CN104790372A - 一种振动-压气-真空联合地基加固系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种振动-压气-真空联合地基加固系统和方法。系统包括振动器、振动板、真空管、喷气管；所述振动器固定在振动板上，组成振动系统；所述振动板上设有真空管接口和喷气管接口，所述真空管、喷气管分别通过螺栓连接真空管接口和喷气管接口，置于振动板底部，所述真空管上端连接真空泵，组成抽真空系统，所述喷气管上端连接高压气泵，组成压气系统。方法步骤为：引起共振，液化土体，产生裂隙，形成排水通道，抽真空快速排水以及表层振密。本发明方法工期短，通过振动、气压和真空结合，快速液化、快速抽排水，快速固结，处理完场地马上就可以使用；土体表层强度很快得到提高，对于作业空间狭小的复杂场地也完全可以施工。

Description

一种振动-压气-真空联合地基加固系统和方法
技术领域
本发明涉及一种振动-压气-真空联合地基加固系统和方法，属于岩土工程中软土地基处理技术领域。
背景技术
随着城市可资利用土地的减少以及人们环境保护意识的增强，近年来人们在沿海、河、江边软地基工程日益增多。特别是新近吹填土，含水量很高、排水固结时间慢，必须经过处理才能满足使用要求，就目前土地资源紧缺及国家有关围海造地规划来看，这类工程今后还会大量增加，因而在软地基处理领域有着广阔的应用前景。
对于新近吹填软土，目前软土常用的处理方法主要有排水固结法、振冲法、降水强夯法等，这些方法都有各自的适用范围，排水固结法适用于除了渗透性能极差的泥炭土外的几乎大部分软地基，主要包括堆载预压法和真空预压法，堆载预压法是指在场地临时堆填土石等，对地基处理加载预压，使地基沉降量能够提前完成，并通过地基土固结提高地基承载力，达到要求后再卸去预压荷载，该方法有三点不足：其一需要附近有大量土石方，造价比较高；其二堆载高度过大会带来边坡稳定性问题；其三工期较长。真空预压法是在拟处理地基上铺设砂垫层，并设置竖向排水通道（塑料排水板或砂井），然后再用薄膜密封砂垫层，用真空泵对砂垫层及竖向排水通道进行抽气，使薄膜下真空度降低，同时在大气压力作用下加速地基固结，达到要求后停止抽气，该方法的不足之处为：其一处理地基承载力有限，一般80kPa左右；其二工期较长；其三不适用于渗透性能较好的砂层。振冲法是通过振动使土体液化密实，所产生的自重水需要自流排走，另外由于表层没有压力作用，对于表层土的加固效果不好。降水强夯法是先通过降水使地下水降低，再通过强夯工艺加固土体，该方法将降水与强夯振动分为一前一后两道工序，工期较长，无法调整振动频率，对于粘粒含量较高的土体，容易形成“弹簧土”现象。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种振动-压气-真空联合地基加固系统和方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种振动-压气-真空联合地基加固系统，包括振动器、振动板、真空管、喷气管；所述振动器固定在振动板上，组成振动系统；所述振动板上设有真空管接口和喷气管接口，所述真空管、喷气管分别通过螺栓连接真空管接口和喷气管接口，置于振动板底部，所述真空管上端连接真空泵，组成抽真空系统，所述喷气管上端连接高压气泵，组成压气系统。
所述振动器能够产生频率为10~30Hz的与土体自振频率相近的中低频率，根据不同地基的土质土性调节振动器产生不同振动频率、不同振动力和不同振动次数的振动，使其更适合待处理软土地基。
所述抽真空系统、振动系统和压气系统根据需要选择其中任意两种进行组合。
所述抽真空系统与振动系统和压气系统相分离，直接作用于待处理软土地基上。
