CN103061324A - 一种地下充气的液化地基处理装置及施工方法 - Google Patents

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陈育民
刘汉龙
吴海清
丁选明
于陶
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Abstract

本发明公开了一种地下充气的液化地基处理装置及施工方法。该装置由空气压缩机、充气管、地震触发装置、导线组成。采用钻孔的施工方式将充气管倾斜地打入上部建筑物的地基四周，充气管的底部深度达到地基的可液化土层底部，充气管底部打设充气孔，充气管与空气压缩机相连接。当地震来临时，埋置在地基下方的地震触发装置即触动空气压缩机启动，迅速抽取空气压入到地基可液化土层中，并在可液化土层中产生气泡，降低可液化土层的饱和度，增大土体的抗液化强度，减小地震过程中土体中的超孔隙水压力的增长，从而有效地降低土体的液化范围，阻止液化灾害的发生。本方法施工简单，造价低廉，抗液化效果好，尤其适用于堤防、码头等大面积易液化地基的处理。

Description

一种地下充气的液化地基处理装置及施工方法
技术领域
本发明属于土木水利工程技术领域，特别涉及一种地下充气处理液化地基的装置及施工方法。 
背景技术
液化是造成场地地震损害的首要原因之一，地震引起的地基失事约50%起因于液化。近几年来，我国地震灾害不断发生，其中砂土液化引起了道路管线、地下工程、堤坝等的严重破坏，引起工程界的普遍关注。 
地震发生时，孔隙水压力会急剧增大，当孔隙水压力大到总应力值时，有效应力就降到0，颗粒悬浮在水中，砂土体即发生液化。这是砂土液化发生的机理，砂土液化的防治主要从预防砂土液化的发生和防止或减轻建筑物不均匀沉陷两方面入手。包括合理选择场地；采取振冲、夯实、爆炸、挤密桩等措施，提高砂土密度；排水降低砂土孔隙水压力；换土，板桩围封，以及采用整体性较好的筏基、深桩基等方法，国内在工程上最常用的是桩基处理法。这些方法只能减轻建筑物的不均匀沉降，并不能预防或者阻止砂土液化灾害的发生。其中，振冲、夯实、爆破等措施对邻近建筑物有一定的影响，施工时噪音大，震动大；采用桩基础处理造价高，施工期长，不适宜大面积的液化地基的处理。 
发明内容
本发明的目的就是在于克服上述传统方法的缺陷，发明一种地下充气的液化地基处理装置及施工方法，能够预防砂土液化的发生，特别适用于大面积的液化地基的处理。 
研究显示，砂土的饱和度只要稍微降低一点，那么砂土液化的可能性就会大大降低，降低砂土饱和度的方法之一就是充气法，即将气体注入砂土。充填在土孔隙中的水对土的工程性质影响较大，直接影响着土的状态和性质。由于地震时在地基中产生很大的超孔隙水压力，砂粒间的结合逐渐破坏，最后土骨架破坏从而发生液化，如果在孔隙水压力上升过程中，将气体连续不断地压入土孔隙中，那么砂土的超孔隙水压和饱和度都会随即降低，砂土不会达到饱和状态，也就极大的降低了液化的可能性。 
由于地震的发生具有突发性的特点，为了避免地震时产生的液化，需要时刻保持地基中可液化土层处于低饱和度的状态。本发明采用地震触发装置，在开始地震时立即启动充气装置进行充气作业，便能有效地在地震动过程中阻止液化灾害的发生。充气法的一大优点就是成本低廉，这也为大面积的易液化地基的处理提供了经济有效的方法。 
  
本发明采用的技术方案是：
一种地下充气的液化地基处理装置，包括空气压缩机、充气管、地震触发装置、导线，其特征在于：采用钻孔的施工方式将充气管倾斜打入建筑物的地基四周，钻孔的深度根据可液化土层的位置和深度确定，充气管的底部深度达到地基的可液化土层，铺设水平的充气管，用三通将打入地基底部的充气管跟水平充气管相连通，充气管与空气压缩机通过空心塑料软管相连接，在建筑物场地埋设地震触发装置，地震触发装置与空气压缩机通过导线连接。当地震发生时，地震触发装置触动空气压缩机开启，迅速抽取空气压入地基，压入砂土中的气泡能够有效地降低砂土的饱和度，减小孔隙水压力的增长，从而有效的阻止液化灾害的发生。
所述的充气管在底端1m~3m范围内打设均匀的充气孔。 
所述的充气孔的直径为5mm~10mm。 
所述的充气管在打设充气孔的部位包裹一层土工布。 
所述的充气管的根数根据建筑物场地的大小由水平距决定，对于一般场地，充气管的水平间距为1.5m~5m。 
所述的充气管为塑料管，直径为50mm~100mm。 
  
一种地下充气的液化地基处理的施工方法，主要技术步骤如下：
（1） 根据地质勘探结果，了解地基可液化土层的位置和深度，确定充气管的埋设深度；
（2） 在充气管底端1m~3m范围内打设均匀的充气孔，充气孔的直径为5mm~10mm；
（3） 在充气管打设充气孔的部位包裹一层土工布；
（4） 采用钻孔的施工方法将带有土工布包裹的充气管倾斜地打入地基，深度达到可液化土层底部，确保充气孔的位置位于建筑物的下方；
（5） 布置水平充气管，用三通将水平充气管与倾斜充气管相连通；
（6） 水平充气管与空气压缩机通过空心塑料软管相连接；
（7） 在建筑物场地埋设地震触发装置；
（8） 空气压缩机与地震触发装置通过导线相连接，并使地震触发装置和空气压缩机均保持通电状态。
  
