一种基于水平排水垫的排水固结系统的制作方法

1.本实用新型涉及地基加固方法技术领域，具体为一种基于水平排水垫的排水固结系统。


背景技术：

2.近年来，因为土地资源紧张等原因，涌现较多填海造地工程，或对现有滩涂进行场地平整加固。吹填造陆或者滩涂地区普遍存在较厚的淤泥和淤泥质软土，强度低，含水率高，孔隙比大，如果不经过地基处理加固很容易产生大幅度的工后沉降，未经处理通常不能满足作为地基使用。处理该深厚软土的方法多采用排水固结法、复合地基法等。
3.复合地基法可以处理深厚软土，但是复合地基法需要设置一定数量的高强度和大刚度的桩体(如搅拌桩、旋喷桩、cfg桩等)来置换原有的软土，如果造陆面积较大，其处理费用较高。
4.排水固结法是通过在地基中设置排水通道，如塑料排水板、排水砂井等，以缩小土体的固结排水距离，然后经过堆载预压、真空预压、真空联合堆载预压等方式进行固结排水，消除软土大部分的沉降，提高土体的强度和承载力。
5.排水固结法因其使用材料、器具简单，施工操作方便，加固效果可靠，受外部因素影响较小，是作为大面积软土地基处理的首选方法。一般而言，排水固结法的处理费用将会低于复合地基法的处理费用。
6.排水固结法通过竖向排水通道将软土中的水排向地面，再通过设置水平向排水垫层进行排水，最后在上部进行预压，通过预压荷载使软土中的孔隙水排出达到固结的作用。水平排水通常采用中粗砂垫层，但由于中粗砂开采工艺复杂，费用高，对环境影响大，如何寻求一种工艺方法替代传统的中粗砂垫层，既能解决水平排水问题，又能节省工程造价至关重要。
7.为解决上述问题，本技术提出一种基于水平排水垫的排水固结系统。


