专利名称：混合吹填软土地基的预加固处理方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种软土地基的预加固处理技术领域，尤其涉及一种混合吹填软 土地基的预加固处理方法及其装置。具体地说，本发明涉及江河航道、湖泊等疏 浚整治及吹填造地工程的超软地基预加固处理技术，该技术既适于滨海滩涂、洼 地等土地的开发，也适于清淤吹填土的综合利用。
背景技术：
吹填土是在整治和疏通江河航道以及吹填造地过程中的泥砂经水力吹填而 形成的沉积土，将疏浚出来的泥砂用来填海造陆，已成为沿海城市缓解土地资源 紧缺的有效途径。针对吹填砂土、淤泥、粉煤灰等地基，工程中经常采用的加固 方法有二灰桩、深层搅拌桩、真空预压法、堆载预压法、预插塑料排水板结合 强夯法等。但是，由于各种工艺都存在一定的局限性，对于多数吹填土场地的加 固处理，又出现了预插塑料排水板结合强夯的处理方法、高真空击密法、振冲击 密法、电渗法、低位真空预压法、干法振动沉管挤密碎石桩及多点胁迫振冲联合 挤密等多种方法。
吹填土作为一种人工扰动土，在吹填初期通常具有很高的含水率。因此，有 学者和工程界人士认为，软基加固不应仅限于吹填土填筑以后，如能在吹填过程 中就采取一些有利于固结的措施，则可能获得更好地加固效果和经济效果。吹填 土地基预加固是指在吹填施工的同时，利用物理或化学方法(主要是加入无机或 有机的外加剂)，使吹填土可以尽快沉积固结，并使固结后的地基具有更高强度 的一种吹填土地基处理方法。
虽然吹填土地基预加固的思想早在20世纪80年代就已经出现；但是，对于吹填土地基预加固的研宄只是近几年才真正开始，且仅处于初级阶段。文海家等人 从处理加固的角度证明吹填软土更利于得到有效的加固处理；刘振杰等人对淤泥 粉煤灰的室内混合吹填进行了研究，发现淤泥掺粉煤灰后其力学性质指标有了显 著的改善，而且获得了更好的工程性质；王华敬等人给出了几种典型吹填土的沉 降特性。王清、肖树芳、刘娉慧、刘莹、李振和谢海澜等人对利用水泥和生石灰 对吹填土的预加固处理进行了室内实验研究，确定了吹填土的最优水泥与石灰的 掺入比。另外，采用水泥和石灰作为添加剂对吹填泥浆进行了加固处理，取得了 一定效果；另有学者分别利用粉煤灰和皂化渣作为吹填泥浆的添加剂对吹填泥浆 进行加固处理，加固后的吹填土样的工程地质性质、微观结构得到了明显改善。 尽管这些研究进展突出，但是由于吹填土地域性的限制，且没有提出对吹填 设备的改进设想，使得这一研究成果不能及时转化为实际生产力。
发明内容
本发明的目的就是为了克服超软吹填地基初期承载力极低和固结沉降量过 大等缺点和不足，提供一种混合吹填软土地基的预加固处理方法及其装置。 本发明的目的是这样实现的
本发明采用有别于处理天然软土的研究思路，即形成以混合吹填过程设置水 平向排水通道，并结合采用真空预压联合电渗法施工，在吹填过程中和吹填初期 即主动进行超软土固结早期干预的理念，为后期的地基加固处理创造前期条件。
一、混合吹填软土地基的预加固处理方法
本方法包括下列步骤
① 针对吹填物料进行固化剂比选的室内试验，确定固化剂组合及其与吹填 物料之间的配比；
② 拆除障碍物，平整场地，测量标高；
③ 按照设计间距和吹填厚度，在场地安装钢筋笼砂袋集水井，集水井双层 砂袋内充填中粗砂用于滤水；
