CN102465523B - 新吹填砂软弱地基加固“干密共振法” - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新吹填砂软弱地基加固“干密共振法”，适用于大面积新吹填砂软弱地基的快速加固处理。包括以下工艺步骤：一、共振设备的建立；二、施工区域布点；三、施工区域降水：通过轻型井点降水结合振动器抽水的方式进行，在地下水位下降到一定范围后，进行振动器共振；四、第一次留振：振动器在达到所需的深度后，进行留振；五、逐级留振：达到加固处理深度后，经第一次留振后，振动器提升0.4m~0.6m，进行第二次留振，以后逐级按0.4m~0.6m进行留振，直至地表；六、共振点位对位：在共振时，当完成一组双头或三头共振后，由起重机将双头或三头共振设备引到另一组需共振点位，进行下一组共振。本发明密实效果好、解决了淤泥夹层采用共振施工的难题。

Description

新吹填砂软弱地基加固“干密共振法”

技术领域

本发明涉及一种新吹填砂软弱地基加固法。适用于大面积新吹填砂软弱地基的快速加固处理。属地基处理技术领域。

背景技术

目前，随着沿海地区的快速发展，利用滩涂和吹填造地的方法以解决工业用地不足。对于大面积吹填砂，吹填砂层厚度在6.0m以下的此类土质的处理，目前可应用“无填料共振法”处理，通过该法处理，效果明显，处理深度基本能达到设计要求。该工法的原理是利用振冲器的激振频率，通过一定的水冲压力（一般控制水冲压力在0.2Mpa），当振冲器达到设计要求的深度后，通过逐级留振（一般为0.5m留振15～20秒），使吹填砂颗粒重新排列，得到加固的效果。然而，在实际施工过程中，虽然砂粒在振冲器激振频率下得到重新排列，由于共振过程中土体处于含水量过高的情况下进行，因此，吹填砂层中大量的自由水以及共振时的水冲压力影响了砂粒层排列的密度，所以一般通过该法处理后的效果并不是很好，其地基承载力特征值≤80KPa/m2。其主要原因就是新吹填砂自身含水量高，加上在共振过程中水冲压力，使需加固范围含水量进一步加剧，其溢化无法控制，因此共振的加固区域难以达到理想的密实效果。

同时现行“无填料振冲法”最致命的就是加固区域对含砂量要求较高，特别是在共振施工期间不能有泥浆上翻，发现泥浆上涌（即使是发现草根）就不能进行无填料共振。因为无填料振冲讲究的是砂粒重新排列，如有泥浆出现，泥浆会与砂混合，在共振孔内泥浆浓度大大影响砂粒的重新排列，严重的产生泥浆护壁，共振区域成为一个个孔洞，反而破坏了土体结构。

综上所述，“无填料振冲”虽然其加固深度可控（能达到所需的深度），但由于对新吹填砂的要求严格，且由于地下水加共振时水冲压力形成加固区域含水量过高，达不到真正意义上的砂粒重新排列，因此，加固处理后的地基承载力无法进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种密实效果好、且能处理夹层泥施工的问题的新吹填砂软弱地基加固“干密共振法”。

本发明的目的是这样实现的：一种新吹填砂软弱地基加固“干密共振法”，所述方法包括以下工艺步骤：

一种新吹填砂软弱地基加固“干密共振法”，其特征在于所述共振法包括以下工艺步骤：

步骤一、共振设备的建立

用二只振动器呈直线形布置制形成双头共振设备，或用三只振动器呈三角形布置制形成三头共振设备，或用多只振动器布置形成多头共振设备，其中双头共振设备包括一“一”字型槽钢横担和二振动器，在“一”字型槽钢横担的两端通过悬挂钢丝绳各悬挂一振动器，并在“一”字型槽钢横

担的两端各开设有一起重设备起吊孔，两起吊孔之间用起重钢丝绳相连；所述三头共振设备包括一“T”字型槽钢横担和三振动器，在“T”字型槽钢横担的三端各悬挂一振动器，并在“T”字型槽钢横担的三端各开设有一起重设备起吊孔，三起吊孔之间用起重钢丝绳相连，利用起重设备将已连接的共振设备吊起；

