CN110144874B - 一种分层加固超软土地基的装置及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分层加固超软土地基的装置及施工方法。本发明的核心是多层排水体，所述多层排水体包括排水管、管身布置有若干个出管孔的主管，以及用于将排水管分层送入土体的下管架，所述排水管水平伸入土体内的管身布满小孔且表面包裹有滤布。本发明通过多层排水体对超软土进行真空预压加固，解决了常规真空预压加固超软土仅能形成一层硬壳层的难题，结构简单，操作简便，效率高且成本低。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程领域，具体涉及一种分层加固超软土地基的装置及施工方法。
背景技术
土地作为一种宝贵的有限资源，为城乡环境的调节、净化、循环和缓冲等提供生态服务功能，人类必须充分、合理的开发和利用每一寸土地。在开发利用土地的过程中不可避免的会遇到超软土地基地质条件，超软土多分布于沿海、河流中下游或湖泊附近地区，具有天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、渗透性小等特点。近年来，吹填工程和疏浚工程日渐增多，相比天然沉积的软黏土，含水量更高、强度更低，表现出更强的欠固结特性和可压缩特性。在开发和利用超软土地基的过程中面临不少困难和挑战。
超软土的抗剪强度极低，作为建筑地基、堆场地基不能满足承载力要求，甚至作为普通的耕作用地也不能满足要求，需要进行加固处理。若要使超软土固结强度增加，最根本的问题是将土体中含有的大量水分排出。纵观国内外，真空预压法是大面积超软土地基常用的处理方法之一，该方法需要配合竖向排水体才能达到基本的排水固结要求，目前应用最多的排水体为塑料排水板，存在排水方向单一、排水路径长等问题。真空预压法的排水固结速率受限于超软土的渗透系数，加固时间较长，而且超软土较高的细颗粒含量极易造成排水体的淤堵，使得真空度沿土体深度方向存在衰减现象，对地基承载力提高有限，往往仅能形成一层厚度约为1m的硬壳层，硬壳层以下的土体得不到有效加固。
现有“立体排水体”、“伞式排水体”，包括竖向及侧向排水通道，具有立体、多向等特点，与塑料排水板相比，可缩短土的排水路径，提高土真空预压加固的均匀性。然而，此类排水体存在以下问题：由于侧向排水通道与竖向排水通道一同打入土体，存在不易打设，以及难以控制侧向排水通道打设位置等问题，适用于浅层土体。
发明内容
发明目的：提供一种分层加固超软土地基的装置及施工方法，以解决现有技术存在的上述问题。
技术方案：
一种分层加固超软土地基的装置，包括：
主管，沿管身长度方向设置有至少两组出管孔，主管的顶端设置有至少一个导向凹槽，所述出管孔处设置有滚珠组件，出管孔外侧设置有水平托槽；
下管架，包括开有下管孔和移动孔的下管盘，设置在下管盘一侧的并与下管孔连通的下管套，设置在下管盘周向的、与所述导向凹槽适配的凸槽；
排水管，一端通过下管架延伸至主管的预定位置并穿过水平托槽延伸至土体中，另一端与真空泵连接，排水管伸入土体内的管身布满透水孔且表面包裹有滤布。
根据本发明的一个方面：所述出管孔沿主管纵轴方向并排布置或错落布置；出管孔沿主管某一横截面的管身均匀布置4~8个。所述滚珠组件包括固定在主管上并设置有定位孔的滚珠保持架，活动嵌接在滚珠保持架上的滚珠；定位孔的直径小于滚珠的直径；当主管竖直放置时，至少部分滚珠朝出管孔轴线方向运动，使出管孔的间隙小于预定值。所述移动孔沿下管盘的径向延伸，下管孔与所述下管套可沿下管盘直径方向的移动孔调整位置，所述下管盘上设置有提放环。当主管或下管套为两个及以上时，通过螺接或卡接的方式进行连接；所述下管套的最下端呈90°弯折。所述下管套的内径比排水管的内径大，所述排水管沿下管套穿出并进入主管的出管孔。所述排水管的一端固定连接有多通阀；所述排水管的中间设有牵引机；所述排水管的端部设有转轴；所述排水管卷绕于所述转轴上，一端延伸出来与所述牵引机连接。所述多通阀一端设有抽水管，所述抽水管的另一端设有真空泵。
