CN106436684B - 用于深厚软土路基预压处理的排水加固装置及其应用方法 - Google Patents

用于深厚软土路基预压处理的排水加固装置及其应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及软土处理技术领域，尤其是一种用于深厚软土路基预压处理的排水加固装置及其应用方法，其特征在于：所述装置至少包括排水管、套管和顶杆，所述排水管的底端设置有锥形体，所述锥形体的外轮廓尺寸自其顶面至底面渐变缩小直至形成锥尖，所述锥形体的顶面外轮廓尺寸大于所述排水管的管径，所述套管套设在所述排水管的外部且其管底顶触在所述锥形体顶面大于所述排水管的局部上，所述顶杆分别穿过所述套管和所述排水管的管孔，且其杆底顶触在所述锥形体顶面位于所述排水管内的局部上；在所述排水管和所述套管的管体表面分别开设有通孔。本发明的优点是：兼顾了预压固结地基处理与混凝土搅拌桩地基处理的优点。

Description

用于深厚软土路基预压处理的排水加固装置及其应用方法
技术领域
本发明涉及软土处理技术领域，尤其是一种用于深厚软土路基预压处理的排水加固装置及其应用方法。
背景技术
近年来国家铁路建设发展迅速，以沿海省份高铁建设为核心，东部区域铁路交通网日新月异。由于城市运营因素影响，铁路线位在已经充分考虑地质条件的情况下，依然需要穿越深厚软土区。众所周知，我国东部沿海深厚软土极为发育，由于铁路工程带状分布特点，传统的区域性真空预压、换填垫层等软土地基处理方式并不适用。排水预压虽然可选，但固有的砂井等排水途径在深厚软土区亦无法取得较好成效，且排水预压地基处理工程造价虽然较低，但地基处理效果一般，在高速铁路等沉降控制严格的项目中应用有限。目前铁路建设中，较多采用沙袋注浆桩、混凝土搅拌桩等进行地基处理，但造价一般较高，经济效益限制性因素过多，无法达到节约投资的目的。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了用于深厚软土路基预压处理的排水加固装置及其应用方法，通过套管和顶管的配合实现了排水管的埋设，同时利用排水管及其底部的锥形体的配合实现了对深厚软土路基预压处理及排水加固。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种用于深厚软土路基预压处理的排水加固装置，其特征在于：所述装置至少包括排水管、套管和顶杆，所述排水管的底端设置有锥形体，所述锥形体的外轮廓尺寸自其顶面至底面渐变缩小直至形成锥尖，所述锥形体的顶面外轮廓尺寸大于所述排水管的管径，所述套管套设在所述排水管的外部且其管底顶触在所述锥形体顶面大于所述排水管的局部上，所述顶杆分别穿过所述套管和所述排水管的管孔，且其杆底顶触在所述锥形体顶面位于所述排水管内的局部上；在所述排水管和所述套管的管体表面分别开设有通孔。
在所述套管的内部顶端固定设置有施力环，所述施力环与所述排水管的管顶相接触使所述套管对所述排水管进行限位。
所述锥形体由一中空圆台和一配重块连接构成，所述中空圆台的外轮廓尺寸自其顶面至底面渐变缩小，所述中空圆台的顶面与所述排水管的管底相连接固定且其外轮廓尺寸大于所述排水管的管径，所述配重块的一侧端部连接固定在所述中空圆台的底面且其另一侧端部呈锥尖状，所述套管的管底顶触在所述中空圆台顶面大于所述排水管的局部上，所述顶杆穿过所述套管、所述排水管及所述中空圆台，且其杆底顶触在所述配重块上。
在所述中空圆台的底面上开设有套管槽，所述套管的管底卡入所述套管槽之中；在所述配重块上开设有顶杆槽，所述顶杆的杆底卡入所述顶杆槽之中。
一种涉及上述用于深厚软土路基预压处理的排水加固装置的应用方法，其特征在于：所述应用方法至少包括以下步骤：
将套管套设在排水管的外部并使其管底顶触在锥形体大于排水管的局部上，将顶杆穿过所述套管和所述排水管的管孔并使其杆底顶触在锥形体位于所述排水管内的局部上；
向所述套管和所述顶杆施加压力，使所述排水管随着所述锥形体一并受压进入深厚软土路基中直至设计标高；
对所述套管施加向上压力以抽离所述套管，同时对所述顶杆施加向下压力，当所述套管抽离完毕后，抽离所述顶杆；
将抽水设备放入所述排水管内部，通过开设在所述套管和所述排水管上的通孔对深厚软土路基进行排水预压处理；
预压排水完毕，抽离所述抽水设备，随后对所述排水管进行注浆。
对所述顶杆所施加的向下压力的大小满足于保证所述排水管在所述套管的抽离过程中始终保持处于设计标高的要求。
通过设置在所述套管上的施力环施加压力；在所述顶杆的顶端固定设置有顶力环，通过所述顶力环对所述顶杆施加压力。
本发明的优点是：兼顾了预压固结地基处理与混凝土搅拌桩地基处理的优点，对于深厚软土区铁路等呈带状分布的工程适用性强、处理效果显著、经济效益可观，且各仪器具有结构合理、整体性强、功能显著、可操作性强、设计新颖的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中排水管的结构示意图；
图3为本发明中套管及顶杆的结构示意图；
图4为本发明的施工步骤流程图；