步骤二、施工区域布点

首先进行小镙钻详探，采用30m×30m的方格网布孔进行小镙钻详探，并做好记录，在需加固区域进行干密共振法布点，干密共振法布点采用直线型或等腰三角型的方式，其中等腰三角型的方式布点时采用正等腰三角型和倒等腰三角型间隔布置，直线型或等腰三角型布点时相邻点与点之间的中心距为2.0~3.0m；

步骤三、施工区域降水

施工区域降水通过轻型井点降水结合振动器抽水的方式进行，轻型井点布置在施工区域外围，形成外围封管，在施工过程中外围封管保持工作，直至该区域共振结束，当施工区域地下水位过高时，在设置外围封管的同时，在各施工区域之间布置轻型井点管，在地下水位下降到一定范围后，拨除施工区域间轻型井点管，进行振动器共振；

步骤四、第一次留振

根据设计要求的处理深度，振动器在达到所需的深度后，进行留振，即振动器停留在该位置振动，利用振动器的激振频率使周边砂粒密实，在留振过程中，土体在密实的同时，地下水同时渗入干密振动器周边，并由

振动器内置的抽水设备排出；该留振时间为20～30秒；

步骤五、逐级留振

根据设计要求的加固深度，达到加固处理深度后，经第一次留振后，振动器提升0.4 m ~0.6m，进行第二次留振，该第二次留振时间为20～30秒，以后逐级按0.4 m ~0.6m进行留振，直至地表，每级留振时间为20～30秒；

步骤六、共振点位对位

在共振时，当完成一组双头或三头共振后，由起重机将双头或三头共振设备引到另一组需共振点位，进行下一组共振。

本发明的有益效果是：

1、简便快速，节能环保

干密共振法应用振动器设备，对地下水位过高，含水量较大的地质则通过轻型井点降水结合振动器内置的抽水设备降低地下水的方法，在需加固区域土体达到最佳含水量的同时进行共振密实，不仅适用于新吹填砂的软弱地基加固处理，而且适用于吹填砂夹泥层软弱地基的处理。直接利用原场地现有材料进行加固处理，本发明就地取材，利用自然条件及强制降低土体含水量的方法，简便快速无污染。

2、可控的加固深度及加固效果

本施工方法采取降水共振，通过对不同土质的留振强化了激振频率的利用，土体的振动的过程中，地下水通过振动器不断排出土体，土体在振动的同时进行颗粒重新排列，不断密实，加剧了沉降量的同时得到理想的

固结效果，其加固深度随振动器的长度而达到，其加固效果随振动器的功率而得到强化。解决了“无填料共振”产生溢化无法达到高承载力的关键难题。

3、适宜不同土质的加固处理

由于本工法所采取的设备为振动器，振动器在施工时通过振动并抽取地下水排出土体内，因此解决了无填料共振法不能处理夹泥地质的难题。本工法对夹泥层的处理通过多次回振-回振的同时抽取地下水-砂层随回振与夹泥混合的原理达到加固处理。从而确立了适用于不同土质的处理效果。

4、快速高效，降低工程造价

本工法可根据需加固区域地下水的情况确定施工，利用振动器内置的降水结构进行共振密实，也可结合轻型井点降水方法（如设置外围封管、设置内层井管的降水措施），或在需加固区域开沟强排水等方法，通过快速降低地下水来加快共振密实施工进度，同时确保土体内最佳含水量以达到加固效果。

由于本工法满足深层处理的要求，且设备投入小，人员投入少，施工时间短。在实际施工过程中，处理6～8m深度，一台起重设备进行双头共振每小时可施工面积为300～500㎡；投入人员仅需5～6人。

综上，本发明方法直接利用需加固区域软弱地基进行加固，无污染；而且由于本工法采取降低土体含水量的技术，适宜于不同土质的加固处理，且加固深度及承载力均可对振动器调整。最根本的就是破解了“无填料共振”无法处理夹层泥施工的关键问题。

