专利名称：软弱地基轻型井点管结合塑料排水板复合加固方法
技术领域：
本发明涉及一种软土地基处理方法，尤其涉及一种大面积软土地基处理采用轻型井点管结合塑料排水板复合井点(以下简称轻井塑排井点)加固方法。适用于新吹填含泥量较高并有泥夹层的软弱地基深、浅层处理。属地基处理技术领域。
背景技术：
目前，随着沿海地区的快速发展，利用滩涂和吹填造地的方法以解决工业用地不足。对于此类土质的处理，可应用“真空预压法”处理，但该方法工期长(一般需三个月以上)。特别是当吹填土含砂量较高、或砂夹泥，并有不规则砂夹层的场地，采取真空预压的方法则会产生漏气，即负压低，因此造成预压效果不理想。
当吹填土含砂量较高，或砂夹泥，并有不规则砂夹层的场地，为提高软弱地基的承载力，目前常用的方法有降低需处理区域土体的含水量即采用降水的方法，例如在需处理区域进行大明沟降水、真空降水、轻型井点降水和电渗降水等方法，然后结合强夯、振动碾压或冲击碾压的方法使之达到快速固结。实际上通过以上这些处理方法仅能在地基表层4～6m范围形成一个所谓的“硬壳层”，而通过上述方法处理过的地基对6m以下进行钻探取样，分层测定δ和ω值，同处理前的地层δ、ω值对照，基本变化不大。这是因为软土地基强夯所需的最佳含水量是依赖于大明沟降水，真空降水、轻型井点降水和电渗降水等方法来实现的，而这些方法由于受设备的限制(如井点管的长度)以及吸水泵的真空度限制，使得降水深度无法达到6m以下。同时，井点降水由于其滤头设置一般均在钢管下部0.5～1.0m处，当淤泥夹层在井点滤头上部时，由于淤泥夹层的渗透系数小，因此采用井点降水具有一定的局限，无法对淤泥夹层以上土体进行有效的降水，形成夹水层，使得需加固土质无法达到强夯所需的最佳含水量，因此夯后效果并不理想，甚至产生“弹簧土”的现象。特别是在淤泥质土的降水施工过程中，由于其渗透系数小，强夯后的超静孔隙水压力消散慢(消散时间需一个多月甚至六个月之久)，使得大明沟降水、真空降水、轻型井点降水和电渗降水等结合强夯工法难以达到理想的效果和理想的深度，因此难以满足软土地基深层加固的需求。
为了解决新吹填土的淤泥夹层，在施工中采用先施打塑料排水板，当地下水顺着置入的排水板通道溢出地面后，采取人工引流强排的方法，将表层地下水排除后，进行强夯施工。实际上该方法无法控制需加固土体强夯所需的最佳含水量，同样产生“弹簧土”的现象。据此，在施工过程中，插入排水板后，辅以真空井点降水(轻型井点降水)，通过该方法，达到快速降低需加固区域土体含水量，然后进行强夯或动力固结，但是在施工过程中却产生由于塑料排水板端头露出地面，当拔除井点管进行强夯时，由于夯击能对下卧层的冲击影响，大量的地下水通过塑料排水板涌出地表，使动力加固设备无法继续施工，究其原因，是由于真空井点降水无法降低淤泥夹层土体的含水量，经夯击后，大部分淤泥夹层中的自由水通过塑料排水板的通道溢出，场地泥泞，无法达到加固设备进入的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种能降低淤泥夹层土体含水量的软弱地基轻型井点管结合塑料排水板复合加固方法。
本发明的目的是这样实现的一种软弱地基轻型井点管结合塑料排水板复合加固方法，其特征在于所述方法包括以下工艺步骤 步骤一、开挖排水沟 步骤二、布置轻型井点管结合塑料排水板形成的复合井点并进行抽真空复合井点降水 a、施打轻井塑排井点和外围封管 