CN204982857U - 低位负压立体多通道排水组合夯实装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及低位负压立体多通道排水组合夯实装置，包括位于目标加固场地的排水管网、抽真空装置；排水管网包括主排水沟、支排水沟，主排水沟与支排水沟连通；支排水沟内设有排水滤管以及地下排水板，地下排水板与排水滤管连通；主排水沟内沿其长度方向设有排水主管，排水主管与排水滤管分别连通；排水主管和排水滤管上方分别设有密封层；还包括位于排水管网外侧的地下密封墙，地下密封墙底部所处深度大于地下排水板底端所处深度。本实用新型可在负压排水的同时承受组合动力夯实作业，并将强夯产生的超静孔隙水压力连续顺畅地排出消散，从而实现无间歇夯实作业，有效缩短工期。

Description

低位负压立体多通道排水组合夯实装置

技术领域

本实用新型涉及低位负压立体多通道排水组合夯实装置，适用于组合动力夯实作业，属于地基处理技术领域。

背景技术

据发明人了解，近年来，随着我国经济建设的快速发展和我国土地资源的日益紧缺，大规模的滩涂围垦造陆工程在我国的沿海、沿江、沿湖地带展开。此类场地地下水埋深较浅，广泛分布渗透性较好的砂性松软地基，必须经过排水固结处理才能成为可利用的土地资源。

为了快速压实地基土、提高地基承载力，通常采用降水强夯法处理场地，降水强夯法包括高真空击密法、管井降水强夯法、井点降水强夯法等。降水强夯法通过设置井点管、管井进行真空抽吸降低地下水位，然后实施高能量动力强夯，使得地下水位以上的地基土体得以密实，达到地基承载力的设计要求。该方法加固机理成熟，施工简便，在地下水位降低效果较好时加固效果具有较好的可靠性，一般有效加固深度在6m左右。

与真空排水固结预压法相比，降水强夯法在工期、快速压实土体、快速提高地基承载力、造价等方面均具有较强的优势。但是，从工程实践和其加固机理上综合分析，降水强夯法还存在以下缺点：

(1)降水处理是降水强夯法中一项十分重要的工作，降水处理效果会影响后续强夯处理的加固效果，而降水处理效果受土质条件和施工期雨水补给的影响较大，易由此导致出现“橡皮土”或“弹簧土”现象，进而使加固质量和效果控制难度较大；

(2)《建筑地基处理技术规范(JGJ79－2002)》中提到“两遍夯击之间应该有一定的时间间隔，时间间隔取决于途中超静孔隙水压力的消散时间。当缺少实测资料时，可根据地基土的渗透性确定，对于渗透性较差的粘性土地基，间隔时间不应少于3－4周；对于渗透性好的地基可连续夯击”。由于井点管需要多遍插拔，强夯施工则需要等待水位降低和超静孔隙水压力消散，致使施工时间很长，而且无法实现连续施工。受此限制，对于一个中等面积大小的场地，累计施工间歇期就将近一个月之久；

(3)该方法的有效加固深度受土质条件、夯击能量、降排水条件、夯击遍数等诸多因素的影响，一般工程施工常用的夯击能量在1000－3000kN·m，《建筑地基处理技术规范(JGJ79－2002)》表6.2.1的经验数据表明有效加固深度一般在6m左右，对于下卧较深处的软弱土层加固效果较差。而且夯击能量与有效加固深度不是简单的线性关系，一味地提高夯击能量不一定会得到理想的加固效果，反而会降低夯实处理方法的经济性。

经检索发现，专利号为201320454326.2、授权公告号为CN203452064U、名称为《吹填淤泥软基浅层处理用长短结合型排水系统》的中国实用新型专利，采用长短结合的排水体，充分考虑了吹填淤泥地基土体受力物理力学和颗粒级配分布的特点，以较低的工程材料成本达到较好的浅层处理加固效果，尤其适用于大面积围海吹填工程的淤泥处理。然而，该技术方案明显不能在强夯施工时同步进行降水处理。

专利号为201510124853.0、申请公布号为CN104711968A、名称为《一种负压立体导流扰动冲击固结吹填土方法》的中国发明专利申请，其方案主要包括：对吹填区进行清理和整平；在吹填区内开沟水平或倾斜0.5－5°布设水平向渗水管并用中粗砂石料回填；在吹填区外围构筑围堤、排水沟渠，预埋引水管和自流排水管；将吹填管道引入围堤内的吹填区；泥浆引入吹填区表层水和泥沙沉淀后地下水引入排水沟渠；在引水管的外端口接入抽水泵，进行强制排水。然而，该技术方案中的渗水管路需要在吹填软土之前预先布设，无法适用于已有软土地基的情况，且该技术方案同样不能实现在强夯施工时同步进行降水处理。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供低位负压立体多通道排水组合夯实装置，可在负压排水的同时承受组合动力夯实作业，并将强夯产生的超静孔隙水压力连续顺畅地排出消散，从而实现无间歇夯实作业，有效缩短工期。

