CN114032879A - 一种沿海吹填区软基加固设备及加固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及软基加固处理，特别涉及一种沿海吹填区软基加固设备及加固方法，所述加固设备包括沉管机、抽吸单元和灌料单元；其中，沉管机用于在表面铺设有垫层的超软地基中压入柱状钢管，所述柱状钢管的管腔内敷设有沿其长度方向延伸布置的无纺布，位于柱状钢管两端管口处的无纺布向外延伸并翻卷后与所述柱状钢管的外壁贴靠；所述抽吸单元用于将沉入超软地基中的柱状钢管管腔内的淤泥抽出；所述灌料单元用于在拔出所述柱状钢管的同时向其管腔内灌注砂石填料；本发明通过在超软地基上不断插拔柱状钢管，并在拔出柱状钢管的过程中灌入砂石填料以形成兼具支撑加固和排水功能的柱状结构，舍弃了现有技术中采用的塑料排水板的方案。
Description
技术领域
本发明涉及软基加固处理，特别涉及一种沿海吹填区软基加固设备及加固方法。
背景技术
目前，随着经济的高速发展，在沿海地区的土地资源稀缺，而通过合理地填海造地，不仅可以缓解土地资源的紧张，还可以改善沿海景观，美化海岸线；更为重要的是，填海造地工程可以结合清淤整治项目进行，减少疏浚土的外抛量，降低清淤整治项目造价的同时，利用疏浚土作为填海资源，具有变废为宝、一举两得的功效，并带来良好的环境效益、经济效益和社会效益。因此吹填疏浚土造地越来越被人们所接受，目前已被广泛应用于沿海地区的填海造地工程中。
沿海吹填区是由大量吹填土堆积而成，所谓的吹填土，是在整治和疏通江河航道时，用挖泥船和泥浆泵把江河和港口底部淤积的泥沙通过水力吹填而形成的沉积土，由于吹填土经吹填机械吹至场区内重新淤积、沉淀，在吹填过程中，泥沙结构遭到破坏，以细小颗粒的形式缓慢沉积，因而具有高含水量、高压缩性、高粘土含量、低渗透性和低强度等“三高二低”的特点。
现有技术中，真空预压法由于加固效果好、节约工期、造价低等特点，在公路、港口、码头和机场等软基处理工程中得到迅速推广。但是，随着真空预压工程的广泛应用，在应用过程中对周边环境造成了不同程度的影响，例如，因施加真空导致加固区孔隙压力降低，从而使加固区的周边土体有产生向加固区水平位移的趋势，导致周围已建构筑物破坏。此外，在真空预压的施工过程中，需要在吹填区埋设多个间隔布置的塑料排水管供软土地基中的水导出，现有主流的塑料排水管是由塑料芯板和包裹在塑料芯板外围的滤膜所组成，芯板和滤膜是分离式的组合，插板机将塑料排水板插入到软土地基中，塑料排水板在软基中形成若干条毛细排水通道，将软基土层中的水排出以加速土体固结，但是工程完工后，塑料排水板仍残留在土层中，难以降解导致污染，而且其仍然发挥着排水固结的功能，使得工程场地在后续使用时仍存在沉降的风险。虽然现有的技术人员尝试采用可降解的材料制作排水板的芯板和滤膜，但这无疑会造成成本的上升，而且，现有可降解的材料，例如生物纤维等可降解材料的弹性大，在排水过程中受到土体的挤压作用，生物纤维滤膜会被压入排水槽中导致排水通道堵塞，另一方面，生物纤维槽齿在外力作用下易发生倒伏，弱化了排水板的排水能力，甚至造成局部堵塞，大大降低了排水效率；而且，现有可降解排水板在土层中埋置一年甚至几个月便自行降解，不能够针对不同的施工工期控制排水板的使用寿命，可能会造成软基处理没有达到设计要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种沿海吹填区软基加固设备，通过该加固设备在软基中形成兼具加固和排水功能的柱状结构，结合现有的真空预压法实现软基加固，以克服传统真空预压工艺所存在的弊端。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种沿海吹填区软基加固设备，包括：