对需处理的软弱地基布置轻井塑排井点，井点间距为4.0×4.0m，塑料排水板的的插入方法有二种一种是机械插入法，适用于加固深度6.0m以下，即采用插板机插入所需深度的塑料排水板，插板机的插管拔出后，立即在插有塑料排水板的插孔内插入轻型井点管，并将塑料排水板端头压入地表0.5m以下，在插入轻型井点管的同时在所述插孔内的轻型井点管、塑料排水板与插孔孔壁之间投入砂滤料填灌实，砂滤料填至距插孔孔口0.45～0.55m，然后将插孔孔口用粘土封填严实，另一种是水冲成孔插入法，适用于加固深度6.0m以上，利用轻型井点管直接将塑料排水板插入，其方法是先将塑料排水板按所需长度切断，塑料排水板的一端头用绳将塑料排水板折返札牢，使轻型井点管和塑料排水板同时插入孔中，当水冲成孔后，将轻型井点管和塑料排水板插入孔内，塑料排水板的另一端头压入地表0.5m以下，并在所述孔内的轻型井点管、塑料排水板与插孔孔壁之间投入砂滤料填灌实，砂滤料填至距插孔孔口0.45～0.55m，然后将插孔孔口用粘土封填严实， b、降水设备安装 根据轻井塑排井点管布置，布放集水总管位置，布设时，先排放集水总管，再用机械插入法或水冲法埋设轻井塑排井点，然后用支管将轻型井点管与集水总管相连通，最后安装真空泵，轻型井点管埋设在水冲孔的中心， c、抽真空降水，真空度控制在-0.06～-0.08MPa，第一遍抽真空排水时间7～10天，第二遍抽真空排水时间7～10天，二遍间隔时间根据夯后土体超静孔隙水压力消散时间确定，一般为7～15天之间，在实际施工中可根据土质条件试验确定。
d、降水结束 轻井塑排井点降水后的控制指标为降水后最佳含水量误差为3％～5％，地下水位控制为稳定在距地表3m以下，当观测结果符合控制指标要求时，进行下一道工序施工； 步骤三、动力固结 当土体含水量达到设计及动力固结施工所需要求后，拔除轻井塑排井点中的轻型井点管，在需加固处理的软土地基区域布设强夯点进行第一遍点夯，第一遍点夯按4.5m正方形布点(或可根据地质条件或设计要求进行布点)，夯后推平，布置第二遍轻井塑排井点，方法同第一遍布置，进行第二遍轻井塑排井点降水，在水位下降到3m以下或设计要求时，则拨除轻井塑排中的轻型井点管，进行第二遍点夯，第二遍点夯也按4.5m正方形布点、且与第一遍夯点呈梅花形布置(或根据地质情况及设计要求布点)，如此多遍进行降水强夯，达到所需的承载力，经多轮轻井塑排井点降水、多轮点夯后，最后一遍满夯，在遍与遍强夯施工过程中控制超静孔隙压力消散90％以上方能进行下一遍施工；满夯结束后，待孔隙压力消散至90％以上，即可进入道路、场地结构施工。
在实际施工中，也可不拔除轻井塑排井点中的轻型井点管，而将夯点设计在所述相邻两排轻型井点管的之间，待第一轮夯击后，立即连接该轻型井点管，进行第二遍轻井塑排井点降水，在水位下降到3m以下或设计要求时，则拨除轻井塑排中的轻型井点管，进行第二遍点夯，如此多遍进行降水强夯，达到所需的承载力，经多轮轻井塑排井点降水、多轮点夯后，最后一遍满夯，在遍与遍强夯施工过程中控制超静孔隙压力消散90％以上方能进行下一遍施工；满夯结束后，待孔隙压力消散至90％以上，即可进入道路、场地结构施工。
使用该工艺，既能确保软弱地基的加固达到设计要求，又能通过轻井塑排井点控制加固深度。同时通过轻井塑排井点结合动力固结的方法，夯后的超静孔隙压力水能通过塑料排水板上升并经下一轮轻井塑排井点降水快速消散，由于塑料排水板的纵向作用使夯能深度传递，使得强夯的影响深度加深，从而使软弱地基达到设计要求所需的承载力。该法施工安全系数大、工期短。特别适用于软弱地基的深层加固需要。
由于塑料排水板插入的深度可根据设计要求延伸，同时，动力能量又能通过塑料排水板向纵深传递，因此使得本技术达到深层处理的效果，达到浅层、深层同时加固处理的目的。
