CN105369797A - 湿陷性黄土真空辐射固结法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的一种湿陷性黄土真空辐射固结法，该方法包括以下工艺步骤：步骤一、制作密封加载层：基本消除黄土湿陷性的场地，表层土体产生沉降以及沉降不均的现象，在此条件下，进行表层加固处理制作密封加载层；步骤二、自载联合真空辐射固结：该步骤通过表层建立的密封加载层，在该密封加载层的基础上设置真空辐射管***，采用真空泵通过真空辐射管***对下卧层高湿度软弱黄土强制土体压缩处理；步骤三、交付检测。本发明具有施工步骤简单，施工周期短，成本低，可彻底解决高饱和软弱黄土工后恢复期长、沉降量大、承载力低的问题。

Description

湿陷性黄土真空辐射固结法

技术领域

本发明涉及一种湿陷性黄土真空辐射固结法。尤其涉及一种大面积湿陷性黄土经注水处理后的快速固结处理方法。适用于经预浸水法或湿陷性黄土深部预浸水强夯法产生的高饱和软弱黄土地基强度低的场地，属地基处理技术领域。

背景技术

随着一带一路政策的逐步落实，新疆、陕西、甘肃、宁夏、青海、内蒙古等西北、华北等地区常会遇到湿陷性黄土地基处理问题，　湿陷性产生的原因主要是由于黄土形成过程中因当地气候干燥，土中所含碳酸盐、硫酸钙等在土的表面析出形成胶结物与粘着水、毛细水共同形成较好的粘性，使土在自重下形成的大孔与空隙得不到固结，处于欠固结状态。该类土被水浸湿后，由于水分子楔入颗粒间破坏原来联结与造成盐类溶解，降低抗剪强度，在自重或外力作用下，土骨架破坏，土粒落入大孔或被挤紧，造成湿陷。

由于湿陷性黄土具有遇水即产生湿陷的特征，因此，对湿陷性黄土的处理最常用也是最有效的方法就是“预浸水法”，预浸水法是在建筑物施工前预先对湿陷性黄土场地大面积浸水，使土体在饱和自重应力作用下，发生湿陷产生压密，以消除全部黄土层的自重湿陷性和深部土层的外荷湿陷性。预浸水法一般适用于湿陷性黄土厚度大、湿陷性强烈的自重湿陷性黄土场地。

该加固方法由于浸水时场地周围地表下沉开裂，并容易造成“跑水”穿洞，影响建筑物的安全，所以空旷的新建地区较为适用。同时由于预浸水法采取满场地注水，利用黄土垂直渗透系数大的特点，通过渗水由地表面向下渗流的方法，解决湿陷性过程缓慢，工期长且浪费大量的水资源。

由于预浸水法能彻底解决黄土的湿陷性，在施工过程中，针对预浸水法的工期长，水资源浪费缺陷，人们总结出了深层注水，表层辅以强夯的方法，即“湿陷性黄土深部预浸水强夯法”，湿陷性黄土深部预浸水强夯法通过在需加固区域内***注水管，注水管预留表层6~8m，在6~8m以下设置泄水孔，通过自流自泄的方法对湿陷性黄土进行注水施工，在消除湿陷性的基础上进行强夯施工，可达到下部通过注水消除黄土湿陷性、上部采取强夯方法达到密实加固。

但在实际施工过程中，由于注水采用自流自泄的方法，因此极易造成湿陷性消除不均匀，特别是两注水管中间土很难消除湿陷性，因为湿陷性黄土的特性是垂直渗透系数大于水平向渗透系数，造成注水管之间土体无法得到注水；而注水管周边土体经注水后转化为高湿度软弱黄土，饱和度Sr﹥80%，达到液化状态；也就是说，该方法对表层6~8m湿陷性黄土通过强夯加固密实，下部土体由于注水方法不当，会产生低湿度湿陷性黄土和高湿度软弱黄土的复杂地基。

特别是黄土经浸水后，土体含水量恢复需一定时间，如采用桩基础，则桩周土受水浸湿后，桩侧阻力大幅度减小，甚至消失，当桩周土产生自重湿陷时，桩侧的正摩阻力迅速转化为负摩阻力。经此处理后的建筑地基，仍无法满足后续桩基础等施工，需搁置至软弱黄土恢复到一定强度，方可进行后续施工。