技术实现要素：

8.(一)实用新型目的
9.为解决背景技术中的技术问题，本实用新型提出一种基于水平排水垫的排水固结系统，具有可加固深厚淤泥和淤泥质软土层的特点。
10.(二)技术方案
11.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于水平排水垫的排水固结系统，包括水平排水垫，所述水平排水垫铺设在表面硬壳层上，硬壳层下方是软土层，软土层下方是下卧硬土层，所述水平排水垫被若干个塑料排水板穿插，所述塑料排水板下端穿透软土层至下卧硬土层，所述塑料排水板上端伸出弯折成排水板头弯折搭接在水平排水垫上；
12.排水固结系统可结合堆载预压系统或者真空预压系统施加预压载荷，采用堆载预
压系统时，所述水平排水垫左右两端处均挖掘有排水沟；
13.采用真空预压系统时，所述水平排水垫左右两端正下方均设置有密封墙，所述密封墙下端穿透软土层至下卧不透气硬土层，所述密封墙上端和真空膜相接触，所述水平排水垫上表面水平铺设有间隔均匀若干个真空管，所述真空管连接有抽真空设备，所述真空管上表面铺设有一层土工布，土工布上覆盖有真空膜。
14.优选的，所述水平排水垫未铺设之前在软土层上方铺设硬壳层。
15.优选的，所述塑料排水板平面布置可采用等边三角形或正方形排列的平面布置。
16.优选的，所述水平排水垫可根据需要采用满铺或条带铺设。
17.与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
18.本实用新型提供的基于水平排水垫的排水固结方法，采用塑料排水板作为竖向排水通道，顶部与水平排水垫直接相连，通过施加预压荷载使软土产生超孔隙水压力，使孔隙水沿排水通道排出，实现软土排水固结加固，该方法无需采用单价较高的中粗砂垫层，总体造价低。
附图说明
19.图1为本实用新型基于水平排水垫的排水固结原理图(堆载预压)；
20.图2为本发明基于水平排水垫的排水固结原理图(真空预压)；
21.图3为本实用新型的排水垫(满铺)与塑料排水板的连接示意图；
22.图4为本实用新型的排水垫(条带状铺设)与塑料排水板的连接示意图；
23.图5为本实用新型的排水垫示意图；
24.图6为本实用新型的排水系统中孔隙水流向示意图。
25.图中：10、塑料排水板；11、排水板头弯折；20、水平排水垫；30、排水沟；40、抽真空设备；41、密封墙；42、真空管；43、真空膜。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.请参阅图1至图6，本实用新型提供一种技术方案：一种基于水平排水垫的排水固结系统，其包括：塑料排水板10和水平排水垫20，采用塑料排水板10作为竖向排水通道，顶部与水平排水垫20直接相连，通过施加预压荷载使软土产生超孔隙水压力，使孔隙水沿排水通道排出，实现软土排水固结加固，可以有效的连通软土处理的竖向和水平向排水通道，加速软土排水固结，节约了中粗砂资源，减少了成本。
28.一种基于水平排水垫的排水固结系统，包括水平排水垫20，水平排水垫20铺设在表面硬壳层上，硬壳层下方是软土层，软土层下方是下卧硬土层，水平排水垫20被若干个塑料排水板10穿插，塑料排水板10下端穿透软土层至下卧硬土层，塑料排水板10上端伸出弯折成排水板头弯折11搭接在水平排水垫20上；
29.排水固结系统可结合堆载预压系统或者真空预压系统施加预压载荷，采用堆载预
压系统时，水平排水垫20左右两端处均挖掘有排水沟30；
30.采用真空预压系统时，水平排水垫20左右两端正下方均设置有密封墙41，密封墙41下端穿透软土层至下卧不透气硬土层，密封墙41上端和真空膜43相接触，水平排水垫20上表面水平铺设有间隔均匀若干个真空管42，真空管42连接有抽真空设备40，真空管42上表面铺设有一层土工布，土工布上覆盖有真空膜43。
31.水平排水垫20未铺设之前在软土层上方铺设硬壳层，采用这样的设置方式，在淤泥或淤泥质软土上部铺设硬壳层，以提供机械设备的承载力。
32.水平排水垫20可根据需要采用满铺或条带铺设。
33.铺设硬壳层可采用晾晒、铺砂性土垫层、真空预处理等方式进行，如淤泥软土表层已存在原状硬壳层可直接上机械设备，本步骤可跳过；
34.塑料排水板10穿透软土层至下卧硬土层，塑料排水板10间距可以根据施工进度要求和软土固结排水参数确定，可采用等边三角形或正方形排列的平面布置。
35.塑料排水板10的等效间距可以按下式进行计算：
36.当采用等边三角形排列时，
37.de＝1.05l
38.当采用正方形排列时，
39.de＝1.13l
40.式中：de—有效排水直径；
41.l—排列间距；
42.在地面铺设水平排水垫20作为水平排水层，塑料排水板10从水平排水垫20穿过，然后进行排水板头弯折11平铺在水平排水垫20上，平铺长度不应小于50cm。塑料排水板10头一侧紧贴水平排水垫20，可以使塑料排水板10中的水流入排水垫内。
43.塑料排水板10与水平排水垫20搭接完毕后，可在上方直接施加预压可以，可采用堆载预压或真空预压，也可以采用真空预压联合堆载。堆载预压的堆载料可采用砂性土、粘性土和开山土石，采用开山土石时，水平排水垫20以上500mm内应采用开山土，防止其中石块对水平排水垫20的破坏，真空预压应在边界打设泥浆搅拌桩作为密封墙41，然后埋设真空管42、铺设真空膜43，真空膜43下设置一层土工布用于保护真空膜43不被刺穿，最后安装抽真空设备40对真空管42进行抽真空。
44.排水固结是在建筑物建造前，在场地上进行加载预压，使土体中孔隙水排出，地基固结，土体强度提高，沉降提前完成的方法，根据固结理论，固结所需时间的排水距离的平方成正比，当软土很厚时，固结时间长，可在地基中预先设置竖向和横向的排水系统，在荷载作用下促使孔隙水流向竖向排水通道，再由竖向排水通道流入横向排水通道，继而排出场地外。
45.要使土体中的孔隙水排出，必须对土体施加荷载，令土中的孔隙水成为超孔隙水才能流动，根据有效应力原理，外荷载作用后，土中应力被土骨架和土中的水共同承担，但是只有通过土颗粒传递的有效应力才会使土产生变形，由于软土层的渗透性非常低，当预压荷载施加后，附加荷载将全部土土中水承担，产生超孔隙水压力，随着孔隙水流出，孔压消散，附加荷载转为由土颗粒承担，产生压缩变形。
46.根据水力平衡方程，
[0047][0048]
式中：u—孔隙水压力(kpa)；
[0049]
v—水的流速(m/s)
[0050]
堆载预压对软土中的孔隙水产生的超孔隙水压力，其中为堆载料的重度，h为堆载料顶部距离地面的高度；真空预压可直接施加约等于真空负压的超孔隙水压力，由于排水固结施工期较长，软土排水是一个长期过程，水的流速较为缓慢，水的流速导致的水头损失可以忽略，孔隙水水头抬升
[0051]
δh＝δu/γ
w
[0052]
式中：δu—超孔隙水压力(kpa)
[0053]
因此在预压荷载的作用下，软土中的孔隙水水头高于水平排水垫层的高程时，孔隙水即可沿着竖向和水平向排水通道源源不断的排出，达到固结的目的。
[0054]
对于堆载预压，在预压排水过程中，可在堆载预压外侧设置延边的排水沟30，将水平排水垫20延伸至排水沟30中，软土层固结排出的水可以顺着水平排水垫20流入排水沟30中，防水堆载现场积水，影响施工效果。
[0055]
上述技术方案所提供的一种基于水平排水垫的排水固结方法，采用塑料排水板10作为竖向排水通道，顶部与水平排水垫20直接相连，通过施加预压荷载使软土产生超孔隙水压力，使孔隙水沿排水通道排出，实现软土排水固结加固。
[0056]
本实用新型与可以有效的连通软土处理的竖向和水平向排水通道，加速软土排水固结，节约了中粗砂资源，减少了成本。
[0057]
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。