CN109403306A - 机械施压挤密排水固结土体增强处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一各种机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于包括以下步骤：1）在工程原状土上铺设至少一层散体材料；2）采用模块式土体施压成型装置对土体进行施压挤密排水固结，使铺设的散体材料与土体之间形成相互交织挤压混合，达到土体混合改性和加筋增强的功效，实现工程软弱土体的加固；所述的模块式土体施压成型装置包括顶架、施压成型模块和土体强度检测装置，所述施压成型模块包括若干个凸体。本发明能够快速排水和挤密成型，特别适用于浅层或中浅层软土地基的加固处理，尤其适合淤泥、浮泥、流沙土、吹泥砂回填土、河塘、湖泊、水坝、污泥池、矿池混合土等含水量较高的软弱土体的排水固结处理。

Description

机械施压挤密排水固结土体增强处理方法

技术领域

本发明涉及地基加固处理领域，尤其涉及软土地基的加固处理领域，具体地说是一种机械施压挤密排水固结土体增强处理方法。

背景技术

土体结构一般是由固体物、液体水和空气混合而成，各种物质混合比例不同所产生不等的承压能力，当施压力大于土体承压力时，受压而产生侧移与压缩沉降，需要对原状土体的混合结构比例进行人为的改变，在外加施压力的作用下，使得土体中固体物颗粒之间的密实度提高，土体中设置的排水材料作为排出液态水和空气的通道，改变土体的混合结构使固体物含量不断提高比例，从而提高固体物颗粒之间的密实度，使土体得到增强加固改良，达到当土体承压力大于施压力时再受压而不会产生土体侧移与压缩沉降的目的，从而满足对土体承压的使用要求。

软土包括淤泥、淤泥质粘土、淤泥质粉土、淤结污泥、河道淤泥、泥炭、泥炭质土、地表稀土、浮土等，是一种天然含水量大、压缩性高、天然孔隙比大于等于1、抗剪强度低的细粒土。常用的排水固结法主要有堆载预压法和真空联合堆载预压法。堆载预压法是在地基中设置排水通道和竖向排水系统，以缩小土体固结排水跨度，地基在填筑路堤荷载作用下排水固结，使地基承载力提高，工后沉降减小。真空联合堆载预压法是在堆载预压法的基础上，在荷载上面形成不透气层，通过常时间不断抽气抽水，在地基中形成负压区，从而使软粘土排水固结，达到提高承载力、减小沉降的目的。上述排水固结方法，施工周期很长，一般在六个月至一年才能完成，因而施工成本很高，效率非常低。

上述排水固结法仅适合大面积施工。并且，由于堆载的高度受到限止，对于土体承载要求高的场合也无法适用。

另外，堆载预压法处理的地基承载力低，工后沉降大，因而后续仍需用砂桩、粉喷桩、搅拌桩和预制管桩等复合加固处理。砂桩、粉喷桩和搅拌桩适合小面积或局部处理，局部点位强度高，而周围强度低，摩擦阻力决定承压强度，只有预制成形支护管桩才能解决工后沉降问题。

发明内容

本发明要解决的是现有技术存在的上述技术问题，旨在提供一种机械施压挤密排水固结土体增强处理方法。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于包括以下步骤：1）在工程原状土上铺设至少一层散体材料；2）采用模块式土体施压成型装置对土体进行施压挤密排水固结，使铺设的散体材料与土体之间形成相互交织挤压混合，达到土体混合改性和加筋增强的功效，实现工程软弱土体的加固；所述的模块式土体施压成型装置包括顶架、施压成型模块和土体强度检测装置，所述施压成型模块包括若干个凸体。

本发明的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，适用于浅层或中浅层软土地基的加固处理，尤其适合淤泥、浮泥、流沙土、吹泥砂回填土、河塘、湖泊、水坝、污泥池、矿池混合土等含水量较高的软弱土体的排水固结处理。将模块式土体施压成型装置置于铺设散体材料后的土体上，装置自身的重量对土体产生压力，将土体中的水分和空气挤出，使土体中的固体物颗粒之间的密实度得以提高。施压成型模块底部的凸体对土体起到阻挡作用，防止土体产生侧移，使土体被集中在凸体之间的空间内，得到充分的挤压，起到快速排水和挤密的效果，大大提高了施工效率，减少了施工工期，降低了施工成本。

本发明的另一个重要特点是：模块式土体施压成型装置在施压过程中，使铺设的散体材料与土体之间形成相互交织挤压混合，达到土体混合改性和加筋增强的功效，实现工程软弱土体的加固。所述的散体材料包括但不限于泥土、砂石骨料、混合破碎建筑垃圾或硬质石方其中的任何一种材料或几种材料组合。所述的砂石骨料是水利工程中砂、卵（砾）石、碎石、块石、料石等材料的统称。

本发明不仅适用于大面积的整体施工，也适用于小面积的局部施工。根据施工区域的大小，可设计不同尺寸的装置。对于大面积的土体加固，也可以采用局部施工的方式，分区域进行施工。各区域可逐一施工，也可以用多个装置同时在各区域施工。

根据本发明，所述的凸体的形状、尺寸、数量不限，可根据设计需要而定。每个凸体的结构可相同，也可以不同。所述的凸体呈连续排布或间隙排布，顶部直接或通过连板与所述的顶架连接。

作为本发明的改进，所述的凸体成阵列排布。一种优化的实施方式，所述的凸体呈一行多列或一列多行排布，每个凸体沿一个方向贯通所述的施压成型模块。即：多个凸体并行或并列排布。

另一种优化的实施方式，所述的凸体呈多行多列的阵列排布，相邻行/列的凸体并排或交错设置。

从土体中挤压排出的水分需要通过排水通道排出。一种排水方式是预先向被处理的土体中打入竖向排水板，利用排水板中的排水通道将水分排出。另一个优选的方式是在所述的施压成型模块上接触土体部分设有过滤装置，土体中挤压出的水分从该过滤装置排出。所述的过滤装置具有隔土、渗水、排水、排气和抽吸功能。

