自锚真空压密法 本发明涉及一种地基处理方法。特别是排水固结法地基处理方法。
传统的排水固结法地基处理法为砂井(或排水板)加堆载预压法，这是一种处理软弱地基的有效方法，从50年代传入中国便得到广泛应用，一直沿用至今，但这种方法存在工期长、造价高、需大量堆载料的问题。近些年来国内陆续开发了一些排水固结法地基处理的新方法，有代表性的为三种方法：1.真空预压加固软土地基法(公开号85108820，分类号E02D3/10)，它比砂井加堆载预压法节省造价和时间，但该方法处理后承载力不高(80kPa左右)；2.真空降水联合堆载预压加固软土地基法(公开号1191256，分类号E02D3/10)，它比砂井加堆载预压法节省堆载料及时间，但造价仍较高，工期仍较长，仍需大量堆载料；3.快速“高真空击密法”软地基处理工法(公开号CN1330189A，分类号E02D3/046)，它比其它的排水固结法施工工期短，承载力也高，造价还低，但它处理深度有限，不适合透水性差的软弱粘性土层。
本发明的目的在于提供一种工期短、承载力高、无需大量堆载料、适合渗透性差的软弱粘性土层、造价较低的地基处理方法。
本发明的特征在于：在需要处理的地层中打设一种“自锚加载真空降水装置”(见图一：自锚加载真空降水装置示意图)，该装置是利用其在地层中的锚固抗拔力作反力实施对地层的预压，不需外加荷载物；该装置在地层中还兼有抽真空降水地功能，可快速强制降低软弱土层的含水量及在地层中产生负压，大大缩短地基处理工期；该装置埋入地层的井点管及拉杆均可在地基处理完后拔出重复利用，节省物资降低成本。
本发明的技术方案是这样的：一种“自锚真空压密法”地基处理工法。本方法是在地层中打设“自锚加载真空降水装置”，该装置设置有与桩尖(1)连接可传递上拔力的拉杆(5)，利用桩尖(1)和竖向排水体(3)(砂或石屑)形成的抗拔阻力作为反力，用千斤顶(17)实施对地层的预压；该装置可滤集地层中的地下水于竖向排水体(3)内，竖向排水体(3)内设置有既可保护拉杆方便拆卸又可抽排地下水的井点管(4)，井点管(4)上部与抽真空设备(14)相连接，向地层内抽排地下水及抽吸真空；该装置主要有4个作用：1.自锚加载作用可向地层施加预压荷载，无需堆载料；2.抽真空降水强制加速地层中孔隙水向井点管渗流(必要时还可辅以电渗方法)，改变被处理土体的含水量；3.抽真空降水在地层中形成负压，形成部分预压荷载；4.抽真空降水使地下水位降低，土体中有效应力增加也可形成部分预压荷载。通过该装置对地层的降水及预压作用，使被处理土体的含水量降低及密实度提高。降水预压结束后，该装置内的拉杆(5)、井点管(4)可拔出重复利用；拔出拉杆、井点管后，对于被扰动的孔位，可用底端密封的桩管对准原孔位，开启震动锤并加压，将原孔位下的地层震压密实；对于压板(6)外围未被压密的浅表层土，可将桩机震动锤下安装一块压板，利用震动锤的激震力和压力将其震压密实。
“自锚加载真空降水装置”是这样工作的：将拉杆(5)套在井点管(4)内，吊起拉杆(5)将其放在桩机的桩管内，并将其连接在桩尖(1)的预埋螺母(2)上，用沉管的方式将桩尖及桩管打设入地层内，向桩管内灌入一定量的砂或碎石、石屑等作为竖向排水体(3)，然后拔出桩管；竖向排水体(3)顶部至地表覆有起密封作用的粘性土(18)，在覆土顶面放置压板(6)；井点管上部用三通与地面上抽真空用的吸水支管(12)连接，通过吸水干管(13)及真空泵(14)抽排地下水及抽吸真空；井点管(4)顶部用旋在拉杆(5)上的橡胶密封锥形螺母(7)堵塞管口，上部用压紧螺母(9)压紧密封；拉杆(5)顶部与反力梁(15)连接，用锁紧螺母(16)锁紧，以传递抗拔反力，千斤顶(17)上顶反力梁(15)下压压板(6)，向地层施加预压荷载；加压支架(8)下压压板(6)，上用锁紧螺母(11)锁紧，以便撤出千斤顶(17)后还继续向压板(6)传力。地基处理完后，还可将地层中的拉杆(5)从预埋螺母(2)中退卸提出地面重复利用，井点管(4)也可用桩机或吊车拔出重复利用。
