一种加固软土地基的新型立体排水系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种加固软土地基的新型立体排水系统，包括竖向排水系统和水平排水系统；竖向排水系统在软土地基中打设竖向排水板，排水板成矩形点阵布置；横向排水系统在软土地基中水平横向埋设至少一层弹簧软式降水管，弹簧软式降水管水平横向穿插布置在竖向排水板的矩形点阵中，埋设深度大于排水板顶部距地表距离，弹簧软式降水管长度大于竖向排水板组成的矩形点阵的总长度，弹簧软式降水管等间距且相互平行布置，弹簧软式降水管埋设完成后与竖向排水板之间的近地距离为0.2～0.4m；弹簧软式降水管两端通过密封管路与真空泵联结。

【技术实现步骤摘要】
一种加固软土地基的新型立体排水系统
本技术属于软土地基加固
，具体来说涉及一种适用于围海造陆形成的吹填软土(主要是饱和粉土、粉砂、粉质黏土和含有粉土夹层的淤泥质土等)地基的新型立体排水系统。
技术介绍
土地资源紧张和稀缺是目前制约沿海经济发展一个基本现实。为了破解这个难题，我国很多沿海港口城市都进行了大规模的围海造陆工程。围海造陆通常采用吹填方式形成，在规划的区域修建防波堤，然后将疏浚航道或扩建泊位需要挖掘出的海底泥砂作为吹填材料吹填至防波堤内形成陆地，这样既可以很好的解决回填材料不足的问题又可以防止近海弃淤对海洋环境造成的污染，是一个综合利用资源的理想途径。原始地基土结构在疏浚吹填过程中遭到破坏，形成一种扰动的，具有高含水率、高孔隙比、高压缩性、低强度等特点的特殊软土—吹填土，不经过加固处理人和机械无法进行施工，如何在吹填刚刚完成后的区域快速经济的取得土地成为急需解决的问题。我国河北、天津、辽宁、山东等很多区域吹填土以饱和粉砂、粉土、粉质黏土和淤泥质土等高渗透系数的软土为主。针对这种吹填土的加固方法有很多种，其中常用的方法以排水固结法和降水动力固结法为主。其中排水固结法(如堆载预压法、真空预压法)工艺成熟、加固效果好，但工期长、造价较高、消耗大量自然资源。降水动力固结法(如高真空击密法)是近几年发展起来的吹填软土地基处理方法，通过竖向降水管进行真空降水，降水到一定深度后拔管进行强夯，强夯后重复以上步骤反复插管降水、拔管和强夯完成地基加固。该方法工期短、加固效果好、造价低，但该方法加固深度有限，同时对于淤泥质含量较高的粉质粘土及砂混淤泥质土地基处理的效果及处理时间都受到了较大制约。因此，急需研发一种造价低、工期短、加固效果好的的软地基处理新方法。专利号为ZL201410816937.6的授权技术专利，公开了一种连续强排水联合夯密软基处理方法，其采用的方法是：“将弹簧软式降水管埋设在吹填加固土体中，弹簧软式降水管两端通过密封装置与抽真空装置联结，在加固土体内部形成横向排水系统，进行强力排水；加固区域地下水位降低2.0-4.0m后，进行的变能量夯密，使夯击能逐步向深层传递，加固深层土体”，这种加固方法虽然加固效率较高，周期短，但其加固深度有限，有效加固深度为8-10米，适用于浅基加固，不适用于深基加固。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种加固软土地基的新型立体排水系统及其降水施工方法。本技术是通过以下技术方案实现的：一种加固软土地基的新型立体排水系统，包括竖向排水系统和水平排水系统；竖向排水系统：在软土地基中打设竖向排水板，排水板成矩形点阵布置，间距为3m-5m，排水板打设深度12m-20m，排水板长10m-17m，排水板顶部距地表2m-3m；横向排水系统：在软土地基中水平横向埋设至少一层弹簧软式降水管，弹簧软式降水管水平横向穿插布置在竖向排水板的矩形点阵中，弹簧软式降水管埋设深度为3-6m，埋设深度大于排水板顶部距地表距离，弹簧软式降水管长度大于竖向排水板组成的矩形点阵的总长度，弹簧软式降水管等间距且相互平行布置，间距为3m-5m，弹簧软式降水管埋设完成后与竖向排水板之间的近地距离为0.2～0.4m；弹簧软式降水管两端通过密封管路与真空泵联结。在上述技术方案中，在软土地基中水平横向埋设两层弹簧软式降水管，两层弹簧软式降水管通过密封管路与真空泵联结。本技术的新型立体排水系统的降水施工方法为：施工前，在加固区埋设水位观测孔，孔隙水压力传感器，用于观测降水施工时软土地基孔隙水压力和孔隙水压力数据；降水施工时，首先开启真空泵，利用水平排水系统进行强力排水，待水位降低2.0-3.0m后，先采用800-1500kn.m的低能量进行第一遍点夯；之后，采用1500-4000kn.m的中、低能量进行第二遍点夯；之后，采用4000-8000kn.m的中高能量进行第三遍点夯；最后采用800～1000kn.m低能量进行满夯；在三遍点夯过程和满夯过程中，真空泵保持工作，利用真空泵营造弹簧软式降水管的负压环境，当土体受到夯锤的夯击压力后，地基孔隙水压力迅速上升，促使地基中的水份进入竖向排水板并沿竖向排水板流向负压环境的弹簧软式降水管中，并通过真空泵将水排出。