本实用新型解决其技术问题的技术方案如下：

低位负压立体多通道排水组合夯实装置，包括位于目标加固场地的排水管网，以及与排水管网连通的抽真空装置；其特征是，所述排水管网包括至少一条主排水沟以及一组相互平行的支排水沟，所述主排水沟分别与支排水沟连通；所述支排水沟内沿其长度方向分别设有排水滤管以及一组纵向布置的地下排水板，所述地下排水板与相应排水滤管连通；所述主排水沟内沿其长度方向设有排水主管，所述排水主管与排水滤管分别连通；所述排水主管和排水滤管上方分别设有密封层；还包括位于排水管网外侧的地下密封墙，所述地下密封墙底部所处深度大于地下排水板底端所处深度。

该结构中，排水管网采用三维空间立体渗流结构，优化渗流途径，缩短渗流长度，增大渗流的水力坡度，进而显著提高土体渗流排水固结的速度和效果；地基土自由水在自重、负压作用下可迅速汇集到排水管网并排出；同时可使动力夯实所产生的超静孔隙水压力通过排水管网迅速消散，有利于土体快速固结密实；该排水管网有利于负压传递和动力夯实能量的扩散传播，不仅能使加固范围和深度增加，还能使加固效果更加均匀。

密封墙可起到隔水和密封的双重作用，不仅能在较大程度上切断场地外的地下水补给，保障场地内降水效果，还能使场地内产生一定程度的负压，加快超静孔隙水压力的快速消散和地基土的固结密实。

排水管网和密封墙全部位于夯实施工面之下，无碍于目标加固场地的夯实作业，可在负压排水的同时承受组合动力夯实作业，并将强夯产生的超静孔隙水压力连续顺畅地排出消散，从而实现无间歇夯实作业，有效缩短工期。

本实用新型系统进一步完善的技术方案如下：

优选地，所述地下密封墙围成框形，所述抽真空装置位于地下密封墙的外侧。

优选地，所述地下密封墙由一组粘土搅拌桩搭接而成；所述地下密封墙的顶部与目标加固场地的地面平齐。

优选地，所述密封层包括由下至上依次叠加的中粗砂层、真空密封膜及场地土层。

优选地，所述排水滤管包括透水波纹管，所述透水波纹管外包裹至少两层反滤布。

更优选地，所述透水波纹管的直径为4－6cm。

优选地，所述主排水沟位于支排水沟的端部；所述抽真空装置与排水滤管或排水主管的出水口对接；所述抽真空装置为射流式真空泵。

优选地，所述地下排水板顶端露出支排水沟沟底、并与排水滤管缠绕绑扎固定。

优选地，所述支排水沟内还设有纵向的地下管井，所述地下管井与排水滤管连通。

更优选地，所述地下管井直径为20－30cm，深度为6－8m，管井间距为10－15m。

本实用新型的有益效果如下：

(1)排水管网位于地基内部，连通抽真空装置后形成能在组合动力夯实作业时连续抽吸水气的三维立体多通道集排水体系，集中了自流自重、负压抽吸、动力挤压等多种排水固结机制对渗透性较好的松软砂性地基进行快速加固，改变了以往井点管单一的渗流结构，增大了集排水接触面积。

(2)与普通的井点降水+强夯、高真空击密法、真空预压法相比，本实用新型的降排水体系和机制更加完善、科学，能够促使地基土体排水预压固结，并迅速消散超静孔隙水压力，克服淤泥质土层超静孔隙水压力消散慢需要长时间停工等待的缺陷，进而实现连续动力夯实，有利于保障和提高动力夯实效果，缩短工期。

(3)与普通的井点降水+强夯、高真空击密法相比，本实用新型的立体排水管网需事先埋设在地基内部，加固过程中无需进行多次插拔降水作业，不仅能有效保障降排水和动力夯实施工的连续性，还克服了地下水位降低的缺陷，避免出现施工间歇期，实现连续降排水，显著缩短了加固工期，最后预留在地基内部的立体排水管网还兼具了场地后续运行的集排水功能。此外，本实用新型能快速提高浅土层的密实度，提高地基承载力，同时有效促使深层土体的排水固结和密实，显著消除地基沉降，改善深层土体的土性指标，减少地基工后沉降，消除不均匀沉降产生的隐患。