用水平连通排水砂袋将钢筋笼砂袋集水井两两连接，将水平连通排水砂 袋中的钢筋固定于集水井的外层钢筋笼上； 安装绞吸船吹填设备和固化剂浆液的搅拌吹填设备，按照试验结果确定
各自吹填速率；
⑥ 进行双管混合吹填，在预设吹填高度安装水平连通排水砂袋，待场地吹填
至设计标高，表层铺设真空膜；
⑦ 集水井内安装射流泵，真空预压抽排集水井内积水，集水井周围插设圆 钢筋作为电渗电极的阳极，并以导线连接；
⑧ 安装恒流电源，以圆钢筋作为阳极，钢筋笼作阴极，进行电渗固结，集 水井抽排水，完成真空预压联合电渗法处理软基；
◎测试场地标高，开展现场原位试验和室内土工试验，达到后期施工使用 要求后，拔出钢筋笼重复利用，交付场地。
二、混合吹填软土地基的预加固处理装置
本装置包括施工场地、钢筋笼砂袋集水井、水平连通排水砂袋、双管混合吹 填物料设备、真空预压联合电渗法处理设备和集水井抽排设备；
在施工场地上设置有钢筋笼砂袋集水井，在钢筋笼砂袋集水井之间设置有水 平连通排水砂袋；
从左至右，双管混合吹填物料设备、钢筋笼砂袋集水井、真空预压联合电渗 法处理设备和集水井抽排设备依次连接。 本发明的工作原理
本发明针对滨海滩涂、洼地等土地开发利用，以及航道疏浚、湖泊清淤等吹 填工程，在吹填前预先铺设排水网络；利用固化剂早强固化的特点，在吹填过程 中实现软土和固化剂浆液的充分混合，达到超软吹填土早强固化的前期干预目 的；在地基形成初期利用真空预压快速降水，而后采用真空预压联合电渗法加固 处理吹填软土地基，为后期地基强化处理做好准备。
本发明具有以下优点和积极效果
① 既适合滨海滩涂、洼地等土地开发，也适于清淤吹填土综合利用；促成饱 和软土体产生预固化和预沉降，使地基土经处理后能更好地满足工程使用阶段的 承载变形要求。
② 是一种复合型加固处理吹填软土地基新技术，它将多种方法有机匹配揉合在一起，相互补充，相互促进，共同形成快速高效处理吹填软土地基新技术。
③ 能改良吹填土地基，降低其压缩性，减小沉降量，增加强度；使经过进一 步处理后的吹填土地基可以拥有更高的承载力，减少后续处理费用。
④ 加快吹填土地基固结速率，縮短吹填土地基处理工期，具有重大的社会经 济和环境效益；工艺简单，机理明确，节能环保。
总之，本发明能促成饱和软土体产生早强固化和预沉降，使地基土经预处理 后能更好地满足工程使用阶段的承载变形要求，能大幅节省工期和后续工程处理 费用，具有良好的社会经济和环境效益。
2. 2—内层钢筋笼，
3. 2—导电钢筋，
4. 2—吸泥管， 4. 5—浮筒，
4. 8—吸浆泵
2. 3—双层砂袋；
图1是本装置的结构示意图2是排水网络(钢筋笼砂袋集水井和水平连通排水砂袋)的结构示意图； 图3是真空预压联合电渗法处理设备的电渗电极埋设平面布置图。
其中
l一施工场地；
2— 钢筋笼砂袋集水井， 2. l—外层钢筋笼，
2. 4—充填砂；
3— 水平连逋排水砂袋，
3. 1—水平排水砂袋， 4一双管混合吹填物料设备，
4. l一绞吸船， 4. 4—吹填管，
4. 7—吸桨管
5—真空预压联合电渗法处理设备，
5. l—阳极钢筋， 5. 2—阳极连接线， 5. 4—恒流电源；
3. 3—充填砂；
4. 3—泥泵， 4. 6—搅拌桶，
4. 9一吹桨管；
5. 3—电源线，6—集水井抽排设备，