图5为本发明施工完成后的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-5所示，图中标记1-26分别表示为：排水管1、套管2、施力环3、顶力环4、排水管端头5、排水孔6、排气孔7、中空圆台8、套管槽9、配重块10、顶杆槽11、施力环下表面12、施力环顶部环口13、顶杆14、排气孔15、套管侧壁16、顶杆底端17、平台18、套管底部19、混凝土砂浆20、泥浆薄壁带21、薄壁带侧壁22、混凝土桩23、排水管侧壁24、排水设备25、注浆设备26。
实施例：如图1所示，本实施例中用于深厚软土路基预压处理的排水加固装置包括排水管1、套管2和顶杆14这三部分，其中排水管1主要起到对深厚软土路基进行预压处理及排水加固，套管2和顶杆14主要用于将排水管1压入深厚软土路基之中。
如图1和如图2所示，排水管1为中空管体，其侧壁上开设有若干既可以作为排水孔6又可以作为排气孔7的通孔。在排水管1的管底固定设置有锥形体，该锥形体由中空圆台8和配重块10连接构成，中空圆台8的外轮廓尺寸自其顶面至底面渐变缩小，配重块10的一端部呈锥尖状，另一端部与中空圆台8相连接固定；中空圆台8的外轮廓尺寸大于排水管1的管径。在使用时，配重块10一方面起到便于排水管1下方同时便于维持其垂直度的作用，另一方面利用其呈锥尖状的端部可便于排水管1贯入深厚软土路基。在中空圆台8大于排水管1的顶面局部形成平台18，在平台18上开设有套管槽9。在配重块10的中心位置上开设有顶杆槽11。
如图3所示，套管2为中空管体，其管体表面上开设有若干排气孔15，排气孔15用于排出套管2与排水管1之间的气体，便于套管2的抽离。在套管2的内部顶端固定设置有施力环3，施力环3下表面12在使用时与图2中的排水管1轻微接触，以使套管2可以限制排水管1的摆动，即对其进行限位。套管底部19在使用时卡入图1中的套管槽9之中。顶杆14穿过施力环顶部环口13进入套管2 的内部，且其长度大于套管2 ，其顶杆底端17在使用时卡入图1中的顶杆槽11之中。在顶杆14的顶部固定设置有顶力环4，顶力环4作为受力部件。
本实施例具有如下应用方法，如图4所示：
1）排管下放：将套管2套设在排水管1的外部，并使套管底部19卡入平台18上的套管槽9之中，同时使施力环3与排水管端头5接触；将顶杆14穿过套管2和排水管1，并使顶杆底端17卡入配重块10上的顶杆槽11之中。之后，向施力环3、顶力环4施加压力，施力环3通过套管底部19与套管槽9之间的接触向排水管1施力，顶力环4通过顶杆底端17与顶杆槽11的接触向排水管1施力，使排水管1逐渐受压进入深厚软土路基之中。此时，排水管1上的排气孔7进行排气，便于排水 管1的下放。
2）穿越软土：结合图5所示，深厚软土路基由浅至深分为硬土层、深厚软土层、持力层和下卧层。持续对施力环3和顶力环4施加压力，使排水管1穿越深厚软土层。此时，排水管1在压入过程中，所成成孔的尺寸为中空圆台8最大处外轮廓的尺寸，即平台18的外轮廓尺寸，这样一来，减小了套管2侧壁与四周土体之间的贴合度，便于排水管1下方完毕后套管2的抽离工作。
3）排管就位：当排水管1穿越深厚软土层到达持力层时，停止对施力环3和顶力环4施加压力，此时排水管1的深度满足设计标高。
4）抽离套管：对套管2施加向上压力，同时对顶杆14施加向下压力，此时套管2与排水管1在反力的作用下轻松抽离，而排水管1在顶杆14向下压力的作用下始终处于设计标高的位置上，不因套管2的向上抽离而改变位置。此外，套管2上的排气孔15和排水管1上的排气孔7进行排气，便于套管2的抽离。对顶杆14所施加的向下压力的大小满足于保证排水管1在套管2的抽离过程中始终保持处于设计标高的要求，即保证排水管1始终位置稳定。
当需要处理的深厚软土路基为铁路线路方向的深厚软土路基时，可按照设计要求依次横排打入其余排水管1，排水管1在铁路线路的两侧形成排水加固带。
5）抽离完毕：套管2抽离完毕后，深厚软土路基内还留有排水管1和顶杆14。
6）抽离顶杆：将顶杆14从排水管1中抽离。
7）预压排水：将抽水设备25的抽水泵放入排水管1的管孔内部，通过排水管1上的排水孔6进行预压排水。
8）排水完毕：排水完毕后，将抽水设备25撤出。
9）注浆凝固：将注浆设备26的注浆管放入排水管1的管孔内部向其注射混凝土砂浆20。如图5所示，此时，所注混凝土砂浆20由于排水管侧壁24的限制，混凝土砂浆20凝结为具备承载力的混凝土桩23，多余的混凝土砂浆20从排水管1的排水孔6或排气孔7处流出并与四周软土融合而形成泥浆薄壁带21。泥浆薄壁带21的薄壁带侧壁22凹凸不平，可加强混凝土桩23与周围土体的咬和性，进而达到强化软土路基处理效果的目的。此处额外需要说明的是：排水管侧壁24与周围土体之间的间隙，即泥浆薄壁带21的形成空间是通过中空圆台8所实现的。如步骤1-3所对应的图5局部所示，在排水管1的压入过程中，由于中空圆台8的外轮廓尺寸大于排水管1的管径，因此所成的成孔尺寸是与中空圆台8的外轮廓尺寸相吻合的，同时也是大于排水管1的管径的，因此才可以使排水管1与四周土体之间留有泥浆薄壁带21的形成空间。换而言之，中空圆台8的作用除了作为套管2的受力体之外，其作用还在于开设泥浆薄壁带21的形成空间。
本实施例在具体实施时：在排水管端头5、套管底部19、顶杆底端17处分别设置有管口螺丝，可根据需要接长排水管1、套管2和顶杆14。
虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，如：等，故在此不一一赘述。

