本發明涉及一種多功能振動空壓管及應用其進行軟土地基加固的施工方法,主要應用于軟土地基加固方法上,適用于軟土地基快速加固處理,屬地基處理技術領域。
背景技術:
目前,在大面積軟土地基加固處理過程中,常采用了“降水強夯法”,通過對需加固的軟土地基插入井點管或塑料排水板、開溝明排等工藝,在降低地下水位的條件下,采用多遍強夯達到軟土地基加固的目的。
但是,在實際施工過程中,強夯對軟土地基的夯擊能因軟土的物理力學指標不同得到的效果也不盡相同,夯擊能很難控制。同時受強夯機械設備的限制,其夯擊能無法提高,直接影響了加固深度,因此降水強夯工藝一般用于淺層加固,其有效加固深度6m范圍。由于強夯對土體的最佳含水量要求較高,所以在淤泥土進行強夯,不僅達不到所需的加固效果,反而因淤泥土的滲透系數差而導致破壞土體結構,夯后淤泥土難以恢復。
技術實現要素:
本發明的目的在于克服上述不足,提供一種空壓加固設備,可以利用現有的振動樁機,在振動樁機鋼管上設置加壓裝置,配置空壓泵,組成空壓加固設備。輔以在兩振壓點中設置降水井點,形成降水空壓加固網格,由所需深度自下而上對需加固軟土深層進行加固處理,以達到所需加固層厚的有效處理。通過空壓加固法,自下而上的分層加固工藝,其加固深度得到有效保證,施工質量得到可靠保證,而且大大提高了工效,不但施工速度快,且質量可控可預見,為保證軟土地基加固處理質量奠定了可靠的方法。
本發明的目的是這樣實現的:
一種空壓加固設備,它包括振動錘和振動空壓管,振動空壓管為無縫鋼管,振動錘連接振動空壓管的頂部,振動錘的振動錘中孔和振動空壓管位于同一垂直線上,振動空壓管的頂端為封閉活門,振動空壓管的一側設置注氣口,注氣口處設置注氣口活門,振動空壓管的下端設置有多片活瓣組成的錐形活門。
振動空壓管上設置灌料口,灌料口相應處的振動空壓管設置灌料口活門。
振動空壓管上注水口,注水口相應處的振動空壓管設置注水口活門。
活瓣的數量一般為4-6片。
注氣口處通過高壓管連接空氣壓縮機。
應用上述的空壓加固設備進行軟土地基加固施工方法的步驟為:
步驟一、組裝空壓加固設備
步驟二、振動空壓施工方法
2.1、根據地質勘察報告結合設計所需的技術指標,確定空壓加固點布置網格,空壓加固點有效加固范圍當土質為較好土質條件下為振動空壓管直徑的3~4倍,當土質為淤泥土的條件下,則空壓加固點有效加固范圍為振動空壓管直徑的4~5倍,如遇夾層土及復雜地基,則需根據試驗后確定布點間距;
2.2、在施工過程中,通過將振動空壓管插入土體所需深度,然后開啟空氣壓縮機,使管內壓縮氣壓達到60kpa后,逐漸提升,在提升振動空壓管的過程中,根據氣壓表顯示的氣壓,確定提升速度,控制標準為氣壓保持60kpa;
2.3、對雜填土層及粉質粘土等土質較好軟土采用振動空壓加固處理,則可利用間隙開啟空氣壓縮機的方式,利用間隙氣壓形成對土體的沖擊力,提高土體的壓實度。
步驟三、輔助措施
3.1、布置降水井點:根據加固設計深度,確定采用降水方法;淺層6~8m加固深度采用真空井點降水或管井降水方式,或者采取簡單的開溝強排方法;
3.1.1、降水井點設置在兩個空壓加固點中間,其主要目的除降低土體含水量外還達到快速消散空壓加固后土體內的超靜孔隙水壓力,最終目的是為了快速固結土體;
3.1.2、根據土質條件確定空壓點布置網格后,依據“降水井點設置在兩個空壓加固點中間”這一原則布置降水井點網格;