6.1—吸水管， 6. 2—射流泵， 6. 3—排水管，
6. 4—真空膜。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明进一步说明
一、 混合吹填软土地基的预加固处理
1、 步骤①，确定固化剂组合及其与吹填物料之间的配比
针对吹填软土的特性，开展生石灰、水泥、石膏、粉煤灰、矿渣等的淤泥固 化效果室内对比试验，筛选、组合适合于吹填淤泥早强固化效果最佳的固化剂材 料及其配比。
2、 步骤⑤，按照试验结果确定各自吹填速率
现场利用搅拌设备形成固化剂浆液，在吹填喷冲口设置双管混合吹填物料设 备4，按照泥桨吹填速率和混合比调整固化剂浆液的吹填速率，使吹填软土和固
化浆液在吹填过程中充分混合。
二、 混合吹填软土地基的预加固处理装置
1、 总体
如图1，本装置包括施工场地1、钢筋笼砂袋集水井2、水平连通排水砂袋3、 双管混合吹填物料设备4、真空预压联合电渗法处理设备5和集水井抽排设备6;
在施工场地1上设置有钢筋笼砂袋集水井2，在钢筋笼砂袋集水井2之间设 置有水平连通排水砂袋3;
从左至右，双管混合吹填物料设备4、钢筋笼砂袋集水井2、真空预压联合 电渗法处理设备5和集水井抽排设备6依次连接。
2、 各功能块
(1)钢筋笼砂袋集水井2 如图2，所述的钢筋笼砂袋集水井2包括外层钢筋笼2. 1、内层钢筋笼2.2、 双层砂袋2. 3和充填砂2. 4;外层钢筋笼2. 1和内层钢筋笼2. 2构成集水井，其中间放置双层砂袋2. 3， 双层砂袋2. 3中填满充填砂2. 4。
钢筋笼砂袋集水井2将周围软土中的水汇集于井内，同时又作为后期电渗法 加固软基的阴极之用，在地基加固完成后可拔出重复利用。
(2) 水平连通排水砂袋3
如图2，所述的水平连通排水砂袋3包括水平排水砂袋3.1、导电钢筋3. 2 和充填砂3. 3;
充填砂3. 3装入水平排水砂袋3.1中，水平排水砂袋3.1与双层砂袋2. 3 连接，形成连通的排水网络；导电钢筋3.2放置于充填砂3.3中，与外层钢筋笼 2.1连接，形成闭合导电回路。
根据不同的初始下卧层土性以及现场施工条件，选择适合的水平向排水通 道，主要考虑土工合成材料、大型袋装砂井、塑料排水板或泥中吹加砂层及其混 合使用。
水平排水砂袋3. l为尼龙编织袋，充填砂3.3为中粗砂。
排水网络的设置必须在吹填前以及吹填过程中进行，设置完毕固结即已开 始进行，加速了吹填软粘土的自重固结。
(3) 双管混合吹填物料设备4
如图l，所述的双管混合吹填物料设备4包括绞吸船4.1、吸泥管4.2、泥 泵4.3、吹填管4.4、浮筒4.5、搅拌桶4.6、吸浆管4.7、吸浆泵4.8和吹浆管 线
泥泵4.3固定于绞吸船4.1上，吸泥管4.2、泥泵4.3、吹填管4. 4和浮筒 4.5顺次连接，搅拌桶4.6、吸浆管4.7、吸浆泵4.8和吹浆管4.9顺次连接。
(4) 真空预压联合电渗法处理设备5
如图3，真空预压联合电渗法处理设备5包括阳极钢筋5. 1、阳极连接线5. 2、 电源线5.3和恒流电源5.4;
阳极钢筋5. 1按照一定的布置方式由阳极连接线5. 2相互连通，通过电源线 5. 3接恒流电源5. 4阳极，外层钢筋笼2. 1作为阴极，通过电源线5. 3与恒流电 源5.4阴极连接。疏干后，在地基表层铺设真空膜6. 4，先进行集水井抽 真空强降水，而后开展真空预压联合电渗法加固软基。