(4)在地基内部设置纵向排水板，不仅为夯实能量的深层传递提供了通道，显著提高夯实能量的有效利用率，还保证真空负压传递到地基深层土体，增大了夯实能量和真空负压影响的深度和范围，增加了有效加固深度，解决了深层淤泥质土固结密实的难题。

(5)加固深度大，对淤泥质土有显著的预压排水固结功效，有效解决了降水不及时、超静孔隙水压力不能及时消散导致的橡皮土、弹簧土问题，有利于消除后期桩基承台的负摩阻力，消弱了下卧粉砂粉土层的液化性。

本实用新型结构简单，施工方便、快速、连续、高效，材料设备常规，能满足不同土质条件的加固，实现地基浅层和深层土体内部水气的汇集和排出，处理深度大，适用范围广，同时结合静力排水固结和动力夯实固结，显著提高固结效率，保证了夯实效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图2为图1的A－A示意图。

图3为图1的B－B示意图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实施例对本实用新型作进一步详细描述。但是本实用新型不限于所给出的例子。

实施例

本实施例低位负压立体多通道排水组合夯实装置，包括位于目标加固场地的排水管网，以及与排水管网连通的抽真空装置1；排水管网包括至少一条主排水沟2以及一组相互平行的支排水沟3，主排水沟2分别与支排水沟3连通；支排水沟3内沿其长度方向分别设有排水滤管4以及一组纵向布置的地下排水板5，地下排水板5与相应排水滤管4连通；主排水沟2内沿其长度方向设有排水主管6，排水主管6与排水滤管4分别连通；排水主管6和排水滤管4上方分别设有密封层；还包括位于排水管网外侧的地下密封墙7，地下密封墙7底部所处深度大于地下排水板5底端所处深度。

具体而言，地下密封墙7围成框形，抽真空装置1位于地下密封墙7的外侧。地下密封墙7由一组粘土搅拌桩搭接而成；地下密封墙7的顶部与目标加固场地的地面平齐。

密封层包括由下至上依次叠加的中粗砂层8、真空密封膜9及场地土层10。

排水滤管4包括透水波纹管，透水波纹管外包裹至少两层反滤布(图中未示)。透水波纹管的直径为4－6cm。

主排水沟2位于支排水沟3的端部；抽真空装置1与排水滤管4或排水主管6的出水口对接；抽真空装置1为射流式真空泵。

地下排水板5顶端露出支排水沟3沟底、并与排水滤管4缠绕绑扎固定。

本实施例的具体实施过程如下：

1.在目标加固场地的外围设置密封墙7。

2.采用小型挖掘机在密封墙7内侧的目标加固场地按一定横向间距(4－6m)挖掘一组深度约1m的支排水沟3后，在相邻支排水沟3的端部挖使其相连的主排水沟2。挖掘时采用水泵及时排水；在水泵排水的同时，采用推土机或挖掘机在目标加固场地内往复行走，利用其自重荷载促进场地排水，并压实地基表面。

3.在支排水沟3内采用履带式插板机沿支排水沟3的长度方向打设纵向的地下排水板5，相邻两地下排水板5的间距约为1.2－1.5m，地下排水板5的长度约为自沟底向下6－8m，并且地下排水板5向上延伸至露出沟底约50cm。在支排水沟3内安置排水滤管4，并将地下排水板5与排水滤管4缠绕绑扎固定。在主排水沟2内安置排水主管6，并将排水主管6与排水滤管4连通。

4.将管路铺设连接完成后，进行管沟回填压实，即在排水滤管4及排水主管6的表面铺设厚约20cm的中粗砂层8，并在中粗砂层8的周边覆盖真空密封膜9，最后回填场地土压实，由此在场地内部构建了水平与竖向相结合并具有一定程度负压的降排水体系。

5.在排水滤管4的端口安设射流真空泵，启动真空泵连续抽排水气，在地基内部形成一定程度负压，促使地基土体自由水和超静孔隙水压力同时在自重和负压胁迫下快速汇集排出，迫使土体排水预压，压缩固结，降低了土体的排水率，为后续动力夯实提供效果保证。

6.负压排水的同时实施“多遍低能、轻重结合”的组合动力夯实作业，组合动力夯实作业包括强夯、震动碾压、冲击碾压，由于排水管网设置在地基内部，强夯产生的超静孔隙水压力可连续顺畅排出消散，以实现无间歇夯实作业，缩短了工期。

