CN110206013A - 一种超软吹填土浅层固化装置及其固化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超软吹填土浅层固化装置及其固化方法，装置包括主轴、顶板，底板，支撑骨架、滤网、真空泵；形成滤网到真空泵之间的气流和水路的连通，通过主轴中弹簧的弹力释放实现外围滤网的张开，从而挤压超软吹填土，同时将装置内部的水管与真空泵连接，使滤网处于负压状态，土体与滤网间形成压力差，导致土体中的水从滤网排出并最终被真空泵抽走，加速土体固结，实现超软吹填土浅层土的快速挤密固结，大大缩短工期，为下一步处理提供工作面，本发明装置结构简单、操作方便、适于推广应用。

Description

一种超软吹填土浅层固化装置及其固化方法

技术领域

本发明涉及浅层固化装置领域，尤其是一种超软吹填土浅层固化装置及其固化方法。

背景技术

我国东部沿海地区经济快速增长，但是土地资源紧缺，经济开发过程中需要大量的土地资源，填海造陆工程成为沿海地区解决土地资源紧缺的途径。而当前填海造陆的方法主要是将近海沉积的粘性土作为一种流化态软粘土通过泵吹填后形成围海造陆吹填材料。该吹填材料亦即吹填土具有含水率高、渗透性差，承载力低，盐分浓度大，同时质软的特点，若不经地基改良，不方便大型机械进入吹填土区域进行机械作业，且不经处理直接进行建设，也会带来建筑物的沉降、裂缝甚至断裂等严重后果。

目前围海造陆工程中最常用的施工方法是“吹填+真空(堆载)预压”工作模式。在对吹填土进行预压排水固结前，需要吹填土浅层通过自然蒸发、自重固结至一定强度。该方法存在一定的缺陷和不足，一方面通过自然固结需要很长一段时间，大大延长了工期，且机械化程度低，施工效率低，难度大；另一方面需要大量的砂石材料作为持力层和水平排水垫层，施工成本较高。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供了一种超软吹填土浅层固化装置及其固化方法，极大的缩短了施工工期，且装置环保无公害，可回收多次使用。

技术方案：为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：一种超软吹填土浅层固化装置，包括顶板，底板以及连接在顶板和底板之间的主轴和支撑骨架；

所述主轴包括最外侧的外空心圆管以及内置水管；所述内置水管上端外接有真空泵；所述主轴下端固定在底板中心处，上端活动穿过顶板中心，以顶板中心处为界分为上半主轴和下半主轴；

所述支撑骨架包括多个竖直支撑骨架与多个斜向支撑骨架；

多个竖直支撑骨架与主轴平行设置且均匀分布于底板外边缘一周；所述竖直支撑骨架外侧固定有一圈竖直方向可折叠的滤网；所述滤网外层透水不透土，内层不透水；

多个斜向支撑骨架为空心管结构，一端均匀分散的球铰连接在空心连接环外围，所述空心连接环套接在主轴的外空心圆管上，且在主轴上进行纵向移动；所述斜向支撑骨架另一端球铰连接于竖向支撑骨架的滤网上且与滤网中部连通；

多个斜向支撑骨架与主轴之间形成活动的伞骨结构；所述空心连接环内壁还设有穿过外空心圆管连通至内置水管的连通短管；依次形成从滤网中部到斜向支撑骨架、空心连接环、外空心圆管最后到主轴中部的内置水管的水流通路；

所述主轴上设有控制伞骨结构展开和关闭的启闭控制机构。

在一些实施方式中，所述主轴上的启闭控制机构具体为：所述主轴上半主轴的外空心圆管与内置水管之间设有成压缩状态的弹簧；下半主轴的外空心圆管外壁开设有纵向的条状槽孔，且与内置水管之间设有内传力圆管；所述内传力圆管与下半主轴的长度差不小于弹簧伸长长度；所述内传力圆管上开有供连通短管穿过的孔，所述连通短管穿过条状槽孔以及内传力圆管上的孔连通至内置水管，且内置水管为可压缩型软管，所述连通短管与内传力圆管固定连接；

所述弹簧上端与外空心圆管的上端固定连接，弹簧下端通过销钉连接于内传力圆管上，转动销钉实现弹簧的弹力释放，并挤压内传力圆管在外空心圆管的条状槽孔内纵向下移，连通短管联动并带动连接环纵向下移，将多个斜向支撑骨架撑开从而将滤网撑开。

所述顶板为高强度轻质材料，且在一侧设有至少一个连接销钉，相对侧设有与连接销钉相配合的连接销孔；从而在多个装置并排使用时起到连接排布的作用。

所述底板为高强度不透水土工布；以增强其密封不透水的性能。

所述滤网为由多个滤网格组成的折叠型结构，所述滤网从外向内依次包括外滤膜层、中芯板层以及内不透气膜层；外滤膜层只透水不透泥土，中芯板层中有许多相互连通的小孔隙供水在其中流动。