本技术根据不同的地质条件和不同的处理要求，通过调整降水过程中的塑料排水板的间距、深度，在插入轻型井点管的同时插入塑料排水板，形成了轻型井点与塑料排水板的垂直排水通道，一般轻型井点管的插入深度为6m，而与轻型井点管同时插入的塑料排水板的深度则可根据所需加固的深度或设计要求延伸达到所需深度。轻型井点管连接支管、支管连接集水总管、集水总管连接真空泵进行降水，使软弱地基含水量达到强夯或振动碾压等动力加固所需的最佳含水量，拔除轻型井点管进行动力加固处理。在动力加固过程中，由于插入的塑料排水板保留在土体中，动力加固时夯击能所产生的压密和冲击作用，使土体中的挤压水通过塑料排水板快速排出地表，为下遍快速降水创造了条件；其次动力加固过程中产生的超静孔隙水压力，又通过塑料排水板快速消散，为快速加固软弱地基奠定了基础；再其次就是当动力加固过程中，能量通过塑料排水板纵向传递到一定的深度，达到了深层加固的目的。由于塑料排水板端头置入地表0.5m以下处，因此，当采用强夯法进行施工时，置入地表下的塑料排水板端头随夯击而继续压入地表下，解决了淤泥夹层自由水溢到地表的情况。通过本技术的处理既能解决软土地基深层加固的根本问题，又能解决软土地基经动力固结后的超静孔隙水压力不易消散的困难；使需处理的软土地基可根据设计要求及地质条件达到深、浅层同时处理，并且使软基处理快速可控。本工法施工安全系数大、工期短，经处理后的软土地基影响深度可达20m左右。
本工法的有如下优点 1、施工周期短、性价比高本施工工艺与传统软弱地基处理方法相比由于利用塑料排水板和轻型井点管在同一个点位对需处理的软弱地基进行直接降水加固的作用，施工周期短；同时，由于经塑料排水板深层传递动能，深层加固质量提高，使软弱地基快速适合不同设计的需要，其性价比大大提高。
2、不受软弱地基地质条件的限制，可根据需要调整塑料排水板的长度，通过调整使之适合不同地质对地基的不同承载力的需求，从而为不规则泥夹层软弱地基的深浅层加固处理提供了有效的保障。
3、需加固软弱地基经轻井塑排井点降水后，在土体含水量达到动力固结所需时，进行动力固结处理(如强夯)，在一定能量对土体的直接冲击作用下，土体内自由水以及部分结合水因塑料排水板形成排水通道的存在而得到汇聚，并顺塑料排水板而渗到地表下0.5m位置，但又不溢出地表；从而使夹层水有了排泄通道，为下一轮降水创造了条件。
4、克服了常规轻型井点降水因井点管滤头的限制而无法建立排水通道，因此难以降低夹层淤泥土体含水量，解决了真空井点降水强夯对该类土质无能为力甚至达不到设计效果。塑料排水板自身的排水通道结合轻型井点的真空吸水，使得经处理的土体含水量均衡；通过多轮交叉轻井塑排降水结合多遍强夯施工工艺，为大面积软基提高承载力奠定了基础。
5、在施工中，可根据不同的地质条件和不同渗透系数结合多种降水施工工艺，如电渗降水、真空降水以及深层电渗井点管、浅层真空井点管进行调整，同时还可通过电渗降水时间、真空降水时间进行调整，以获得不同的降水要求。
图1为本发明轻井塑排井点平面布置图。
图2为本发明的轻井塑排井点深层结构示意图。
图3为本发明的轻井塑排井点浅层结构示意图。
图4为本发明的轻井塑排井点立面示意简图。
具体实施例方式 本工法的具体工艺步骤如下(动力固结以强夯为例) 步骤一、开挖排水沟 对大面积软弱地基采取轻井塑排井点降水加固技术，则可将需加固区域设置若干小区，一般一个小区为5000～10000m2。小区与小区之间采取开挖明沟，小区与小区的明沟之间相互贯通，形成排水网络，明沟交接处设置一定数量的集水井，明沟水采取自流或强排的方法排放到邻近河道内。
步骤二、布置轻型井点管结合塑料排水板形成的复合井点(简称轻井塑排井点)并进行抽真空复合井点降水 a、施打轻井塑排井点和外围封管 对需处理的软弱地基根据设计要求及地质情况布置轻井塑排井点，井点间距为4.0×4.0m，如图1。塑料排水板的长度根据需处理的深度确定，塑料排水板的的插入方法有二种 一种是机械插入法(加固深度6.0m以下) 即常用插板机插入所需深度的塑料排水板，插板机的插管拔出后，立即在插有塑料排水板的插孔内插入轻型井点管，为确保降水效果，在插入轻型井点管的同时在所述插孔内的轻型井点管、塑料排水板与插孔孔壁之间投入砂滤料填灌实，并将塑料排水板端头压入地表0.5m以下，砂滤料填至距插孔孔口0.5m左右，然后将插孔孔口用粘土封填严实以防轻型井点降水时因塑料排水板端头露出地表而产生漏气，如图3。