凸体的另一种优化的实施方式，多个凸体组装成联排结构，中间凸体的高度大于其它凸体的高度；每个凸体由两到多个结构基本相同的“V”形构件叠置而成，联排凸体的两端以及中间凸体露出相邻凸体的端部通过端板封堵，相邻“V”形构件之间设有“T”形导条，所述的“T”形导条与“V”形构件之间留有间隙，形成插接所述过滤装置的滑槽。凸体采用联排结构，可对土体进行局部施压。“V”形构件可独立制造，不仅可以降低制造难度和制造成本，且可以按照设计要求灵活组装。于中间“V”凸体的尖角小，有利于快速插入土体，可提高施工效率，且能增加与土体之间的接触面积，起到更好的防止土体侧移的效果。

过滤装置通过滑槽插接，在使用后可以方便取下，清洗其上的污泥，然后再次插入到滑槽内固定，从而实现重复利用。

更进一步地，所述的过滤装置的表面和/或背面还设有导流板或导流槽。所述的导流板或导流槽将土体在施压过程中产生的密度较轻的水气从土体孔隙中被排挤出来后，更好地引导到过滤装置上。

所述的过滤装置可以采用任何制式结构。一种优化的实施方式，所述的过滤装置包括一到多层滤网。更优选地，所述的滤网为金属滤网。金属滤网具有强度高，且可重复使用的特点。各层的滤网的滤孔可以相同也可以不同。从过滤本身的角度考虑，外层滤网的滤孔孔径应大于内层滤网的滤孔孔径，这样，固体土颗粒依次进行粗过滤和精细过滤。然而，从滤网强度的角度考虑，由于大孔径小滤网的强度通常比小孔径滤网的强度要高，为防止滤网在受压过程中变形，也可以外层滤网的滤孔孔径应小于内层滤网的滤孔孔径。

作为本发明的进一步改进，在两层或多层金属滤网之间可加设土工织物滤网层，形成三明治结构。多层金属滤网和多层土工织物滤网可交替设置。

所述的过滤装置上部可以直接与顶架内部连通。一种可实现的方式，支架内部可以设有集水室，通过抽水管路将水排出。另一种可实现的方式，在施压成型模块的上表面形成集水室，过滤装置上部通过顶架与该集水室连通。

作为本发明的再进一步改进，施压成型模块的底部最外层还设有加筋体。对设有过滤装置的施压成型模块，所述的加筋体设置在过滤装置的外层。所述的加筋体可以是土工格栅、土工布、土工膜、土工格室、土工网垫和复合土工材料其中的任何一种或多种组合。利用土工合成材料的高强度、高韧性等力学性能，扩散土中应力，增大土体的抗拉强度，改善土体、构成加筋土以及各种复合土工结构。土工合成材料也同时起到反滤、排水和隔离材料的作用。

作为本发明的再进一步改进，所述的施压成型模块可以是实体结构，以增加整个装置的自重。

另一个优选的实施方式，所述的施压成型模块由钢板或型钢焊接而成，在上部形成一个集水室。所述的施压成型模块上开设有联通模块底面和集水室的导水通道。从土体中排出的水分经模块上的导水通道进入集水室，通过管路集中排出。

排水方式可以采用自然排水，也可以采用水泵或真空泵强制排水。当采用真空泵排水时，在真空泵的前端设置一个气水分离器，以防止水分随气流进入真空泵，造成真空泵性能下降或损坏。优选地，采用两路抽真空，在气水分离器工作一段时间后，分离出的水分水量到达设定水位时，一路真空泵停止工作，气水分离器进行排水，另一路仍保持工作。两路交替作业，可持续抽排水。

作为本发明的再进一步改进，与真空排水相应地，顶架采用封闭结构，如顶板和底架结构，所述的底架四周封闭，上部与顶板连接，使每个凸体上部的集水室相互连通成为一个大的密闭的真空集水室，在抽水过程中形成负压，有利于土体排水。

作为本发明的再进一步改进，所述的在真空集水室内还设有带控制阀的真空负压调节管。所述的真空负压调节管用于调节真空集水室内的负压，使真空集水室、气水分离器和真空泵内的负压形成真空梯度。当真空集水室内的负压低于阀值下限时，控制阀关闭；当真空集水室内的负压达到阀值上限时，控制阀打开，真空集水室通过真空负压调节管与大气导通，直到真空集水室内的负压低于阀值下限时，控制阀关闭。如此循环往复，从而确保真空泵能够持续抽水。

所述的真空负压调节管可以设置在所述的真空集水室的上方、中间或底部。

作为本发明的再进一步改进，所述的顶架上还辅助施压装置。辅助施压装置通过施压成型模块对土体施加动态低频、中频或高频作用力，使土体受到充分挤压，加速土体中的水气与土颗粒分离。

所述的辅助施压装置包括振动装置、撞击装置和/或夯击装置，并设置在所述的顶架和/或施压成型模块上。

作为本发明的再进一步改进，辅助施压装置同层或分层均匀设置在所述的顶架和/或施压成型模块上

作为本发明的再进一步改进，所述的顶架周边还设有挡板。所述的挡板对土体起到阻挡作用，防止土体产生侧移，使土体被集中在施压成型模块的区域内，从而得到更为充分的挤压，进一步加速土体中的水气与土颗粒分离。

所述的挡板可以封闭围合在所述顶架的周边。所述的挡板也可以为多个，均匀设置在所述顶架的周边。

所述的挡板可以仅设置在顶架的下方。其高度可以与施压成型模块的高度基本相同，也可以高于或低于施压成型模块的高度。

所述的挡板还可以从顶架的下方向上延伸至顶架的上方，可以保护设置在顶架上的设备不沾染淤泥。

优选地，所述挡板内壁具有透水层，便于快速排水。

作为本发明的再进一步改进，所述的施压成型模块的底部还设有垂直桩体。所述的垂直桩体在土体中形成桩孔，吊起模块式土体施压成型装置后，在所述的桩孔内放置成品桩管或填充填料。这种结构，施压成型模块对土体进行横向的浅层或中浅处理，垂直桩体对土体进行深层加固处理，因而不仅适用于浅层或中浅层软土地基的排水加固处理，同时也能适用于深层地基的处理，使本发明的适用场合更为宽泛。