所述斜向支撑骨架为4-6层，均匀分布在主轴竖直方向上；提高伞骨结构的启闭便利性。

所述斜向支撑骨架以及连接环为空心结构，每个滤网格下部的内不透气膜层开设一个小孔，小孔与斜向支撑骨架的空心腔体相通；这样斜向支撑骨架同时可以起到水管通水的作用，可直接透过滤网从土体内抽取水分，增强装置的固化处理能力。

所述内置水管为内嵌钢丝的高强塑料管；在真空状态下不易被压扁。

所述顶板、底板、主轴、支撑骨架、滤网外表面均涂有耐腐蚀层和耐磨层；提高装置的使用寿命。

本发明还公开了一种使用上述超软吹填土浅层固化装置的固化方法，包括如下步骤：

1)初始状态装置中弹簧处于压缩状态，斜向支撑骨架与主轴之间为关闭的伞骨结构，操作人员将装置插入超软吹填土的土体，当滤网上边沿距离土体表面10cm-20cm时停止插入；

2)旋转主轴上的销钉，弹簧弹力释放，并挤压内传力圆管在外空心圆管内纵向下移，带动空心连接环下移并撑开斜向支撑骨架和滤网，滤网向外围挤压土体；

3)开启与内置水管连接的真空泵，真空泵工作时，所述滤网处在负压状态，土体与滤网之间存在的压力差使土体中的水进入滤网，通过滤网、斜向支撑骨架、空心连接环、外空心圆管最后到主轴中部的内置水管的水流通路，从真空泵吸出，压实土体；

4)将多个装置依次插入土体，重复以上步骤，依次排布装置；

5)当土体强度达到要求，上提各个主轴上的销钉，将滤网收拢，一个工作周期结束。

有益效果：本发明所公开的一种超软吹填土浅层固化装置及其固化方法，与现有技术相比，具有以下优点：

(1)本发明通过装置底板的支撑力和滤网与土体的摩擦力支撑工人的自重，无需借助其他机械，可实现仅仅靠人力在超软吹填土上对浅层吹填土进行固化；

(2)本发明将弹簧弹力转化为挤压力，挤压土体，同时使用真空泵抽真空，使土体与滤网间形成压力差，加速浅层土体固结，达到机械设备进入场地所需要的强度，大大缩短工期；

(3)本发明实现了机械力挤压土体和真空抽水，不使用任何化学试剂，环保无公害；

(4)本发明结构简单，可操作性强，经济可行性高。

附图说明

图1是本发明实施例1超软吹填土浅层固化装置滤网展开状态下的剖切轴侧结构示意图；

图2是本发明实施例1超软吹填土浅层固化装置的滤网展开状态下纵向剖面示意图；

图3是本发明实施例1超软吹填土浅层固化装置的滤网收拢状态下的结构示意图；

图4是本发明实施例1超软吹填土浅层固化装置的外空心圆管展开状态示意图；

图5是本发明实施例1超软吹填土浅层固化装置的空心连接环横切状态结构示意图；

图6是本发明实施例1超软吹填土浅层固化装置的滤网展开结构示意图；

图7是本发明实施例1超软吹填土浅层固化装置的滤网横向断面结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

请参阅图1-7所示，本发明公开了一种超软吹填土浅层固化装置，包括顶板1，底板2以及连接在顶板1和底板2之间的主轴3和支撑骨架4；

所述顶板1为高强度轻质材料，且在一侧设有两个连接销钉11，相对侧设有与连接销钉11相配合的两个连接销孔12；从而在多个装置并排使用时起到连接排布的作用。

所述底板2为高强度不透水土工布；以增强其密封不透水的性能。

所述主轴3包括最外侧的外空心圆管31以及内置水管32；所述内置水管32上端外接有真空泵。

所述主轴3下端固定在底板2中心处，上端活动穿过顶板1中心，以顶板1中心处为界分为上半主轴和下半主轴，上半主轴的外空心圆管31与内置水管32之间设有成压缩状态的弹簧34；下半主轴的外空心圆管31与内置水管32之间设有内传力圆管35；所述内传力圆管35与下半主轴的长度差不小于弹簧34伸长长度；

所述支撑骨架4包括八根竖直支撑骨架41与八根斜向支撑骨架42；

竖直支撑骨架41与主轴3平行设置且均匀分布于底板2外边缘一周；竖直支撑骨架41外侧固定有一圈竖直方向可折叠的滤网5；所述滤网5由多个滤网格51组成，通过滤网格51进行折叠，滤网5从外向内依次包括外滤膜层52、中芯板层53以及内不透气膜层54；外滤膜层52只透水不透泥土，中芯板层中有许多相互连通的小孔隙供水在其中流动。

