扁帶側脹聯合真空預壓地基處理裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于土木工程領域地基處理方法，具體的是扁帶側脹聯合真空預壓地基處理裝置和方法。
【背景技術】
[0002]真空預壓是一種廣泛應用的軟土地基加固方法，尤其在處理深厚軟弱黏土方面有著獨特的優勢。真空預壓法最早由瑞典皇家地質學院的W.Kjellman提出，作者介紹了五組現場試驗結果，并提出了真空預壓的理論解釋。此后，真空預壓研究工作發展緩慢。我國在20世紀50?60年代，不同單位分別進行了探索性的工作，但在理論和工程實踐方面都沒有獲得較大的突破。自1980年開始，交通部一航局科研所(現中交天津港灣工程研究院有限公司)開展了大面積的現場試驗，并與天津大學聯合進行了室內試驗及理論研究。初步弄清了真空預壓的固結機理，并且研究出了合適的抽真空裝置(射流栗)和覆蓋密封膜等關鍵工藝，并取得了國家發明專利。此后為了獲得更高的地基承載力，交通部一航局科研所在真空預壓法的基礎上發明了真空聯合堆載地基處理方法。近年來發明的增壓式真空預壓和氣壓劈裂真空預壓由于存在難以控制高壓氣體擴散影響真空度等難題，加固效果未能獲得較大提尚O
[0003]大量的真空預壓工程表明，真空預壓是一種高效合理的軟土地基處理方法，但存在兩個問題。第一是由于大氣壓力的限制真空預壓加固后地基承載力特征值約SOkPa左右，不能進一步提高;真空聯合堆載法雖能進一步提高地基承載力，但其受堆載料獲得及運輸的限制，費用較高，同時為保證土體不發生破壞，堆載時需要控制加載速度，影響工期。第二是對于滲透系數較小的粘土固結速率較慢，需要較長的抽真空時間，電費等費用較高，影響工期。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供扁帶側脹聯合真空預壓地基處理裝置和方法，應用于軟土地基加固，扁帶側脹可產生裂隙加快土體固結，施加水平向附加荷載進一步提尚加固后的地基承載力。
[0005]本發明的技術目的通過下述技術方案予以實現:
[0006]扁帶側脹聯合真空預壓地基處理裝置，在施工區域上方設置砂墊層，在施工區域內打設塑料排水板和塑料扁帶，在施工區域內埋設監測儀器;在砂墊層中埋設濾管，并將塑料排水板和濾管相連，濾管與出膜裝置相連；出膜裝置通過第一連接管和射流栗相連，形成自塑料排水板一濾管一出膜裝置一第一連接管一射流栗的抽水通道;在砂墊層中埋設注氣管，并將塑料扁帶與注氣管相連，注氣管與出膜裝置相連，出膜裝置通過第二連接管和空氣壓縮機相連，形成自空氣壓縮機一第二連接管一出膜裝置一注氣管一塑料扁帶的充氣管路;在砂墊層的上表面設置密封膜，在施工區域的四周設置壓膜溝，在壓膜溝的下方設置粘土密封墻，密封膜四邊鋪入壓膜溝中并用粘土壓實。
[0007]在上述技術方案中，塑料排水板按照正方形進行布置;塑料扁帶同樣按照正方形進行布置，塑料扁帶的間距為塑料排水板間距的I 一 2倍，且塑料扁帶位于四根塑料排水板圍成的正方形的中心。
[0008]在上述技術方案中，所述監測儀器為孔隙水壓力計、分層沉降或者地下水位管
[0009]在上述技術方案中，濾管采用PVC(聚氯乙烯)螺紋管，管徑63mm，環剛度大于6kN/m2，濾管按20mm間距全長打孔，并外纏2?3層濾布。
[0010]在上述技術方案中，出膜裝置由上下兩個法蘭盤進行固定，并將密封膜固定在上下兩個法蘭盤之間，通過四根螺桿擰緊上下兩個法蘭盤以保證不漏氣，選擇在上下兩個法蘭盤之間設置橡膠墊，上下法蘭盤形成通路，下法蘭盤與四通底座相連，四通底座用于與砂墊層中分布的濾管或注氣管相連。
[0011 ]在上述技術方案中，注氣管選用塑料管，優選內嵌鋼絲作為骨架的PVC(聚氯乙烯)軟管，管徑50mm。
[0012]在上述技術方案中，為方便連接，使用四通接頭(優選硬質PVC管)連接塑料扁帶和注氣管，并使用鐵絲予以固定。
[0013]在上述技術方案中，壓膜溝深度為1.0?2.0m。
[0014]在上述技術方案中，粘土密封墻的寬度不小于1.2m，進入不透水層深度為1.0—1.2m，拌合后墻體的粘粒含量應大于15%，滲透系數不大于I X 10—5cm/s。
[0015]在上述技術方案中，在施工區域中，塑料排水板和塑料扁帶的埋設深度一致。
[0016]在上述技術方案中，在砂墊層中，注氣管位于濾管的上方或者下方。
