土地基形成之后进行， 而且在吹填之前做好准备，边吹填边进行地基处理，可明显提高吹填土地基的处理效率，縮短工期。如图1 5所示其中有l.吹填场地；2.注气管；3.输水砂垫层；4.排水盲沟；5.吹填土； 6.供气装置。本发明中的地基处理系统主要由三部分组成注气装置、排水系统和吹填土层(5)。吹填 土单层厚度为1.5 4.0m，透水性较强的吹填土可取大值。排水系统与吹填土层依次间隔铺 设(见图3)，且两者均含有注气装置。吹填之前，需要铺设底层排水系统和底层砂垫层中的 注气装置，其布置见图1和图2。排水系统由砂垫层(3)和盲沟(4)组成，注气装置为注气管 (2)和供气装置(6)。吹填过程中，砂垫层的厚度会受到一定的影响，所以其厚度应不小于lOcm。盲沟可以是以砂石为反滤材料的传统盲沟、工业生产的塑料盲沟或者由多根塑料排水板组成 的排水通道，盲沟坡度不小于1%,布设间距为吹填土单层厚度的10 30倍，对于强透水性 的砂砾石、粗砂垫层可取上限。吹填土层中的注气管(2)间距，为单层吹填土厚度的0.5 0.8 倍。图5示意了本发明中所用注气管的结构。注气管材料为硬质塑料管，管径15 30mm，管 壁上开有孔径1.5 2.5mm的注气孔，孔距为孔径的30 80倍，并外包滤网，防止吹填泥土 进入管内。图4示意了砂垫层中注气排水的原理。当压力气体注入到砂垫层内部时，由于砂垫层上 下为透水性较弱的土层，压力气体会在砂垫层中横向扩散，使得砂土的饱和度逐渐降低，其 饱和度等值线将逐渐远离注气管，从而将土中水逐步赶出土体。同理，当压力气体注入透水 性较低的吹填土时，气体也会逐渐扩散，只是扩散速度较为缓慢，如果适当增加注气压力， 那么吹填土还可能产生劈裂，出现放射状的微细裂缝，这将加大吹填土体的透水性，加速吹 填土中的水向砂垫层移动，从而达到吹填土的地基处理效果。本发明的具体实施步骤如下-1) .平整吹填场地(l)，在一个方向上设置纵坡，可以是单向坡或双向坡，具体见图1和图2;2) .在平行于纵坡方向以设计间距布置坡度不小于1%的盲沟(4)，接着铺填厚度不小于 10cm的输水砂垫层(3)，并在砂垫层中埋设平行于盲沟方向的注气管(2)，注气管位于盲沟之 间的中间位置，每一根注气管安装一个气阀，以控制气体注入；3) .将吹填土(5)吹填到砂垫层上面，在吹填土达到50cm以上时，即可开动供气装置(6) 通过注气管向输水砂垫层注入气体，气体压力以不击穿上覆吹填土为原则，注气与吹填同时 进行，并及时清理盲沟流出的水，保持盲沟的排水通畅性；4) .当吹填土厚度达到设计单层厚度一半的时候，在吹填土上以一定间距平行于盲沟方 向铺设注气管，接着继续吹填至设计单层厚度，开动供气装置通过注气管向吹填土层注入气 体，气体压力以不击穿上覆吹填土为原则；5) .重复步骤2，设置第二层排水系统和注气装置，由于第一层吹填土在刚刚吹填结束时尚未固结，所以该层砂垫层的铺设采用吹填的方式较为合适；6) .重复步骤3、 4，吹填第二层吹填土并在吹填土中埋设注气装置，并进行注气；7) .如有更多的吹填土层，重复步骤5、 6;8) .吹填结束后，各层注气管继续注气，根据上覆吹填土体重量调节注气压力，并保持 气压稳定，直至盲沟没有水流流出为止；注气停止一段时间后，再次开动供气装置注气，直 至盲沟没有水流流出为止；如此反复多次后，若无水流流出，则结束地基处理。如果注气过程中结合吹填土堆载预压，效果更佳。处理结束后，可结合地基强夯处理，进一步使地基密 实。
权利要求
