专利名称：一种提高地基承载力的方法
技术领域：
本发明涉及一种地基处理技术，尤其是涉及一种提高地基承载力的方法，该方法适用于处理海涂围垦吹填软土、河道疏浚淤泥等大范围的软土地基。
背景技术：
海涂围垦软基的特点是含水量大，土体颗粒细，流动性强，多以淤泥质土为主，工程性质较差。软土的自身性质决定了它需要经过固结处理后才能作为工程建设的地基。目前已有很多提高软土地基承载力的方法，但由于海涂围垦区域面积大、处理要求高，很多现有的软土地基处理方法难以解决如海涂围垦软基等的问题。目前，常见的用于处理海涂围垦软基的方法主要为真空预压法，该方法虽然处理效率较高，但处理效果往往很差，难以达到工程要求较高的道路、中高层建筑物、重型厂房、仓储区等的地基条件；另一方面，该方法处理地基的时间较长，影响后期的开发速度，且造价高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高地基承载力的方法，该方法处理效率高，且能够有效地提高地基强度。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种提高地基承载力的方法，其特征在于包括以下步骤
①在待处理的软土地基中构建真空排水系统和灌浆系统，然后在待处理的软土地基的表面上铺设一层覆盖垫层，再在覆盖垫层上覆盖一层薄膜；
②根据固结处理后的地基所要达到的承载力，选择灌浆材料，然后制成浆液；
③利用真空预压法通过真空排水系统对软土地基进行排水处理，在排水过程中实时监测真空排水系统内的相对压力和灌浆系统内的相对压力、从软土地基中排出的水量、软土地基每天的沉降量，以便控制灌浆的开始时间及灌浆量；
④当灌浆系统内的相对压力小于或等于_30kPa时或当软土地基每天的沉降量超过IOmm时，通过灌浆系统向软土地基中灌入浆液，在灌浆过程中当浆液灌入量小于从软土地基中排出的水量时，增加灌浆的相对压力；
⑤当从软土地基中排出的水量达到预计量时，提高真空排水系统内的相对压力，并增加灌浆的相对压力，使浆液渗入量加大。所述的步骤①的具体过程为
①-1、真空排水系统的构建在待处理的软土地基中插设多排竖向排水板，每排竖向排水板包括多个竖向排水板；然后在待处理的软土地基的表面上布设多根水平排水管，每根水平排水管与多排竖向排水板形成排水通道；再在多根水平排水管上共同连接一个用于排出软土地基中的水和空气的真空泵；
①-2、灌浆系统的构建在待处理的软土地基中插设多根竖向灌浆管，在插设竖向灌浆管时要求每根竖向灌浆管与其周边的各个竖向排水板之间的间距为等间距，并要求每根竖向灌浆管上沿其轴向分布的多个出浆口位于待处理的软土地基的中下部；然后在待处理的软土地基的表面上布设多根水平灌浆管，并使一根水平灌浆管与多根竖向灌浆管相连通形成灌浆通道；再在水平灌浆管与竖向灌浆管的连接端上连接一个用于测量灌浆系统内的相对压力的真空压力表；最后在多根水平灌浆管的灌浆口上共同连接一个用于灌入浆液的灌浆泵；
①_3、在待处理的软土地基的表面上铺设一层覆盖垫层，并使覆盖垫层覆盖住所有水平排水管和所有水平灌浆管；
①_4、在覆盖垫层上覆盖一层薄膜，并对薄膜的边缘进行密封处理形成膜下真空状态。所述的真空排水系统的构建过程中，相邻两个所述的竖向排水板之间的间距为
O.9m 2. Om0所述的步骤①-3中的所述的覆盖垫层的厚度为大于或等于所述的水平排水管或所述的水平灌浆管的外径的2倍或以上；所述的覆盖垫层为采用砂作为材料形成的砂覆盖垫层。所述的步骤①-4中在覆盖垫层上覆盖薄膜之前，在待处理的软土地基的表面的处理区域四周开设深度大于Im的地沟，用于作为薄膜的边缘密封的边界。所述的步骤②中灌浆材料的选择过程为如果固结处理后的地基要求达到的承载力为大于或等于60kN/m2且小于或等于70kN/m2，则选择高强度粘土类灌浆材料；如果固结处理后的地基要求达到的承载力为大于70kN/m2，则选择水泥基灌浆材料。