一种振动-压气-真空联合地基加固方法，应用上述的振动-压气-真空联合地基加固系统，具有以下步骤：
1）根据待处理软土地基的土质土性，通过计算确定真空管的间距、真空度、真空抽水时间，以及振动器的振动频率、振动力、振动次数参数；
2）采用起吊装置把振动板吊起，将若干真空管，喷气管分别与振动板上的真空管接口，喷气管接口通过螺栓连接；
3）至拟加固地基地点，保持振动板与地面平行，使真空管，喷气管竖直无倾斜，然后缓慢下压振动板，直至真空管和喷气管完全压入拟加固软土地基中；真空管上端连接抽真空系统，喷气管上端连接高压气泵；
4）开启振动器，对土体施加水平振动力荷载，振动能量通过振动板和喷气管向周围扩散，加速土体液化现象的发生；
5）在振动板底面和周围出现冒水现象时，表示土体已经液化，此时开启高压气泵，通过喷气管向土体内灌入高温高压气体，并同时启动抽真空系统，通过真空管进行抽真空，使土体中的水快速排出；
6）待出水量减少至预定要求时，关闭振动器、高压气泵和抽真空系统，缓慢拔出真空管和喷气管，再把设备吊移至下一个拟加固地基地点。
与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：
本发明方法工期短，通过振动、气压和真空结合，快速液化、快速抽排水，快速固结，处理完场地马上就可以使用；结合了排水、振密、自重三种作用荷载，土体表层强度很快得到提高，对于要求预处理或短时间内要求满足施工条件的场地具有明显优势；对施工条件的适应性强，对于作业空间狭小的复杂场地也完全可以施工。
附图说明
图1为振动板俯视图。
图2为图1中A-A截面示意图。
图3为喷气管，真空管接口局部放大图。
图4，图5为将抽真空系统从振动系统和压气系统相分离的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施例做进一步的说明。
如图1至图3所示，一种振动-压气-真空联合地基加固系统，包括振动器2、振动板3、真空管4、喷气管5；所述振动器2固定在振动板3上，组成振动系统；所述振动板3上设有真空管接口6和喷气管接口7，所述真空管4、喷气管5分别通过螺栓8连接真空管接口6和喷气管接口7，置于振动板3底部，所述真空管4上端连接真空泵，组成抽真空系统，所述喷气管5上端连接高压气泵，组成压气系统。
所述振动器2能够产生频率为10~30Hz的与土体自振频率相近的中低频率，根据不同地基的土质土性调节振动器2产生不同振动频率、不同振动力和不同振动次数的振动，使其更适合待处理软土地基。
所述抽真空系统、振动系统和压气系统根据需要选择其中任意两种进行组合。
如图4和图5所示，所述抽真空系统与振动系统和压气系统相分离，直接作用于待处理软土地基上。
一种振动-压气-真空联合地基加固方法，应用上述的振动-压气-真空联合地基加固系统，具有以下步骤：
1）根据待处理软土地基的土质土性，通过计算确定真空管4的间距、真空度、真空抽水时间，以及振动器2的振动频率、振动力、振动次数参数；
2）采用起吊装置1把振动板3吊起，将若干真空管4，喷气管5分别与振动板3上的真空管接口6，喷气管接口7通过螺栓8连接；
3）至拟加固地基地点，保持振动板3与地面平行，使真空管4，喷气管5竖直无倾斜，然后缓慢下压振动板3，直至真空管4和喷气管5完全压入拟加固软土地基中；真空管4上端连接抽真空系统，喷气管5上端连接高压气泵；
4）开启振动器2，对土体施加水平振动力荷载，振动能量通过振动板3和喷气管5向周围扩散，加速土体液化现象的发生；
5）在振动板3底面和周围出现冒水现象时，表示土体已经液化，此时开启高压气泵，通过喷气管5向土体内灌入高温高压气体，并同时启动抽真空系统，通过真空管4进行抽真空，使土体中的水快速排出；