3.1.3、降水井點網格布置完成后,連接各降水井點,并通過主管連接至真空泵,當深層采用分層降水井點時,則需注意同一分層連接一臺真空泵的原則,組成不同分層的真空泵連接回路,確保降水效果;
3.1.4、各降水井點連接完成后,檢查密封良好后,即開泵降水,經3~5天降水后,在地下水位下降至2~4m的條件下,即進入空壓加固設備進行振動空壓加固;
3.1.5、在振動空壓加固過程中,需保證降水正常運行,對因妨礙振動空壓加固的井點可采取暫時停泵或停井點運行,但振動空壓加固點或區完成后須立即連接管路,保證降水正常;
3.2、淺層加固:由于空壓加固法主要是解決深層加固處理,淺層0~3m經空壓加固后會產生虛土現象,對此淺層可采用振動碾壓或滿夯等措施,以達到表層密實的目的;
淺層加固可根據空壓加固后地基土的現狀,如能滿足設備進入,則在空壓加固后進入振動碾壓或強夯機進行滿夯;如不能滿足設備進入,則可等土體穩定后,進入設備進行淺層加固處理;
3.3、交付檢測。
作為一種優選,激振錘下部用法蘭與振動空壓管連接,振動空壓管直徑根據激振錘的功率選配。
作為一種優選,在灌料口對側180度位置設置注氣口,注氣口焊接氣壓管連接管。
作為一種優選,振動空壓管入土端焊接錐形活門,以減少振動空壓入土阻力,當振動空壓管入土時,采用人工將多片活瓣閉合后插入土體;當鋼管上拔時,錐形活門自動打開。
與現有技術相比,本發明的有益效果是:
采用本發明的空壓加固設備進行軟土地基加固施工方法具有以下優點:
1、一管到底,雙重壓實,工藝先進可靠,
利用現有振動樁機,即可進行降水空壓加固施工;同時配置空氣壓縮機,對管內形成60kpa的空氣壓力,對管下土體進行加載,隨著空壓管的提升管內加載力不變的條件下,對需加固深層土體=60kpa+下臥層厚(m)×16kpa的加載體,確保了下臥層土體承載力特征值滿足設計所需的指標。也即是在土體自重荷載+上覆荷載60kpa的空氣壓力,對下臥層土體進行壓載加固,隨著振動所壓管上拔,下臥層土體越厚的條件下,下臥層土體受自重壓力越大,其加固效果越好,地基土的承載力特征值(fak)越高。
該工藝在實施過程中,振動空壓管入土對土體產生擠壓作用以及振動空壓管上拔過程中,對土體產生雙重擠壓排水作用,因此輔以降水工藝,利用土體受振動空壓管入土過程中對土體的擠壓作用,軟土中的自由水及結合水被強制驅趕至周邊井點內,通過井點外部真空泵抽真空,使井點內的地下水被排出土體;同時在振動加壓過程中對土體施加的60kpa氣壓,又將土體內大部分結合水通過氣壓驅趕至真空負壓的井點內。達到了快速排水和加快土體壓縮固結的目的。
2、接力降水,解決了深層降水難題
現有井點降水工藝采用真空泵抽水,真空度隨著井管入土深度的延伸其真空度衰減,因此對下臥層土體真空負壓作用并不明顯,經多次試驗過程的實測結果,采取真空降水對8m以下土體內其真空負壓僅為0.1kpa,因此,對下臥層土體的降水作用不明顯,或者說對下部土體根本無作用。本發明則采取空壓管入土擠壓排水結合空氣壓力對土體的壓縮,使深層土體內的大部分自由水和結合水,在擠壓和氣壓的雙重壓力下,形成上升流,隨著空壓管上拔,下臥層土體在上覆土層荷載作用下,產生的自重壓力越大,土體內的水分子隨壓力的增大而上升,達到真空泵負壓作用的范圍內,被真空泵抽出土體。
也就是說,本發明的降水效果并不是依靠真空泵抽真空來達到的,而是通過接力降水的方式,即6~8m以下降水是通過擠壓和壓縮空氣對土體的加載來實現下臥土體內的自由水和結合水隨土體加載壓力而上升,該上升水流達到真空泵有限真空負壓的范圍時,被真空泵抽出土體而排出。