所述的水泥基灌浆材料为水泥-粉煤灰或水泥-矿渣混合物。所述的步骤④中开始向软土地基中灌入浆液时控制灌浆泵使灌浆的相对压力大于OPa且小于或等于O. 5MPa ;在灌浆过程中当浆液灌入量小于从软土地基中排出的水量时，控制灌浆泵增加灌浆的相对压力，并保证增加后的灌浆的相对压力不超过1. OMPa0所述的步骤⑤中的预计量取决于未处理前软土地基中的含水量，当未处理前软土地基中的含水量为60%以上时，预计量为未处理前软土地基中水量的50% 70%，当未处理前软土地基中的含水量为60%以下时，预计量为未处理前软土地基中水量的40% 50%。所述的步骤⑤中当真空排水系统中的真空泵停止工作时，控制灌浆泵使灌浆的相对压力增至最大值。与现有技术相比，本发明的优点在于本发明方法有机结合了真空预压技术和灌浆技术，利用真空排水系统中的真空泵，在软土地基的地层中形成真空状态，然后通过控制地层中的真空度，达到真空预压的技术条件，再在适当的时间开始向地层中灌入配置好的浆液，一方面，由于充分利用了真空引起地层负压，使浆液在控制时间内较容易地渗入到地层中，填充了由地层孔隙水(因真空排水而流失)所占据的空间，经凝固固结后提高了强度，从而有效地提高了软土地基的承载力，同时可减少地层真空失水引起的固结沉降量，并能够有效加快固结速度，提高处理效率；另一方面，由于利用了地层中真空状态，浆液能够很方便地渗入到地层中，减少了能源消耗。此外，本发明方法可用于处理任何性质的地基，而对于海涂围垦吹填软土、河道疏浚淤泥等大范围的软土地基，处理效果尤为显著。
图1为本发明方法中真空排水系统和灌浆系统的布设示意图一；图2为本发明方法中真空排水系统和灌浆系统的布设示意图二。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。本发明提出的一种提高地基承载力的方法，其将真空预压技术与软基灌浆技术有机结合在一起，其具体包括以下步骤
①如图所示，在待处理的软土地基I中构建真空排水系统和灌浆系统，然后在待处理的软土地基I的表面上铺设一层覆盖垫层2，再在覆盖垫层2上覆盖一层薄膜3。该步骤的具体过程为
①-1、真空排水系统的构建如图所示，在待处理的软土地基I中插设多排竖向排水板，每排竖向排水板包括多个竖向排水板41 ;然后在待处理的软土地基I的表面上布设多根水平排水管42，每根水平排水管42与至少一排竖向排水板连接；再在多根水平排水管42的排水管口上共同连接一个用于排出软土地基I中的水和空气的真空泵43。假设在待处理的软土地基中插设有八排竖向排水板，且每排竖向排水板包括十个竖向排水板，则可以布设多根水平排水管，而一根水平排水管可以与多排竖向排水板连接构成一个排水通道，假设布设有四根水平排水管，则可使每根水平排水管与两排竖向排水板连接构成一个排水通道，再根据选用的真空泵，可将两根水平排水管作为一个单位共同连接一个真空泵，这样就需要两个真空泵。在此，由于本发明方法引入了灌浆技术，且采用了压力灌浆，因此相邻两个竖向排水板之间的间距可适当加大，以节省工程造价、加快施工速度，在本实施例中，在真空排水系统的构建过程中，可将相邻两个竖向排水板之间的间距设置为O. 9m 2. Om0而在实际布设过程中，应根据软土地基的渗透系数确定相邻两个竖向排水板之间的间距，一般情况下软土地基的渗透系数较小时，相邻两个竖向排水板之间的间距也可设计的相对小一点，如渗透系数较小时，间距可设计为O. 9m，渗透系数较大时，间距可设计为2. 0m，一般地可设计为1. 