CN105926579A - 一种加压式套管冲击排水固结系统及方法 - Google Patents

一种加压式套管冲击排水固结系统及方法 Download PDF

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Abstract

一种加压式套管冲击排水固结系统及方法，包括以下步骤：平整场地，打夯机冲击夯压实地表2‑3遍，将振动棒插入土体2‑6m深，开启振动棒；在土体上成孔，将套管和加压管插入孔内，在加压管上端设置加压密封垫将土体表面密封；将加压管连接至加压泵，启动加压泵,将套管的内管连接至抽水泵，启动抽水泵，开始自动持续抽水或抽真空；待套管外管的水位低于预设水位后，移除密封加压系统，对场地进行第一遍点夯；重新布设密封加压系统再次排水，待外管中的水位低于重新设定的预设水位后，加大夯击能进行第二次点夯；重复以上排水步骤，排水2‑3遍，降低夯击能进行一次满夯。本发明缩短了排水固结的工期，处理地基深度更深，并能够提高处理后地基的承载力。

Description

一种加压式套管冲击排水固结系统及方法
技术领域
本发明涉及土木建筑领域的地基处理技术，具体而言，涉及一种加压式套管冲击排水固结系统及方法。
背景技术
排水固结法是对天然地基，或先在地基中设置砂井(袋装砂井或塑料排水带)等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载；或在建筑物建造前在场地上先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。现有排水固结法又有真空预压法、增压式真空预压法、堆载预压法、高真空击密法等。以上几种方法在施工周期、施工成本、及施工后地基承载力等方面都有各自的缺点。真空预压法和堆载预压法施工成本高，施工周期长，一般需半年以上，且施工后地基承载力低，理想状态下仅为80kpa，且处理深度浅，一般不超过10米。增压式真空预压法的施工周期也较长，一般为4个月。该方法在处理浅层软土地基(8米以内)成本相对较高、且处理后承载力较低；而在处理深度较大的软土地基时，由于排水板是一次性使用，所以施工成本较高。高真空击密法的施工周期一般为45天，虽然施工速度快，但该方法处理后地基承载力不高，且该方法仅适合渗透系数较大的砂性软土地基处理，且只能处理浅层软土地基(6米以内)，强夯夯能较低，另渗透系数较小的淤泥质软土该工法无法处理。因此传统工法具有工期长、成本高、处理后地基承载力提高少、处理土体单一等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加压式套管冲击排水固结系统及方法，以缩短排水固结的工期、提高处理后地基的承载力。
本发明实施例提供了一种加压式套管冲击排水固结系统，包括套管排水系统、密封加压系统及振动夯击系统；所述套管排水系统包括抽水泵，以及若干根插入土体内的套管，所述套管为内外两层设置，包括外管和位于外管管腔内的内管，所述外管的顶端用密封垫环密封，所述内管与外管之间设置有一浮动球阀，且所述内管的侧壁上设置有一个以上的抽气口，所述浮动球阀随外管水位变化上下浮动的，所述浮动球阀控制所述抽气口封闭或打开，所述内管连接至所述抽水泵；所述密封加压系统包括加压泵、若干根插入土体内向土体充气的加压管，以及套在所述加压管上端用于密封加压管边缘相邻土体的加压密封垫；所述套管与所述加压管间隔布置；所述振动夯击系统包括夯实土体的打夯机和插入土体并对土体产生横向冲击的振动棒。
在一些实施例中，优选为，所述套管的内管底端设置有防淤堵滤网，所述防淤堵滤网的材质为土工布。所述套管的外管外径为20-35cm；所述套管的内管外径为4-6cm。所述加压管的外径为4-8cm。所述振动夯击系统的振动棒插入土体的部分的长度为2-6m。所述套管的内管为PVC管，所述套管的外管为不锈钢管或PE管，所述加压管为PVC管。在外管的水位高于预设水位时，所述浮动球阀控制所述抽气口被封闭，所述抽水泵从内管将外管的水抽出；在水位低于预设水位时，所述浮动球阀控制所述抽气口被打开，所述抽水泵从内管将外管的空气抽出。