具体而言，组合动力夯实作业能将能量较高的强夯法和能量中低的冲击碾压、振动碾压进行优化组合，以适应地基不同深度对夯实度的要求。

其中，强夯是通过起重机械将夯锤起吊一定高度后，自由落下，给地基以强大的能量夯击，土体在强大能量冲击作用下被压缩，气相体积减小，孔隙水压力增大，在夯击点周围产生裂隙，形成良好的排水通道，孔隙水和气体逸出，土粒重新排列，从而消除沉降，提高地基承载力。

冲击碾压打破了传统圆形截面压实轮的理念，将夯实和碾压有机结合，在机械的牵引下，利用非圆形双轮滚动产生势能与动能来联合冲击压实，其有效压实深度约4m，影响深度约6m。

振动碾压可对地基表层1m深度内的土体进行振动压实，提高表层压实度。

本实施例适用于较为松散、渗透系数大于10^－4cm/s的粉砂、粉土、淤泥质粉质粘土地基，对于上部主要为粉砂、粉土而局部下卧淤泥质粉质粘土或淤泥质粘土的地基具有独特功效，例如南通滨海园区地质条件。

本实施例有效加固深度一般在8－10m，若加大地下排水板5的长度，其加固影响深度可达20m。地基土体在自重、负压和组合动力夯实联合下能快速排水、固结，提高地基承载力，消除地基沉降，地基表面承载力可达80－100kPa以上，快速消除地基沉降，促使土体快速密实，工后沉降小于30cm。

另外，还可根据需要在场地内设置直径20－30cm的管井，以提高降水效果，管井间距10－15m，深度6－8m。

在处理深度8m条件下，将本实施例与真空预压法、井点降水+强夯、高真空击密法进行比较，结果见表1。

表1不同方法的技术经济性对比分析

上表分别从机械设备、材料资源、综合单价、工期、技术效果等方面将真空预压法、井点降水+强夯、高真空击密法与本实施例进行比较分析，可知：与真空预压法、井点降水+强夯、高真空击密法相比，本实施例具有显著的技术经济优越性，处理效果显著可靠，施工简便，工期短，适合大规模推广应用。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (10)

1.低位负压立体多通道排水组合夯实装置，包括位于目标加固场地的排水管网，以及与排水管网连通的抽真空装置；其特征是，所述排水管网包括至少一条主排水沟以及一组相互平行的支排水沟，所述主排水沟分别与支排水沟连通；所述支排水沟内沿其长度方向分别设有排水滤管以及一组纵向布置的地下排水板，所述地下排水板与相应排水滤管连通；所述主排水沟内沿其长度方向设有排水主管，所述排水主管与排水滤管分别连通；所述排水主管和排水滤管上方分别设有密封层；还包括位于排水管网外侧的地下密封墙，所述地下密封墙底部所处深度大于地下排水板底端所处深度。

2.根据权利要求1所述的低位负压立体多通道排水组合夯实装置，其特征是，所述地下密封墙围成框形，所述抽真空装置位于地下密封墙的外侧。

3.根据权利要求1所述的低位负压立体多通道排水组合夯实装置，其特征是，所述地下密封墙由一组粘土搅拌桩搭接而成；所述地下密封墙的顶部与目标加固场地的地面平齐。

4.根据权利要求1所述的低位负压立体多通道排水组合夯实装置，其特征是，所述密封层包括由下至上依次叠加的中粗砂层、真空密封膜及场地土层。

5.根据权利要求1所述的低位负压立体多通道排水组合夯实装置，其特征是，所述排水滤管包括透水波纹管，所述透水波纹管外包裹至少两层反滤布。

6.根据权利要求5所述的低位负压立体多通道排水组合夯实装置，其特征是，所述透水波纹管的直径为4－6cm。

7.根据权利要求1所述的低位负压立体多通道排水组合夯实装置，其特征是，所述主排水沟位于支排水沟的端部；所述抽真空装置与排水滤管或排水主管的出水口对接；所述抽真空装置为射流式真空泵。

8.根据权利要求1至7任一项所述的低位负压立体多通道排水组合夯实装置，其特征是，所述地下排水板顶端露出支排水沟沟底、并与排水滤管缠绕绑扎固定。

9.根据权利要求1至7任一项所述的低位负压立体多通道排水组合夯实装置，其特征是，所述支排水沟内还设有纵向的地下管井，所述地下管井与排水滤管连通。

10.根据权利要求9所述的低位负压立体多通道排水组合夯实装置，其特征是，所述地下管井直径为20－30cm，深度为6－8m，管井间距为10－15m。