5mο①_2、灌浆系统的构建如图所示，在待处理的软土地基I中插设多根竖向灌浆管51，在插设竖向灌浆管51时要求每根竖向灌浆管51与其周边的各个竖向排水板41之间的间距为等间距，即如果待插设竖向灌浆管51的位置的周边有呈正方形排布的四个竖向排水板41，则要求该竖向灌浆管51插设在四个竖向排水板41的中心位置上，如果待插设竖向灌浆管51的位置的周边有呈三角形排布的三个竖向排水板41，则要求该竖向灌浆管51插设在三个竖向排水板41的中心位置上，并要求每根竖向灌浆管51上沿其轴向分布的多个出浆口位于待处理的软土地基I的中下部，这样能够充分提高软土地基的中下部的强度；然后在待处理的软土地基I的表面上布设多根水平灌浆管52，并使一根水平灌浆管52与多根竖向灌浆管51相连通形成灌浆通道；再在水平灌浆管52与竖向灌浆管51的连接端上连接一个用于测量竖向灌浆管51内的相对压力的真空压力表53 ;最后在多根水平灌浆管52的灌浆口上连接一个用于灌入浆液的灌浆泵56。假设在待处理的软土地基中插设有八排竖向排水板，且每排竖向排水板包括十个竖向排水板，则可在每两排相邻的四个竖向排水板之间插设一根竖向灌浆管，这样有七排竖向灌浆管，且每排竖向灌浆管包括九根竖向灌浆管，这样可以布设多根水平灌浆管，而一根水平灌浆管可以与多排竖向灌浆管连接构成一个灌浆通道，假设布设有三根水平灌浆管，则可使其中两根水平灌浆管分别与两排竖向灌浆管连接构成两个灌浆通道，第三根水平灌浆管可与剩下的三排竖向灌浆管连接构成一个灌浆通道，再根据选用的灌浆泵，可将两根水平灌浆管作为一个单位共同连接一个灌浆泵，另一根水平灌浆管作为一个单位连接一个灌浆泵，这样就需要两个灌浆泵。在实际施工过程中，插设竖向灌浆管51时，可根据目测将竖向灌浆管51插设在多个竖向排水板41的中间位置上，使插入的竖向灌浆管51与其周边的各个竖向排水板41之间的间距差不多一致即可。在此，真空压力表53 —般连接于竖向灌浆管51与水平灌浆管52的连接端上，在实际施工过程中可将真空压力表53连接于竖向灌浆管51的浆液入口处，这是因为实际施工过程中，灌输的浆液量大且浆液输送距离远，同时不同工程情况存在差异，输送途中存在压力损耗，因此可以竖向灌浆管的浆液入口处的相对压力作为控制标准。①_3、如图所示，在待处理的软土地基I的表面上铺设一层覆盖垫层2，并使覆盖垫层2覆盖住所有水平排水管42和所有水平灌浆管52。在此具体实施例中，如果各个竖向排水板41和与其构成排水通道的水平排水管42绑接在一起，则各个竖向排水板41排出的水大部分直接进入水平排水管42中，小部分水则通过覆盖垫层2和水平排水管42上沿其轴向分布的多个进水口进入水平排水管42中；如果各个竖向排水板41和与其构成排水通道的水平排水管42未绑接在一起，则各个竖向排水板41排出的水都通过覆盖垫层2和水平排水管42上沿其轴向分布的多个进水口进入水平排水管42中，在此覆盖垫层2起到了渗水的作用；同时，用覆盖垫层2覆盖住水平排水管42和水平灌浆管52，可防止水平排水管42和水平灌浆管52戳破薄膜3，在此覆盖垫层2起到了保护薄膜3的作用。在此具体实施例中，覆盖垫层2 —般可选用砂作为材料形成砂覆盖垫层，砂覆盖垫层不仅经济，而且渗水性能好，当然在实际施工过程中也可采用泥或陶粒作为材料形成覆盖垫层，但泥覆盖垫层的渗水性能较砂覆盖垫层的渗水性能要差，而陶粒覆盖垫层的价格比较高。在此具体实施例中，要求覆盖垫层2的厚度为大于或等于水平排水管42或水平灌浆管52的外径的2倍或以上，这样就能有效的保证覆盖垫层2完全覆盖住水平排水管42和水平灌浆管52。①-4、在待处理的软土地基I的表面的处理区域四周开设深度大于Im的地沟6，然后在覆盖垫层2上覆盖一层薄膜3，如图所示，并利用地沟6作为薄膜3的边缘密封的边界对薄膜3的边缘进行密封处理形成膜下真空状态。在实际施工过程中，地沟6不宜挖的太浅，因为如果太浅，则薄膜3的边缘容易跑出，这样就无法保证膜下处于真空状态。②根据固结处理后的地基所要达到的承载力，选择经济合理的灌浆材料，然后制成浆液。在此，由于海涂吹填土一般有机质含量高，利用真空预压法处理后的地基承载力不高(一般低于60kN/m2)，因此根据固结处理后的地基的用途(例如作为堆场、道路路基、公园、绿化用地等)，选择合适的灌浆材料。