① 电渗法的原理
在饱和软粘土地基中插入金属电极并通以直流电，由于直流电场作用，土中 的水分从阳极流向阴极。将水从阴极排除(通常采用井点降水作为阴极，并由井 点进行抽水)，而不让水在阳极附近补充，借助电渗作用可逐渐排除土中水，从 而加强地基的固结，提高地基强度。
② 电极材料
根据软基土的性质，选择电极材料。电极材料可选钢筋、铝棒、铁棒等。阳 极采用圆钢筋，围绕集水井一定距离插入吹填软土，阴极利用集水井的钢筋笼， 集水井设置吸水管，用场外的射流泵抽排积水。
③ 电极布置
通常电渗法用于软基加固时，电极为竖向排列，电极布置方式大体有三种 六角形布置、行间不错开的方形布置和行间错开的方形布置，根据集水井的布置 方式和场地条件适当选择。
电源
采用可控硅整流器作为电极电源，阴阳电极之间恒定工作电压为低压，每天
电渗8 12个小时，并同时抽排水。 (5)集水井抽排设备6
如图1，所述的集水井抽排设备6包括吸水管6.1、射流泵6. 2、排水管6. 3 和真空膜6. 4。
真空膜6. 4覆盖于吹填场地上，吸水管6. 1放置于内层钢筋笼2. 2中，吸水 管6.1、射流泵6. 2和排水管6. 3依次连接。
权利要求
1、一种混合吹填软土地基的预加固处理方法，其特征在于包括下列步骤①针对吹填物料进行固化剂比选的室内试验，确定固化剂组合及其与吹填物料之间的配比；②拆除障碍物，平整场地，测量标高；③按照设计间距和吹填厚度，在场地安装钢筋笼砂袋集水井，集水井双层砂袋内充填中粗砂用于滤水；④用水平连通排水砂袋将钢筋笼砂袋集水井两两连接，将水平连通排水砂袋中的钢筋固定于集水井的外层钢筋笼上；⑤安装绞吸船吹填设备和固化剂浆液的搅拌吹填设备，按照试验结果确定各自吹填速率；⑥进行双管混合吹填，在预设吹填高度安装水平连通排水砂袋，待场地吹填至设计标高，表层铺设真空膜；⑦集水井内安装射流泵，真空预压抽排集水井内积水，集水井周围插设圆钢筋作为电渗电极的阳极，并以导线连接；⑧安装恒流电源，以圆钢筋作为阳极，钢筋笼作阴极，进行电渗固结，集水井抽排水，完成真空预压联合电渗法处理软基；⑨测试场地标高，开展现场原位试验和室内土工试验，达到后期施工使用要求后，拔出钢筋笼重复利用，交付场地。
2、 按权利要求1所述的方法，其特征在于步骤①针对吹填软土的特性，开展生石灰、水泥、石膏、粉煤灰、矿渣等的淤泥固 化效果室内对比试验，筛选、组合适合于吹填淤泥早强固化效果最佳的固化剂材 料及其配比。
3、 按权利要求1所述的方法，其特征在于步骤⑤现场利用搅拌设备形成固化剂浆液，在吹填喷冲口设置双管混合吹填物料设 备(4)，按照泥浆吹填速率和混合比调整固化剂浆液的吹填速率，使吹填软土和固化浆液在吹填过程中充分混合。
4、 实施权利要求1所述方法的装置，其特征在于-包括施工场地(1)、钢筋笼砂袋集水井(2)、水平连通排水砂袋(3)、双 管混合吹填物料设备(4)、真空预压联合电渗法处理设备(5)和集水井抽排设 备(6);在施工场地(1)上设置有钢筋笼砂袋集水井(2)，在钢筋笼砂袋集水井(2) 之间设置有水平连通排水砂袋(3);从左至右，双管混合吹填物料设备(4)、钢筋笼砂袋集水井(2)、真空预 压联合电渗法处理设备(5)和集水井抽排设备(6)依次连接。
