本技術涉及軟土地基施工，尤其是涉及一種基于靶向壓裂造縫增滲的軟土地基處理方法。

背景技術：

1、軟土層具有含水率高、結(jié)構性差、可壓縮性高及滲透率低等特點，直接作為工程地基極易引發(fā)結(jié)構失穩(wěn)，為了工程的安全和穩(wěn)定，必須對軟土進行固結(jié)處理。

2、排水固結(jié)法是常用的軟土地基處理方法，其往往采用真空預壓、堆載預壓或真空聯(lián)合堆載預壓施加外部壓力，并在軟土層中插入豎向排水板優(yōu)化排水通道加速地基固結(jié)。然而由于軟土的滲透系數(shù)極低，傳統(tǒng)的排水固結(jié)法固結(jié)周期仍普遍大于3個月，難以滿足快速施工的需求。在軟土地基中增設水平排水通道，構建立體排水系統(tǒng)進而加快地基排水速度成為一個地基處理發(fā)展方向。

3、專利cn110847150b中提出了一種軟土地基處理裝置及方法，利用氣壓劈裂原理，通過氣砂混合輸送裝置及鉆桿噴射組件在軟土地基中形成水平排水通道，加快軟土地基排水。但在實際操作時，上述專利中的軟土地基處理方式還存在有一定的不足：首先，該裝置通過氣動將排水砂注入周圍土層中，由于氣動壓力較小，對結(jié)構性較差的淤泥質(zhì)黏土地基有一定適用性，對由粉質(zhì)黏土構成的軟土地基適用性不強；其次，深層位置處土體的土壓力較強，該方法對深層土體產(chǎn)生的劈裂效果不佳，在深層土體中產(chǎn)生的水平排水層徑向范圍有限，對深層土體的排水效果欠佳。

4、鑒于軟土特殊的工程特性與建設需求的矛盾，如何突破滲透性差導致的固結(jié)周期瓶頸成為亟待解決的問題。提出一種快速、高效的軟土地基處理技術是目前市場發(fā)展的迫切需求。

技術實現(xiàn)思路

1、針對上述技術問題，本發(fā)明提出一種基于靶向壓裂造縫增滲的軟土地基處理方法，基于實際工況靈活控制壓裂造縫桿，根據(jù)軟土類型及目標造縫位置，通過精確調(diào)控起劈及注入壓力，利用水壓劈裂技術將含有支撐劑的注入液壓入土體中，對不同深度的土體進行靶向造縫，形成單縫長度2～3m，開度10～15mm的多條水平穩(wěn)定滲流通道，擴大了深層土體水平排水層的延展范圍，提高了施工質(zhì)量及排水效率，縮短了施工工期。

2、為了實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明采用如下技術手段：

3、一種基于靶向壓裂造縫增滲的軟土地基處理方法，包括以下步驟：

4、s1、地基處理施工準備：將場地整平至目標高程，在整平后的地基表面鋪設隔離層；

5、s2、壓裂施工定位標記；

6、s3、裂縫增滲網(wǎng)絡構造：利用壓裂注入設備將壓裂注入桿旋轉(zhuǎn)壓入地層中，達到目標位置后開啟射流注液系統(tǒng)，通過壓力脈沖控制方法在地層中構造水平裂縫，將含有支撐劑的壓裂注入液注入裂縫中，形成單縫長度2～3m，開度10～15mm的水平穩(wěn)定滲流通道，所述壓力脈沖控制方法分為起劈階段及注入階段，其中起劈壓力pf按式(1)進行調(diào)整：

7、pf＝c1((3k0-1)(γ1h1+γ'h2)+σt)+μ0?(1)

8、式中：pf為起劈壓力，單位kpa；k0為待處理土體的靜止土壓力系數(shù)；γ1為地下水位以上土體的重度，單位kn/m3；γ'為土體浮重度；h1為地下水位以上土體厚度，單位m；h2為地下水位以下壓裂位置以上土體厚度，單位m；σt為土體的抗拉強度，單位kpa；μ0為目標土層處孔隙水壓力，單位kpa；c1為經(jīng)驗系數(shù)，根據(jù)土質(zhì)類型確定，粉質(zhì)黏土取12.3～13.5，淤泥質(zhì)黏土取9.6～10.5；

9、注入階段的脈沖射流壓力按式(2)進行確定：

10、py＝c2[c1((3k0-1)(γ1h1+γ'h2)+σt)+μ0]?(2)