对于作为公园、绿化用地等承载力要求不太高的地基(大于或等于60kN/m2且小于或等于70kN/m2)，可选用高强度粘土类灌浆材料；对于作为堆场、道路路基等承载力要求较闻的地基(大于70kN/m2),可选用水泥基灌衆材料，如水泥-粉煤灰、水泥-矿渣混合物等。在此，浆液的制备采用现有技术，浆液的配制比例可根据实际情况确定。③利用现有的真空预压法通过真空排水系统对软土地基进行排水处理，在排水过程中实时监测真空排水系统内的相对压力和灌浆系统内的相对压力、从软土地基中排出的水量、软土地基每天的沉降量，以便控制灌浆泵灌浆的开始时间及灌浆量。④当灌浆系统中的竖向灌浆管与水平灌浆管的连接端处的相对压力小于或等于-30kPa时，通过灌浆系统中的灌浆泵、水平灌浆管和竖向灌浆管向软土地基中灌入浆液，并控制灌浆泵使竖向灌浆管与水平灌浆管的连接端处灌浆的相对压力大于OPa且小于或等于O. 5MPa;但当软土地基的沉降量开始加速时即当软土地基每天的沉降量超过IOmm时，即使竖向灌浆管与水平灌浆管的连接端处的相对压力大于_30kPa也应通过灌浆系统中的灌浆泵、水平灌浆管和竖向灌浆管向软土地基中灌入浆液。在灌浆过程中当浆液渗入较慢时即当浆液灌入量小于从软土地基中排出的水量时，可控制灌浆泵适当增加竖向灌浆管与水平灌浆管的连接端处灌浆的相对压力(增加后的灌浆的相对压力一般不超过1.OMPa),以加快灌浆速度、减少地层的沉降量。⑤当从软土地基中排出的水量达到预计量时，应适当提高真空排水系统内的真空泵的相对压力(具体实施过程中可暂停部分真空泵，这样使软土地基中的相对压力自然升高，目的是为了不产生拱土现象)，并控制灌浆泵使竖向灌浆管与水平灌浆管的连接端处灌浆的相对压力在O. 5MPa以上，使浆液渗入量加大，当真空排水系统中的真空泵停止工作后，可控制灌浆泵使竖向灌浆管与水平灌浆管的连接端处灌浆的相对压力增加至最大值(根据软土地基的地层条件和处理深度等参量确定，必要时可控制灌浆泵使竖向灌浆管与水平灌浆管的连接端处灌浆的相对压力超过IMPa，该最大值为不产生拱土现象时的最大值)。在此，预计量的具体值是根据软土地基的含水量确定的，一般情况下，软土地基的含水量较高(60%以上)时，预计量可以设置为未处理前软土地基中水量的50% 70%左右；软土地基的含水量较低(60%以下)时，预计量可以设置为未处理前软土地基中水量的
40% 50%左右。
权利要求
1.一种提高地基承载力的方法，其特征在于包括以下步骤 ①在待处理的软土地基中构建真空排水系统和灌浆系统，然后在待处理的软土地基的表面上铺设一层覆盖垫层，再在覆盖垫层上覆盖一层薄膜； ②根据固结处理后的地基所要达到的承载力，选择灌浆材料，然后制成浆液； ③利用真空预压法通过真空排水系统对软土地基进行排水处理，在排水过程中实时监测真空排水系统内的相对压力和灌浆系统内的相对压力、从软土地基中排出的水量、软土地基每天的沉降量，以便控制灌浆的开始时间及灌浆量； ④当灌浆系统内的相对压力小于或等于-30kPa时或当软土地基每天的沉降量超过IOmm时，通过灌浆系统向软土地基中灌入浆液，在灌浆过程中当浆液灌入量小于从软土地基中排出的水量时，增加灌浆的相对压力； ⑤当从软土地基中排出的水量达到预计量时，提高真空排水系统内的相对压力，并增加灌浆的相对压力，使浆液渗入量加大。