3、雙重壓力加固軟土,實施簡單。
利用現有的振動樁機,通過外置空氣壓縮機,在拔管過程中保持管內氣壓力60kpa,利用該氣壓對土體加載,當振動空壓管上升1m,則對1m以下的土體施加了60kpa+(空壓管半徑的平方×3.14×16kpa)以上的加載力,振動空壓管提升越高,對下臥層土體施加的荷載越大,下臥層土體承載力特征值也越高。
由于對土體施加荷載采用氣壓,且在整個施工點的施工保持氣壓的條件下,對土體的壓力可以看作是靜壓,因此,其對土體的擾動作用比強夯施工小,對土體結構破壞也相應減少,再加上真空負壓對土體產生的壓縮作用,使土體在空壓后得到快速恢復,為加快軟土地基處理奠定了基礎。
4、適用范圍廣,適宜于不同的軟土加固處理
本發明得用振動空壓管入土加固,因此,振動空壓管入土深度即為加固有效深度。由于空壓管為無縫鋼管,其入土深度可根據需要任意加長,當振動樁機機架限制高度時,還可采用靜壓樁機抱壓的模式,進一步延伸對需加固深度的土體進行加固處理。
同時,本發明不僅依靠氣壓對下臥層土體進行加載處理,還可利用間隙控制氣壓對需加固土體產生60kpa以上的沖擊壓力,操作時,操作人員在拔管過程中只需根據空氣壓力表控制,通過加快提升或降低提升速度來達到不同土質的氣壓加載施工。
5、施工成本低,速度快,土體強度成倍提高:
本發明與現有“降水強夯”相比,對土體擾動小,加固深度深,加固處理完成后,其加固深度范圍內的土體強度可提高至80~100kpa以上。有效加固深度是井點降水的三倍,其加固效果相應是井點降水強夯的三倍。
無論是單位面積工程造價、還是工期、質量,本工藝造價低,工期短的優勢更加明顯。
附圖說明
圖1為本發明的結構示意圖。
圖2為布置降水井點的示意圖。
其中:
振動錘中孔1、振動錘2、頂端3、灌料口活門4、灌料口5、注氣口6、注氣口活門7、注水口8、振動空壓管9、活瓣10、空壓加固點11、降水井點12。
具體實施方式
參見圖1,本發明涉及的一種空壓加固設備,它包括振動錘2和振動空壓管9,振動空壓管9為無縫鋼管,振動錘2連接振動空壓管9的頂部,振動錘2的振動錘中孔1和振動空壓管9位于同一垂直線上,振動空壓管9的頂端3為封閉活門,振動空壓管9的一側設置注氣口6,注氣口6處設置注氣口活門7,注氣口6處通過高壓管連接空氣壓縮機,振動空壓管9的下端設置有多片活瓣10組成的錐形活門,活瓣10的數量一般為4-6片。
為了充分擴大空壓加固設備的使用范圍,還可在振動空壓管9上設置灌料口5和注水口8,但在設置灌料口5和注水口8時應在相應的位置增設灌料口活門4和注水口活門,確保振動空壓管的密封。
上述的空壓加固設備的組裝步驟:
1、振動錘:振動錘即激振錘的功率根據土質條件及設計加固深度確定,一般采用中孔雙電機激振錘,由于本技術主要用于軟土地基處理,其功率為60kw~90kw即可。
2、激振錘下部用法蘭與振動空壓管連接,振動空壓管直徑根據激振錘的功率選配,因振動空壓管直徑決定了加固軟土有效范圍,因此宜選用600左右的無縫鋼管。振動空壓管長度為入土所需深度確定,須注意的是兩節無縫管焊接時須保證密封,不漏水無漏氣。
3、在振動空壓管頂端設置封閉活門,活門采用鉸鏈反彈式,當須利用中孔激振錘對管內設置其他用途時,則只須壓下該活門,就可進行其他工藝施工。在振動空壓加固施工時,該活門則須保證密封,也可直接用鐵板封閉。