11、式中：py為脈沖射流壓力(kpa)；c2為經(jīng)驗系數(shù)，根據(jù)土質(zhì)類型確定，粉質(zhì)黏土取0.8～0.9，淤泥質(zhì)黏土取0.55～0.65；

12、注入流量及時間根據(jù)土質(zhì)類型進行調(diào)整，粉質(zhì)黏土注入流量控制在30～40l/min，注入時間5min；淤泥質(zhì)黏土注入流量控制在15～25l/min，注入時間10min；

13、在該目標深度完成造縫工作后，繼續(xù)下壓壓裂注入桿直至下一目標深度，重復進行施工操作，進而在地層不同深度處形成多條水平裂縫，構造多層排水通路；

14、s4、立體排水系統(tǒng)搭建：垂直打入塑料排水板至設計深度，塑料排水板沿著因壓裂注入形成的豎向孔向下插入，埋設土體監(jiān)測儀器，在所述隔離層的表面分層鋪設中、粗砂墊層，同時將塑料排水板外露端部通過三通接頭與水平排水管連接形成立體排水網(wǎng)絡；

15、s5、真空預壓地基處理：在砂墊層上覆蓋密封膜抽真空，在土體內(nèi)部形成負壓梯度，加速孔隙水沿立體排水網(wǎng)絡排出。

16、有益效果：

17、(1)顯著增加了排水路徑：本發(fā)明通過精確調(diào)控起劈及注入壓力，利用水力壓劈裂技術在軟土層不同深度處構造延展范圍廣且穩(wěn)定的水平裂縫排水通路，與豎向排水板構成立體排水網(wǎng)絡，增加了軟土層的滲流排水通道，提高了水流在低滲土體中的通過性。

18、(2)優(yōu)化了軟土滲流場：傳統(tǒng)單一豎向排水板引起的滲流場具有顯著的“強徑向-弱垂向”非均勻特征，本發(fā)明通過在軟土層內(nèi)引入水平排水通路，優(yōu)化水力梯度分布，強化了垂向滲流，極大提高了低滲軟土的排水效率。

19、(3)降低土體差異性沉降：只通過多根豎向排水板集中排水易導致超孔隙水壓力消散不均，引發(fā)應力集中或土體差異性沉降，本發(fā)明通過在土體中構造裂縫引入水平排水通路，提高排水板作用范圍邊緣處土體的孔隙水排出速率，有效改善了孔隙水壓消散不均現(xiàn)象，降低土體差異性沉降，提高工程質(zhì)量。

20、(4)弱化了“群板效應”：傳統(tǒng)的多根豎向排水板同時排水易引發(fā)“群板效應”，即由于排水板間距設置不合理，導致相鄰排水板的排水路徑重疊，影響各自的有效排水范圍，或因為排水板之間的土體排水不暢，形成滯水區(qū)，降低排水效率，本發(fā)明在土體中構造水平裂縫后，將傳統(tǒng)點陣式排水升級為面域排水，降低了各排水板間滲流場的相互作用影響，將相臨排水板影響區(qū)連為整體，消除滲流盲區(qū)，顯著提升排水效率。

21、(5)克服板周土固結(jié)阻滲：傳統(tǒng)豎向排水板排水過程中，排水板周圍土體因快速排水，易先固結(jié)為致密的硬化圓柱，在排水板周圍形成一定范圍的阻滲區(qū)，本發(fā)明壓裂引入的大面積水平裂縫，形成多向排水通道，促進了土體固結(jié)排水的均勻性，同時可切斷板柱結(jié)構的連續(xù)性，在軟土層與排水板間構造一條穩(wěn)定的高滲排水通路，有效解決豎向排水板固結(jié)排水中后期固結(jié)效率不佳等問題。

22、(6)靶向造縫，施工靈活，質(zhì)量可控：本發(fā)明以造縫桿下探的形式進行造縫，可根據(jù)實際工程需求靶向控制造縫位置；造縫完成后，造縫桿鉆出移至下一位置進行工作，全過程無需在地層中埋設水平造縫管路，施工靈活、經(jīng)濟高效；根據(jù)土體類型及土層深度精準調(diào)控起劈壓力及注入壓力，具有水平造縫質(zhì)量可控，排水通路延展范圍廣且穩(wěn)定的特點。

23、(7)適用范圍廣，深層土體排水效率高：本發(fā)明采用的水力驅(qū)動軟土劈裂技術，廣泛適用于粉質(zhì)黏土軟土地基或淤泥質(zhì)黏土軟土地基，同時，在深層土體處依然可以有效構建水平排水通道。

