专利名称：盐渍土地区组合排水系统及组合排水强夯地基处理方法
技术领域：
本发明涉及一种地基水排出系统和地基处理方法，特别是一种盐渍土地基处理方法。
背景技术：
柴达木盐湖是青海省的自然资源，也是西部大开发战略的重要矿产资源，盐湖开发是青 海省的支柱产业之一。盐湖地区的土为盐渍土，其天然地基强度低，只有经过处理方可进行 上部建筑。由于盐湖地区地下水位高，在地表下约lm，且几乎都是含盐量饱和的卤水，富含 大量的矿物质，存在严重的腐蚀性问题，工程中常用的灌注桩基础和水泥系地基处理方法均 不能使用，多年来当地只能采用各种砂石桩复合地基进行地基处理。可是由于砂石桩复合地 基的加固机理不适合盐湖的地层条件，处理后的地基强度提高幅度极为有限，因地基问题导 致建(构)筑物损坏的情况屡见不鲜，甚至部分重型、大型建(构)筑物只能被迫迀出湖区 进行建设。另外砂石桩复合地基的处理费用居高不下，所须地基处理工期极长。因此盐湖地 区传统的地基处理方法已经严重制约了当地的建设发展。
强夯法是一种传统的地基处理方法，常规强夯施工，通过起重机械吊起质量至少10t以 上(最大夯锤质量超过40t)的夯锤，提升至几米至数十米的高度，再让夯锤自由下落夯击 地基土，通过夯击的高能量，强力破坏原土结构并挤压土骨架，迫使土中的水、气排出，从 而使地基土变得更密实，达到加固改善地基土的目的。但常规强夯处理因为地下水排放存在 问题，用于盐湖地区盐渍土处理的效果却不好。是强夯施工过程中，其巨大的冲击力会完全 破坏浅层地基土的结构，产生大变形，在夯击能作用下，原土结构性被破坏，土中孔隙水压 力急剧增加，由于盐湖地区地下水是饱和卤水，粘滞度高，土的渗透性差，地下水难以排 出，超孔隙水压力使土颗粒骨架所承受的有效应力减小，土的抗剪强度随之急剧降低，在连 续的强夯夯击力作用下，土产生剪切强度破坏，从夯坑周围滑出、隆起，但土的密度几乎不 会增加。随着超孔隙水压力的消散，土的结构强度虽然可以逐渐恢复，但一般只能恢复到原 来的天然地基承载力。也就是说，常规强夯处理后，地基土基本上不能得到加固改善。强夯 法的处理效果，取决于土中水能否顺利排出；而土中水能否顺利排出，又取决于地基土的渗 透性高低。盐湖地区的地下水丰富，土的含水量已达到饱和；且地下水是卤水，其粘滞度远 高于淡水，渗透排出十分困难，当地俗称"癞蛤蟆"水。采用常规强夯法进行地基处理，在 夯击能作用下，土骨架破坏后，挤出的土中水不能顺利排出，使土颗粒裹携水形成"橡皮
土"，不仅不能改善土的密实度，反而破坏了原土的结构强度，使土的强度越夯越低。现行 国家行业标准《盐渍土地区建筑规范》SY/T 0317-97第5. 3. l条，规定强夯的适用条件为" 地下水位以上，孔隙比较大的低塑粘性土和砂土"。也就是说，青海盐湖地区的盐渍土完 全不符合规范中要求的强夯适用条件。
中国专利公开了一种"盐渍土地区强夯加排水桩地基处理方法"(简称"DPD")公开 号为CN101024950A，虽然可以解决上述问题，但由单一砂石桩作为地下水的排出通道，随着 沙石桩长度的增加，砂石桩施工难度、施工成本成倍增加，砂石桩的长度也受到限制。在实 际工程中，排水系统的深度已经影响到盐渍土地区强夯加排水桩地基处理方法处理效果的进 一步提高。因此，急需进一步改进。
发明内容