5、 按权利要求4所述的装置，其特征在于所述的钢筋笼砂袋集水井(2)包括外层钢筋笼(2.1)、内层钢筋笼(2.2)、 双层砂袋(2.3)和充填砂(2.4);外层钢筋笼(2. 1)和内层钢筋笼(2.2)构成集水井，其中间放置双层砂袋(2.3) ，双层砂袋(2.3)中填满充填砂(2.4)。
6、 按权利要求4所述的装置，其特征在于所述的水平连通排水砂袋(3)包括水平排水砂袋(3.1)、导电钢筋(3.2) 和充填砂(3.3);充填砂(3.3)装入水平排水砂袋(3.1)中，水平排水砂袋(3.1)与双层 砂袋(2.3)连接，形成连通的排水网络；导电钢筋(3.2)放置于充填砂(3.3) 中，与外层钢筋笼(2.1)连接，形成闭合导电回路。
7、 按权利要求4所述的装置，其特征在于所述的双管混合吹填物料设备(4)包括绞吸船(4.1)、吸泥管(4.2)、泥 泵(4.3)、吹填管(4.4)、浮筒(4.5)、搅拌桶(4.6)、吸浆管(4.7)、吸浆泵 (4.8)和吹浆管(4.9);泥泵(4.3)固定于绞吸船(4.1)上，吸泥管(4.2)、泥泵(4.3)、吹填管(4.4) 和浮筒(4.5)顺次连接，搅拌桶(4.6)、吸浆管(4.7)、吸浆泵(4.8) 和吹浆管(4.9)顺次连接。
8、 按权利要求4所述的装置，其特征在于真空预压联合电渗法处理设备(5)包括阳极钢筋(5. 1)、阳极连接线(5. 2)、 电源线(5.3)和恒流电源(5.4);阳极钢筋(5.1)按照一定的布置方式由阳极连接线(5.2)相互连通，通过 电源线(5.3)接恒流电源(5.4)阳极，外层钢筋笼(2.1)作为阴极，通过电 源线(5.3)与恒流电源(5.4)阴极连接。
9、按权利要求4所述的装置，其特征在于所述的集水井抽排设备(6)包括吸水管(6.1 )、射流泵(6. 2)、排水管(6. 3) 和真空膜(6.4)。真空膜(6.4)覆盖于吹填场地上，吸水管(6.1)放置于内层钢筋笼(2.2) 中，吸水管(6.1)、射流泵(6.2)和排水管(6.3)依次连接。
全文摘要
本发明公开了一种混合吹填软土地基的预加固处理方法及其装置，涉及一种软土地基的预加固处理技术领域。本发明以混合吹填过程设置水平向排水通道，并结合采用真空预压联合电渗法施工，在吹填过程中和吹填初期即主动进行超软土固结早期干预，为后期的地基加固处理创造前期条件。本装置是在施工场地上设置有钢筋笼砂袋集水井，在钢筋笼砂袋集水井之间设置有水平连通排水砂袋；从左至右，双管混合吹填物料设备、钢筋笼砂袋集水井、真空预压联合电渗法处理设备和集水井抽排设备依次连接。本发明能促成饱和软土体产生早强固化和预沉降，使地基土经预处理后能更好地满足工程使用阶段的承载变形要求，能大幅节省工期和后续工程处理费用。
文档编号E02D3/11GK101555689SQ200910061919
公开日2009年10月14日 申请日期2009年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者傅志斌, 孟庆山, 超 杨, 稔 汪, 胡明鉴, 陈能远 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所;建设综合勘察研究设计院有限公司