“自锚加载真空降水装置”主要部件的要求是这样的：桩尖(1)为预制混凝土构件，也可用铁制作，其尺寸及强度应根据地层情况及估算的最大抗拔力确定；竖向排水体(3)应根据地层情况确定灌入高度，其原则为确保上覆土(18)能密封不透气，排水体的用料可根据当地资源情况确定用砂(须为中粗砂)、石屑或碎石；井点管(4)为钢管，也可用塑料管(在不需要用电渗方法的地方)，其底部1.5米左右加工成滤管，外包土工滤布或滤网等，管与管连接时一定要密封，管的粗细须满足排水量要求，强度须满足拔出地层时的抗拉强度要求；拉杆(5)用精扎螺纹钢筋较好，该种钢筋不需加工螺扣，螺母及钢筋连接器均有成品供应，经济方便，可根据抗拔力的要求选择钢筋的规格型号；真空泵(14)选用射流式或隔膜式均可，每台泵所带的井点数不能超过泵的能力，真空泵与吸水干管连接处应装逆止阀以防停电或设备故障而损失负压；吸水支管(12)与吸水干管(13)的连接处应装截止阀以便安装及维修；压板(6)可用混凝土制作，也可用钢板制作，压板(6)的大小可根据地层情况及装置平面布置的密度综合确定，一般应满足两相邻压板边缘在地面下应力扩散角斜线在软弱土层顶面以上相互交汇为佳，压板(6)的高度应考虑压板压入地面下能方便提出所需的高度，压板(6)的结构应根据受力情况设计；反力梁(15)用钢板加工，结构应根据最大上拔力进行设计；千斤顶(17)配置应满足提供最大上拔力的要求，同时应有计量表，能准确控制加载量。加压支架(8)用钢板加工，其结构应能满足支撑对压板的最大压力；橡胶密封锥形螺母(7)在使用过程中应经常检验其密封情况，出现漏气应立即旋紧并上紧加压螺母(9)，确保井点管内真空度。
使用本发明进行地基处理，其设计可参照图二(设计流程图)进行，设计计算时应特别注意：“自锚加载真空降水装置”的容许抗拔锚固力不是不变的，它是呈循环上升的，即装置向被处理土体抽真空降水及加载，使被处理土体固结度增大及强度提高，反过来使装置的容许抗拔锚固力变大，如此循环往复使装置的容许抗拔力不断变大，不断对地基施加荷载，使地基处理达到设计要求。
本发明与砂井加堆载预压法比较工期短、造价低、无需堆载料及砂垫层；与真空预压法比较承载力高；与真空降水联合堆载法比较工期短、造价低、无需堆载料；与高真空击密法比较处理深度大、适合渗透性差的粘性土层。
实施例：某地一钢储油罐群工程，罐下基础底面的设计荷载为220kPa，天然地基情况见下表1
表1详细地质勘察资料
层序号名称状态 平均 厚度 天然含 水量％ 土的 重度 天然 孔隙比 液限 塑限 内摩 擦角 压缩模 量MPA 地基承载 力特征值 侧阻力 KPA 端阻力 MPA (1)粘质粉土稍密 2.5 35.6 17.8 1.010 33.9 25.1 26.4 9.08 90 22 (2)淤泥质粉质粘土夹粉砂流塑 1.24 38.6 17.6 1.093 33.8 21.4 6.3 3.32 85 22 1.0 (3)淤泥质粉质粘土流塑 4.0 44.0 18.0 1.270 38 22.9 4.1 2.7 75 8 (4)粘质粉土可塑 1.4 18.5 4.66 160 46 1.7
从表1中反映的地层情况，天然地基不能满足承载力的要求，须进行地基处理。地基处理可采用的方法及各种方法的技术经济比较见下表2
表2单个32米直径油罐各种地基处理方法比较
序号地基处理方法 处理前承 载力 (Kpa) 处理深度 (m) 施工工期 (天) 处理后承载力 (Kpa) 造价 (万元)主要问题 1排水板加堆载预压 90 11 200 220 64工期长，造价高，需大量堆载材料。 2真空预压 90 11 140 不满足该方法处理后承载力不高。 3真空降水联合堆载 90 11 120 220 43工期仍较长，造价仍较高，仍需大量堆载料。 4高真空击密法 90 不满足处理深度有限，不适合渗透性差的软弱粘性土。 5自锚真空压密法 90 11 50 220 24不宜在临近已有密集建筑物的场地使用。 6沉管灌注混凝土桩 90 11 50 220 61易使地面隆起，缩径，造价高 7水泥粉煤灰碎石桩 90 11 45 220 32易使地面隆起，断桩，缩径。 8水泥土搅拌桩 90 11 50 220 54需大量水泥，造价较高。
从表2中可以看出：本发明不但与排水固结法的传统方法和三种新方法比较有明显优势，与其他地基处理方法比较也有明显优势。
本发明的施工用普通的沉拔管桩机即可，装置部件的加工简单，用料均为普通材料，便于推广。