综上所述；对湿陷性黄土特别是自重湿陷性黄土的加固处理，通常包括以消除或减小湿陷变形危害为主要目的，同时需提高地基承载力的地基处理问题，以及高湿度软弱黄土（尤其是饱和黄土，多由湿陷性黄土饱水转化而成，饱和度Sr﹥80%）以提高地基承载力、减少有害压缩变形为目的的地基处理问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种施工步骤简单，施工周期短，成本低，解决“预水浸法”或“湿陷性黄土深部预浸水强夯法”后形成的饱和度Sr﹥80%高湿度软弱黄土工后沉降量大、承载力低缺陷的湿陷性黄土真空辐射固结法。

本发明的目的是这样实现的：

一种湿陷性黄土真空辐射固结法，该方法包括以下工艺步骤：

步骤一、制作密封加载层

基本消除黄土湿陷性的场地，表层土体产生沉降以及沉降不均的现象，在此条件下，进行表层加固处理制作密封加载层；

步骤二、自载联合真空辐射固结

该步骤通过表层建立的密封加载层，在该密封加载层的基础上设置真空辐射管***，采用真空泵通过真空辐射管***对下卧层高湿度软弱黄土强制土体压缩处理；

步骤三、交付检测

经上述步骤完成自载联合真空辐射固结施工后，高湿度软弱黄土各项物理力学指标均可得到大幅提高，即可按设计要求进行检测。

步骤二的具体实施方式为：

2.1、真空辐射管***网格设计：一般布置为4m×4m或8m×8m，实际布置网格根据地质条件及设计要求布置；

2.2、真空辐射管孔钻孔：根据需处理的土质条件，确定了真空辐射管***网格后，根据真空辐射管***网格钻孔；

2.3、真空辐射管***布置：

距真空辐射管顶部6m~8m以下设计辐射孔，辐射孔沿真空辐射管管体的管壁设置，直至真空辐射管管底，真空辐射管管底封堵，真空辐射管管体外包尼龙滤网；

真空辐射管***钻孔后，将数个真空辐射管顶端通过支管连接，数个支管连接主管，主管连接真空泵，开启真空泵；

2.4、自载联合真空辐射固结过程监测

真空度监测：确保真空度为60~80KPa；

沉降监测：连续五天平均沉降小于1mm/天，说明下卧饱和黄土的强度恢复，即可进行场地平整；

2.5、场地平整后进行表层满夯或碾压。

步骤一中的制作密封加载层采用强夯夯实、冲击碾压或振动碾压压实、注浆化学加固密封或者在表层覆膜密封。

步骤三中的检测方法采用静荷载检测、静力触探检测或者土工试验取样检测。

自载联合真空辐射固结过程监测是在需加固区域设置沉降标，沉降标设置网格为30m×30m或者根据设计要求加密设置，以观测在抽真空过程中地表的沉降。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、实施简单，快速解决高湿度软弱黄土地基强度低的问题

在高湿度软弱黄土地基建立真空辐射管***网格，利用对下卧层土体抽真空，强迫土体压缩，上部土体形成自重压力，进一步对下卧层土体进行压缩变形，提高土体的压实度和孔隙比，为饱和软弱黄土快速恢复强度创造了一个全新的方法。

2、施工时间短，速度快，成本低：

本发明由于采取真空辐射管***网格，利用抽真空形成对下部高饱和土体进行负压固结处理，通过***所需深度的真空辐射管，将真空泵所产生的真空负压通过真空辐射管的辐射孔向土体周壁均匀的施加真空负压，对所需层厚，所需范围可均匀的解决因深层注水强夯法所形成的低湿度湿陷性黄土和高湿度软弱黄土的复杂地基。

3、效率高，加固效果明显

利用浅层一定层厚作为密封层，利用其自重应力对下卧层土体的自载重力，结合深层抽真空，不但解决水浸法或深层注水后产生高饱和软弱黄土，还解决了深层土体强度不高，以及高能量强夯无法达到所需深度的困难。经本发明处理后的场地，既解决了低湿度湿陷性黄土变形危害，又解决了高湿度软弱黄土、尤其是饱和黄土地基承载力低、压缩变形的地基处理问题。