一沉管机，用于在表面铺设有垫层的超软地基中压入柱状钢管，所述柱状钢管的管腔内敷设有沿其长度方向延伸布置的无纺布，位于柱状钢管两端管口处的无纺布向外延伸并翻卷后与所述柱状钢管的外壁贴靠；
一抽吸单元，用于将沉入超软地基中的柱状钢管管腔内的淤泥抽出；以及，
一灌料单元，用于在拔出所述柱状钢管的同时向其管腔内灌注砂石填料。
优选地，所述柱状钢管的外径为20-40cm。
优选地，压入超软地基中的柱状钢管与竖直方向的夹角不大于30°。
优选地，所述无纺布上分布有贯穿的通孔，所述通孔的孔径为1mm～10mm，所述通孔的间距为10mm～100mm。
优选地，所述砂石填料的颗粒尺寸在5mm～40mm之间。
优选地，颗粒尺寸在25mm～40mm的砂石填料的含量不低于70％。
本发明还提供了一种采用上述加固设备对沿海吹填区软基进行加固的方法，所述方法包括利用沉管机在表面铺设有垫层的超软地基中沉入柱状钢管，然后利用抽吸单元将所述柱状钢管管腔内的淤泥抽出，接着通过灌料单元向所述柱状钢管的管腔内灌注一部分砂石填料，接着旋转柱状钢管并将其向外拔出，且在拔出柱状钢管的同时继续灌注砂石填料，直至柱状钢管被完全拔出，且砂石填料填满柱状钢管在超软地基中插拔的通道。
优选地，所述柱状钢管在超软地基中的沉入速度不超过10m/min。
优选地，所述柱状钢管向外拔出的速度不超过10m/min。
优选地，沉入超软地基中的柱状钢管的间距为1m～2m。
与现有技术相比，本发明通过在超软地基上不断插拔柱状钢管，并在拔出柱状钢管的过程中灌入砂石填料以形成兼具支撑加固和排水功能的柱状结构，舍弃了现有技术中采用的塑料排水板的方案，通过本发明提供的加固方法，不会在吹填区的吹填土中残留难以降解的塑料，克服了在使用塑料排水板时的弊端；并且经实践证明，通过该加固方法可以高效的实现吹填区的固化。
附图说明
图1示出为本发明中灌注在超软地基中的砂石填料的结构示意图；
图2示出为本发明中待压入超软地基中的柱状钢管与无纺布的示意图；
图中标号说明：1、超软地基；2、柱状钢管；3、无纺布；4、砂石填料。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，“上、下”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位，或为本领域技术人员理解的俗称，而不应视为对该术语的限制。
如前所述，本发明提供了一种沿海吹填区软基加固设备，所述的加固设备包括沉管机、抽吸单元和灌料单元；其中，所述的沉管机是用于在表面铺设有垫层的超软地基中压入柱状钢管，该沉管机是现有技术中的常见设备，本领域技术人员可根据所需吨位适度选择所述沉管机的具体机型即可。
抽吸单元的作用是将沉入超软地基中的柱状钢管管腔内的淤泥抽出，得到仅有柱状钢管的管壁围合形成的空腔待填充区，所述抽吸单元可根据所采用的清除方法进行具体选择，如在本发明的一个具体的实施方式中，采用水力冲挖的方式去除柱状钢管管腔内的淤泥，所述抽吸单元包括一设置在浮桶中的泥浆泵，还包括一高压清水泵，通过高压清水泵冲挖柱状钢管的管腔，并利用设置在浮桶中的泥浆泵将柱状钢管管腔内稀释后的淤泥抽出。
灌料单元是用于在拔出所述柱状钢管的同时向其管腔内灌注砂石填料。在本发明的一个具体的实施方式中，所述灌料单元具体可包括一下料斗，所述下料斗的底部放料口通过一输送管延伸到柱状钢管的上端管口处，所述下料斗的上端进料口处布置一输送带用于将预拌和好的砂石填料源源不断的输送到下料斗中。