所述斜向支撑骨架42为空心管结构，一端均匀分散的球铰连接在连接环421外围，所述空心连接环421套接在主轴3的外空心圆管31上，八根斜向支撑骨架42与主轴3之间形成可展开和关闭的伞骨结构；外空心圆管31的外壁开设有纵向的条状槽孔311，内传力圆管35上开有供连通短管33穿过的孔，所述空心连接环421内壁设有穿过外空心圆管31连通至内置水管的连通短管33；所述连通短管33穿过条状槽孔311以及内传力圆管35上的孔连通至内置水管32，且内置水管32为可压缩型软管，所述连通短管33与内传力圆管35固定连接；

所述斜向支撑骨架42另一端球铰连接于竖向支撑骨架41上，滤网5的每个滤网格51下部的内不透气膜层54开设一个小孔，小孔与斜向支撑骨架42的空心腔体相通；这样斜向支撑骨架42同时可以起到水管通水的作用，可直接透过滤网5从土体内抽取水分，增强装置的固化处理能力。

从滤网5到内置水管32依次形成从滤网5中部中芯板层53到斜向支撑骨架42、空心连接环421、外空心圆管31、连通短管33最后到主轴3中部的内置水管32的水流通路；

多个斜向支撑骨架42与主轴3之间形成可展开和关闭的伞骨结构；所述斜向支撑骨架42为4层，均匀分布在主轴3竖直方向上；提高伞骨结构的启闭便利性。

所述弹簧34上端与外空心圆管31的上端固定连接，弹簧34下端通过销钉36连接于内传力圆管35上，转动销钉36可实现弹簧34的弹力释放，并挤压内传力圆管35在外空心圆管31的条状槽孔311内纵向下移，连通短管33联动并带动连接环421纵向下移，将八根斜向支撑骨架42撑开从而将整个滤网5撑开；

所述内置水管32为内嵌钢丝的高强塑料管；在真空状态下不易被压扁。

所述顶板1、底板2、主轴3、支撑骨架4、滤网5外表面均涂有耐腐蚀层和耐磨层；提高装置的使用寿命。

本发明还公开了一种使用上述超软吹填土浅层固化装置的固化方法，用于浅层超软吹填土的固化，具体包括如下步骤：

1)首先取滤网5处于收拢状态的装置进行应用，此时装置中的弹簧34处于压缩状态，斜向支撑骨架42与主轴3之间为关闭的伞骨结构，滤网5呈现收拢状态，此时操作人员将装置插入超软吹填土的土体，当滤网5上边沿距离土体表面10cm-20cm时停止插入；插入的过程中可以人工站立在顶板1上进行辅助插入工作；

2)插入完毕后，旋转主轴3上的销钉36，弹簧34的弹力进行最大限度的释放，挤压内传力圆管35在外空心圆管31内纵向下移，并带动空心连接环421在条状槽孔311内下移将斜向支撑骨架42撑开从而将滤网5撑开，滤网5挤压土体；

3)将主轴3上的内置水管32连接到真空泵，开启真空泵，真空泵工作时，所述滤网5处在负压状态，土体与滤网5之间存在压力差使土体中的水进入滤网5，通过滤网5的中芯板层53、斜向支撑骨架42、空心连接环421、外空心圆管31、连通短管33，最后到主3中部的内置水管32的水流通路，从真空泵吸出，从而起到压实土体的作用；

4)将多个装置依次插入土体，重复以上步骤，依次排布装置，并排布置的时候将一个装置的连接插销11连接到下一个装置的连接插孔12内，增强装置依次排布的稳固性能；

5)当土体强度被固化达到要求后，上提各个主轴3上的销钉36，将滤网5收拢，一个工作周期结束，完成对超软吹填土的固化工作。

Claims (10)

1.一种超软吹填土浅层固化装置，其特征在于包括顶板(1)，底板(2)以及连接在顶板(1)和底板(2)之间的主轴(3)和支撑骨架(4)；

所述主轴(3)包括最外侧的外空心圆管(31)以及内置水管(32)；所述内置水管(32)上端外接有真空泵；所述主轴(3)下端固定在底板(2)中心处，上端活动穿过顶板(1)中心，以顶板(1)中心处为界分为上半主轴和下半主轴；

所述支撑骨架(4)包括多个竖直支撑骨架(41)与多个斜向支撑骨架(42)；

多个竖直支撑骨架(41)与主轴(3)平行设置且均匀分布于底板(2)外边缘一周；所述竖直支撑骨架(41)外侧固定有一圈竖直方向可折叠的滤网(5)；所述滤网(5)外层透水不透土，内层不透水；