一种分层加固超软土地基的装置，包括；
多层排水体，所述多层排水体包括排水管、管身布置有若干个出管孔的主管，以及用于将所述排水管分层送入土体的下管架，所述排水管水平伸入土体内的管身布满小孔且表面包裹有滤布。
所述主管上的出管孔沿纵轴方向并排布置或错落布置，间距为1~2m，所述出管孔沿所述主管某一横截面的管身可均匀布置4~8个，所述出管孔在所述主管的外侧设有2~5cm长的水平托槽，所述出管孔内部设有可以根据排水管径调整的滚珠。所述主管的顶端设有若干个凹槽，以及用于连接下管架上的凸槽，能够方便管口对接。所述下管架的下管盘上布置有若干个下管孔和一个提放环，所述下管孔下端均连接有下管套，所述下管孔与所述下管套可沿下管盘直径方向的移动孔调整位置，所述下管套的长度可以通过螺接调节，其最下端呈90°弯折。所述主管的长度方向设有螺纹，能够方便主管安装固定。所述下管套的内径比排水管的内径大，所述排水管沿下管套穿出并进入主管的出管孔，能够确保排水管穿入主管的出管孔。所述排水管的一端固定连接有多通阀，所述排水管的中部设有牵引机，所述排水管的端部设有转轴，所述排水管卷绕于所述转轴上，一端延伸出来与所述牵引机连接。能够调节排水，结构简单，运行可靠。所述多通阀一端设有抽水管，所述抽水管的另一端设有真空泵，能够对抽水量进行自动调整，同时可以自动定时停机、启动和定时定量的真空抽滤，提高工作效率，同时更加智能。
在进一步实例中，一种分层加固超软土地基的装置工作方法，包括如下步骤：
S1、向超软土地基人工打入塑料排水板1m深，按常规真空预压的方法加固，形成硬壳层；
S2、将主管的底部用帽盖封住，采用机械和人工的方式将若干个主管按1~1.5m的间距打入超软土；
S3、组装下管架，根据排水管的插入深度，通过螺接调整下管套的长度与排水管插入深度相同，安装于下管架的下管孔处；将下管架放入主管内，使其凸槽与主管的凹槽对接，通过移动孔调整下管孔和下管套的位置，使下管套的末端与主管的出管孔对接；
S4、采用牵引机依次将各排水管送入下管孔，进入下管套，再从主管的出管孔穿出，水平插入超软土内；
S5、将埋设于同一深度排水管的另一端均与多通阀连接，多通阀的另一端通过抽水管与真空泵连接，开启真空泵，对排水管所处深度上下1m左右范围内的超软土进行排水加固；
S6、待超软土地基沿深度方向的各层土均得到排水固结，回收多层排水体。
所述步骤S5进一步为：所述真空泵采用梯级抽真空的方式，分至少两级对超软土进行加固。
有益效果：本发明的核心装置为多层排水体，通过排水管、在管身周围布置有若干个出管孔的主管，以及用于将所述排水管分层送入土体的下管架，排水管可以水平伸入土体内部，为了过滤，将管身周围布满小孔且管身表面包裹有滤布，通过该装置实现超软土的分层加固，解决现有排水体排水方向单一、排水路径长等难题，提高了超软土的排水固结速率，改善了真空预压法的加固效果，此外本发明结构简单，操作方便，能够快速而高效的实现超软土的加固。
附图说明
图1是本发明分层加固超软土地基的装置结构示意图。
图2是本发明的主管结构示意图。
图3是本发明下管架的平面示意图。
图4是本发明下管架的A-A剖面图。
图5是本发明下管架在某一工作状态下的示意图。
图中各附图标记为：主管1、凹槽2、出管孔3、滚珠4、排水管5、下管架6、凸槽7、下管孔8、提放环9、移动孔10、下管套11、转轴12、牵引机13、下管盘14、排水孔15、多通阀16、抽水管17、真空泵18。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系， 仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1至图5所示，一种分层加固超软土地基的装置，包括主管1、凹槽2、出管孔3、滚珠4、排水管5、下管架6、凸槽7、下管孔8、提放环9、移动孔10、下管套11、转轴12、牵引机13、下管盘14、排水孔15、多通阀16、抽水管17和真空泵18。
