CN111962492A - 一种软土地基处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软土地基处理装置及方法，属于建筑工程技术领域，包括加固墙，将待处理的软土地基分隔成若干软土单元；混凝土层，设置在每个软土单元底部；防水层，设置在混凝土层上方；第一排水管，横向设置在软土内且位于防水层上方；第二排水管，竖直设置在软土单元内；薄膜层，设置在软土单元表面，薄膜层下方设置加压充气装置，薄膜层的上方设置施压物；本发明能够提高软土地基处理效率，且能够有效防止处理之后地下水再次渗入地基内，处理效果好。

Description

一种软土地基处理装置及方法

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及一种软土地基处理装置及方法。

背景技术

软土的含水量大、机械强度较差且固结时间长，因此在建造软土地基时一般需要进行特殊的处理，如排出软土中的水分、提高土壤强度等。目前处理软土的方法有堆载预压法、真空预压法和复合地基处理法等。堆载预压法是在地基上施加载荷，促使地基固结，以便减少施工后的沉降，该方法排水固结时间长，导致工期较长；真空预压法利用抽真空的方法，将软土中的水排出，随着时间的延长，软土内孔隙减少，导致后期排水固结时间延长；复合地基处理法是指利用物理、化学工艺对软土进行处理，成本较高；因此如何快速且有效地对软土地基进行处理还需要进一步研究。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种软土地基处理装置及方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的。