4、一种结构两种方法，独特的变异创新

通过建立真空辐射管***网格，改变其动力源的工作方式，即将真空泵改变为压力水泵，就可进行辐射式压力注水，对需消除湿陷性的区域，进行压力注水；可达到通过压力注水解决湿陷性黄土的湿陷性，从而解决“湿陷性黄土深部预浸水强夯法”产生的注水不均匀，形成复杂地基土的严重后果；为黄土地区的建设提供一种全新的解决湿陷性黄土的根本方法，解决黄土地区建设的后顾之忧。

因此本发明具有施工步骤简单，施工周期短，成本低，可彻底解决高饱和软弱黄土工后恢复期长、沉降量大、承载力低的问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为自载联合真空辐射固结原理图。

图3为辐射式压力注水原理图。

其中：

支管1

主管2

动力源3

预留土层4

辐射孔5

真空辐射管管体6

真空辐射管管底7

压力水8

重力水9

真空负压10

堆载土压力11。

具体实施方式

参见图1~图3，本发明涉及的一种湿陷性黄土真空辐射固结法，该方法包括以下工艺步骤：

步骤一、制作密封加载层

经“预水浸法”或“湿陷性黄土深部预浸水强夯法”后基本消除黄土湿陷性的场地，表层土体产生沉降以及沉降不均的现象，在此条件下，有必要进行表层加固处理制作密封加载层。本发明利用表层需平整加固这一工序，对下卧高湿度软弱黄土进行再次处理，通过处理达到快速提高地基承载力、减少有害压缩变形的目的。

制作密封加载层可采用强夯夯实、冲击碾压或振动碾压压实、注浆化学加固密封还可采取在表层覆膜密封等常规方法。其作用除达到场地平整压实作用处，还可利用表层1~3m层厚的预留土层4范围内密实，以形成实际意义上密封加载层，保证后续预压的不透气性。该预留土层4形成的密封加载层不仅作为密封层，还作为自载层，对下卧层土体起到堆载压实作用。

步骤二、自载联合真空辐射固结

该步骤通过表层建立的密封加载层，在该密封加载层的基础上设置真空辐射管***，采用真空泵通过真空辐射管***对下卧层高湿度软弱黄土强制土体压缩处理。

2.1、真空辐射管***网格设计：一般布置为4m×4m或8m×8m，实际布置网格根据地质条件及设计要求布置。

2.2、真空辐射管孔钻孔：根据需处理的土质条件，确定了真空辐射管***网格后，可采用钻井机或插板机根据真空辐射管***网格钻孔，孔径为50mm，孔深根据高湿度软弱黄土的层厚确定（一般可达30m以下）；在确定实际孔深时，通常情况下，还得考虑土体自重应力对下卧层土体的压缩变形作用，以降低工程造价。

2.3、真空辐射管***布置：

真空辐射管采用PVC管或尼龙管，距真空辐射管顶部6m~8m（该6m~8m部分为预留土层）以下设计辐射孔5，辐射孔5直径为10mm，辐射孔5间距为200mm，辐射孔5沿真空辐射管管体6的管壁设置，直至真空辐射管管底7，真空辐射管管底7封堵；真空辐射管管体6外包60目~80目尼龙滤网1~2层。

真空辐射管***钻孔后，采用直径为600mm的PVC管作为支管1，将数个真空辐射管顶端通过支管1连接，数个支管1连接主管2，主管2连接动力源3（图1）；

在预留土层4经密实处理形成密封加载层后，将***土体的真空辐射管顶端通过支管1连接，数个支管1连接主管2，主管2连接动力源3，此时动力源选用真空泵，开动真空泵，真空负压通过真空辐射管管体6上设置的辐射孔向周边液化土体产生真空负压10；土体在真空负压10作用下压缩，与此同时上部预留土层4形成的密封加载层在其自重压力的条件下，进一步对土体压缩产生堆载土压力11，形成自载联合真空辐射固结，加快土体的压缩变形，快速提高土体强度。