另一种是水冲成孔插入法(加固深度6.0m以上) 由于所需浅层加固，因此完全可利用轻型井点管直接将塑料排水板插入，其方法是先将塑料排水板按一定长度切断，塑料排水板的一端头用绳将塑料排水板折返，使轻型井点管和塑料排水板同时插入孔中(附图2)，当水冲成孔后，将轻型井点管和塑料排水板插入孔内，形成轻井塑排井点，塑料排水板的另一端头压入地表0.5m以下，并在所述孔内的轻型井点管、塑料排水板与插孔孔壁之间投入砂滤料填灌实，并将塑料排水板端头压入地表0.5m以下，砂滤料填至距插孔孔口0.5m左右，然后将插孔孔口用粘土封填严实。
b、降水设备安装 根据轻井塑排井点的布置，布放集水总管位置，布设时，先排放集水总管，再用机械插入法或水冲法埋设轻型井点管和塑料排水板，然后用支管将轻型井点管与集水总管相连通，最后安装真空泵和平衡器等抽水设备。轻型井点管应埋设在水冲孔的中心，避免插入泥浆中堵塞滤管。集水总管至抽水装置要保持有3％～5％的坡度，如图4。
c、抽真空降水，真空度宜控制在-0.06～-0.08MPa间，应不低于-0.04MPa。第一遍抽真空排水时间7～10天，第二遍抽真空排水时间7～10天，二遍间隔时间根据夯后土体超静孔隙水压力消散时间确定，一般为7～15天之间，在实际施工中可根据土质条件试验确定。实际施工中可根据具体情况(土壤含水量、现场排水总量、降水曲线等)进行适当调整。
d、降水结束 轻井塑排井点降水后的控制指标为降水后最佳含水量允许误差为3％～5％，地下水位控制为稳定在距地表3m以下。当观测结果符合控制指标要求时，可进行下一道工序施工。
步骤三、动力固结(以强夯为例) 当土体含水量达到设计及动力固结施工所需要求后，拔除轻井塑排井点中的轻型井点管，在需加固处理的软土地基区域布设强夯点进行第一遍点夯，第一遍点夯按4.5m正方形布点(或可根据地质条件或设计要求进行布点)，夯后推平，布置第二遍轻井塑排井点，方法同第一遍布置，进行第二遍轻井塑排井点降水，在水位下降到3m以下或设计要求时，则拨除轻井塑排中的轻型井点管，进行第二遍点夯，第二遍点夯也按4.5m正方形布点、且与第一遍夯点呈梅花形布置(或根据地质情况及设计要求布点)，如此多遍进行降水强夯，达到所需的承载力，经多轮轻井塑排井点降水、多轮点夯后，最后一遍满夯，满夯施工以不漏夯，不翻起为效果明显。也可根据设计或试夯情况进行进行调整。强夯收锤标准以夯击数，且最后连续二击的夯沉量不大于10cm进行控制。
施工中的夯锤吊高按下列计算公式计算 起吊高度H值为H＝M/T+h+a-b 其中 M——设计夯能 T——锤重 h——夯锤起吊点至置锤面的高度 a——富余参数，取0.2； b——1/2设计夯坑深度，取0.75。
强夯机主要采用履带式起重机，并根据现场实际情况备用辅助门架。
根据软基加固要求，可按上述方法对需处理的软土地基进行多遍加固处理，使之达到所需的承载力要求，在遍与遍强夯施工过程中应注意超静孔隙压力消散90％以上方能进行下一遍施工；经多轮点夯后进行最后一遍满夯。在施工期间应保留外围管继续降水直至最后一遍强夯结束方能拔除外围井点管。
满夯结束后，待孔隙压力消散至90％以上，即可进入道路、场地结构施工。
动力固结也可采用振动碾压或冲击碾压等施工工艺。
权利要求
1.一种软弱地基轻井塑排井点降水结合动力加固技术，其特征在于所述方法包括以下工艺步骤
步骤一、开挖排水沟
步骤二、布置轻井塑排井点并进行抽真空复合井点降水
a、施打轻井塑排井点和外围封管