本发明的第一个目的是提供一种软土地基处理装置，包括：

加固墙，将待处理的软土地基分隔成若干软土单元；

防护组件，所述防护组件包括：

混凝土层，设置在每个所述软土单元底部，所述混凝土层上方设有防水层；

排水组件，所述排水组件包括：

第一排水管，其侧壁开设有若干第一进水口，所述第一排水管横向设置在所述防水层上方，通过第一连接管将其内部的水排至软土单元外侧；

第二排水管，竖直设置在所述软土单元内，且位于所述第一排水管上方，其侧壁开设有若干第二进水口；所述第二排水管通过第二连接管将其内部的水排至软土单元外侧；

施压组件，所述施压组件包括：

薄膜层，设置在所述软土单元表面，所述薄膜层上方设置施压物；

加压充气装置，其输出端设置在所述薄膜层下方，用以向薄膜层下方的软土地基内充气，使地基内气压高于大气压，迫使地基中的水通过所述第一排水管或第二排水管排出。

优选地，所述混凝土层的厚度为5～15cm。

优选地，所述防水层为沥青材质，厚度为4～10cm。

优选地，所述加压充气装置包括空压机和与空压机输出端连接的充气管，所述空压机设置所述薄膜层外侧，所述充气管铺设于所述软土单元上层的软土内。

优选地，所述第一排水管一端封闭，另一端与所述第一连接管连通，所述第一连接管另一端与第一水泵连接。

优选地，所述第二排水管两端封闭，所述第二连接管一端插入所述第二排水管内并延伸至所述第二排水管底部，所述第二连接管另一端与第二水泵连接。

优选地，所述第一进水口和第二进水口上均设有滤网。

本发明的第二个目的是提供利用上述装置处理软土地基的方法，包括以下步骤：

S1、将待处理的软土地基挖出凹槽，并用加固墙分隔成若干软土单元，在每个软土单元底部自下而上依次设置混凝土层和防水层；

S2、在防水层上铺设软土，并在软土内横向铺设第一排水管，并将第一连接管连接在第一排水管上，填充余量软土；

S3、将第二排水管竖向设置在S2填充的软土中，将第二连接管与第二排水管连接；

S4、在S3处理后的软土表面铺设加压充气装置，之后在软土表面覆盖薄膜层，薄膜层上设置施压物；

S5、启动加压充气装置使得薄膜层下方的软土气压高于大气压，即可将地基中的水通过所述第一排水管或第二排水管排出。

优选地，上述软土地基处理方法还包括：排完水后停止加压充气装置，使得施压物压缩软土实现软土固结。

优选地，所述薄膜层下方的气压与所述施压物的重力平衡；在排水过程中，施压物并不能使下层地基压缩固结，保证了排水速度的稳定性。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明软土地基处理原理为：首先将待处理的软土地基进行分隔加固处理，与整体处理方式相比，保证了软土内除水区域的均匀性，有利于将水分尽可能全部排出；地基底部设有防护组件，能够阻止地基下方的水向上渗入软土内，为上方的排水组件将软土内水分全部排出提供了保障；排水组件包括横向设置的排水管和竖向设置的排水管，上述两种排水管的管壁上均设有进水口，软土内的水分受到压力时可通过进水口进入排水管中，并被排至软土外部；另外，横向设置的排水管设置在靠近防护组件的软土内，即使地基下方的水透过防护组件渗入软土内，也能通过横向设置的排水管被及时排出，阻止其继续向上渗入软土内部；地基表面设有施压组件，能够向软土中充气，当软土内气压高于外部大气压时，软土中的水进入上述排水管中被排出，排水过程中始终向软土内充气，当排水结束之后，停止充气，软土内气压快速降低，在施压物的作用下，软土快速下沉，实现固结；

(2)与现有软土地基处理方法相比，上述过程通过软土内部的高气压将水全部排出，保证了排水过程速度的稳定性，缩减了排水周期，且软土固结快速稳固，防护组件能够有效防止处理之后地下水再次渗入地基内，即使地基下方的水透过防护组件渗入软土内，也能通过横向设置的排水管被及时排出，阻止其继续向上渗入软土内部，保证了地基后续的稳定性，适合推广应用。

附图说明

图1为本发明软土地基加固墙排布示意图；

图2是图1中软土单元剖视图；

附图标记说明：

1、加固墙，2、软土单元，3、混凝土层，4、防水层，5、待处理的软土地基，6、第一排水管，61、第一连接管，611、第一水泵，7、第二排水管，71、第二连接管，711、第二水泵711，8、薄膜层，9、施压物，10、空压机，11、充气管。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

本发明提供了一种软土地基处理装置，如图1和图2所示，包括：

加固墙1，将待处理的软土地基5分隔成若干软土单元2，有利于提高软土中的排水量；

防护组件，所述防护组件包括：

混凝土层3，设置在每个所述软土单元2底部，所述混凝土层3上方设有防水层4，混凝土层3的厚度为5～15cm均可，防止地基下沉，保证稳定性，所述防水层4为沥青材质，厚度为4～10cm均可，可防止地基下方的水渗入地基内部；

排水组件，所述排水组件包括：

第一排水管6，其侧壁开设有若干第一进水口，所述第一排水管6横向设置在所述防水层4上方，通过第一连接管61将其内部的水排至软土单元2外侧，为了使水分通过侧壁进入，所述第一排水管6一端封闭，另一端与所述第一连接管61连通，所述第一连接管61另一端与第一水泵611连接；第二排水管7，竖直设置在所述软土单元2内，且位于所述第一排水管6上方，其侧壁开设有若干第二进水口，所述第一进水口和第二进水口上均设有滤网，防止土壤堵塞进水口；所述第二排水管7通过第二连接管71将其内部的水排至软土单元2外侧，具体的，所述第二排水管7两端封闭，所述第二连接管71一端插入所述第二排水管7内并延伸至所述第二排水管7底部，所述第二连接管71另一端与第二水泵711连接；软土内的水分受到压力时可通过第一进水口和第二进水口进入第一排水管6和第二排水管7中，并被排至软土外部；另外，横向设置的第一排水管6设置在靠近防护组件的软土内，即使地基下方的水透过防护组件渗入软土内，也能通过横向设置的第一排水管6被及时排出，阻止其继续向上渗入软土内部；