    本发明的优点和效果在于：
（1） 相对于一般工程中常用的桩基础，本发明的使用范围更广，不仅适应于施工前的液化地基处理，对已建成的建筑物地基处理同样适用。
（2） 相对于一般工程中常用的桩基础，本装置采用塑料管道，成本低廉，适合于大面积液化地基的处理，施工工艺简单，易于在实践工程中操作。 
（3） 在地基中埋设了地震触发装置，能及时在地震发生初期，即可启动空气压缩机，起到了很好的液化震害预防的作用。 
  
附图说明
图1 本发明装置示意图 
图2 本发明装置剖面图
图中：
1 堤防
2 充气管
3 充气孔
4 空气压缩机
5 地震触发装置
6 导线
7 水平充气管
8 素填土
9 可液化土层
10 非液化层
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。
  
具体实施方式：
一种地下充气的液化地基处理装置，取直径为50mm~100mm的塑料管作为充气管（2），在充气管的底端1~3m处打设密集的直径为5mm~10mm的充气孔（3），在充气管（2）打设充气孔（3）的部位包裹一层土工布，以钻孔的施工方式将打过孔包裹过土工布的充气管（2）倾斜打入上部堤防（1）的地基四周，充气管（2）的底部深度达到地基的可液化土层（9）。充气管的水平间距为1.5m~5m。铺设水平的充气管（7），用三通将打入地基底部的充气管（2）跟水平充气管（7）相连通，水平充气管（7）与空气压缩机（4）通过空心塑料软管相连接。在建筑物场地埋设地震触发装置（5），地震触发装置（5）与空气压缩机（4）通过导线连接。当地震来临时，地震触发装置（5）即触动空气压缩机（4）启动，迅速抽取空气压入地基，压入砂土中的气泡能够有效地降低砂土的饱和度，减小孔隙水压力的增长，从而有效的阻止液化灾害的发生。     
一种地下充气的液化地基处理的施工步骤如下：
1. 根据地质勘探结果，了解地基可液化土层（9）的位置和深度，确定充气管（2）的埋设深度；充气管为塑料管，直径为50mm~100mm。
2. 在充气管（2）底端1~3m范围内打设密集的直径为5mm~10mm的充气孔（3）； 
3. 在充气管（2）打设充气孔的部位包裹一层土工布；
4. 采用钻孔的施工方法将带有土工布包裹的充气管（2）倾斜打入地基，深度达到可液化土层（9)；充气管的水平间距为1.5m~5m；
5. 布置水平充气管（7），用三通将水平充气管（7）与倾斜充气管（2）相连通；
6. 水平充气管（7）与空气压缩机（4）通过空心塑料软管连接；
7. 在建筑物场地埋设地震触发装置（5）；
8. 空气压缩机（4）与地震触发装置（5）通过导线（6）连接，并使空气压缩机（4）和地震触发装置（5）保持通电状态。

Claims (4)

1. 一种地下充气的液化地基处理装置，包括空气压缩机、充气管、地震触发装置、导线，其特征在于：采用钻孔的施工方式将充气管倾斜地打入上部建筑物的地基四周，钻孔的深度根据可液化土层的位置和深度确定，充气管的底部深度达到地基的可液化土层，铺设水平的充气管，用三通将打入地基内部的充气管跟水平充气管相连通，充气管与空气压缩机通过空心塑料软管相连接，在建筑物地基中埋设地震触发装置，地震触发装置与空气压缩机通过导线连接；
所述的充气管在底端1m~3m范围内打设均匀的充气孔；
所述的充气孔的直径为5mm~10mm；
所述的充气管在打设充气孔的部位包裹一层土工布。
2. 根据权利要求1所述的一种地下充气的液化地基处理装置，其特征在于：所述的充气管的根数根据建筑物场地的大小和水平间距决定，水平间距为1.5m~3m。
3.根据权利要求1所述的一种地下充气的液化地基处理装置，其特征在于：所述的充气管为塑料管，直径为50mm~100mm。
4.根据权利要求1所述的一种地下充气的液化地基处理的施工方法，包括以下技术步骤：
（1） 根据地质勘探结果，了解地基可液化土层的位置和深度，确定充气管的埋设深度；
（2） 在充气管底端1m~5m范围内打设均匀的充气孔，充气孔的直径为5mm~10mm；
（3） 在充气管打设充气孔的部位包裹一层土工布；
（4） 采用钻孔的施工方法将带有土工布包裹的充气管倾斜地打入地基，充气管底部深度达到可液化土层底部，确保充气孔的位置位于建筑物的下方；
（5） 布置水平充气管，用三通将水平充气管与倾斜充气管相连通；
（6） 水平充气管与空气压缩机通过空心塑料软管相连接；
（7） 在建筑物场地埋设地震触发装置；
（8） 空气压缩机与地震触发装置通过导线相连接，并使地震触发装置和空气压缩机均保持通电状态。
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