如图1和图5所示，该装置为多层排水体，其中出管孔3布置在所述主管1的管身处，所述主管1的管身处布置了若干个出管孔3，下管架6设置在主管1的顶部，便于将所述排水管5分层的送入土体内部，为了方便排水管5伸入土体内部，排水管5的伸入土体中的部分管身布满小孔，同时为了不将排水管5管身的小孔堵塞也为了土、泥、沙等不能从排水管5的小孔进入排水孔15，在其排水管5的管身布满小孔处表面包裹有滤布。
滚珠4设置在所述出管孔3的内部，主管1的顶端具有若干个凹槽2，用于连接下管架6的凸槽7，下管套11套接在排水管5的外面，所述下管套11的内径比排水管5的内径大1~2mm，能够确保排水管5沿下管套11穿出进入主管1的出管孔3，所述下管套11的长度可以通过螺接调节，其最下端呈900的弯折。
为了方便能够在工作时，下管孔8随意移动，在所述下管架6的下管盘14上面设置了多个移动孔10，下管孔8设置在所述下管架6上面的下管盘14，下管盘14上布置了若干个下管孔8。
如图3所示，提拉环设置在所述下管架6的下管盘14上，并且位于下管架6的下管盘14的中心，下管套11的一端连接着下管孔8的下端，移动孔10设置在下管架6的下管盘14的直径方向，并且所述下管孔8与所述下管套11可沿下管盘14直径方向调整位置，多通阀16设置在排水管5的一端，转轴12设在所述排水管5的端部，排水管5卷绕于转轴12上，一端延伸出来与牵引机13连接，抽水管17一端连接着多通阀，抽水管17的另一端连着真空泵18。
在进一步实施例中，当工作时，多通阀16控制每个排水管的排水量和每个排水管5的开启，实现了无极控制，使得该装置更加智能更加人性化，同时由于多通阀16结构简单，其运行可靠，方便控制。
在进一步实施例中，主管1为PVC材质，即使在高温炎热的夏天工作，非常耐热，主管的稳定性，不易被硫、碱腐蚀，而且该材质便于加工，降低了制造成品。管体沿长度方向设有螺纹，方便螺接，排水管5为弹力好、韧性强的PU管。
在进一步实例中，主管1上的出管孔3沿纵轴方向并排布置或错落布置，间距为1~2m，出管孔3沿主管1某一横截面的管身可均匀布置4~8个；所述出管孔3在所述主管1的外侧有2~5cm长的水平托槽，出管孔3内安装有3个滚珠4，可根据排水管5的管径调整滚珠4的大小。
在进一步的实施例中，所述主管1的内径为80~280mm，壁厚为0.3~2.3mm；所述排水管5的内径为20~100mm，壁厚为0.1~2.5mm。
本实施例为分层加固超软土地基的准备工作进行下述步骤：
向超软土地基人工打入塑料排水板1m深，按常规真空预压的方法加固，形成硬壳层，以满足人员及轻型机械进场的要求。
（1）将主管1的底部用帽盖封住，采用机械和人工的方式将若干个主管1按1~1.5m的间距打入超软土；
（2）组装下管架6，根据排水管5的插入深度，通过螺接调整下管套11的长度与排水管5插入深度相同，安装于下管架6的下管孔8处；将下管架6放入主管1内，使其凸槽7与主管1的凹槽2对接，通过移动孔10调整下管孔8和下管套11的位置，使下管套11的末端与主管1的出管孔对接；
（3）采用牵引机13依次将各排水管5送入下管孔8，进入下管套11，再从主管1的出管孔穿出，水平插入超软土内；
（4）将埋设于同一深度的排水管5的另一端均与多通阀16连接，多通阀16的另一端与真空泵18连接，开启真空泵18，对排水管5所处深度上下1m左右范围内的超软土进行排水加固；
（5）待超软土地基沿深度方向的各层土均得到排水固结，回收多层排水体。
排水管5卷绕于转轴12上，一端延伸出来与牵引机13连接，在相互不干扰的前提下，可同时将多跟排水管5通过下管套11送入出管孔3进入超软土内。出管孔3内的滚珠4为柔性体，在排水管5插入出管孔3前，其处于散落状态，用于封住出管孔3，防止主管1打入土体过程中，周边泥土进入主管1内部，在主管1插入过程中滚珠4向出管孔3周围压缩。