附图说明

图1为本发明采用的“一”字型槽钢横担结构示意图。

图2为本发明采用的双头共振设备结构示意图。

图3为本发明采用的“T”字型槽钢横担结构示意图。

图4为本发明采用的三头共振设备结构示意图。

图5为本发明采用的双头共振布点图。

图6为本发明采用的三头共振布点图。

图7为本发明所采用的振动器结构图。

图8为本发明采用振动器剖面内部结构图。

图中附图标记：

起重钢丝绳1、“一”字型或“T”字型槽钢横担2、悬挂钢丝绳3、振动器4；

吸水滤头4.1、侧进水缝4.2、接头4.3、上钢管4.4、悬挂钢丝绳吊环4.5、振动头4.6、下钢管、污水泵4.8、排水管4.9。

具体实施方式

本发明涉及一种新吹填砂软弱地基加固“干密共振法”，所述方法包括以下工艺步骤：

一、前期准备

1、共振区域确定

要形成共振，须根据振动器的激振频率、共振过程中激振影响范围和设计要求加固深度等确定；

1.1共振过程中激振影响范围

一般30KW的单套振动器其激振影响范围为1.0m，共振范围为2.0m；45KW的单套振动器其激振影响范围1.25m，共振范围为2.5m；

75KW的单套振动器其激振影响范围1.5m，共振范围为3.0m。

1.2、共振过程中激振影响加固深度

一般30KW的振动器其影响加固深度为6.0m～8.0m；45KW的振动器其影响加固深度为8.0m～12.0m；75KW的振动器其影响加固深度为12.0m～18.0m。

1.3、共振过程中激振影响范围及加固深度，在实际施工过程中应根据新吹填区域的地质情况确定，并通过试验区确定最佳共振间距、振动器功率以及土体最佳含水量等参数。

二、地基加固

方案一：纯砂层干密共振法施工

步骤一、共振设备的建立

用二只振动器呈直线形布置制形成双头共振设备，或用三只振动器呈三角形布置制形成三头共振设备，或用多只振动器布置形成多头共振设备，其中双头共振设备包括一“一”字型槽钢横担2和二振动器4，在“一”字型槽钢横担的两端通过悬挂钢丝绳3各悬挂一振动器4，并在“一”字型槽钢横担的两端各开设有一起重设备起吊孔，两起吊孔之间用起重钢丝绳1相连；所述三头共振设备包括一“T”字型槽钢横担2和三振动器4，在“T”字型槽钢横担2的三端各悬挂一振动器4，并在“T”字型槽钢横

担2的三端各开设有一起重设备起吊孔，三起吊孔之间用起重钢丝绳1相连，利用起重设备将已连接的共振设备吊起。

步骤二、施工区域布点

首先进行小镙钻详探，目的是为了掌握施工区域的局部地质变化情况。不同的地质结构，要调整不同的施工参数，以尽可能达到最佳施工效果。采用30m×30m的方格网布孔进行小镙钻详探，并做好记录，根据设计要求及试验后得到的施工参数，在需加固区域进行干密共振法布点，布点处用明显标志（细竹桩或塑料袋等按一定间距布置）标出。干密共振法布点采用直线型或等腰三角型的方式，其中等腰三角型的方式布点时采用正等腰三角型和倒等腰三角型间隔布置，直线型或等腰三角型布点时相邻点与点之间的中心距为2.0~3.0m。在实际施工中，以等腰三角型布点其效果最佳（以下均按等腰三角型布点进行说明）。

步骤三、施工区域降水

由于地下水对共振的质量影响大，因此本工法主要是降低地下水，在达到最佳含水量的条件下进行共振。在施工过程中施工区域降水通过轻型井点降水结合振动器抽水的方式进行，达到快速降低地下水，轻型井点布置在施工区域外围，形成外围封管，在施工过程中外围封管保持工作，直至该区域共振结束，当施工区域地下水位过高的情况下，在设置外围封管的同时，因共振区域有一定的间距，也可在各施工区域之间布置轻型井点管，快速降低施工区域的地下水，以利振动器快速共振，在地下水位下降到一定范围后，拨除施工区域间轻型井点管，进行振动器共振；