针对常规强夯处理盐渍土的局限性，为了克服现有常规强夯用于盐湖地区盐渍土处理效 果不好的不足，本发明提供一种盐渍土地区组合排水系统及组合排水强夯地基处理方法，方 法简称为DCD (强夯Dynamic consolidation,联合Combined，排7KDrainage)强夯法，要解 决通常地基处理后地基承载力提高不明显，但费用昂贵，工期长的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
这种盐渍土地区组合排水系统，其特征在于由在地基土中纵向布置的塑料排水带和其 间分布的砂石排水桩组合成一个一个的排水通道，局部区域的排水通道上端汇入一个夯坑， 夯坑内设置排水泵，排水泵与排水管连接。
这种盐渍土地区组合排水强夯地基处理方法，在处理区域内按设计要求确定桩径、桩
长、桩距和桩体材料，其特征在于施工步骤为
步骤l、先在处理区域的地基土中设置地下水疏通排出的组合排水系统，该组合排水系 统包括由塑料排水带和砂石排水桩组合成的排水通道。
步骤2、在处理区域表面，设置各塑料排水带和砂石排水桩，铺垫施工作业面层。 步骤3、在施工作业面层上用夯锤进行强夯。 步骤4、在每个强夯位置形成夯坑。
步骤5、地基中的地下水沿砂石排水桩和塑料排水带排出，通过砂石排水桩和塑料排水 带流向施工作业面层，通过施工作业面层汇集至夯坑中，将汇集于夯坑中的地下水抽排出施 工场地外。
步骤6、回填夯坑并找平，完成第一遍点夯。 步骤7、点夯2遍以上，完成第一次强夯。
上述步骤2中，所述施工作业面层是土、砂子、石子、垫板或前三者的混合物。
上述步骤7中的第一次强夯后，浅层地基土中的砂石排水桩或砂石垫层由于施工扰动被 损毁，影响排水效果，要重新施工砂石排水桩或砂石垫层，恢复组合排水系统，再进行下一 次强夯处理。
上述步骤l的组合排水系统的施工顺序可有两种
顺序一、先施工塑料排水带后施工砂石排水桩。
顺序二、先施工砂石排水桩后施工塑料排水带。
上述步骤l中施工砂石排水桩采用的是振动沉管法、振冲桩法或锤击成桩法。 上述步骤l中施工砂石排水桩的施工步骤为
a、 桩机就位，桩管准备。
b、 启动桩机，使桩管在设定位置垂直下沉。
c、 桩管下沉至设计深度。
d、 向沉管内投放粗颗粒材料。
e、 投料完毕。
f、 拔管。
g、 形成砂石排水桩，施工其它砂石排水桩。
上述桩管为变径桩管或均径桩管，变径桩管根据每根砂石排水桩的设计投料量选定。
上述变径桩管所成桩孔大于设计桩径。
本发明的有益效果
盐湖资源是重要的矿产资源，但是盐渍土对于农耕、宜居指标而言，却是不毛之地。有 了技术可靠的地基处理方法，就可以在湖区范围内进行各种工业建设开发，必将节约大量的 建设开发资金，避免厂址被迫迀出湖区，挤占西部宝贵的土地资源。对投资建设方而言，生 产区建在湖区，位于原料区内，可以直接降低生产成本。更重要的是，盐湖资源开发属于化 工行业，生产中的污染问题，如果在湖区外的宜居农耕地区，势必要花重金解决，且很难保 证万无一失，但生产区建在湖区，污染问题就迎刃而解，因为其产品和排放物本来就来自于 湖区水土。
本发明预先在土中设置组合排水系统，强夯施工后土中孔隙水压力升高，土中水有被挤 压排出的趋势；与排水通道相邻的地下水在水头压力作用下开始通过排水系统疏散排放；一 旦地下水开始排出，排出端的水压就会降低，在水头作用下，很快在强夯影响范围内的土体 中，会自然形成通向排水系统的连续、有序水流。随着地下水大量排出，土中孔隙比减小，
地基土的强度提高，达到加固改善地基土的目的。