本发明中，所述柱状钢管在压入超软地基之前，在其管腔内设置一无纺布，所述无纺布整体为管状结构，并沿所述柱状钢管的长度方向延伸，位于柱状钢管两端管口出的无纺布向外延伸并翻卷后与所述柱状钢管的外壁贴靠。
结合图1所示为本发明中灌注在超软地基中的砂石填料的结构示意图；图2示出为本发明中待压入超软地基中的柱状钢管与无纺布的示意图。
如此设计，使得柱状钢管在压入超软地基的过程中，无纺布能够紧贴在柱状钢管的内侧管壁上；通过抽吸单元将柱状钢管管腔内的淤泥抽出，再将柱状钢管拔出的同时灌入砂石填料，通过该砂石填料填充在超软地基中，形成一具有丰富孔隙的柱状支撑结构，再配合现有真空预压法对超软地基中的水分进行抽离，该填充在柱状钢管插拔留下的通道中的砂石填料具有的丰富孔隙结构能够作为超软地基中水分的通道，使得真空设备能够持续的将超软地基中的水分抽离，并且，该砂石填料本身具有一定的支撑性，能够改善吹填区中吹填土结构强度差的弊端，使得固结后的吹填区的整体强度得到显著提升。此外，通过本发明提供的技术方案，还能有效的避免现有技术中通过插板机插入塑料排水板带来的塑料污染问题。
进一步的，在本发明提供的技术方案中，所述的柱状钢管可实现重复利用，在超软地基中不断沉入和拔出，以形成插拔通道供砂石填料填充得到“排水通道”；所述柱状钢管的外径决定了其在拔出后灌入的砂石填料形成的柱状结构的直径，可以预期的是，若柱状钢管的外径过小，则砂石填料形成的“排水通道”过小，在实际使用时的排水效果必然较差，而柱状钢管的外径过大，则对于沉管机的要求较高，在仅仅铺设有垫层的超软地基上施工作业存在风险，基于此，在本发明中，所述柱状钢管的外径为20-40cm。
进一步的，在本发明提供的技术方案中，所述柱状钢管沉入超软地基的倾角无需刻意的保持在垂直的状态，即便是在小幅度倾斜的情况下也不会影响砂石填料的灌入，以形成“排水通道”，但可以预期的是，若倾角过大，在后续排水过程中发生坍塌导致“排水通道”中断的几率变大，因此，在本发明中，压入超软地基中的柱状钢管与竖直方向的夹角不大于30°；作为优选的技术方案，所述柱状钢管以竖直状沉入所述超软地基中。
根据本发明，本发明中，所述无纺布的作用是在柱状钢管拔出后包裹住灌入的砂石填料，避免其周边的淤泥对灌入的砂石填料进行渗透导致排水能力下降，而为了不影响水的渗入，所述无纺布上分布有贯穿的通孔，超软地基中的水分可通过无纺布以及其上设置的通孔进入砂石填料；进一步优选地，所述通孔的孔径为1mm～10mm，所述通孔的间距为10mm～100mm。
本发明中，所述的无纺布具体可选用现有技术中易于降解的纤维材料之织就而成，具体的，例如选用植物麻纤维制作而成的无纺布，在3个月就可以实现降解。
根据本发明，本发明中，所述砂石填料的级配对于排水能力影响较大，在本发明较为优选的实施方式中，所述砂石填料的颗粒尺寸在5mm～40mm之间，且进一步优选地，颗粒尺寸在25mm～40mm的砂石填料的含量不低于70％。
本发明还提供了一种基于上述加固设备对沿海吹填区软基进行加固的方法，所述方法包括利用沉管机在表面铺设有垫层的超软地基中沉入柱状钢管，然后利用抽吸单元将所述柱状钢管管腔内的淤泥抽出，接着通过灌料单元向所述柱状钢管的管腔内灌注一部分砂石填料，接着旋转柱状钢管并将其向外拔出，且在拔出柱状钢管的同时继续灌注砂石填料，直至柱状钢管被完全拔出，且砂石填料填满柱状钢管在超软地基中插拔的通道。