步骤四、第一次留振

根据设计要求的处理深度，振动器在达到所需的深度后，进行留

振，即振动器停留在该位置振动，利用振动器的激振频率使周边砂粒密实，其原理就如米粒置于杯中，不断晃动杯子使颗粒得到重新排列，在留振过程中，由于振动器处于激振状态，土体在密实的同时，地下水同时渗入振动器周边，并由振动器内置的抽水设备排出；留振时间根据地质条件及留振时土体所达到的最佳含水量确定，一般为20～30秒。

步骤五、逐级留振

根据设计要求的加固深度，达到加固处理深度后，经第一次留振后，振动器提升0.4 m ~0.6m（根据地质条件确定），进行第二次留振，该第二次留振时间为20～30秒，由于第一次留振过程中的抽取地下水，因此第二次留振时间可适当减少，确定留振时间的原则为：留振区域有一定的含水量但不溢化。以后逐级按0.4 m ~0.6m（根据地质条件确定）进行留振，直至地表，每级留振时间为20～30秒；

步骤六、共振点位对位

在共振时，当完成一组双头或三头共振后，由起重机将双头或三头共振设备引到另一组需共振点位，进行下一组共振。

三、干密共振法监测：

1、振动器的监测

振动器设备通过控制台－控制台连接电流表、电压表、互感器等振动器设备正常运行的电器控制仪表－380V交流电。通过控制台各种仪表的显

示情况可以确定振动器在空载及工作时的情况。

2、施工过程监测

在振动器共振过程中，通过控制台各仪表显示的电流数据，特别是留振过程中的电流显示情况（一般为空载电流的二倍左右）确定密实效果。达到效果后，由负责控制台操作人员如实记录作为资料，为保证不漏点，因此在施工过程中根据布点图（图5和图6）对已完成干密振动桩位用连线标注。控制台操作人员在施工过程中与起重机司机保持联系（在控制台设置有电铃或告知装置），起重机司机根据控制台操作人员发出的指令进行起吊或留振。

方案二、夹泥区域干密共振法的处理

由于本工法是在施工过程中降水共振，因此对夹泥区域同样可进行处理，其处理工艺如下：

步骤一、步骤二和步骤三同方案一。

步骤四、第一次留振

根据设计要求的处理深度，振动器在达到所需的深度后，进行留振，对夹泥区在留振时应充分重视，根据小镙钻详探对已知夹泥区位置进行留振-提升-留振-下回原位-再留振-再提升的方法进行多次上下留振，其-10-

目的是通过多次上下留振达到排出地下水，砂粒与泥层充分搅拌。在留振过程中，由于振动器处于激振状态，上层砂粒随振动器的振动填入夹泥层，多次共振，使泥砂混合，土体在密实的同时，地下水同时渗入振动器周边，并由振动器内置的抽水设备排出。该留振时间根据地质条件及留振时土体

所达到的最佳含水量确定，一般为20～30秒。

步骤五和步骤六同方案一。

干密共振法监测：同方案一。

图5为本发明采用的双头共振布点图。

在施工过程中由控制台操作人员将已完成的点位用直线连接，表示已完成；在实际施工过程中，共振结束到那边线就连接到那，以防漏点产生质量事故。

图6为本发明采用的三头共振布点图。

在施工过程中由控制台操作人员将已完成的点位用直线连接，表示已完成；在实际施工过程中，共振结束到那连线就连接到那，以防漏点产生质量事故。

参见图7和图8，图7为本发明所采用的振动器结构图。图8为本发明所采用的振动器内部结构图。由图7和图8可以看出，所述振动器4，包括上钢管4.4和下钢管，上钢管4.4和下钢管之间用一接头4.3相连，下钢管4.7底部设置有吸水滤头4.1，下钢管4.7侧壁设置有侧进水缝4.2，下钢管内设置有污水泵4.8，污水泵4.8出口与一排水管4.9相连，排水管4.9出口引出上钢管4.4外，上钢管4.4顶部设置有振动头4.6，上钢管4.4上部外缘设置有悬挂钢丝绳吊环4.5。

工作原理：

振动器底部为设置有无数小孔的吸水滤头，当开启振动器下沉工作时，地下水通过吸水滤头，由污水泵通过水管排出，同时侧进水缝内置过滤网，

振动器振动后对土体扰动时，大量的下钢管外水通过侧进水缝进入下钢管内，并由内置的污水泵排出，实现了干密振动的目的。

Claims (5)