连接***土体的真空辐射管***，连接真空泵抽真空，形成辐射式抽真空网格，检查各管路的密封，确保真空度为60~80KPa，在土体抽真空形成负压的条件下，预留土层4的土体则由于自重压力成为堆载层，上部土压力作用+下部真空负压叠加条件下，形成自载联合真空辐射固结，加快土体的压缩变形，提高土体强度（图2）。

在实际施工过程中，通过改变真空辐射管***的动力源，即将真空泵改为压力水泵，则可变异为辐射压力注水网格，对下卧层土体通过压力注水解决湿陷性黄土的湿陷性（图3）。

2.4、自载联合真空辐射固结过程监测

真空度监测：自载联合真空辐射固结过程，主要是通过对下卧层高湿度软弱黄土抽真空，在土体产生压缩过程中上部土体自重应力进一步对高湿度软弱黄土加载作用；只有在下部高湿度软弱黄土产生质变的同时，上部土体才会产生沉降的量变，因此在抽真空的条件下，真空度的监测是主要监测的主要手段，一般真空度达到60~80KPa的条件下，土体才能真正达到压缩固结的效果。

沉降监测：自载联合真空辐射固结过程监测是在需加固区域设置沉降标，沉降标设置网格为30m×30m，也可根据设计要求加密设置，以观测在抽真空过程中地表的沉降，根据规范要求，在预压过程中，连续五天平均沉降小于1mm/天，说明下卧饱和黄土的强度恢复，即可进行场地平整。

2.5、场地平整后进行表层满夯或碾压：满夯或碾压前拨除全部支管、主管和真空泵。

步骤三、交付检测

经上述步骤完成自载联合真空辐射固结施工后，高湿度软弱黄土各项物理力学指标均可得到大幅提高。即可按设计要求进行检测，常用检测方法可采用静荷载检测、静力触探检测、土工试验取样检测。

实施例一、深层高饱和软弱黄土的复杂地基固结处理

工程地质条件：

本工程为物流堆场，利用山体挖填方形成，填方区面积约42万平方，人工填方层厚为20~37m，湿陷层厚为9~27m，自重湿陷量为0.446~2.775m，总湿陷量为0.69~2.957m。湿陷系数δS最大为0.001~0.163；自重湿陷系数δZS最大为0.0000~0.157，为确保物流场地的使用安全，采用湿陷性黄土深部预浸水强夯法处理。经该工法处理后，场地平均沉降1.5m，地表8m范围承载力特征值达到200KPa，8m以下产生不同状态的软弱黄土，严重区域呈液化状态。在此基础上，采用湿陷性黄土真空辐射固结法对该部分土体进行固结处理。

步骤一、制作密封加载层

由于湿陷性黄土深部预浸水强夯法处理后，表层8m范围已经过强夯加固处理，形成6~8m、密实度达到95%以上的“硬壳层”。其下卧层产生了不均匀含水量的饱和软弱黄土，利用其形成的表层压实度直接作为密封加载层，进入步骤二。

步骤二、自载联合真空辐射固结

在建立密封加载层后布置真空辐射管***：

2.1、真空辐射管***网格设计：布置网格为8m×8m。

2.2、真空辐射管孔钻孔：确定了真空辐射管***网格后，采用插板机根据真空辐射管***网格钻孔，孔径为150mm，孔深根据高湿度软弱黄土的层厚为25m；考虑土体自重应力对下卧层土体的压缩变形作用，实际孔深为20m，以降低工程造价。

2.3、真空辐射管***布置：真空辐射管采用PVC管，距真空辐射管顶部8m以下设计辐射孔5，辐射孔5直径为10mm，辐射孔5间距为200mm，辐射孔5沿真空辐射管管体6的管壁设置，直至真空辐射管管底7，真空辐射管管底7封堵；真空辐射管管体6外包60目~80目尼龙滤网1~2层。

真空辐射管***钻孔后，采用直径为600mm的PVC管作为支管，将数个真空辐射管连接，数个支管连接主管，主管连接真空泵；

真空泵抽真空，形成辐射抽真空网格，检查各管路的密封，确保真空度为60~80Kpa，在土体抽真空形成负压的条件下，浅层一定层厚的土体则由于自重压力成为堆载层，上部土压力作用+下部真空负压双重叠加条件下，8m以下土体形成自载联合真空辐射固结，加快土体的压缩变形，提高土体强度。

