一种软土地基快速排水加固的施工方法与流程

本发明属于岩土工程与建筑工程技术领域，具体涉及一种软土地基快速排水加固的施工方法。

背景技术：

软质土层因为本身的高含水率、高压缩性、低强度、弱渗透性、变形所需的时间长等工程特性，所以不能像其它原始地基那样直接用作天然地基，必须通过技术措施改变地基土原有的物理特性，解决地基的沉降和稳定问题，使其承载力满足使用要求。排水固结加固是处理软土地基的有效途径，如今软土地基排水固结加固技术在岩土工程领域普遍采用，该技术主要是采用排水措施加速软土体的排水固结，排水固结后的软土体含水率降低、孔隙率减小、承载力提升，可满足地基的使用要求。目前排水固结加固软土技术主要方法有：表层排水法、砂垫层法、真空预压法、堆载预压法及真空-堆载预压法等。

在公开文献中可以获得公开号为cn105714761a的“一种竖向分层抽水软土快速固结方法及装置”专利，其快速排水固结的方法主要通过真空泵与磁控管、竖向排水钢管连接，其中竖向排水钢管表面布设一定数量的孔洞置于软土地基中，该方法通过综合采用微波加热和真空预压技术从而达到软土地基分层排水固结的目的。这种方法存在两个缺点，其一是在软土地基地下水位不高时，此时软土体内的水主要是孔隙水，此时采用真空泵抽水的方式进行排水，抽水仅对竖向排水管周围一定范围内的土体有效，对于距竖向排水管一定距离的土体其抽水效率会较为低下，致使不能保障软土体的快速排水；其二是这种方法工艺系统复杂、经济费用高，在现场施工时由于施工条件和人员的限制，设备安装及抽水时间较长，无法满足工期紧的软土地基快速排水固结的需要。

在公开文献可以获得公开号为cn109056693a的“一种强排水方法预压方法及装置”专利，其排水方法主要是通过在软土地基中设置排水板体、排水板体下部设置集水盒和射流管体，通过排水板体与周围软土体之间的水压力差，将软土体内的水排入排水板内，再通过高压流体将射流管体内的水通过流体导管排出地基范围。该方法主要存在两个缺点，其一为该种排水方法还需高压流体作为排水动力来源，经济耗费较大；其二为埋置射流管体和流体管道需要较大的土方开挖量，且由于排水动力为高压流体，故若要实现射流管体与流体管道连接的密封性较为困难。

为快速解决软土地基含水率高、孔隙率大、强度低的问题，提高地基的承载力，迫切需要寻求一种能够快速排水加固软土地基的施工方法。

技术实现要素：

基于目前软土地基快速排水加固所公开和实际应用的施工方法，本发明要解决具体技术问题是如何将快速降低软土体内的含水率，使软土体的承载力满足地基的使用要求，提供一种利用现有的材料和设备实现软土体快速排水的施工方法。

本发明采用如下技术方案：

一种软土地基快速排水加固的施工方法，包括如下步骤：

第一步，在待排水的软土地基两侧开挖排水沟，排水沟的深度超出软土地基的排水加固深度0.2m，以保障软土地基的排水效果；

第二步，采用钻孔机械在软土地基的中心打设一排循环钻孔，循环钻孔的深度与软土地基的排水加固深度相同；

第三步，在循环钻孔内部的孔壁上浇筑一层水泥浆层进行护壁，水泥浆层的厚度为5mm，水泥浆层的主要作用为膨胀剂浆液提供一个封闭的空间，防止膨胀剂浆液向周围土体内渗流；