[0017]在上述技術方案中，在砂墊層中，注氣管所處水平位置距離砂墊層上表面的距離為砂墊層厚度的四分之一到一半。
[0018]在上述技術方案中，在砂墊層中，濾管所處水平位置距離砂墊層上表面的距離為砂墊層厚度的三分之一到一半。
[0019]在上述技術方案中，第一連接管和第二連接管的材質相同，均可采用內嵌鋼絲作為骨架的PVC(聚氯乙烯)軟管。
[0020]施工開始，啟動射流栗，利用塑料排水板一濾管一出膜裝置一第一連接管一射流栗的抽水通道對施工區域進行抽真空；同時啟動空氣壓縮機，利用空氣壓縮機一第二連接管一出膜裝置一注氣管一塑料扁帶的充氣管路向塑料扁帶中充入氣體，以使塑料扁帶產生側脹，對周邊產生擠壓作用。
[0021]在整個預壓期間，射流栗開啟率不小于80%，膜下真空度要求達到85kPa以上，抽水(抽真空)連續進行80—100天，每天為24小時；高壓氣體壓力為0.3?0.5MPa，采用連續或者間隔充氣的方式，進行80—100天，每天為24小時。
[0022]在整個施工期間，利用埋設的監測儀器進行施工進程和質量的監測，確定卸載時間。卸載之后，斷開第一連接管和出膜裝置以及第二連接管和出膜裝置，清除密封膜、出膜裝置、砂墊層及其中注氣管和濾管，將塑料扁帶和塑料排水板保留在施工區域中，采用振動碾壓對施工區域進行處理，以消除塑料扁帶膨脹后的空隙。
[0023]本發明使用塑料扁帶和塑料排水板進行配合，通過注入高壓氣體使塑料扁帶側脹，給土體施加側向荷載，通過塑料排水板進行排水。一方面，根據小孔擴張理論，塑料扁帶側脹可以使土體產生水平放射狀的裂隙，進一步增大水平向滲透系數及固結系數，加快土體水平向固結。同時較大的裂隙可以形成一定量的水平排水面，縮短豎向排水間距，加快土體的豎向固結。另一方面，塑料扁帶側脹給土體增加了水平向附加荷載，提高加固后的地基承載力；卸載后可通過振動碾壓以消除塑料扁帶膨脹后的空隙，使表層地基承載力得到進一步提高。總之，與現有技術相比，本發明一方面扁帶側脹產生裂隙加快土體排水固結；另一方面施加水平向附加荷載進一步提高加固后的地基承載力。本發明能夠提高施工效率，節省費用，縮短工期。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發明技術方案中塑料扁帶和塑料排水板的分布示意圖(俯視圖)，其中2為塑料排水板、3為塑料扁帶。
[0025]圖2是本發明扁帶側脹聯合真空預壓地基處理裝置的示意圖，其中I為砂墊層，2為塑料排水板，3為塑料扁帶，4為監測儀器，5為濾管，6為出膜裝置，7為注氣管，8為四通接頭，9一I為第一連接管，9一2為第二連接管，10為空氣壓縮機，11為壓膜溝，12為密封膜，13為粘土密封墻，14為射流栗。
[0026]圖3是本發明處理裝置中塑料扁帶、注氣管與四通接頭連接示意圖，其中3為塑料扁帶，7為注氣管，8為四通接頭，15為鐵絲。
[0027]圖4是本發明處理裝置中出膜裝置的結構示意圖，其中12為密封膜，16為上法蘭盤，17為四通底座，18為螺栓，19為橡膠墊，20為下法蘭盤。
【具體實施方式】
[0028]下面結合具體實施例進一步說明本發明的技術方案。
[0029]以長寬10mX10m的一萬平方米的區域為例，平整場地，并在地表鋪設砂墊層，采用中粗砂進行砂墊層設置，厚度可為40?50cm，滲透系數大于I X 10—2cm/s。
[0030]在一萬平方米的區域內打設塑料排水板和塑料扁帶:按照塑料排水板的平面間距布置，采用插板機將塑料排水板打設到設計深度，塑料排水板采用B型塑料排水板，打設過程中避免塑料排水板板頭污染;按照塑料扁帶的平面間距布置，采用插板機將塑料扁帶打設到設計深度，塑料扁帶采用PE料高強度輸水帶(即聚乙烯輸水帶)，未膨脹狀態寬度150mm，塑料扁帶的底部先熱粘合或者細鐵絲綁扎使其不漏氣，然后再進行打設。在打設塑料排水板和塑料扁帶時，選擇將塑料排水板按照橫向間距lm，縱向間距Im的正方形進行設置，以使四個塑料排水板形成ImX Im的塑料排水板的分布單元，在塑料排水板分布單元的中心設置塑料扁帶，如附圖1所示。
[0031]在一萬平方米的區域內埋設監測儀器，一般可采用孔隙水壓力計、分層沉降或者地下水位管，以實現時時監測。
[0032]在砂墊層中埋設濾管，并將塑料排水板的板頭和濾管綁扎連接，濾管與出膜裝置相連；出膜裝置通過第一連接管和射流栗相連，這樣一來，形成自塑料排水板一濾管一出膜裝置一第一連接管一射流栗的抽真空通道。濾管采