4、為了使本設備通用于其他設備,做到一機多用,因此在振動空壓管外壁開孔上設置一灌料口,以便于用于填料施工,在灌料口內壁設置橡皮封閉活門,該活門在采用填料施工時,從灌料口注入的砂土料可輕易地將活門頂開,在不灌料時,則自動將灌料口封閉。
5、在灌料口對側180度位置(即管對側)設置注氣口,并焊接氣壓管連接管。該連接管通過橡膠的高壓管連接空氣壓縮機。空氣壓縮機可固定在操作工人一側,由操作工人控制。
6、振動空壓管入土端焊接錐形活門,以減少振動空壓入土阻力。當振動空壓管入土時,采用人工將多片活瓣閉合后插入土體;當鋼管上拔時,錐形活門自動打開。
上述空壓加固設備除可利用現有的振動樁機外,還可采用靜壓樁機抱壓施工,或采用吊車施工。
采用空壓加固設備進行軟土地基加固施工方法的步驟為:
步驟一、組裝空壓加固設備
步驟二、振動空壓施工方法
2.1、根據地質勘察報告結合設計所需的技術指標,確定空壓加固點布置網格,空壓加固點有效加固范圍當土質為較好土質條件下為振動空壓管直徑的3~4倍,當土質為淤泥土的條件下,則空壓加固點有效加固范圍為振動空壓管直徑的4~5倍。如遇夾層土及復雜地基,則需根據試驗后確定布點間距。
2.2、在施工過程中,通過將振動空壓管插入土體所需深度,然后開啟空氣壓縮機,使管內壓縮氣壓達到60kpa后,逐漸提升,在提升振動空壓管的過程中,根據氣壓表顯示的氣壓,確定提升速度,控制標準為氣壓保持40~60kpa。
2.3、對雜填土層及粉質粘土等土質較好軟土采用振動空壓加固處理,則可利用間隙開啟空氣壓縮機的方式,利用間隙氣壓形成對土體的沖擊力,提高土體的壓實度。
步驟三、輔助措施(參見圖2)
3.1、布置降水井點12:根據加固設計深度,確定采用降水方法;淺層6~8m加固深度可采用真空井點降水或管井降水方式,還可采取簡單的開溝強排方法。深層8m以下加固處理,則需設置分層真空井點降水或輕型井點結合塑料排水板井點方式。
3.1.1、降水井點設置在兩個空壓加固點11中間,其主要目的除降低土體含水量外還達到快速消散空壓加固后土體內的超靜孔隙水壓力,最終目的是為了快速固結土體。
3.1.2、根據土質條件確定空壓點布置網格后,依據“降水井點設置在兩個空壓加固點中間”這一原則布置降水井點網格。
3.1.3、降水井點網格布置完成后,連接各降水井點,并通過主管連接至真空泵,當深層采用分層降水井點時,則需注意同一分層連接一臺真空泵的原則,組成不同分層的真空泵連接回路,確保降水效果。
3.1.4、各降水井點連接完成后,檢查密封良好后,即可開泵降水,經3~5天降水后,在地下水位下降至2~4m的條件下,即可進入空壓加固設備進行振動空壓加固。
3.1.5、在振動空壓加固過程中,需保證降水正常運行,對因妨礙振動空壓加固的井點可采取暫時停泵或停井點運行,但振動空壓加固點或區完成后須立即連接管路,保證降水正常。
3.2、淺層加固:由于空壓加固法主要是解決深層加固處理,淺層0~3m經空壓加固后會產生虛土現象,對此淺層可采用振動碾壓或滿夯等措施,以達到表層密實的目的。
淺層加固可根據空壓加固后地基土的現狀,如能滿足設備進入,則可在空壓加固后進入振動碾壓或強夯機進行滿夯;如不能滿足設備進入,則可等土體穩定后(一般為30天),進入設備進行淺層加固處理。
3.3、交付檢測:采用空壓加固法加固后,需待土體穩定30天后,才能進行檢測,在這穩定期內,應保持降水正常運行。交付檢測前應進行淺層加固處理。