1.一种新吹填砂软弱地基加固“干密共振法”，其特征在于所述共振法包括以下工艺步骤：

步骤一、共振设备的建立

用二只振动器呈直线形布置形成双头共振设备，或用三只振动器呈三角形布置形成三头共振设备，或用多只振动器布置形成多头共振设备，其中双头共振设备包括一“一”字型槽钢横担(2)和二振动器(4)，在“一”字型槽钢横担的两端通过悬挂钢丝绳(3)各悬挂一振动器(4)，并在“一”字型槽钢横担的两端各开设有一起重设备起吊孔，两起吊孔之间用起重钢丝绳(1)相连；所述三头共振设备包括一“T”字型槽钢横担(2)和三振动器(4)，在“T”字型槽钢横担(2)的三端各悬挂一振动器(4)，并在“T”字型槽钢横担(2)的三端各开设有一起重设备起吊孔，三起吊孔之间用起重钢丝绳(1)相连，利用起重设备将已连接的共振设备吊起；

步骤二、施工区域布点

首先进行小镙钻详探，采用30m×30m的方格网布孔进行小镙钻详探，并做好记录，在需加固区域进行干密共振法布点，干密共振法布点采用直线型或等腰三角型的方式，其中等腰三角型的方式布点时采用正等腰三角型和倒等腰三角型间隔布置，直线型或等腰三角型布点时相邻点与点之间的中心距为2.0~3.0m；

步骤三、施工区域降水

施工区域降水通过轻型井点降水结合振动器抽水的方式进行，轻型井点布置在施工区域外围，形成外围封管，在施工过程中外围封管保持工作，直至该区域共振结束，当施工区域地下水位过高时，在设置外围封管的同时，在各施工区域之间布置轻型井点管，在地下水位下降到一定范围后，拨除施工区域间轻型井点管，进行振动器共振；

步骤四、第一次留振

根据设计要求的处理深度，振动器在达到所需的深度后，进行留振，即振动器停留在该位置振动，利用振动器的激振频率使周边砂粒密实，在留振过程中，土体在密实的同时，地下水同时渗入振动器周边，并由振动器内置的抽水设备排出；该留振时间为20～30秒；

步骤五、逐级留振

根据设计要求的加固深度，达到加固处理深度后，经第一次留振后，振动器提升0.4 m ~0.6m，进行第二次留振，该第二次留振时间为20～30秒，以后逐级按0.4 m ~0.6m进行留振，直至地表，每级留振时间为20～30秒；

步骤六、共振点位对位

在共振时，当完成一组双头或三头共振后，由起重机将双头或三头共振设备引到另一组需共振点位，进行下一组共振；

所述振动器(4)，包括上钢管(4.4)和下钢管，上钢管(4.4)和下钢管之间用一接头(4.3)相连，下钢管底部设置有吸水滤头(4.1)，下钢管侧壁设置有侧进水缝(4.2)，下钢管内设置有污水泵(4.8)，污水泵(4.8)出口与一排水管

 (4.9)相连，排水管(4.9)出口引出上钢管(4.4)外，上钢管(4.4)顶部设置有振动头(4.6)，上钢管(4.4)上部外缘设置有悬挂钢丝绳吊环(4.5)。

2.根据权利要求1所述的一种新吹填砂软弱地基加固“干密共振法”，其特征在于所述施工区域为纯砂层。

3.根据权利要求1所述的一种新吹填砂软弱地基加固“干密共振法”，其特征在于所述施工区域为夹泥区域，夹泥区域在步骤四所述第一次留振时，根据小镙钻详探对已知夹泥区域位置进行留振-提升-留振-下回原位-再留振-再提升的方法进行多次上下留振。

4.根据权利要求1所述的一种新吹填砂软弱地基加固“干密共振法”，其特征在于所使用的振动设备为电动、气动或液压振动设备结合内置抽水设备而达到干密振动的效果。

5.根据权利要求1所述的一种新吹填砂软弱地基加固“干密共振法”，其特征在于结合对软弱地基进行真空降水、明沟强制排水达到需共振区域水位下降后进行干密共振。

Images