作为本发明的再进一步改进，所述的垂直桩体为上大下小的锥体结构，便于压入和拨出。

所述的垂直桩体可以是桩管结构，也可以是实心体。

作为本发明的再进一步改进，所述的土体强度检测装置为一到多个，设置在所述施压成型模块和/或垂直桩体上。多个土体强度检测装置可均匀分布在所述施压成型模块的凸体和/或垂直桩体的底部、中部和上部，以全面检测被施工土体各个位置的土体强度。所述的土体强度检测装置包括土体密度检测装置和/或土体抗剪强度检测装置。

本发明的模块式土体施压成型装置，可以整体制作，也可以采用单元拼接的方式制作，即：一个顶架和与其连接的一个施压成型模块构成一个单元，两到多个单元拼接构成一个完整的模块式土体施压成型装置。每个单元上可以根据需要增加不同的功能部件。采用单元拼接的制作方式，由于每个单元的体积较小，因而制作更为简单，可降低制造难度和制造成本。并且，单元可作为标准尺寸，或者作为系列产品，每个系列的单元结构和尺寸相同，然后根据设计或施工要求进行拼接，设计和使用更灵活。

作为本发明的再进一步改进，步骤1）中，在散体材料上再铺设一到多层土工加筋材料和/或改性土。上述铺设方式包括但不限于：

在散体材料上铺设至少一层土工加筋材料；

在散体材料上铺设至少一层改性土；

在散体材料上先铺设至少一层土工加筋材料，再铺设至少一层改性土；

在散体材料上先铺设至少一层改性土，再铺设至少一层土工加筋材料；

在散体材料上分层交替铺设土工加筋材料和改性土；

在散体材料上分层交替铺设土工加筋材料、改性土和/或散体材料。

作为本发明的更进一步改进，还包括步骤3）：在加固后的土体上再铺设一到多层散体材料、土工加筋材料和/或改性土。进一步地，还包括步骤4）：采用模块式土体施压成型装置进一步施压挤密排水固结。如果处理后的土体强度仍没达到设计要求，可重复步骤3）和4），直至土体强度达到设计要求。所述的散体材料、土工加筋材料和改性土可择一铺设，也可以采用不同的材料分层铺设，铺设顺序可根据施工要求排列。

所述的土工加筋材料可以是塑料排水板、加筋带、土工格栅、土工布、土工膜、土工格室、土工网垫和复合土工材料其中的任何一种，或两到多种组合。加入土工加筋体可增加土体的稳定性，提高土体的承载能力。当土工加筋材料采用柔性材质时（如土工布、土工膜、加筋带等），可直接铺设在土体上，柔性材料被挤压后与土体交织混合并产生形变，形成与凸体结构相应的复合成型土体。当土工加筋材料采用硬质材料时（如塑料排水板、土工格室、土工网垫和复合土工材料等），所述的土工加筋材料可以采用以下方式放置：（1）将土工加筋材料裁剪成片状结构，每片材料对应于凸体的一个表面，将片状材料按其形成放置或插入在相应位置的土体内；（2）将土工加筋材料制作成与凸体形成相适配的构件，将该构件放置在施工位置；（3）将土工加筋材料制作成与凸体形成相适配的构件，四周加设相同材质或不同材质的边框，将该框架构件放置在施工位置。

所述的改性土也称改良土，主要是由泥土和固化剂混合构成，必要时还可以加入一定比例的助剂或散体材料。采用泥土、沙和固化剂的改性土，三者优选比例为6：3：1。在泥土中加入固化剂，充分搅拌后进行铺设，固化剂与泥土之间形成相互挤压混合，固化后的改性土具有增强的功效。其中的泥土包括沙土、黏土和壤土，可以从施工现场挖掘原状土，也可以从别处挖掘原状土后调运至施工现场。

所述的改性土可以按以下方法铺设：将原状土和固化剂按比例在搅拌机内搅拌混合，再将流体状的混合物倾倒在施工区域，摊铺平整。

所述的改性土还可以按以下方法铺设：将原状土摊铺平整，再在其上摊铺固化剂，最后用路拌机拌和。

所述的改性土还可以按以下方法铺设：从别处挖掘原状土后在搅拌车内与固化剂混合搅拌，运至施工现场，将流体状的混合物倾倒在施工区域，摊铺平整。

所述的固化剂是一种由多种无机、有机材料合成的用以固化各类土壤的工程材料。对于需加固的土壤，根据土壤的物理和化学性质，只需掺入一定量的固化剂，经拌匀、压实处理，即可达到需要的性能指标。所述的固化剂按成分分为：石灰水泥类无机固化剂、矿渣类干粉土壤固化剂、高聚类离子土壤固化剂、有机酶蛋白土壤固化剂和有机无机结合的固化剂。可以采用单一种类的固化剂，也可以将两种或多种固化剂复配，或才再加入其它助剂。

采用固化改性土的优点：

1、节约施工成本，缩短工期。与使用传统的基层材料相比可节约施工成本30%~50%，可缩短工期约50%。

2、抗压强度高。在不改变施工条件的情况下，无侧限抗压强度可提高40%～100%。

3、水稳定性好。土壤固化剂复合固结土试件常温下浸水不解散，水稳定性好，耐久性好。

4、冻稳定性好。

5、节能环保。传统施工材料需要开采破坏植被，污染环境。尤其是石灰，水泥生产中要消耗大量的煤炭资源并释放大量的二氧化碳温室气体，加剧了全球温室效应。采用泥土固化技术减少了这些传统胶结材料的使用量，有利于节省资源和能源，有利于生态环境的保护。同时，挖河采沙、炸山碎石会破坏自然，污染环境，采用本项技术以广泛分布随处可取的土壤替代砂石料，有利于基础建设的可持续发展，符合我国建设资源节约型、环境友好型社会的要求。