2.根据权利要求1所述的一种提高地基承载力的方法，其特征在于所述的步骤①的具体过程为 ①-1、真空排水系统的构建在待处理的软土地基中插设多排竖向排水板，每排竖向排水板包括多个竖向排水板；然后在待处理的软土地基的表面上布设多根水平排水管，每根水平排水管与多排竖向排水板形成排水通道；再在多根水平排水管上共同连接一个用于排出软土地基中的水和空气的真空泵； ①-2、灌浆系统的构建在待处理的软土地基中插设多根竖向灌浆管，在插设竖向灌浆管时要求每根竖向灌浆管与其周边的各个竖向排水板之间的间距为等间距，并要求每根竖向灌浆管上沿其轴向分布的多个出浆口位于待处理的软土地基的中下部；然后在待处理的软土地基的表面上布设多根水平灌浆管，并使一根水平灌浆管与多根竖向灌浆管相连通形成灌浆通道；再在水平灌浆管与竖向灌浆管的连接端上连接一个用于测量灌浆系统内的相对压力的真空压力表；最后在多根水平灌浆管的灌浆口上共同连接一个用于灌入浆液的灌浆泵； ①_3、在待处理的软土地基的表面上铺设一层覆盖垫层，并使覆盖垫层覆盖住所有水平排水管和所有水平灌浆管； ①_4、在覆盖垫层上覆盖一层薄膜，并对薄膜的边缘进行密封处理形成膜下真空状态。
3.根据权利要求2所述的一种提高地基承载力的方法，其特征在于所述的真空排水系统的构建过程中，相邻两个所述的竖向排水板之间的间距为O. 9m 2. 0m。
4.根据权利要求3所述的一种提高地基承载力的方法，其特征在于所述的步骤①-3中的所述的覆盖垫层的厚度为大于或等于所述的水平排水管或所述的水平灌浆管的外径的2倍或以上；所述的覆盖垫层为采用砂作为材料形成的砂覆盖垫层。
5.根据权利要求4所述的一种提高地基承载力的方法，其特征在于所述的步骤①-4中在覆盖垫层上覆盖薄膜之前，在待处理的软土地基的表面的处理区域四周开设深度大于Im的地沟，用于作为薄膜的边缘密封的边界。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的一种提高地基承载力的方法，其特征在于所述的步骤②中灌浆材料的选择过程为如果固结处理后的地基要求达到的承载力为大于或等于60kN/m2且小于或等于70kN/m2，则选择高强度粘土类灌浆材料；如果固结处理后的地基要求达到的承载力为大于70kN/m2，则选择水泥基灌浆材料。
7.根据权利要求6所述的一种提高地基承载力的方法，其特征在于所述的水泥基灌浆材料为水泥-粉煤灰或水泥-矿渣混合物。
8.根据权利要求6所述的一种提高地基承载力的方法，其特征在于所述的步骤④中开始向软土地基中灌入浆液时控制灌浆泵使灌浆的相对压力大于OPa且小于或等于O. 5MPa ；在灌浆过程中当浆液灌入量小于从软土地基中排出的水量时，控制灌浆泵增加灌浆的相对压力，并保证增加后的灌浆的相对压力不超过1. OMPa0
9.根据权利要求8所述的一种提高地基承载力的方法，其特征在于所述的步骤⑤中的预计量取决于未处理前软土地基中的含水量，当未处理前软土地基中的含水量为60%以上时，预计量为未处理前软土地基中水量的50% 70%，当未处理前软土地基中的含水量为60%以下时，预计量为未处理前软土地基中水量的40% 50%。
10.根据权利要求9所述的一种提高地基承载力的方法，其特征在于所述的步骤⑤中当真空排水系统中的真空泵停止工作时，控制灌浆泵使灌浆的相对压力增至最大值。
全文摘要
本发明公开了一种提高地基承载力的方法，其有机结合了真空预压技术和灌浆技术，利用真空排水系统中的真空泵，在软土地基的地层中形成真空状态，然后通过控制地层中的真空度，达到真空预压的技术条件，再在适当的时间开始向地层中灌入配置好的浆液，一方面，由于充分利用了真空引起地层负压，使浆液在控制时间内较容易地渗入到地层中，填充了由地层孔隙水(因真空排水而流失)所占据的空间，经凝固固结后提高了强度，从而有效地提高了软土地基的承载力，同时可减少地层真空失水引起的固结沉降量，并能够有效加快固结速度，提高处理效率；另一方面，由于利用了地层中真空状态，浆液能够很方便地渗入到地层中，减少了能源消耗。
文档编号E02D3/10GK103046534SQ20121058984
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者杨俊杰, 俞元洪, 陈富强, 姜欢悦, 蒋文峰, 余朝伟, 付显阳, 干焕军, 谢士猛 申请人:宁波高新区围海工程技术开发有限公司