24、在一種可選的實施例中，步驟s1中，通過吹填砂將場地吹至目標高程后整平至平整度達到5％，在整平后的地基表面鋪設土工編織布，形成隔離層并增強地表抗剪強度。

25、有益效果：均勻荷載分布，確保施工精度：控制平整度≤5％既確保吹填砂荷載均勻傳遞至軟土層以避免差異沉降，又為后續(xù)結(jié)構層提供均勻厚度基礎，保障施工精度與結(jié)構穩(wěn)定性。

26、在一種可選的實施例中，步驟s2具體是：架設gps基準站，基于cgcs2000坐標系進行施工坐標轉(zhuǎn)換，采用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)實時動態(tài)定位，輸入設計點位坐標(x/y/z)，通過手簿導航至目標點，標記壓裂注入點及排水板插入點，并同步記錄實測坐標。

27、有益效果：控制施工精度，高效施工管理：通過北斗導航系統(tǒng)精確定位壓裂注入點及排水板插入點，可實現(xiàn)厘米級施工精度，確保壓裂注入點及排水板間距與設計圖紙嚴格一致，避免因定位偏差導致的排水路徑錯位、固結(jié)不均等問題，同時通過數(shù)字化施工實時管理、記錄坐標數(shù)據(jù)，提升施工效率，為后期質(zhì)量追溯提供精準依據(jù)。

28、在一種可選的實施例中，步驟s3中，所述支撐劑為直徑70～120目的石英砂支撐劑，隨壓裂注入液充填入裂縫中。

29、有益效果：提高注入效率，抵抗裂縫閉合：選用直徑為70～120目的石英砂支撐劑，便于壓裂液將支撐劑攜帶注入水平裂縫中，阻止因土體自重產(chǎn)生的水平壓裂裂縫閉合現(xiàn)象。

30、在一種可選的實施例中，步驟s2中，壓裂注入點采用正方形布置，壓裂注入點間距4～5m，排水板插入間距為壓裂注入點間距一半。

31、有益效果：減少施工耗時，提高排水效率：正方形規(guī)則布點通過正交坐標體系簡化測量定位，減少定位耗時，通過減小設備轉(zhuǎn)向頻次，提高施工速度；基于排水板的有效作用范圍，將排水板間距設為壓裂點間距的一半，有效消除真空度衰減盲區(qū)，提高排水效率。

32、在一種可選的實施例中，步驟s4中，所述塑料排水板外露長度大于100cm，且外露排水板用濾布進行包裹，以防止泥沙進入；塑料排水板插入施工時垂直度偏差小于1.5％，回帶長度小于50cm；

33、埋設的土體監(jiān)測儀器包括：沉降板及真空壓力傳感器，其中，

34、沉降板用于實時監(jiān)測土體沉降量，布置于排水板網(wǎng)格中心及密封膜邊緣，布置間距8～10m，且應穿透軟弱土層布置于硬持力層頂；

35、真空壓力傳感器用于監(jiān)測密封膜下真空度均勻性，布置于密封膜與砂墊層之間，在500m2～1000m2的范圍內(nèi)至少布置一個。

36、有益效果：數(shù)字化施工，保證施工質(zhì)量：通過沉降板及真空壓力傳感器對真空預壓過程中的土體沉降量及真空度進行監(jiān)測，實時把控施工效果，及時調(diào)整施工參數(shù)，保證施工質(zhì)量。

37、在一種可選的實施例中，當真空度小于70kpa時，對密封膜下真空度采用增壓操作。

38、在一種可選的實施例中，步驟s5中，在砂墊層上依次鋪設土工布及密封膜，密封膜的邊緣埋入密封溝內(nèi)，水平排水管的排水端穿出密封膜后與真空泵組連接；開啟真空泵組進行持續(xù)抽真空工作，當土體固結(jié)度達≥90％或日均沉降量＜2mm/d時關閉真空泵終止作業(yè)。

39、在一種可選的實施例中，真空泵與排水管間設置有真空止回閥，施工期間所有真空泵24小時滿負荷運轉(zhuǎn)，并準備≥總數(shù)量10％的備用真空泵為真空泵損壞時進行替換。

40、有益效果：強化系統(tǒng)穩(wěn)定性，保障施工連續(xù)性：真空止回閥將真空度波動控制在±3kpa以內(nèi)，確保排水板持續(xù)有效排水，滿負荷運轉(zhuǎn)提高膜下真空傳遞效率，提升固結(jié)速率；備用泵組實現(xiàn)故障及時切換，避免真空度斷崖式下降。