第四步，待水泥浆层护壁完成3h后，制备膨胀剂浆液，制备好的膨胀剂浆液倒入循环钻孔内，并在循环钻孔顶部盖上25mm厚的方形钢板，防止膨胀剂反应过程中出现喷孔现象，随着膨胀剂浆液的水化反应，膨胀剂浆液会逐渐凝固膨胀，在循环钻孔内凝结形成膨胀柱体，水化反应后的膨胀柱体形成的膨胀压力会作用到周围的软土体上，循环钻孔周围软土体内的孔隙会在膨胀压力的作用下逐渐被挤密，软土体内的水分膨胀压力的作用下会逐渐向地基的两侧转移；

第五步，待循环钻孔内的膨胀剂浆液反应12h后，按照排距，以第一排的循环钻孔为中心向两侧分别打设第二排的循环钻孔，直至最后的循环钻孔与排水沟边缘的距离小于2倍的相邻的循环钻孔的排距，停止打设循环钻孔；

第六步，待最后的循环钻孔内的膨胀剂浆液反应12h后，在软土地基表面铺设200mm厚的碎石层，进行碾压作业，由于反应后的膨胀剂为松散的颗粒状，反应完毕后的膨胀剂钻孔可作为竖向排水体，排水体周围软土内的孔隙水在孔隙水压的作用下会进一步流向膨胀钻孔内，再通过碎石排水层排入地基两侧的排水沟内，进一步实现软土体的固结排水。

所述循环钻孔的间距以及相邻的循环钻孔的排距按照如下公式计算：，其中，l为循环钻孔的间距或排距，d为循环钻孔的直径，b为水泥浆层的厚度，e为软土地基的孔隙率。

所述循环钻孔的直径为100-300mm。

所述膨胀剂浆液由水和静态破碎剂按照质量比为3:7的比例搅拌而成。

本发明的有益效果如下：

本发明利用现有的材料和设备即可实现软土体的快速排水，一步一步将水从挤向排水沟内，本发明使用静态破碎剂，膨胀力大，施工工艺简单，经济，且给出了膨胀钻孔间排距的计算公式，这种膨胀桩在使用完成后还可作为竖向排水体，通过碎石垫层将膨胀桩的吸水排出到两侧的排水沟，可长久排水使用。

附图说明

图1为本发明的循环钻孔布置主视剖面图；

图2为本发明的循环钻孔布置俯视图；

图3为本发明的循环钻孔的局部放大图；

图4为本发明的循环钻孔的排水固结方式示意图；

其中：1-待排水软土体；2-排水沟；3-一循环钻孔；4-二循环钻孔；5-碎石垫层；6-膨胀剂浆液；7-水泥浆层；8-方形钢板；9-一循环钻孔挤压排水区域；10-二循环钻孔挤压排水区域。

具体实施方式

为了本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图以一个实施实例为基础对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。

实施本发明上述所提供的一种软土地基快速排水加固的施工方法，如附图所述，具体方法是按照下列步骤进行的：

步骤1：在待排水软土体1两侧开挖排水沟2，排水沟2的开挖深度需超出软土处理高度深度0.2m，以保障待排水软土体1的排水效果。

步骤2、采用钻孔机械在待排水软土体1上分别打设一循环钻孔3，钻孔直径为100~300mm，钻孔深度与待排水软土体深度相同，钻孔间距设置的计算公式为：，式中l为钻孔的间距，d为钻孔的直径，b为水泥浆护壁的厚度，e为软土体的孔隙率。

步骤3、在一循环钻孔3内部浇筑一层水泥浆层7进行护壁，水泥浆层7的在钻孔壁面上的厚度为5mm，水泥浆层7的主要作用为膨胀剂浆液6提供一个封闭的空间，防止膨胀剂浆液6向周围待排水软土体1内渗流。

步骤4、待水泥浆层7浇筑完成3h后，制备膨胀剂浆液6，膨胀剂浆液6由水和静态破碎剂拌和而成，膨胀剂浆液水和静态破碎剂的质量比例为3:7，制备好的膨胀剂浆液6倒入一循环钻孔3内，并在钻孔顶部盖上25mm厚的方形钢板8，防止膨胀剂反应过程中出现喷孔现象。