本发明实施例还提供了一种加压式套管冲击排水固结方法，包括以下步骤：
A、平整场地，用振动夯击系统的打夯机冲击夯压实地表一遍以上，在土体表面形成一个1-2米深的封闭层，并将振动棒插入土体2-6m深，开启振动棒；
B、高压水冲法在土体上成孔，按设计间距和插管深度将所述套管和所述加压管插入孔内，在加压管上端设置加压密封垫将土体的表面密封；
C、将所述套管的内管通过位于地面的水平卧管连接至抽水泵，启动抽水泵，开始自动持续抽水或抽真空，将所述加压管连接至所述加压泵，连接处密封，启动加压泵开始加压；
D、待套管外管中的水位低于预设水位后，移除密封加压系统的全部材料，对场地按设计方案要求进行第一遍点夯；
E、重新布设加压系统再次排水，待套管外管中的水位低于重新设定的预设水位后，加大夯击能对场地进行第二遍点夯；
F、重复以上排水步骤，排水2-3遍后，降低能量对场地进行一次满夯。
在一些实施例中，优选为，在步骤C中，在外管的水位高于预设水位时，所述浮动球阀控制所述抽气口被封闭，所述抽水泵从内管将外管的水抽出；在水位低于预设水位时，所述浮动球阀控制所述抽气口被打开，所述抽水泵从内管将外管的空气抽出。
本发明实施例提供的加压式套管冲击排水固结系统及方法，与现有技术相比，套管排水系统的内管在水位高于预设水位时抽水，水位低于预设水位以下时自动抽真空，由外管中的浮动阀门自动控制抽水或抽真空交替进行，相比传统排水固结法提高排水速度50％以上。密封加压系统结合套管排水系统，使排水固结的全过程不失压，通过持续加大压差快速排水。具体实施工程中，排水前通过振动夯击系统产生的纵向冲击能和横向振动能改善了土体内孔隙水状况，将结核水变为自由水加大水体自由度和流速。施工周期比传统排水固结法缩短1/3。比高真空击密法少1-2遍排水周期，夯击速度更快，处理地基深度更深，地基承载力提高更多。
附图说明
图1为本发明一个实施例加压式套管冲击排水固结方法的平面布置示意图；
图2为本发明加压式套管冲击排水固结方法的剖面布置示意图；
图3为本发明套管排水系统中套管的结构示意图。
注：1、套管；2、加压管；3、加压密封垫；4、振动棒；5、排水通道；11、外管；12、内管；13、浮动球阀；14、密封垫环；15、抽气口。
具体实施方式
下面通过具体的实施例结合附图对本发明做进一步的详细描述。
一种加压式套管冲击排水固结系统，包括套管排水系统、密封加压系统以及振动夯击系统。套管排水系统包括抽水泵，以及若干根插入土体内的套管1。套管1的结构如图3所示，套管1为内外两层设置，包括外管11和位于外管11管腔内的内管12，外管11的顶端用密封垫环14密封，内管12连接至抽水泵。内管12与外管11之间设置有一浮动球阀13，且内管12的侧壁上设置有一个以上的抽气口，浮动球阀随外管水位变化上下浮动，浮动球阀控制抽气口封闭或打开。根据土体的实际情况设定预设水位，浮动球阀13用于感应水位，排出土体内的孔隙水进入外管11中，在水位高于预设水位时，浮动球阀13上浮，控制抽气口15被封闭，抽水泵从内管12将外管11的水抽出；在水位低于预设水位时，浮动球阀13下落，控制抽气口15被打开，抽水泵从内管12将外管11的空气抽出。因此全过程能够自动控制抽水抽真空操作不间断进行，根据实际水位自动交替，不受强夯操作的影响，且全过程不失压。抽真空的作用是为了在管内形成负压，从而增大土体内的压力差，加速孔隙水的排出。如图1所示，套管1与加压管应该间隔布置。套管1的外管11底端设置有防堵滤网，以防止堵塞而影响排水。在一些实施例中，防淤堵滤网的材质为150克/m2土工布。另外根据工程需要，在一些实施例中，套管1的外管11外径为20-35cm，材质为不锈钢管或PE管；套管1的内管12外径为4-6cm，材质为PVC(聚氯乙烯)管；加压管2的外径为4-8cm，材质为PVC(聚氯乙烯)管；具体尺寸的选择将根据土体的实际情况来确定。在传统的增压式真空预压法和高真空击密法中都必须先排水再抽水，且强夯与排水、抽真空也不能同时进行，而本发明的套管排水系统的内外管11设置避免了以上的弊端，因此大大节省了施工时间。