2.4、自载联合真空辐射固结过程监测

真空度监测：自载联合真空辐射固结过程，主要是通过对下卧层高湿度软弱黄土抽真空，在土体产生压缩过程中上部土体自重应力进一步对高湿度软弱黄土的加载作用；只有在下部高湿度软弱黄土产生质量的同时，上部土体才会产生沉降的量变，因此在抽真空的条件下，真空度的监测是主要监测的主要手段，真空度达到60KPa的条件下,土体才能真正达到压缩固结的效果。

沉降监测：自载联合真空辐射固结过程监测是在需加固区域设置沉降标，沉降标设置网格为30m×30m，也可根据设计要求加密设置，以观测在抽真空过程中地表的沉降，根据规范要求，在预压过程中，连续五天平均沉降小于1mm/天，说明下卧饱和黄土的强度恢复，即可进行场地平整。

2.5、场地平整后进行表层满夯或碾压：满夯或碾压前拨除全部支管、主管和真空泵，满夯夯击能为1500KN·m，每点4击。经沉降观测，满夯沉降量为0.8m。

结束自载联合真空辐射固结施工。

步骤三、交付检测

经上述步骤完成自载联合真空辐射固结施工后，高湿度软弱黄土各项物理力学指标均可得到大幅提高。即可按设计要求进行检测，常用检测方法可采用静荷载检测、静力触探检测、土工试验取样检测。

通过本发明三个步骤施工，消除了湿陷性黄土饱水转化而成的饱和黄土地基承载力低的地基处理问题。而且通过本发明湿陷性黄土经处理后即可投入基础施工，包括桩基础施工，为加快建设速度奠定了坚实的基础。

Claims (5)

1.一种湿陷性黄土真空辐射固结法，其特征在于该方法包括以下工艺步骤：

步骤一、制作密封加载层

基本消除黄土湿陷性的场地，表层土体产生沉降以及沉降不均的现象，在此条件下，进行表层加固处理制作密封加载层；

步骤二、自载联合真空辐射固结

该步骤通过表层建立的密封加载层，在该密封加载层的基础上设置真空辐射管***，采用真空泵通过真空辐射管***对下卧层高湿度软弱黄土强制土体压缩处理；

步骤三、交付检测

经上述步骤完成自载联合真空辐射固结施工后，高湿度软弱黄土各项物理力学指标均可得到大幅提高，即可按设计要求进行检测。

2.根据权利要求1所述的一种湿陷性黄土真空辐射固结法，其特征在于步骤二的具体实施方式为：

2.1、真空辐射管***网格设计：一般布置为4m×4m或8m×8m，实际布置网格根据地质条件及设计要求布置；

2.2、真空辐射管孔钻孔：根据需处理的土质条件，确定了真空辐射管***网格后，根据真空辐射管***网格钻孔；

2.3、真空辐射管***布置：

距真空辐射管顶部6m~8m以下设计辐射孔，辐射孔沿真空辐射管管体的管壁设置，直至真空辐射管管底，真空辐射管管底封堵，真空辐射管管体外包尼龙滤网；

真空辐射管***钻孔后，将数个真空辐射管顶端通过支管连接，数个支管连接主管，主管连接真空泵，开启真空泵；

2.4、自载联合真空辐射固结过程监测

真空度监测：确保真空度为60~80KPa；

沉降监测：连续五天平均沉降小于1mm/天，说明下卧饱和黄土的强度恢复，即可进行场地平整；

2.5、场地平整后进行表层满夯或碾压。

3.根据权利要求1所述的一种湿陷性黄土真空辐射固结法，其特征在于步骤一中的制作密封加载层采用强夯夯实、冲击碾压或振动碾压压实、注浆化学加固密封或者在表层覆膜密封。

4.根据权利要求1所述的一种湿陷性黄土真空辐射固结法，其特征在于步骤三中的检测方法采用静荷载检测、静力触探检测或者土工试验取样检测。

5.根据权利要求2所述的一种湿陷性黄土真空辐射固结法，其特征在于自载联合真空辐射固结过程监测是在需加固区域设置沉降标，沉降标设置网格为30m×30m或者根据设计要求加密设置，以观测在抽真空过程中地表的沉降。