另外，土壤固化剂生产和使用均无污染，稀释后的固化剂水溶液无毒、无害，属于环境友好型和资源节约型的高科技新材料，可有效解决筑路材料污染问题。

6、施工工艺简单。土壤固化剂渗透性好，与土的和易性好，使土易于压实，便于施工。所用的施工机械和传统所用机械设备基本相同，劳动力需求量减少，施工工艺简单，工人只需简单培训即可上岗。

7、可延长工程使用寿命，降低了后期养护成本。经过土壤固化剂处理过的土壤，其强度、密实度、回弹模量、弯沉值、CBR、剪切强度等都得到很大提高，表层不受热、霜冻或潮气等自然条件的影响，从而延长了工程的使用寿命，节省了工程维修成本。

8、具有广泛的实用性。由于它比传统的水泥、石灰等土壤胶结材料具有更好的性能和经济、环境效益，还能解决水泥、石灰、粉煤灰等胶结材料在土壤加固时难以解决的一些特殊问题，具有独特的土壤固化效果和广泛的实用性。

常用的固化剂有水泥、石灰石、粉煤灰、石膏、沥青、石灰、纸浆渣、火山灰、混凝土粉末和草木灰等胶凝材料（适用于含水量和有机质含量高的土壤），HG无机/有机复合土壤固结材料、帕尔玛土壤固化酶、HEC固化剂、DKASS土壤固化剂、TR型土壤固化剂、PAMCATS土壤固化剂等土壤固化剂，以及速凝剂。所述的速凝剂通常以铝氧熟料（即铝矾土、纯碱、生石灰按比例烧制成的熟料）为主要成分经磨细而制成的。

作为本发明的再进一步改进，相邻铺设层之间还设有粘接层。所述的粘接层采用的粘接材料为水泥、改性土或水泥混凝土。所述的粘接材料在混合搅拌后呈干态粉状、干态散体粒状、湿态半凝固状或湿态流体状的任何一种形态。粘接材料的种类以及加工后的形态的选择根据铺设材料的特性决定，使其结合达到更好地混合、粘合和复合，且便于施工。采用单独水泥材料时，可将干态粉料直接铺洒在所有下层铺设材料上。

作为本发明的更进一步改进，在所有步骤结束后，对复合土体进行整形和压实。所述的整形通常为静压。所述的压实包括动力辗压、动力推杆夯实、重物撞击压实、振动锺击夯实等动力方式。

附图说明

图1是本发明模块式土体施压成型装置的结构示意图。

图2是本发明模块式土体施压成型装置的正视图。

图3是本发明模块式土体施压成型装置带过滤装置实施方式的结构示意图。

图4是本发明模块式土体施压成型装置带真空抽水系统实施方式的结构示意图。

图5是本发明模块式土体施压成型装置带加筋体实施方式的结构示意图。

图6是本发明模块式土体施压成型装置凸体呈连续分布实施方式的结构示意图。

图7是本发明模块式土体施压成型装置凸体通过连板连接到顶架实施方式的结构示意图。

图8是本发明模块式土体施压成型装置凸体并排设置实施方式的结构示意图。

图9是本发明模块式土体施压成型装置凸体交错设置实施方式的结构示意图。

图10是本发明模块式土体施压成型装置凸体呈上框结构实施方式的结构示意图。

图11是本发明模块式土体施压成型装置上框结构凸体并排设置实施方式的结构示意图。

图12是本发明模块式土体施压成型装置上框结构凸体交错设置实施方式的结构示意图。

图13是本发明模块式土体施压成型装置圆筒形凸体并排设置实施方式的结构示意图。

图14是本发明模块式土体施压成型装置采用多个相同单元拼接实施方式的结构示意图。

图15是本发明模块式土体施压成型装置采用多个相同和不同单元拼接实施方式的结构示意图。

图16是本发明模块式土体施压成型装置增设撞击锤和振动装置实施方式的结构示意图。

图17是本发明模块式土体施压成型装置撞击锤和振动装置同层设置实施方式的结构示意图。

图18是本发明模块式土体施压成型装置增设封闭挡板实施方式的结构示意图。

图19是本发明模块式土体施压成型装置挡板从顶架下方延伸到顶架上方实施方式的结构示意图。

图20是本发明模块式土体施压成型装置挡板位于顶架下方实施方式的结构示意图。

图21是本发明模块式土体施压成型装置采用型钢制成的封闭式挡板实施方式的结构示意图。

图22是本发明模块式土体施压成型装置采用“工”字钢制成的间隙式挡板实施方式的结构示意图。

图23是本发明模块式土体施压成型装置增设垂直桩体实施方式的结构示意图。

图24是本发明模块式土体施压成型装置采用“工”字钢制成的间隙式挡板实施方式的结构示意图。

图25是本发明凸体采用联排结构实施方式的结构示意图。

图26是图25中A处的放大示意图。

图27是本发明凸体采用双联排结构实施方式的结构示意图。

图28-36是本发明机械施压挤密排水固结土体增强处理方法的施工过程示意图。

图中，1-顶架，2-施压成型模块，3-土体强度检测装置，4-过滤装置，5-集水室，6-加筋体，7-真空泵，8-气水分离器，9-电磁阀，10-抽水管，11-模块单元，12-连板，13-撞击锤，14-支架，15-振动装置，16-挡板，17-垂直桩体，18-吊机，19-模块式土体施压成型装置，20-土体表面，21-成型土体，22-凹坑，38-控制阀，39-真空负压调节管，43-散体材料，44-原状土，62-水泥干粉，63-水泥混凝土；