1、一种利用注气排水装置的吹填土地基处理方法，其特征在于该处理方法包括1)按常规方法设置以砂垫层为排水层的吹填土与砂垫层间隔设置的多层土体结构，2)在具有输水作用的砂垫层中设置集中排水的盲沟，3)分别在输水砂垫层和吹填土层中埋设与盲沟平行的注气管，4)在砂垫层铺设和吹填土过程中，同时通过注气管向输水砂垫层和/或吹填土层中注气，并清理由盲沟排出的水，5)反复多次直至没有水流流出后结束地基处理。
2、 如权利要求l所述的方法，特征在于具体包括以下步骤1) .平整吹填场地，在至少一个方向上设置纵坡；2) .在平行于纵坡方向布置盲沟，接着铺填输水砂垫层，并在砂垫层中埋设平行于盲沟 方向的注气管，注气管均匀分布于盲沟中间位置；3) .将吹填土吹填到砂垫层上面，在吹填土达到50cm以上时，即可开动供气装置通过 注气管向输水砂垫层注入气体，注气与吹填同时进行，并及时清理盲沟流出的水；4) .当吹填土厚度达到设计单层厚度一半的时候，在吹填土上平行于盲沟方向铺设注气 管，接着继续吹填至设计单层厚度，开动供气装置通过注气管向吹填土层注入气体；5) .重复步骤2，设置第二层排水系统和注气装置；6) .重复步骤3、 4，吹填第二层吹填土并在吹填土中埋设注气装置，并进行注气；7) .在所有吹填土层结束后，各层注气管继续注气，根据上覆吹填土体重量调节注气压 力，直至盲沟没有水流流出为止；注气停止一段时间后再次注气，直至没有水流流出； 如此反复多次至没有水流流出后结束地基处理。
3、 如权利要求2所述的方法，特征在于吹填土单层厚度为1.5 4.0m，透水性较强 的吹填土可取大值。
4、 如权利要求2所述的方法，特征在于步骤1)设置的纵坡为单向坡或双向坡。
5、 如权利要求2所述的方法，特征在于输水砂垫层的厚度不小于10cm。
6、 如权利要求2所述的方法，特征在于步骤2)所述的盲沟包括以砂石为反滤材料 的传统盲沟、工业生产的塑料盲沟或由多根塑料排水板组成的排水通道，盲沟坡度不小 于1%，布设间距为吹填土单层厚度的10 30倍，对于强透水性的粗砂垫层取上限。
7、 如权利要求2所述的方法，特征在于所述注气管，在吹填土层中的注气管布置间 距为单层吹填土厚度的0.5 0.8倍，其材料为硬质塑料管，管径15 30mm，管壁上开 有孔径1. 5 2. 5mm的注气孔，孔距为孔径的30 80倍，并外包滤网。
8、 如权利要求2所述的方法，特征在于注气压力以不能击穿上覆吹填土为限，优先 取注气管所处位置竖向土压力的0.3 1.2倍，注气过程中逐渐增大压力值，当出水很 少时，即可增大注气压力来强制排水。
9、 实现权利要求1或2所述方法的注气排水装置，包括含有砂垫层和盲沟的排水系 统，其特征在于还包括注气装置和注气管，该注气装置向吹填土体注入压力气体，强迫 土中水通过排水系统排出，该注气管平行于盲沟设置，位于砂垫层中的注气管布置在盲 沟的中间位置，位于吹填土中的注气管均匀分布于各层吹填土的中间高度位置。
全文摘要
本发明涉及吹填土地基处理方法，包括平整吹填场地，一个方向上设置纵坡；在纵坡方向布置盲沟；铺填输水砂垫层，并在盲沟之间的中间位置埋设注气管；将吹填土吹填到砂垫层上面，在吹填土达到50cm以上时，开动供气装置通过注气管向输水砂垫层注入气体，注气与吹填同时进行，同时清理盲沟流出的水；当吹填土厚度达到设计单层厚度一半的时候，在吹填土上铺设注气管，接着吹填至单层厚度，并向吹填土层注入气体；重复以上步骤；直至达到吹填总高度；吹填结束后，各层注气管继续注气，直至盲沟没有水流出为止。若结合堆载预压，则效果更佳。本发明实施容易，一边吹填一边注气排水，可大大缩短地基强度增长时间，且利于地基强度的后期维护。
文档编号E02D3/02GK101225654SQ200810032660
公开日2008年7月23日 申请日期2008年1月15日 优先权日2008年1月15日
发明者谢立全 申请人:同济大学