步骤5、随着膨胀剂浆液6的水化反应，膨胀剂浆液6会逐渐凝固膨胀，在钻孔凝结形成膨胀剂柱体，水化反应后的膨胀体形成的膨胀压力会作用到周围待排水软土体1上，钻孔周围待排水软土体1内的孔隙会在膨胀压力的作用下逐渐被挤密，待排水软土体1内的水分膨胀压力的作用下会逐渐向地基的两侧转移。

步骤6、待一循环钻孔3内膨胀剂浆液6反应12h后，按照设计钻孔排距打设二循环钻孔4，同样在钻孔打设完毕后，在孔壁上浇筑一层厚度为5mm的水泥浆层7进行护壁。钻孔排距设置的计算公式为：，式中l为钻孔的间距，d为钻孔的直径，b为水泥浆护壁的厚度，e为软土体的孔隙率。

步骤7、待水泥浆层7浇筑完成3h后，制备膨胀剂浆液6，膨胀剂浆液6由水和静态破碎剂拌和而成，膨胀剂浆液水和静态破碎剂的质量比例为3:7，制备好的膨胀剂浆液倒入二循环钻孔4内，并在钻孔顶部盖上25mm厚的25mm厚的方形钢板8，防止膨胀剂反应过程中出现喷孔现象。

步骤7、若二循环钻孔4与地基两侧排水沟2间的距离大于2倍的钻孔间距时，此时可继续施工三循环、四循环膨胀剂钻孔，直至膨胀剂钻孔与排水沟2边缘的距离小于2倍的钻孔间距。

步骤8、待最后一循环的膨胀钻孔反应12h后，在软土地基表面铺设200mm后的碎石垫层5，随后进行软土地基的碾压作业；由于反应后的膨胀剂为松散的颗粒状，反应完毕后的膨胀剂钻孔可作为竖向排水体，排水体周围软土内的孔隙水在孔隙水压的作用下会进一步流向膨胀钻孔内，再通过碎石排水层排入地基两侧的排水沟内，进一步实现软土体的固结排水。

下面通过具体实施例进一步说明本发明装置的具体使用方式。

本发明使用的静态破碎剂型号为sca-ⅱ型静态破碎剂。

实施例1

某公路工程项目路基为高含水率的软土路基，路基的含水率为24%，软土体孔隙率为0.3，路基宽度为5m，现采用膨胀剂钻孔进行软土地基的排水固结，膨胀剂水灰比为3:7时其体积膨胀率基本可达到300%，设置路基膨胀剂钻孔的直径为300mm，水泥浆护壁的厚度为5mm，基于膨胀剂钻孔间排距设置的计算公式：，能够计算得出膨胀剂钻孔的间排距为0.82m，基于此能够计算出在路基范围内，先在路基中心设置一排一循环膨胀钻孔，随后在一循环膨胀钻孔反应12h后，在距离一循环膨胀钻孔0.82m的位置处进行二循环膨胀钻孔的施工，同样待二循环膨胀钻孔反应12h后进行三循环膨胀钻孔施工，如此循环，直至施工至第六循环膨胀钻孔时，此时第六膨胀钻孔与路基两侧排水沟的间距小于钻孔间排距l，如此往复循环即可将路基范围内软土体内的水分在膨胀压力的作用下逐渐挤向两侧排水沟内，随后待第六循环膨胀钻孔反应12h后，在路基顶面铺设一层200mm后的碎石垫层，进行路基的压实作业，由于反应后的膨胀剂为松散的颗粒状，反应完毕后的膨胀剂钻孔可作为竖向排水体，排水体周围软土内的孔隙水在孔隙水压的作用下会进一步流向膨胀钻孔内，再通过碎石排水层排入地基两侧的排水沟内，进一步实现软土体的固结排水，如此实现软土地基快速排水加固的施工，实现软土地基的承载力满足使用要求。