101-顶板，102-底架；

201-凸体，202-外侧壁，203-导水通道，218-导条，219-滑槽，220-端板，221-“V”形构件。

具体实施方式

下面结构附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

本发明的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，先在工程原状土上铺设至少一层散体材料；然后采用模块式土体施压成型装置对土体进行施压挤密排水固结，使铺设的散体材料与土体之间形成相互交织挤压混合，达到土体混合改性和加筋增强的功效，实现工程软弱土体的加固。

参照图1和图2，所述的模块式土体施压成型装置，包括顶架1、施压成型模块2和土体强度检测装置3。所述的顶架1呈长方形，包括顶板101和底架102。所述施压成型模块2包括若干个平行设置的“V”形凸体201。相邻凸体201之间间隔一定距离。凸体201的顶部与所述的顶架连接。所述的连接可以是焊接，也可以在顶架的底架102上设置插槽，凸体201上部插入到所述的插槽内形成可脱卸连接。

土体强度检测装置3可以设置在凸体201的底部和/或侧壁202。可以在每个凸体201上设置土体强度检测装置3，也可以在选定的1到多个特定位置的凸体201上设置土体强度检测装置3。

施工时，装置自身的重量对土体产生压力，将土体中的水分和空气挤出，使土体中的固体物颗粒之间的密实度得以提高。“V”形凸体201的外侧壁202起到阻挡作用，防止土体产生侧移，使土体被集中在凸体之间的空间26内，得到充分的挤压，从而起到快速排水和挤密的效果。

参照图3，在此基础上，在所述的凸体201的外侧壁202上设有过滤装置4，凸体201上开设有多个贯通内外壁的导水通道203。所述的过滤装置4采用双层金属滤网，可重复使用，节省成本，同时也可以提高强度。

所述的凸体201由钢板或型钢焊接而成，在上部形成一个集水室5。

过滤装置4可将土体中挤压出的水气快速导出，水气通过“V”形凸体201上的导水通道203后进入“V”形凸体201上部的集水室5。

参照图4，在每个集水室5内插入一根抽水管10，抽水管10的上部穿过顶架1向外部排水。

一种更为优选的实施方式，采用真空泵7强制排水。在真空泵7的前端设置一个气水分离器8，以防止水分随气流进入真空泵7，造成真空泵7性能下降或损坏。在本实施方式中，采用两路抽真空，在气水分离器工作一段时间后，分离出的水分水量到达设定水位时，一路真空泵停止工作，气水分离器进行排水，另一路仍保持工作。两路交替作业，可持续抽排水。

顶架1采用顶板101和底架102方式，所述的底架102四周封闭，上部与顶板101连接，可使每个“V”形凸体201上部的集水室5相互连通成为一个密闭的真空集水室，在抽水过程中形成负压，有利于土体排水。

所述的真空集水室5内还设有带控制阀38的真空负压调节管39。所述的真空负压调节管39用于调节真空集水室5内的负压，使真空集水室5、气水分离器8和真空泵7内的负压形成真空梯度。当真空集水室5内的负压低于阀值下限时，控制阀关闭；当真空集水室5内的负压达到阀值上限时，控制阀打开，真空集水室5通过真空负压调节管39与大气导通，直到真空集水室5内的负压低于阀值下限时，控制阀关闭。如此循环往复，从而确保真空泵7能够持续抽水。

所述的真空负压调节管39可以设置在所述的真空集水室5的上方、中间或底部。在本实施方式中，所述的真空负压调节管39设置在所述的真空集水室5的上方，位于顶架1区域内。

参照图5，在此基础上，在凸体201的外侧壁上设有加筋体6。所述的加筋体6制作成与所述凸体201的外部形成相适配的套状结构。一种实施方式是每个凸体201套装一个加筋体。另一种实施方式是设计一个总的加筋体，将所有的凸体201都套装起来。加筋体6的顶部与顶架1接触。本实施方式是采用后者结构。

参照图6，本发明一种模块式土体施压成型装置的另一种实施方式。在本实施方式中，相邻凸体201连续排布，不留间隙。

参照图7，本发明一种模块式土体施压成型装置的又一种实施方式。在本实施方式中，相邻凸体201间隙排布，并通过连板12连接。所述的连板12与顶架1连接。

参照图8，本发明模块式土体施压成型装置的又一种实施方式。在本实施方式中，若干个凸体201成阵列排布。相邻行和列的凸块201并排设置。

参照图9，本发明模块式土体施压成型装置的又一种实施方式。在本实施方式中，若干个凸体201成阵列排布。相邻行和列的凸块201交错设置。

参照图10，本发明一种模块式土体施压成型装置的又一种实施方式。在本实施方式中，所述的凸体201呈开口向上的框形结构。凸体201沿顶架1的宽度方向贯通，多个凸体201沿顶架1的长度方向平行设置。

参照图11，本发明模块式土体施压成型装置的又一种实施方式。在本实施方式中，多个上框结构的凸体201成阵列排布。相邻行和列的凸块201并排设置。

参照图12，本发明模块式土体施压成型装置的又一种实施方式。在本实施方式中，多个上框结构的凸体201成阵列排布。相邻行和列的凸块201交错设置。

参照图13，本发明一种模块式土体施压成型装置的又一种实施方式。在本实施方式中，所述的凸体201呈圆筒形结构。多个凸体201成阵列排布。相邻行和列的凸块201并排设置。

参照图14，本发明模块式土体施压成型装置的又一种实施方式。在本实施方式中，一个顶架和与其连接的一个施压成型模块构成一个单元11，两到多个单元11拼接构成一个完整的模块式土体施压成型装置。

参照图15，本发明模块式土体施压成型装置的又一种实施方式。将不同尺寸的单元11制作成相应的单元模块11-1、11-2，根据设计和施工需要，将各种单元模块拼接构成一个完整的模块式土体施压成型装置。