密封加压系统包括加压泵、若干根插入土体内向土体充气的加压管2，以及套在加压管2上端用于密封加压管2边缘相邻土体的加压密封垫3。加压管2连接上加压泵即可对土体充气，从而增大土体的压强，而套管排水系统的内管12抽真空的操作在管内形成负压，因此在土体内部就形成了高低不同的压差，在该压差的作用下，软土中孔隙水的原有存在状态被改变，形成新的渗流通道，促使并加快孔隙水由高压处向低压处快速流动，并通过套管1汇集后将水排出。加压管2安装后其边缘相邻土体表面会被加压密封垫3密封，目的是为了避免充入土体内的气体漏出。加压管2可随布随用，不受场地限制，且场地不用覆膜，加压管2密封件可以循环使用，降低施工成本并有利于环保。
振动夯击系统包括夯实土体的打夯机和对土体产生横向冲击的振动棒4，振动夯击系统的振动棒4插入土体的部分的长度为2-6m。通过强夯和插入土体的振动棒4对土体产生冲击，破坏土体内孔隙水原有的存在状态，将孔隙中的结合水变成自由水，使土体中原本不易排出的水也能尽快排出，所以同时也使处理后的地基承载力提高更多。
一种加压式套管冲击排水固结方法，施工步骤为：
A、平整场地，用振动夯击系统的打夯机冲击夯压实地表一遍以上，在土体表面形成一个1-2米深的封闭层，并将振动棒4插入土体2-6m深，开启振动棒4；
B、高压水冲法在土体上成孔，如图1和图2所示，按设计间距和插管深度将已设定预设水位的套管1和加压管2插入孔内，在套管1插入土体后在套管1与孔的空隙中灌沙，在加压管2上端设置加压密封垫3将加压管2边缘相邻土体的表面密封；
C、将套管1的内管12通过位于地面的水平卧管连接至抽水泵，启动抽水泵，开始自动持续抽水或抽真空，将加压管2连接至加压泵，连接处密封，启动加压泵开始加压；
D、待套管1外管11中的水位低于预设水位后，移除密封加压系统的全部材料，对场地按设计方案要求进行第一遍点夯；
E、重新布设加压系统再次排水，待套管1外管11中的水位低于重新设定的预设水位后，加大夯击能对场地进行第二遍点夯；
F、重复以上排水步骤，排水2-3遍后，降低夯击能对场地进行一次满夯。
在步骤C中，当外管的水位高于预设水位时，浮动球阀控制所述抽气口被封闭，抽水泵从内管将外管的水抽出；在水位低于预设水位时，浮动球阀控制抽气口被打开，抽水泵从内管将外管的空气抽出。步骤B、C中密封加压系统和套管排水系统共同工作能够实现施工期间不间断排水，两个系统互不干扰，同时工作，而套管排水系统在持续排水的状态下，加快了深层自由水的排出，相比传统固结排水技术，也大幅度缩短了施工周期。在通过持续排水，外管11中的水位下降后，内管12自动开始抽真空形成负压，振动夯击系统的打夯机和密封加压系统的加压管2共同作用下进行加压，形成正压，相比传统技术加大了压差，由于压差增大，所以也加速了土体中孔隙水的排出。步骤B中套管1插入土体后在套管1与孔的空隙中灌沙的作用是防止淤堵，而加压密封垫3的面积大小与加压管2在不同类型软土的加气辐射范围成正比。
在步骤A中，冲击夯实过程形成了纵向冲击波，结合插入土体中的振动棒4施加的横向冲击波，在短时间内将土体里的结核水变成自由水，加大孔隙水流速。同时，进行该步骤以后土体的处理深度较传统方法而言更深，处理后的地基承载力提高更多，还能够解决渗透系数很小的淤泥质软土如何快速排水固结这一工程界的难题。在土体中水排除后，分遍进行夯击，逐步提高地基承载力，满足工程需要。