6）待出水量减少至预定要求时，关闭振动器2、高压气泵和抽真空系统，缓慢拔出真空管4和喷气管5，再把设备吊移至下一个拟加固地基地点。
本发明的原理如下：
引起共振，液化土体：通过对地基土施加水平向振动荷载，调节振动器2的自振频率使其接近场地土体的自振频率而产生共振，使颗粒之间摩擦力减小，颗粒达到最大振幅，土体内超孔隙水压力升高且不能及时消散，升高到一定程度后导致土体液化，颗粒之间的粘结力降低。
产生裂隙，形成排水通道：通过向喷气管5内灌入高温高压气体，进一步增大超孔隙水压力，并使土体内产生裂隙，裂隙为超孔隙水压力的消散提供了排水通道，加快了超孔隙水压力的消散速率，并加快土体的固结，提高土体的有效应力。
抽真空快速排水：振动气压作用使喷气管5侧壁形成高孔隙水压力区，即高水头势位，其与真空排水产生的负压即低水头势位形成较高的水力梯度，在该水力梯度作用下地下水沿着排水通道快速流动，增加了真空排水水量，快速降低软土含水量加速固结。
表层振密：振动器2下方装有振动板3，在孔隙水排出的同时，在振密和自重作用下将表层土进一步密实。

Claims (5)

1.一种振动-压气-真空联合地基加固系统，其特征在于，包括振动器（2）、振动板（3）、真空管（4）、喷气管（5）；所述振动器（2）固定在振动板（3）上，组成振动系统；所述振动板（3）上设有真空管接口（6）和喷气管接口（7），所述真空管（4）、喷气管（5）分别通过螺栓（8）连接真空管接口（6）和喷气管接口（7），置于振动板（3）底部，所述真空管（4）上端连接真空泵，组成抽真空系统，所述喷气管（5）上端连接高压气泵，组成压气系统。
2.根据权利要求1所述的振动-压气-真空联合地基加固系统，其特征在于，所述振动器（2）能够产生频率为10~30Hz的与土体自振频率相近的中低频率，根据不同地基的土质土性调节振动器（2）产生不同振动频率、不同振动力和不同振动次数的振动，使其更适合待处理软土地基。
3.根据权利要求1所述的振动-压气-真空联合地基加固方法，其特征在于，所述抽真空系统、振动系统和压气系统根据需要选择其中任意两种进行组合。
4.根据权利要求1所述的振动-压气-真空联合地基加固系统，其特征在于，所述抽真空系统与振动系统和压气系统相分离，直接作用于待处理软土地基上。
5.一种振动-压气-真空联合地基加固方法，应用如权利要求1所述的振动-压气-真空联合地基加固系统，其特征在于，具有以下步骤：
1）根据待处理软土地基的土质土性，通过计算确定真空管（4）的间距、真空度、真空抽水时间，以及振动器（2）的振动频率、振动力、振动次数参数；
2）采用起吊装置（1）把振动板（3）吊起，将若干真空管（4），喷气管（5）分别与振动板（3）上的真空管接口（6），喷气管接口（7）通过螺栓（8）连接；
3）至拟加固地基地点，保持振动板（3）与地面平行，使真空管（4），喷气管（5）竖直无倾斜，然后缓慢下压振动板（3），直至真空管（4）和喷气管（5）完全压入拟加固软土地基中；真空管（4）上端连接抽真空系统，喷气管（5）上端连接高压气泵；
4）开启振动器（2），对土体施加水平振动力荷载，振动能量通过振动板（3）和喷气管（5）向周围扩散，加速土体液化现象的发生；
5）在振动板（3）底面和周围出现冒水现象时，表示土体已经液化，此时开启高压气泵，通过喷气管（5）向土体内灌入高温高压气体，并同时启动抽真空系统，通过真空管（4）进行抽真空，使土体中的水快速排出；
6）待出水量减少至预定要求时，关闭振动器（2）、高压气泵和抽真空系统，缓慢拔出真空管（4）和喷气管（5），再把设备吊移至下一个拟加固地基地点。
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