参照图16，本发明模块式土体施压成型装置的又一种实施方式。在顶架1还设有撞击锤13和振动装置15。所述的撞击锤13和振动装置15可以是一到多个。在本实施方式中，所述的撞击锤13和振动装置15各为一个，且设置在顶架1的中心处。振动装置15直接设置在顶架1上，撞击锤13通过支架14设置在振动装置15的上方。

撞击锤13和振动装置15通过成型模块对土体施加动态高频作用力，使土体受到充分挤压，加速土体中的水气与土颗粒分离。

参照图17，本发明模块式土体施压成型装置的又一种实施方式。所述的撞击锤13为一个，设置在顶架1的中心处，所述的振动装置15为多个，均匀设置在撞击锤13的周边。最好，每个撞击锤13设置在相应凸体201的中心处。

所述的振动装置15也可以设置在凸体201的内部。或者，在顶架上方和凸体201的内部均设有振动装置15。

参照图18和图19，本发明模块式土体施压成型装置的又一种实施方式。本实施方式是在前面提到的任何一种实施方式的基础上，在所述顶架1的周边还设有挡板16。所述的挡板16对土体起到阻挡作用，防止土体产生侧移，使土体被集中在施压成型模块的区域内，从而得到更为充分的挤压，进一步加速土体中的水气与土颗粒分离。

在本实施方式中，所述的挡板16采用平板结构，封闭围合在所述顶架1的周边。挡板11从顶架1的下方向上延伸至顶架1的上方。伸出顶架1上方部分的挡板可以保护设置在顶架1上的设备（如撞击锤13和振动装置15）不沾染淤泥，延长设备的使用寿命。

挡板16底部与施压成型模块2的底部基本齐平。

优选地，所述挡板16的内壁具有透水层，便于快速排水。

所述的挡板16的材料可以选用耐腐蚀材料，如钢板、合金板或高分子材料板。采用钢板时，可以增加整个装置的重量，对土体产生更大压力，有利于加速排水。采用高分子材料板，造价低，轻质，便于制造、运输和安装。

参照图20，本发明模块式土体施压成型装置的又一种实施方式。与图18和图19实施方式不同之处在于，本实施方式的挡板16仅置于顶架1的下方，且挡板16底部低于施压成型模块2的底部。这种结构，挡板16可以包裹住更多的土体。大量土体被限定在挡板16围合的空间内，在本发明施压成型装置的作用下，得到充分的挤压。由于土体不会产生侧移，这种挤压是持续有效的。

参照图21，本发明模块式土体施压成型装置的又一种实施方式。与图18和图19实施方式不同之处在于所述的挡板16采用型钢。

参照图22，本发明可替换图21实施方式另一种实施方式。与图21实施方式不同之处在于，本实施方式的挡板16为条状结构，均匀设置在所述顶架的周边。所述的挡板16采用“工”字钢。

参照图23，本发明模块式土体施压成型装置的又一种实施方式。所述的施压成型模块2的底部还设有垂直桩体17。

所述的垂直桩体17在土体中形成桩孔，吊起模块式土体施压成型装置后，在所述的桩孔内放置成品桩管或填充填料。这种结构，施压成型模块对土体进行横向的浅层或中浅处理，垂直桩体对土体进行深层加固处理，因而不仅适用于浅层或中浅层软土地基的排水加固处理，同时也能适用于深层地基的处理，使本发明的适用场合更为宽泛。

在所述的垂直桩体17的外侧壁也可以设置过滤装置4。所述的过滤装置4与凸体201上的过滤装置4形成一体结构。

所述的垂直桩体17的过滤装置4外部还可以套装加筋体。该加筋体在施工结束后留在土体内，在起到加筋作用的同时继续排水。

参照图24，本发明模块式土体施压成型装置的又一种实施方式。本实施方式是在图23实施方式的基础上，在所述顶架1的周边还设有挡板16。

参照图25和图26，本发明凸体的又一种实施方式。三个凸体焊接成的联排结构，中间凸体的高度约为其它凸体高度的2倍；每个凸体由两到多个结构基本相同的“V”形构件221叠置焊接而成，联排凸体的两端以及中间凸体露出相邻凸体的端部通过端板220封堵，相邻“V”形构件之间设有“T”形导条218，所述的“T”形导条218与“V”形构件之间留有间隙，形成插接所述过滤装置的滑槽219。过滤装置在使用后可以取下，清洗其上的污泥，然后再次插入到滑槽内固定，从而实现重复利用。

最好，在所述的过滤装置的表面和/或背面还设有导流板或导流槽（图中未显示）。所述的导流板或导流槽将土体在施压过程中产生的密度较轻的水气从土体孔隙中被排挤出来后，更好地引导到过滤装置上。

参照图27，本发明凸体的又一种实施方式。在图25实施方式的基础上，将两个联排结构的凸体焊接成一个双联排结构的凸体。

下面以采用一种优化的模块式土体施压成型装置为例，介绍几种本发明的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法的具体实施方式。可以理解的是，本发明的方法也可采用于其它结构的模块式土体施压成型装置。根据设计或施工需要，可以灵活增加或减少相应的功能件，亦或增减或调整相应的操作步骤。

实施例一

机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，按以下步骤进行：

1）参照图28，在施工区域的工程原状土44上铺设散体材料43，直到所有施工区域都铺设完成；所述的散体材料43采用散体砂石骨料。

2）吊机18将模块式土体施压成型装置19吊至当前施工区域。

3）参照图29，模块式土体施压成型装置19对土体进行振动施压，模块式土体施压成型装置19的自重对土体施以纵向的静态压力；撞击锤13对土体施以纵向的撞击力；振动装置15使装置19产生振动，进而对土体施以高频的侧向压力；以上三种合力作用于土体，使土体得到充分挤压，土体中的水气经加筋体5、过滤装置4和凸体上的导水通道203到达集水室5，再经由抽水管10抽出。抽水系统采用两路模式，每路包括一个真空泵7和一个前置的气水分离器8。第一路的气水分离器8工作一段时间后，分离出的水分水量到达设定水位时，该路的真空泵7停止工作，气水分离器8进行排水，第二路仍保持工作。两路交替作业，可持续抽排水。在这个过程中，土体中的气水被最大程度地排出，固体颗粒之间的密实度得以提高。同时，铺设的散体材料43与土体之间形成相互交织挤压混合，达到土体混合改性和加筋增强的功效，实现工程软弱土体的加固（如图30所示）。