施压组件，所述施压组件包括：

薄膜层8，设置在所述软土单元2表面，所述薄膜层8上方设置施压物9；

加压充气装置，其输出端设置在所述薄膜层8下方，用以向薄膜层8下方的软土地基内充气，当地基内的气压高于大气压时，迫使地基中的水通过所述第一排水管6或第二排水管7排出；具体的，所述加压充气装置包括空压机10和与空压机10输出端连接的充气管11，所述空压机10设置所述薄膜层8外侧，所述充气管11铺设于所述软土单元2上层的软土内。

利用上述装置处理软土地基的方法，包括以下步骤：

S1、将待处理的软土地基挖出凹槽，并用加固墙1分隔成若干软土单元2，在每个软土单元2底部自下而上依次设置混凝土层3和防水层4；

S2、在防水层4上铺设软土，并在软土内横向铺设第一排水管6，并将第一连接管连接在第一排水管6上，填充余量软土；

S3、将第二排水管7竖向设置在S2填充的软土中，将第二连接管与第二排水管7连接；

S4、在S3处理后的软土表面铺设加压充气装置，之后在软土表面覆盖薄膜层8，覆盖薄膜层8边缘压实，使得覆盖薄膜层8下方形成密闭空间，迫使气体向下进入地基内，薄膜层8上设置施压物9；

S5、启动加压充气装置使得薄膜层8下方的软土气压高于大气压，即可将地基中的水通过所述第一排水管6或第二排水管7排出，排完水后停止加压充气装置，使得施压物9压缩软土实现软土固结，所述薄膜层8下方的气压与所述施压物9的重力平衡，保证充气过程中，软土不塌陷，便于将水分排出。

排水防护过程为：启动空压机10，空压机10通过充气管11向位于下方的软土中输入气体，由于软土表面覆盖有薄膜层8，可防止气体向上扩散，保证了能够持续向下方的软土中充气(薄膜层8下方的气压与所述施压物9的重力平衡，保证充气过程中，软土不塌陷，便于将水分排出)，且下方软土内气压大于上方的大气压，使得水分通过第一进水口(图2中d、e方向)和第二进水口(图2中a方向)进入第一排水管6和第二排水管7中，随着气压的增大，通过第一连接管(图2中f、g方向)和第二连接管(图2中c方向)排出地基外部(需要注意的是，根据实际需要，当软土内的压力较大时，水分可以直接通过压力被压出地基外部，此时并不需要开启第一水泵611和第二水泵711，第一水泵611和第二水泵711可以辅助将两个排水管中的水抽出地基外部)，水分排尽后，关闭空压机10，此时软土中的气压降低，在位于软土上方施压物9的作用下，软土快速沉降、固结，上述过程将排水和固结相分离，有效地提高了软土处理效率；施工完毕后，由于软土地处的环境一般水分含量较高，为了防止地下水再次渗入地基内，软土底部设置有混凝土层、防水层，能够阻止地下水渗入软土内，即使软土底部再次渗入水，可通过横向的第一排水管6及时将水分排出(当地基完成后，若还有地下水渗入，此时可通过第一水泵611将水抽出)；上述过程协同作用，提高了软土地基的强度。

为了检测本发明提供的软土地基处理方法的效果，选取两个相同的软土地基(长5m、宽5m、深1m)，初含水量为50％，分别使用本发明实施例1提供的方法以及传统的真空预压法进行处理，分别检测处理后地基排水率、软土固结时间，并检测固结后土壤强度，结果如表1所示：

表1实施例1与传统真空预压法处理效果对比

组别	处理时间	排水率	固结土壤强度
				实施例1	25天	91％	100kPa
传统真空预压法	70天	67％	75kPa

由表1数据可得，与传统的真空预压法相比，本发明方法显著的缩短了处理时间，排水率达到91％，且排水后土壤固结效果好，强度可达达到100kPa；这是因为传统的真空预压法，刚开始处理时排水速度较快，但随着排水过程的进行，软土内部孔隙逐渐减少，软土内部的水分排出受阻，因此后期排水速度较慢，且一部分水分不能被排出；而本发明在排水过程中使软土内部始终成大于大气压的饱和气压状态，软土孔隙不会减少，反而会增加，使得水能顺利排出软土；且在排水之前现在地基下方进行防护，有效阻止了地基下方水的渗入，切断进水源头，横向设置的排水管也能快速将渗入的水排出，因此排水防护效果较好，适合推广应用。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种软土地基处理装置，其特征在于，包括：