本发明与常规强夯和DPD强夯法的基本区别在于由两种排水通道形成组合排水系统，
解决了地下水的排放问题，在开始强夯施工以前，先在地基土中设置了地下水疏通排出的组 合排水系统。与青海盐湖地区传统的砂石桩复合地基处理方法相比较，可以大幅度提高地基 承载力和模量，满足盐湖地区进行各种建(构)筑物建设的要求。而且能节约地基处理费用
40%以上，縮短地基处理工期超过一半。
塑料排水带排水效率高、造价低廉，在可能的情况下，应当尽量采用塑料排水带。为了 防止强夯施工过程中，破坏浅层地基土的结构，产生大变形，塑料排水带构成的排水系统被 破坏；在强夯扰动破坏的浅层地基土中，要设置桩径较粗的砂石桩或砂石垫层维持排水通道 畅通。采用组合排水系统的目的之一，是在保证排水效果的情况下，尽量使用塑料排水带， 降低地基处理费用。塑料排水带施工基本上没有深度限制，采用组合排水系统可以增加排水 通道的深度，进一步提高强夯的处理深度和地基处理效果。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 图l是本发明实施例一的施工步骤l先施工塑料排水带的示意图。 图2是图1的A—A剖面图。
图3是本发明实施例一的施工步骤1组合排水系统示意图。 图4是图3的B—B剖面图。
图5是本发明实施例一的施工步骤2铺垫施工作业面层示意图。 图6是图5的C一C剖面图。 图7是本发明施工步骤3强夯的示意图。 图8是本发明施工步骤4形成夯坑的示意图。 图9是本发明施工步骤5地下水抽排的示意图。 图10是本发明施工步骤6回填夯坑的示意图。
图ll是本发明实施例二的施工步骤l先施工砂石排水桩的示意图。 图12是图11的D—D剖面图。
图13是本发明实施例二的施工步骤1组合排水系统示意图。 图14是图13的E—E剖面图。
图15是本发明实施例二的施工步骤2铺垫施工作业面层示意图。 图16是图15的F—F剖面图。
图17是施工砂石排水桩的步骤a示意图。 图18是施工砂石排水桩的步骤b示意图。 图19是施工砂石排水桩的步骤c示意图。 图20是施工砂石排水桩的步骤d示意图。 图21是施工砂石排水桩的步骤e示意图。 图22是施工砂石排水桩的步骤f示意图。 图23是施工砂石排水桩的步骤g示意图。
附图标记l一塑料排水带、2 —砂石排水桩、3 —施工作业面层、4一夯锤、5 —夯坑、 6 —地下水、7 —桩管、8 —粗颗粒材料、9-排水泵、10-排水管。
具体实施例方式
实施例一参见图9所示，这种盐渍土地区组合排水系统，其特征在于由在地基土中纵 向布置的塑料排水带1和其间分布的砂石排水桩2组合成一个一个的排水通道，局部区域的排 水通道上端汇入一个夯坑5，夯坑内设置排水泵9，排水泵9与排水管10连接。
这种盐渍土地区组合排水强夯地基处理方法，在施工前，需完成以下的设计，确定基本 设计参数
1，选定塑料排水带的型号，确定塑料排水带的长度、排列方式、间距等。 2，确定排水桩的桩径、桩长、桩距和桩体材料等。
3，确定强夯的夯击能量、夯距、夯点布置、夯击间隔时间、夯击次数等施工参数等。 施工步骤为
步骤l参见图l-4，先在处理区域的地基土中设置地下水疏通排出的组合排水系统，该组 合排水系统包括塑料排水带1和砂石排水桩2组合的排水通道。组合排水系统的施工顺序是先 施工塑料排水带1后施工砂石排水桩2。砂石排水桩2的施工可采用振动沉管法、振冲桩法或 锤击成桩法。