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种加压式套管冲击排水固结系统，其特征在于，包括套管排水系统、密封加压系统及振动夯击系统；所述套管排水系统包括抽水泵，以及若干根插入土体内的套管(1)，所述套管(1)为内外两层设置，包括外管(11)和位于外管(11)管腔内的内管(12)，所述外管(11)的顶端用密封垫环(14)密封；所述内管(12)与外管之间设置有一浮动球阀(13)，且所述内管(12)的侧壁上设置有一个以上的抽气口(15)，所述浮动球阀(13)随外管(11)水位变化上下浮动，所述浮动球阀(13)控制所述抽气口(15)被封闭或打开，所述内管(12)连接至所述抽水泵；所述密封加压系统包括加压泵、若干根插入土体内向土体充气的加压管(2)，以及套在所述加压管(2)上端用于密封加压管(2)边缘相邻土体的加压密封垫(3)；所述套管(1)与所述加压管间隔布置；所述振动夯击系统包括夯实土体的打夯机和插入土体并对土体产生横向冲击的振动棒(4)。
2.如权利要求1所述的加压式套管冲击排水固结系统，其特征在于，所述套管(1)的外管(11)下端设置有防淤堵滤网，所述防淤堵滤网的材质为土工布。
3.如权利要求1所述的加压式套管冲击排水固结系统，其特征在于，所述套管(1)的外管(11)外径为20-35cm；所述套管(1)的内管(12)外径为4-6cm。
4.如权利要求1所述的加压式套管冲击排水固结系统，其特征在于，所述加压管(2)的外径为4-8cm。
5.如权利要求1所述的加压式套管冲击排水固结系统，其特征在于，所述振动夯击系统的振动棒(4)插入土体的部分的长度为2-6m。
6.如权利要求1所述的加压式套管冲击排水固结系统，其特征在于，所述套管(1)的内管(12)为PVC管，所述套管(1)的外管(11)为不锈钢管或PE管，所述加压管(2)为PVC管。
7.如权利要求1-6任一项所述的加压式套管冲击排水固结系统，其特征在于，在外管(11)的水位高于预设水位时，所述浮动球阀(13)控制所述抽气口(15)被封闭，所述抽水泵从内管(12)将外管(11)的水抽出；在水位低于预设水位时，所述浮动球阀(13)控制所述抽气口(15)被打开，所述抽水泵从内管(12)将外管(11)的空气抽出。
8.一种加压式套管冲击排水固结方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、平整场地，用振动夯击系统的打夯机冲击夯压实地表一遍以上，在土体表面形成一个1-2米深的封闭层，并将振动棒(4)插入土体2-6m深，开启振动棒(4)；
B、高压水冲法在土体上成孔，按设计间距和插管深度将已设定预设水位的套管(1)和加压管(2)插入孔内，在加压管(2)上端设置加压密封垫(3)将加压管(2)边缘相邻土体的表面密封；
C、将套管(1)的内管(12)通过位于地面的水平卧管连接至抽水泵，启动抽水泵，开始自动持续抽水或抽真空，将加压管(2)连接至加压泵，连接处密封，启动加压泵开始加压；
D、待套管(1)外管(11)中的水位低于预设水位后，移除密封加压系统的全部材料，对场地按设计方案要求进行第一遍点夯；
E、重新布设加压系统再次排水，待套管(1)外管(11)中的水位低于重新设定的预设水位后，加大夯击能对场地进行第二遍点夯；
F、重复以上排水步骤，排水2-3遍后，降低夯击能对场地进行一次满夯。
9.如权利要求8所述的加压式套管冲击排水固结方法，其特征在于，所述套管(1)为内外两层设置，包括外管(11)和位于外管(11)管腔内的内管(12)，所述外管(11)的顶端用密封垫环(14)密封；所述内管(12)与外管之间设置有一浮动球阀(13)，且所述内管(12)的侧壁上设置有一个以上的抽气口(15)，所述浮动球阀(13)随外管(11)水位变化上下浮动，所述浮动球阀(13)控制所述抽气口(15)被封闭或打开，所述内管(12)连接至所述抽水泵。
10.如权利要求9所述的加压式套管冲击排水固结方法，其特征在于，在外管(11)的水位高于预设水位时，所述浮动球阀(13)控制所述抽气口(15)被封闭，所述抽水泵从内管(12)将外管(11)的水抽出；在水位低于预设水位时，所述浮动球阀(13)控制所述抽气口(15)被打开，所述抽水泵从内管(12)将外管(11)的空气抽出。
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