需要指出的是，在拔出柱状钢管时，位于柱状钢管上端的无纺布需要卷起并以不影响柱状钢管拔出的状态向上保持牵引，灌料单元向无纺布中持续的灌入砂石填料，同时旋转柱状钢管使其顺利的向上拔出。
在本发明中，为了避免无纺布在柱状钢管压入超软地基的过程中脱离，需要控制柱状钢管压入的速度，在本发明的一个具体的实施例中，所述柱状钢管在超软地基中的沉入速度不超过10m/min。
进一步的，为了避免无纺布在柱状钢管拔出超软地基时被带出，所述柱状钢管向外拔出的速度不超过10m/min。在本发明提供的技术方案中，在未拔出柱状钢管时先灌入一部分砂石填料也是为了对无纺布的底端具有一压力，使得柱状钢管拔出时不带出无纺布。
根据本发明提供的方法，为了确保基于本发明提供的“排水通道”能够提供相当的排水能力，沉入超软地基中的柱状钢管的间距为1m～2m。
基于本发明提供的上述方案，不仅能够避免现有技术中塑料排水管的应用，避免了塑料污染，同时，由于该“排水通道”是由包裹有无纺布的砂石填料构建而成，其本身对超软地基即具有一定的加强效果。
以上结合附图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简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种沿海吹填区软基加固设备，其特征在于，包括：
一沉管机，用于在表面铺设有垫层的超软地基中压入柱状钢管，所述柱状钢管的管腔内敷设有沿其长度方向延伸布置的无纺布，位于柱状钢管两端管口处的无纺布向外延伸并翻卷后与所述柱状钢管的外壁贴靠；
一抽吸单元，用于将沉入超软地基中的柱状钢管管腔内的淤泥抽出；以及，一灌料单元，用于在拔出所述柱状钢管的同时向其管腔内灌注砂石填料。
2.根据权利要求1所述的沿海吹填区软基加固设备，其特征在于，所述柱状钢管的外径为20-40cm。
3.根据权利要求1所述的沿海吹填区软基加固设备，其特征在于，压入超软地基中的柱状钢管与竖直方向的夹角不大于30°。
4.根据权利要求1所述的沿海吹填区软基加固设备，其特征在于，所述无纺布上分布有贯穿的通孔，所述通孔的孔径为1mm～10mm，所述通孔的间距为10mm～100mm。
5.根据权利要求1所述的沿海吹填区软基加固设备，其特征在于，所述砂石填料的颗粒尺寸在5mm～40mm之间。
6.根据权利要求5所述的沿海吹填区软基加固设备，其特征在于，颗粒尺寸在25mm～40mm的砂石填料的含量不低于70％。
7.一种根据权利要求1-6任意一项所述的加固设备对沿海吹填区软基进行加固的方法，其特征在于，所述方法包括利用沉管机在表面铺设有垫层的超软地基中沉入柱状钢管，然后利用抽吸单元将所述柱状钢管管腔内的淤泥抽出，接着通过灌料单元向所述柱状钢管的管腔内灌注一部分砂石填料，接着旋转柱状钢管并将其向外拔出，且在拔出柱状钢管的同时继续灌注砂石填料，直至柱状钢管被完全拔出，且砂石填料填满柱状钢管在超软地基中插拔的通道。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述柱状钢管在超软地基中的沉入速度不超过10m/min。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述柱状钢管向外拔出的速度不超过10m/min。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，沉入超软地基中的柱状钢管的间距为1m～2m。
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