施工塑料排水带l，塑料排水带l从套管内穿过与端头的锚靴相连，插板施工机械就位， 驱动套管在设定位置下沉至设计深度，套管顶住锚靴将塑料排水带插到设计深度，拔起套 管，完成一个排水孔插塑料排水带操作，施工其他塑料排水带。塑料排水带可以是常规定型 产品，宽度约100mm，厚度约4mm。可采用常用插板施工机械施工。
步骤2参见图5，图6，在处理区域表面设置各塑料排水带和砂石排水桩位铺垫一层施工 作业面层3，以满足强夯施工作业要求。
步骤3参见图7，在施工作业面层3上用夯锤4进行强夯。强夯为至少一次强夯，在经历了 一次强夯后，重新施工砂石排水桩后进行下一次强夯。
步骤4参见图8，在每个强夯位置形成夯坑5。当每个夯点的夯击次数达到设计要求后， 夯坑形成，夯击能破坏土的结构性，土中水被强力挤压产生超孔隙水压力。
步骤5参见图9，组合排水系统周边土中的地下水很快沿砂石排水桩2和塑料排水带1排 出， 一旦水开始排出，则排出端水压力降低，地下水在水头压力作用下，自然在土中形成指 向排水系统的有序水流，通过施工作业面层汇集至夯坑5中，将汇集于夯坑中的地下水6抽排 出施工场地外。
步骤6参见图10，随着地下水排出，超孔隙水压力逐渐消散，排出的地下水也越来越 少，待排水基本结束后，回填夯坑并找平，完成第一遍点夯。
可以通过多次处理，逐次提高地基承载力和模量，以满足工程设计要求。但在经过每 次DCD强夯处理后，浅层地基土中的排水桩或砂石垫层会由于施工扰动被损毁，影响排水效 果，需要重新施工排水桩或砂石垫层，恢复组合排水系统后，方可进行下一次DCD强夯处 理。
实施例二参见图11-16所示，与实施例一不同的是，步骤l组合排水系统的施工顺序是先 施工砂石排水桩2后施工塑料排水带1 。
上述砂石排水桩的施工步骤参见图17-23:
步骤a参见图17，桩机就位，桩管7准备。桩管为变径桩管，变径桩管根据每根砂石排水 桩的设计投料量选定。变径桩管所成桩孔大于设计桩径。
步骤b参见图18，启动桩机，使桩管7在设定位置垂直下沉。 步骤c参见图19，桩管下沉至设计深度。
步骤d参见图20，向沉管内投放粗颗粒材料8。粗颗粒材料8是碎石、卵石、砾石或粗砂等。
步骤e参见图21，投料完毕。 步骤f参见图22，拔管。
步骤g参见图23，形成砂石排水桩2，然后施工其它砂石排水桩。
塑料排水带、施工作业面层施工按相应规范规程设计施工即可。但对砂石排水桩的设计 施工要求，不同于普通的砂石桩，区别在于
一般砂石桩多用于复合地基，其主要加固机理是挤密加固地基土。由于土的强度不均 匀，对土较弱的地层，就要增加挤密效果，施工中会采取诸如增加留振时间、多次投料反插 成桩等措施，使砂石桩的桩径尽量大一些；反之土层较硬时桩径应该较细，这样才能改善地
基的均匀性。因此一般砂石桩桩径是不规则的，只要满足投料量、桩长等设计要求即可。
本发明的砂石排水桩则要求桩身连续规整，桩径均匀，尽量l次投料成桩。为地下水的 排泄提供连续的排放通道。因此施工中应尽量一次投料成桩。本发明采用大直径桩管，根据 设计投料量一次性加足桩料并储存在桩管内，避免施工中二次加料。此外大直径桩管所成桩 孔大于设计桩径，拔管成桩时，软土回淤影响减小，有利于桩料排出成桩。
权利要求
1.一种盐渍土地区组合排水系统，其特征在于由在地基土中纵向布置的塑料排水带(1)和其间分布的砂石排水桩(2)组合成一个一个的排水通道，局部区域的排水通道上端汇入一个夯坑(5)，夯坑内设置排水泵(9)，排水泵(9)与排水管(10)连接。