Claims (7)

1.一种用于深厚软土路基预压处理的排水加固装置，其特征在于：所述装置至少包括排水管、套管和顶杆，所述排水管的底端设置有锥形体，所述锥形体的外轮廓尺寸自其顶面至底面渐变缩小直至形成锥尖，所述锥形体的顶面外轮廓尺寸大于所述排水管的管径，所述套管套设在所述排水管的外部且其管底顶触在所述锥形体顶面大于所述排水管的局部上，所述顶杆分别穿过所述套管和所述排水管的管孔，且其杆底顶触在所述锥形体顶面位于所述排水管内的局部上；在所述排水管和所述套管的管体表面分别开设有通孔。
2.根据权利要求1所述的一种用于深厚软土路基预压处理的排水加固装置，其特征在于：在所述套管的内部顶端固定设置有施力环，所述施力环与所述排水管的管顶相接触使所述套管对所述排水管进行限位。
3.根据权利要求1所述的一种用于深厚软土路基预压处理的排水加固装置，其特征在于：所述锥形体由一中空圆台和一配重块连接构成，所述中空圆台的外轮廓尺寸自其顶面至底面渐变缩小，所述中空圆台的顶面与所述排水管的管底相连接固定且其外轮廓尺寸大于所述排水管的管径，所述配重块的一侧端部连接固定在所述中空圆台的底面且其另一侧端部呈锥尖状，所述套管的管底顶触在所述中空圆台顶面大于所述排水管的局部上，所述顶杆穿过所述套管、所述排水管及所述中空圆台，且其杆底顶触在所述配重块上。
4.根据权利要求3所述的一种用于深厚软土路基预压处理的排水加固装置，其特征在于：在所述中空圆台的底面上开设有套管槽，所述套管的管底卡入所述套管槽之中；在所述配重块上开设有顶杆槽，所述顶杆的杆底卡入所述顶杆槽之中。
5.一种涉及权利要求1-4中任一所述用于深厚软土路基预压处理的排水加固装置的应用方法，其特征在于：所述应用方法至少包括以下步骤：
将套管套设在排水管的外部并使其管底顶触在锥形体大于排水管的局部上，将顶杆穿过所述套管和所述排水管的管孔并使其杆底顶触在锥形体位于所述排水管内的局部上；
向所述套管和所述顶杆施加压力，使所述排水管随着所述锥形体一并受压进入深厚软土路基中直至设计标高；
对所述套管施加向上压力以抽离所述套管，同时对所述顶杆施加向下压力，当所述套管抽离完毕后，抽离所述顶杆；
将抽水设备放入所述排水管内部，通过开设在所述套管和所述排水管上的通孔对深厚软土路基进行排水预压处理；
预压排水完毕，抽离所述抽水设备，随后对所述排水管进行注浆。
6.根据权利要求5所述的一种用于深厚软土路基预压处理的排水加固装置的应用方法，其特征在于：对所述顶杆所施加的向下压力的大小满足于保证所述排水管在所述套管的抽离过程中始终保持处于设计标高的要求。
7.根据权利要求5所述的一种用于深厚软土路基预压处理的排水加固装置的应用方法，其特征在于：通过设置在所述套管上的施力环施加压力；在所述顶杆的顶端固定设置有顶力环，通过所述顶力环对所述顶杆施加压力。
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