4）参照图31，吊起模块式土体施压成型装置19。处理过的土体被挤密排水固结，形成与施压成型模块形状相应的成型土体结构21。加筋体6仍留在土体内，可承受抗拉、抗压、抗剪作用，从而提高地基承载力，减少沉降和增加土体的稳定性。同时，所述的加筋体6还可以继续排水。

5）吊机18将模块式土体施压成型装置19吊至下一施工区域，重复步骤3）和4），直到所有施工区域均处理完成。

实施例二

机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，按以下步骤进行：

1）在施工区域的工程原状土上铺设散体材料，直到所有施工区域都铺设完成；所述的散体材料采用混合破碎建筑垃圾。

2）吊机将模块式土体施压成型装置吊至当前施工区域。

3）采用模块式土体施压成型装置对土体进行施压挤密排水固结，使铺设的散体材料与土体之间形成相互交织挤压混合，达到土体混合改性和加筋增强的功效，实现工程软弱土体的加固。

4）吊起模块式土体施压成型装置，处理过的土体被挤密排水固结，形成与施压成型模块形状相应的成型土体结构。

5）吊机将模块式土体施压成型装置吊至下一施工区域，重复步骤3）~4），直到所有施工区域均处理完成。

6）参照图32，在加固后的土体上再铺设一层散体材料43，重复步骤2）~5）。

实施例三

机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，按以下步骤进行：

1）参照图33，在施工区域的工程原状土上依次铺设一层硬质石方散体材料43-1、一层砂石骨料43-2、一层土工加筋材料45和一层改性土47。所述改性土47按以下方法铺设：将原状土和水泥按比例在搅拌机内搅拌混合形成改性土，再将流体状的改性土混合物倾倒在施工区域，摊铺平整。

2）吊机将模块式土体施压成型装置吊至当前施工区域。

3）采用模块式土体施压成型装置对土体进行施压挤密排水固结，使铺设的散体材料、土工加筋材料、改性土与土体之间形成相互交织挤压混合，达到土体混合改性和加筋增强的功效，实现工程软弱土体的加固。

4）吊起模块式土体施压成型装置，处理过的土体被挤密排水固结，形成与施压成型模块形状相应的成型土体结构。

5）吊机将模块式土体施压成型装置吊至下一施工区域，重复步骤1）~4），直到所有施工区域均处理完成。

实施例四

机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，按以下步骤进行：

1）参照图34，在当前施工区域的工程原状土上先铺设一层由土砂骨石料和破碎建筑垃圾构成的散体材料混合物，再铺设一层复合土工材料，如此交替铺设三次，使散体材料和土工加筋材料形成多层三明治结构。

2）吊机将模块式土体施压成型装置吊至当前施工区域。

3）采用模块式土体施压成型装置对土体进行施压挤密排水固结，使铺设的散体材料和土工加筋材料与土体之间形成相互交织挤压混合，达到土体混合改性和加筋增强的功效，实现工程软弱土体的加固。

4）吊起模块式土体施压成型装置，处理过的土体被挤密排水固结，形成与施压成型模块形状相应的成型土体结构。

5）吊机将模块式土体施压成型装置吊至下一施工区域，重复步骤1）~4），直到所有施工区域均处理完成。

6）铺设改性土

6.1）原状土铺设：采用履带式挖掘机将原状土倾倒在成型土体上，用路拌机搅拌两次，打碎较大土块，剔除超径土料及杂物；

6.2）HEC固化剂铺设：先采用振动压路机对土体施加静压，按宽3m*长3m划定方格网，在每一方格网内滩洒HEC固化剂，并用刮板将HEC固化剂均匀摊开。

6.3）改性土拌和：采用拌路机对改性土拌和2遍，速度应小于3.3km/h，拌和均匀后改性土色泽一致，无灰条、灰团和花面。

6.4）整形：采用振动压路机静压1遍，然后用平地机对改性土进行整形。

6.5）碾压：摊铺整形结束后，立即用振动压路机进行弱振碾压1遍，再强振1遍，弱振1遍。碾压时遵循先轻后重、先慢后快的原则，碾压速度控制在1 km/h ~1.5 km/h 范围内，弱振力控制在200kPa左右，强振力控制在350kPa左右。

实施例五

机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，按以下步骤进行：

1）参照图35，在施工区域的工程原状土上先铺设一层散体材料43，在该层散体材料43上铺洒水泥干粉62；然后再铺设第二层散体材料43，在该层散体材料43上铺洒水泥干粉62；最后再铺设第三层散体材料43。所有施工区域都铺设完成。

2）吊机将模块式土体施压成型装置吊至当前施工区域。

3）采用模块式土体施压成型装置对土体进行施压挤密排水固结，使铺设的散体材料与土体之间形成相互交织挤压混合，达到土体混合改性和加筋增强的功效，实现工程软弱土体的加固。

4）吊起模块式土体施压成型装置，处理过的土体被挤密排水固结，形成与施压成型模块形状相应的成型土体结构。

5）吊机将模块式土体施压成型装置吊至下一施工区域，重复步骤3）~4），直到所有施工区域均处理完成。

实施例六

机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，按以下步骤进行：

1）参照图36，在施工区域的工程原状土上先铺设一层散体材料43，在该层散体材料43上铺设一层湿态流体状的水泥混凝土63；然后再铺设一层土工加筋材料45，在该土工加筋材料45上再铺设一层湿态流体状的水泥混凝土63；最后再铺设第一层散体材料43。所有施工区域都铺设完成。