2. 一种盐渍土地区组合排水强夯地基处理方法，在处理区域内按设 计要求确定桩径、桩长、桩距和桩体材料，其特征在于施工步骤为步骤l、先在处理区域的地基土中设置地下水疏通排出的组合排水系统，该组合排水系统包括由塑料排水带(1)和砂石排水桩(2)组合成的排水通道；步骤2、在处理区域表面，设置各塑料排水带和砂石排水桩，铺垫施工作业面层(3);步骤3、在施工作业面层(3)上用夯锤(4)进行强夯；步骤4、在每个强夯位置形成夯坑(5);步骤5、地基中的地下水沿砂石排水桩(2)和塑料排水带(1)排出，通过施工作业面 层(3)汇集至夯坑(5)中，将汇集于夯坑中的地下水(6)抽排出施工场地外；步骤6、回填夯坑并找平，完成第一遍点夯；步骤7、点夯2遍以上，完成第一次强夯。
3. 根据权利要求2所述的盐渍土地区组合排水强夯地基处理方法，其 特征在于上述步骤2中，所述施工作业面层(3)是土、砂子、石子、垫板或前三者的混合 物。
4. 根据权利要求2所述的盐渍土地区组合排水强夯地基处理方法，其 特征在于上述步骤7中的第一次强夯后，浅层地基土中的砂石排水桩或砂石垫层由于施工 扰动被损毁，影响排水效果，要重新施工砂石排水桩或砂石垫层，恢复组合排水系统，再进 行下一次强夯处理。
5. 根据权利要求2所述的盐渍土地区组合排水强夯地基处理方法，其 特征在于上述步骤l的组合排水系统的施工顺序有两种 顺序一、先施工塑料排水带(1)后施工砂石排水桩(2); 顺序二、先施工砂石排水桩(2)后施工塑料排水带(1)。
6. 根据权利要求4所述的盐渍土地区组合排水强夯地基处理方法，其 特征在于上述步骤l中施工砂石排水桩采用的是振动沉管法、振冲桩法或锤击成桩法。
7. 根据权利要求4所述的盐渍土地区组合排水强夯地基处理方法，其 特征在于上述步骤l中施工砂石排水桩的施工步骤为a、 桩机就位，桩管(7)准备；b、 启动桩机，使桩管(7)在设定位置垂直下沉； C、桩管下沉至设计深度；d、 向沉管内投放粗颗粒材料(8);e、 投料完毕；f、 拔管；g、 形成砂石排水桩(2)，施工其它砂石排水桩。
8. 根据权利要求7所述的盐渍土地区组合排水强夯地基处理方法，其 特征在于上述桩管(7)为变径桩管或均径桩管，变径桩管根据每根砂石排水桩的设计投 料量选定。
9. 根据权利要求8所述的盐渍土地区组合排水强夯地基处理方法，其 特征在于上述变径桩管所成桩孔大于设计桩径。
全文摘要
一种盐渍土地区组合排水系统及组合排水强夯地基处理方法，先在处理区域的地基土中设置地下水疏通排出的组合排水系统，该组合排水系统包括塑料排水带和砂石排水桩组合的排水通道；在处理区域表面，覆盖各塑料排水带和砂石排水桩，铺垫施工作业面层；在施工作业面层上用夯锤进行强夯；在每个强夯位置形成夯坑；地基中的地下水汇集至夯坑中，将汇集于夯坑中的地下水抽排出施工场地外；回填夯坑并找平，完成第一遍点夯。本发明解决了地下水的排放问题，大幅度提高了地基承载力和模量，满足了盐湖地区进行各种建筑物建设的要求，可节约地基处理费用40％以上，缩短地基处理工期超过一半。
文档编号E02D3/046GK101349052SQ20081030442
公开日2009年1月21日 申请日期2008年9月9日 优先权日2008年9月9日
发明者彭芝平, 军 杨, 王玉祥, 连镇营, 陈耀光 申请人:建研地基基础工程有限责任公司