加固墙(1)，将待处理的软土地基(5)分隔成若干软土单元(2)；

防护组件，所述防护组件包括：

混凝土层(3)，设置在每个所述软土单元(2)底部，其上方设有防水层(4)；

排水组件，所述排水组件包括：

第一排水管(6)，其侧壁开设有若干第一进水口，所述第一排水管(6)横向设置在所述防水层(4)上方，通过第一连接管(61)将其内部的水排至所述软土单元(2)外侧；

第二排水管(7)，竖直设置在所述软土单元(2)内，且位于所述第一排水管(6)上方，其侧壁开设有若干第二进水口；所述第二排水管(7)通过第二连接管(71)将其内部的水排至软土单元(2)外侧；

施压组件，所述施压组件包括：

薄膜层(8)，设置在所述软土单元(2)表面，所述薄膜层(8)上方设置施压物(9)；

加压充气装置，其输出端设置在所述薄膜层(8)下方，用以向薄膜层(8)下方的软土地基内充气，使地基内气压高于大气压，迫使地基中的水通过所述第一排水管(6)和第二排水管(7)排出。

2.根据权利要求1所述的软土地基处理装置，其特征在于，所述混凝土层(3)的厚度为5～15cm。

3.根据权利要求1所述的软土地基处理装置，其特征在于，所述防水层(4)为沥青材质，厚度为4～10cm。

4.根据权利要求1所述的软土地基处理装置，其特征在于，所述加压充气装置包括空压机(10)和与空压机(10)输出端连接的充气管(11)，所述空压机(10)设置所述薄膜层(8)外侧，所述充气管(11)铺设于所述软土单元(2)上层的软土内，所述充气管(11)侧壁开设有通孔。

5.根据权利要求1所述的软土地基处理装置，其特征在于，所述第一排水管(6)一端封闭，另一端与所述第一连接管(61)连通，所述第一连接管(61)另一端与第一水泵(611)连接。

6.根据权利要求1所述的软土地基处理装置，其特征在于，所述第二排水管(7)两端封闭，所述第二连接管(71)一端插入所述第二排水管(7)内并延伸至所述第二排水管(7)底部，另一端与第二水泵(711)连接。

7.根据权利要求1所述的软土地基处理装置，其特征在于，所述第一进水口和第二进水口上均设有滤网。

8.利用权利要求1～7任一项所述的装置处理软土地基的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将待处理的软土地基挖出凹槽，并用加固墙(1)分隔成若干软土单元(2)，在每个软土单元(2)底部自下而上依次铺设混凝土层(3)和防水层(4)；

S2、在防水层(4)上铺设软土，并在软土内横向铺设第一排水管(6)，并将第一连接管(61)连接在第一排水管(6)上，填充余量软土；

S3、将第二排水管(7)竖向设置在S2填充的软土中，将第二连接管(71)与第二排水管(7)连接；

S4、在S3处理后的软土表面铺设加压充气装置，之后在软土表面覆盖薄膜层(8)，薄膜层(8)边缘压实，使薄膜层(8)下方形成密闭空间，薄膜层(8)上设置施压物(9)；

S5、启动加压充气装置使得薄膜层(8)下方的软土气压高于大气压，即可将地基中的水通过所述第一排水管(6)和第二排水管(7)排出。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：排完水后停止加压充气装置，使得施压物(9)压缩软土实现软土固结。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，S5中，所述薄膜层(8)下方的气压与所述施压物(9)的重力平衡。

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