在上述技术方案中，第一遍单点夯击能为1500kN·m，夯点间距为4.0m，正方形布置；第二遍单点夯击能为4000kN·m，夯点间距为4.0m，正方形布置；第三遍单点夯击能为8000kN·m，夯点间距为6.0m，正方形布置；最后进行800kN·m满夯。本技术的优点和有益效果为：(1)本技术与传统的排水固结法和降水动力固结法相比，加固深度大，加固效果好。一般传统的排水固结法加固后地基承载力80-120kPa，而本技术在加固过程中采用4000-8000kN.m高能量夯击，加固后地基承载力可达200kPa以上，加固后地基承载力明显优于传统的排水固结法；降水动力固结法加固后地基承载力100-150kPa，加固深度6-8m，本技术有效加固深度15m以上，加固后地基承载力和有效加固深度明显优于传统加固方法，而且加固过程中不消耗砂石料等自然资源，绿色、环保。(2)本技术与专利号为ZL201410816937.6的授权技术专利相比，加固深度更大，加固效果更好。本技术采用新型立体排水系统，在加固过程中采用4000-8000kN.m中高能量夯击，中高能量夯击引起的深层超静孔隙水压力通过竖向排水板提供竖向排水通道传递到上部的负压环境的弹簧软式降水管层，并通过弹簧软式降水管排水，解决了传统工艺无法加固深层土体的不足，本技术有效地基承载力可达200kPa，有效加固深度为20m，大大高于专利号为ZL201410816937.6授权技术的有效地基承载力和加固深度(专利号为ZL201410816937.6授权技术专利加固后的有效地基承载力为100kPa，有效加固深度8-10米，其采用的是1200-2500的低能夯击，由于该专利不具有竖向排水通道，所以其无法采用中高能量夯击将深层土体中的水份引至地基上部，因此其无法加固深层土体)。(3)降水效果好。本技术采用弹簧软式降水管和塑料排水板相结合的立体排水系统，弹簧软式降水管横向布置于加固土体内部，整个弹簧软式降水管都可以透水，可快速降低地下水位，为低能量夯击创造施工条件，中高能量夯击引起的深层超静孔隙水压力通过竖向排水板提供竖向排水通道传递到上部，通过弹簧软式降水管排水，解决了传统工艺无法加固深层土体的不足，大大缩短了两遍夯密施工之间的间歇时间，提高了降水效率和加固效果，同时现场机械设备还可循环作业，降低工程造价。(4)降水与夯击施工互不干扰。本技术采用的立体排水系统布置于加固土体内部，降水与夯击施工同步进行，降水系统不会因夯击施工而破坏，埋设一次即可实现整个施工过程中的降水，减少了传统降水动力固结法多次插拔降水管的工作量和插拔降水管对加固土体的扰动，方便现场机械设备的行走。附图说明图1排水系统平面布置图，图2图1的排水系统A-A剖面图，图3图1的排水系统B-B剖面图，图4强夯示意图，图5夯锤落地瞬间本技术的工作原理示意图，图6弹簧软式降水管结构示意图，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加固软土地基的新型立体排水系统，其特征在于：包括竖向排水系统和水平排水系统；竖向排水系统：在软土地基中打设竖向排水板，排水板成矩形点阵布置，间距为3m‑5m，排水板打设深度12m‑20m，排水板长10m‑17m，排水板顶部距地表2m‑3m；横向排水系统：在软土地基中水平横向埋设至少一层弹簧软式降水管，弹簧软式降水管水平横向穿插布置在竖向排水板的矩形点阵中，弹簧软式降水管埋设深度为3‑6m，埋设深度大于排水板顶部距地表距离，弹簧软式降水管长度大于竖向排水板组成的矩形点阵的总长度，弹簧软式降水管等间距且相互平行布置，间距为3m‑5m，弹簧软式降水管埋设完成后与竖向排水板之间的近地距离为0.2～0.4m；弹簧软式降水管两端通过密封管路与真空泵联结。

【技术特征摘要】
1.一种加固软土地基的新型立体排水系统，其特征在于：包括竖向排水系统和水平排水系统；竖向排水系统：在软土地基中打设竖向排水板，排水板成矩形点阵布置，间距为3m-5m，排水板打设深度12m-20m，排水板长10m-17m，排水板顶部距地表2m-3m；横向排水系统：在软土地基中水平横向埋设至少一层弹簧软式降水管，弹簧软式降水管水平横向穿插布置在竖向排水板的矩形点阵中，弹簧软式降水管埋设深度为3-6m，埋设深...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈运涛，王贵君，刘科良，巩鑫，王雨同，李立新，诸葛爱军，赵岩，李菲菲，梁爱华，侯晋芳，
申请(专利权)人：河北工业大学，中交天津港湾工程研究院有限公司，天津港湾工程质量检测中心有限公司，
类型：新型
国别省市：天津,12