所述步骤S5进一步为：所述真空泵采用梯度抽真空的方式，分至少两级对超软土进行加固。例如采用五级真空方式进行处理，逐渐增加真空度，防止土壤固结，特别是位于管体周围的土壤固结，形成挡水层。
通过上述实施例，本发明采用多层排水体，沿超软土深度方向布置排水管5，增加了土体的排水路径和方向，通过真空预压技术使超软土沿深度方向得到均匀加固，提高了土体的排水固结速率及强度，降低了能耗，解决了传统真空预压技术加固超软土仅能形成一层硬壳层的问题。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种分层加固超软土地基的装置，其特征在于，包括：
主管，沿管身长度方向设置有至少两组出管孔，主管的顶端设置有至少一个导向凹槽，所述出管孔处设置有滚珠组件，出管孔外侧设置有水平托槽；
下管架，包括开有下管孔和移动孔的下管盘，设置在下管盘一侧的并与下管孔连通的下管套，设置在下管盘周向的、与所述导向凹槽适配的凸槽；所述移动孔沿下管盘的径向延伸，所述下管孔与所述下管套可沿下管盘直径方向的移动孔调整位置，所述下管盘上设置有提放环；
排水管，一端通过下管架延伸至主管的预定位置并穿过水平托槽延伸至土体中，另一端与真空泵连接，排水管伸入土体内的管身布满透水孔且表面包裹有滤布。
2.根据权利要求1所述的一种分层加固超软土地基的装置，其特征在于：所述出管孔沿主管纵轴方向并排布置或错落布置；出管孔沿主管某一横截面的管身均匀布置4~8个。
3.根据权利要求1所述的一种分层加固超软土地基的装置，其特征在于：所述滚珠组件包括固定在主管上并设置有定位孔的滚珠保持架，活动嵌接在滚珠保持架上的滚珠；定位孔的直径小于滚珠的直径；当主管竖直放置时，至少部分滚珠朝出管孔轴线方向运动，使出管孔的间隙小于预定值。
4.根据权利要求1所述的一种分层加固超软土地基的装置，其特征在于：当主管或下管套为两个及以上时，通过螺接或卡接的方式进行连接；所述下管套的最下端呈90°弯折。
5.根据权利要求1所述的一种分层加固超软土地基的装置，其特征在于：所述下管套的内径比排水管的内径大，所述排水管沿下管套穿出并进入主管的出管孔。
6.根据权利要求1所述的一种分层加固超软土地基的装置，其特征在于：所述排水管的一端固定连接有多通阀；所述排水管的中间设有牵引机；所述排水管的端部设有转轴；所述排水管卷绕于所述转轴上，一端延伸出来与所述牵引机连接。
7.根据权利要求6所述的一种分层加固超软土地基的装置，其特征在于：所述多通阀一端设有抽水管，所述抽水管的另一端设有真空泵。
8.一种采用权利要求1至7任一项所述装置的超软土地基加固方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、向超软土地基人工打入塑料排水板，按真空预压的方法加固，形成硬壳层；
S2、将主管的底部用帽盖封住，采用机械和人工的方式将若干个主管按预定间距打入超软土；
S3、组装下管架，根据排水管的插入深度，通过螺接调整下管套的长度与排水管插入深度相同，安装于下管架的下管孔处；移动孔沿下管盘的径向延伸；
将下管架放入主管内，使其凸槽与主管的凹槽对接，下管孔与下管套可沿下管盘直径方向的移动孔调整位置，使下管套的末端与主管的出管孔对接；
S4、采用牵引机依次将各排水管送入下管孔，进入下管套，再从主管的出管孔穿出，水平插入超软土内；
S5、将埋设于同一深度排水管的另一端均与多通阀连接，多通阀的另一端通过抽水管与真空泵连接，开启真空泵，对超软土进行排水加固；
S6、待超软土地基沿深度方向的各层土均得到排水固结，回收多层排水体。
9.根据权利要求8所述的分层加固超软土地基的装置工作方法，其特征在于，所述步骤S5进一步为：所述真空泵采用梯级抽真空的方式，分至少两级对超软土进行加固。
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