2）吊机将模块式土体施压成型装置吊至当前施工区域。

3）采用模块式土体施压成型装置对土体进行施压挤密排水固结，使铺设的散体材料与土工加筋材料和土体之间形成相互交织挤压混合，达到土体混合改性和加筋增强的功效，实现工程软弱土体的加固。

4）吊起模块式土体施压成型装置，处理过的土体被挤密排水固结，形成与施压成型模块形状相应的成型土体结构。

5）吊机将模块式土体施压成型装置吊至下一施工区域，重复步骤3）~4），直到所有施工区域均处理完成。

应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (43)

1.机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于包括以下步骤：1）在工程原状土上铺设至少一层散体材料；2）采用模块式土体施压成型装置对土体进行施压挤密排水固结，使铺设的散体材料与土体之间形成相互交织挤压混合，达到土体混合改性和加筋增强的功效，实现工程软弱土体的加固；所述的模块式土体施压成型装置包括顶架、施压成型模块和土体强度检测装置，所述施压成型模块包括若干个凸体。

2.如权利要求1所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的凸体连续排布或间隙排布，顶部直接或通过连板与所述的顶架连接。

3.如权利要求1所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的凸体成阵列排布，相邻行/列的凸体并排或交错设置。

4.如权利要求1所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的施压成型模块上接触土体部分还设有过滤装置。

5.如权利要求4所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于多个凸体组装成联排结构，中间凸体的高度大于其它凸体的高度；每个凸体由两到多个结构基本相同的“V”形构件叠置而成，联排凸体的两端以及中间凸体露出相邻凸体的端部通过端板封堵，相邻“V”形构件之间设有“T”形导条，所述的“T”形导条与“V”形构件之间留有间隙，形成插接所述过滤装置的滑槽。

6.如权利要求5所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的过滤装置的表面和/或背面还设有导流板或导流槽。

7.如权利要求4所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的过滤装置包括一到多层滤网。

8.如权利要求7所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的滤网为金属滤网和/或土工织物滤网。

9.如权利要求1所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的施压成型模块的底部最外层还设有加筋体。

10.权利要求9所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的加筋体包括土工格栅、土工布、土工膜、土工格室、土工网垫和复合土工材料其中的任何一种或多种组合。

11.如权利要求1所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的施压成型模块由钢板或型钢焊接而成，在上部形成集水室。

12.如权利要求11所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的施压成型模块上开设有联通模块底面和集水室的导水通道。

13.如权利要求1所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的顶架上还设有辅助施压装置。

14.如权利要求13所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的辅助施压装置包括振动装置、撞击装置和/或夯击装置。

15.如权利要求13所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的辅助施压装置设置在所述的顶架和/或施压成型模块上。

16.如权利要求15所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于两个或两个以上的辅助施压装置同层或分层均匀设置在所述的顶架和/或施压成型模块上。

17.如权利要求1所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的顶架周边还设有挡板。

18.如权利要求17所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的挡板封闭围合在所述顶架的周边。

19.如权利要求17所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的挡板为多个，均匀设置在所述顶架的周边。

20.如权利要求1所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的顶架为框架式结构。

21.如权利要求1所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的顶架为封闭结构，并与所述的施压成型模块的上部区域构成密闭的真空集水室。

22.如权利要求21所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于在真空集水室内还设有带控制阀的真空负压调节管。

23.如权利要求22所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的真空负压调节管可以设置在所述的真空集水室的上方、中间或底部。

24.如权利要求1所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的施压成型模块的底部还设有垂直桩体。

25.如权利要求24所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的垂直桩体为上大下小的锥体结构。

26.如权利要求24所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的土体强度检测装置设置在所述垂直桩体上。

27.如权利要求1所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的土体强度检测装置设置在所述施压成型模块上。

28.如权利要求1所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的土体强度检测装置包括土体密度检测装置和/或土体抗剪强度检测装置。

29.如权利要求1-28任何一项所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于至少一个顶架和与其连接的一个施压成型模块构成一个单元，两到多个单元拼接构成一个完整的模块式土体施压成型装置。

30.如权利要求1所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的散体材料包括泥土、砂石骨料、混合破碎建筑垃圾或硬质石方其中的任何一种材料或几种材料组合。

31.如权利要求1所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于步骤1）中，在散体材料上再铺设一到多层、散体材料、土工加筋材料和/或改性土。

32.如权利要求1所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于还包括步骤3）：在加固后的土体上再铺设一到多层散体材料、土工加筋材料和/或改性土。

33.如权利要求32所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于还包括步骤4）：采用模块式土体施压成型装置进一步施压挤密排水固结。

34.如权利要求33所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于重复步骤3）和4），直至土体强度达到设计要求。

35.如权利要求31~34任何一项所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于相邻铺设层之间还设有粘接层。

36.如权利要求35所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的粘接层采用的粘接材料为水泥、改性土或水泥混凝土。

37.如权利要求36所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的粘接材料呈干态粉状、干态散体粒状、湿态半凝固状或湿态流体状的任何一种形态。

38.如权利要求31~37任何一项所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的改性土为添加固化剂的土。

39.如权利要求38所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的改性土按以下方法铺设：将原状土和固化剂按比例在搅拌机内搅拌混合，再将流体状的混合物倾倒在施工区域，摊铺平整。

40.如权利要求38所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的改性土按以下方法铺设：将原状土摊铺平整，再在其上摊铺固化剂，最后用路拌机拌和。

41.如权利要求38所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的固化剂包括但不限于石灰水泥类无机固化剂、矿渣类干粉土壤固化剂、高聚类离子土壤固化剂、有机酶蛋白土壤固化剂和有机无机结合的固化剂。

42.如权利要求31~37任何一项所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所述的土工加筋材料为塑料排水板、加筋带、土工格栅、土工布、土工膜、土工格室、土工网垫和复合土工材料其中的任何一种，或两到多种组合。

43.如权利要求1、31~37任何一项所述的机械施压挤密排水固结土体增强处理方法，其特征在于所有步骤结束后，对复合土体进行整形和压实。