多个斜向支撑骨架(42)为空心管结构，一端均匀分散的球铰连接在空心连接环(421)外围，所述空心连接环(421)套接在主轴(3)的外空心圆管(31)上，且在主轴(2)上进行纵向移动；所述斜向支撑骨架(42)另一端球铰连接于竖向支撑骨架(41)的滤网(5)上且与滤网(5)中部连通；

多个斜向支撑骨架(42)与主轴(3)之间形成活动的伞骨结构；所述空心连接环(421)内壁还设有穿过外空心圆管(31)连通至内置水管(32)的连通短管(33)；依次形成从滤网(5)中部到斜向支撑骨架(42)、空心连接环(421)、外空心圆管(31)最后到主轴(3)中部的内置水管(32)的水流通路；

所述主轴(3)上设有控制伞骨结构展开和关闭的启闭控制机构。

2.根据权利要求1所述的超软吹填土浅层固化装置，其特征在于：所述主轴(3)上的启闭控制机构具体为：所述主轴(3)上半主轴的外空心圆管(31)与内置水管(32)之间设有成压缩状态的弹簧(34)；下半主轴的外空心圆管(31)外壁开设有多个纵向的条状槽孔(311)，且与内置水管(32)之间设有内传力圆管(35)；所述内传力圆管(35)与下半主轴的长度差不小于弹簧(33)伸长长度；所述内传力圆管(35)上开有供连通短管(33)穿过的孔，所述连通短管(33)穿过条状槽孔(311)以及内传力圆管(35)上的孔连通至内置水管(32)，且内置水管(32)为可压缩型软管，所述连通短管(33)与内传力圆管(35)固定连接；

所述弹簧(34)上端与外空心圆管(31)的上端固定连接，弹簧(34)下端通过销钉(36)连接于内传力圆管(35)上，转动销钉(36)实现弹簧(34)的弹力释放，并挤压内传力圆管(35)在外空心圆管(31)的条状槽孔(311)内纵向下移，连通短管(33)联动并带动连接环(421)纵向下移，将多个斜向支撑骨架(42)撑开从而将滤网(5)撑开。

3.根据权利要求1所述的超软吹填土浅层固化装置，其特征在于：所述顶板(1)为高强度轻质材料，且在一侧设有至少一个连接销钉(11)，相对侧设有与连接销钉(11)相配合的连接销孔(12)。

4.根据权利要求1所述的超软吹填土浅层固化装置，其特征在于：所述底板(2)为高强度不透水土工布。

5.根据权利要求1所述的超软吹填土浅层固化装置，其特征在于：所述滤网(5)为由多个滤网格(51)组成的折叠型结构，所述滤网(5)从外向内依次包括外滤膜层(52)、中芯板层(53)以及内不透气膜层(54)；所述中芯板层(53)中有许多相互连通的小孔隙。

6.根据权利要求5所述的超软吹填土浅层固化装置，其特征在于：每个滤网格(51)下部的内不透气膜层(54)开设一个小孔，小孔与斜向支撑骨架(42)的空心腔体相通。

7.根据权利要求1所述的超软吹填土浅层固化装置，其特征在于：所述斜向支撑骨架(42)为4-6层，均匀分布在主轴(3)竖直方向上。

8.根据权利要求1所述的超软吹填土浅层固化装置，其特征在于：所述内置水管(32)为内嵌钢丝的高强塑料管。

9.根据权利要求1所述的超软吹填土浅层固化装置，其特征在于：所述顶板(1)、底板(2)、主轴(3)、支撑骨架(4)、滤网(5)外表面均涂有耐腐蚀层和耐磨层。

10.一种使用权利要求1所述的超软吹填土浅层固化装置的固化方法，其特征在于包括如下步骤：

1)初始状态装置中弹簧(3)处于压缩状态，斜向支撑骨架(42)与主轴(3)之间为关闭的伞骨结构，操作人员将装置插入超软吹填土的土体，当滤网(5)上边沿距离土体表面10cm-20cm时停止插入；

2)旋转主轴(3)上的销钉(35)，弹簧(34)弹力释放，并挤压内传力圆管(35)在外空心圆管(31)内纵向下移，带动空心连接环(421)下移并撑开斜向支撑骨架(42)和滤网(5)，滤网(5)向外围挤压土体；

3)开启与内置水管(32)连接的真空泵，真空泵工作时，所述滤网(5)处在负压状态，土体与滤网(5)之间存在的压力差使土体中的水进入滤网(5)，通过滤网(5)、斜向支撑骨架(42)、空心连接环(421)、外空心圆管(31)最后到主轴(3)中部的内置水管(32)的水流通路，从真空泵吸出，压实土体；

4)将多个装置依次插入土体，重复以上步骤，依次排布装置；

5)当土体强度达到要求，上提各个主轴(3)上的销钉(36)，将滤网(5)收拢，一个工作周期结束。