对需处理的软弱地基布置轻井塑排井点，井点间距为4.0×4.0m，塑料排水板的的插入方法有二种一种是机械插入法，适用于加固深度6.0m以下，即采用插板机插入所需深度的塑料排水板，插板机的插管拔出后，立即在插有塑料排水板的插孔内插入轻型井点管，并将塑料排水板端头压入地表0.5m以下，在插入轻型井点管的同时在所述插孔内的轻型井点管、塑料排水板与插孔孔壁之间投入砂滤料填灌实，砂滤料填至距插孔孔口0.45～0.55m，然后将插孔孔口用粘土封填严实，另一种是水冲成孔插入法，适用于加固深度6.0m以上，利用轻型井点管直接将塑料排水板插入，其方法是先将塑料排水板按一定长度切断，塑料排水板的一端头用绳将塑料排水板折返札牢，使轻型井点管和塑料排水板同时插入孔中，当水冲成孔后，将轻型井点管和塑料排水板插入孔内，塑料排水板的另一端头压入地表0.5m以下，并在所述孔内的轻型井点管、塑料排水板与插孔孔壁之间投入砂滤料填灌实，砂滤料填至距插孔孔口0.45～0.55m，然后将插孔孔口用粘土封填严实，
b、降水设备安装
根据轻型井点管布置，布放集水总管位置，布设时，先排放集水总管，再用机械插入法或水冲法埋设轻井塑排井点缀，然后用支管将轻型井点管与集水总管相连通，最后安装真空泵，轻型井点管埋设在水冲孔的中心，
c、抽真空降水，真空度控制在-0.06～-0.08MPa，第一遍抽真空排水时间7～10天，第二遍抽真空排水时间7～10天，二遍间隔时间二遍间隔时间7～15天，
d、降水结束
轻型井点管结合塑料排水板形成的复合井点降水后的控制指标为降水后最佳含水量误差为3％～5％，地下水位控制为稳定在距地表3m以下，当观测结果符合控制指标要求时，进行下一道工序施工；
步骤三、动力固结
当土体含水量达到设计及动力固结施工所需要求后，拔除轻井塑排井点中的轻型井点管，在需加固处理的软土地基区域布设强夯点进行第一遍点夯，夯后推平，布置第二遍轻井塑排井点，方法同第一遍布置，进行第二遍轻井塑排井点降水，在水位下降到3m以下或设计要求时，则拨除轻井塑排中的轻型井点管，进行第二遍点夯，如此多遍进行降水强夯，达到所需的承载力，经多轮轻井塑排井点降水、多轮点夯后，最后一遍满夯，在遍与遍强夯施工过程中控制超静孔隙压力消散90％以上方能进行下一遍施工；满夯结束后，待孔隙压力消散至90％以上，即可进入道路、场地结构施工，在实际施工中，也可不拔除轻井塑排井点中的轻型井点管，而将夯点设计在所述相邻两排轻型井点管的之间，待第一轮夯击后，立即连接该轻型井点管，进行第二遍轻井塑排井点降水，在水位下降到3m以下或设计要求时，则拨除轻井塑排中的轻型井点管，进行第二遍点夯，如此多遍进行降水强夯，达到所需的承载力，经多轮轻井塑排井点降水、多轮点夯后，最后一遍满夯，在遍与遍强夯施工过程中控制超静孔隙压力消散90％以上方能进行下一遍施工；满夯结束后，待孔隙压力消散至90％以上，即可进入道路、场地结构施工，
所述轻井塑排井点是指轻型井点管结合塑料排水板形成的复合井点。
2.根据权利要求1所述的一种软弱地基轻井塑排井点降水结合动力加固方法，其特征在于所述施工中的夯锤吊高按下列计算公式计算
起吊高度H值为H＝M/T+h+a-b
其中
M——设计夯能
T——锤重
h——夯锤起吊点至置锤面的高度
a——富余参数，取0.2；
b——1/2设计夯坑深度，取0.75。
全文摘要
本发明涉及一种软弱地基轻型井点管结合塑料排水板复合动力加固方法，所述方法包括以下工艺步骤开挖排水沟；布置轻井塑排井点并进行抽真空施打轻型井点管、塑料排水板和外围封管，对需处理的软弱地基布置轻井塑排井点，塑料排水板的的插入方法有二种一种是机械插入法，即采用插板机插入所需深度的塑料排水板，插板机的插管拔出后，立即在插有塑料排水板的插孔内插入轻型井点管，并将塑料排水板端头压入地表0.5m以下，在插孔内投入砂滤料填灌实，砂滤料填至距插孔孔口0.45～0.55m，然后将插孔孔口用粘土封填严实，另一种是水冲成孔插入法；降水设备安装；抽真空降水；降水结束；动力固结。本发明方法能降低淤泥夹层土体含水量。
文档编号E02D3/00GK101736735SQ20091025145
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月22日 优先权日2009年12月22日
发明者叶吉, 叶凝雯 申请人:叶吉, 叶凝雯