加速排水固结和加大承载力的软土地基处理结构和方法技术

本发明专利技术公开了一种加速排水固结和加大承载力的软土地基处理结构和方法，属于软土地基处理领域。该结构中，若干条竖向排水体均垂直打入软土地基中形成排水通道；打设有竖向排水体的软土地基表面铺设有砂垫层，竖向排水体顶端头部伸入砂垫层中，砂垫层上设有堆载加压；相邻两个竖向排水体之间的软土地基中打设有空心的留孔预制管桩；预制管桩内施打有一条喷气管，喷气管底部出气口伸入预制管桩底部，顶部进气口通过导管连接喷气发生装置。本发明专利技术既解决了技术背景所述的排水固结法存在的问题，又有效解决了采用单一预制管桩存在的问题。该方法可加速排水，增加地基排水处理效率；处理后的土层均匀，能有效减小地基工后不均匀沉降。

【技术实现步骤摘要】
加速排水固结和加大承载力的软土地基处理结构和方法
本专利技术涉及软土地基处理领域，具体涉及一种加速排水固结和加大承载力的软土地基处理结构和方法。
技术介绍
堆载或真空预压排水固结法是一种较为经济的软土地基处理方法，但有较大局限性。主要表现在：(1)现有技术是一种由地表向地下深层处理的技术，经济处理深度一般不超过10m；(2)处理时间较长；(3)后续土体仍长期蠕变，地基承载力有限，工后沉降较大。预制管桩打入土体时存在着挤土效应明显、超静孔隙水压力值较大等问题。为此许多学者研发出了一系列新型排水管桩，如：专利号201020649772.5中徐小庆等研发的一种排水管桩；专利号201510150002.3中唐晓武等研发了一种能排水并增大摩阻力的预制管桩。此类新型管桩都是通过在桩身侧壁预留横向孔洞来提供排水路径，然后抽水，然而在现场实际的排水过程中土颗粒会进入排水通道堵塞预设的排水路径，实际地基效果并不理想。专利号201710717904.X中陈俊昂等研发了一种侧向挤土排水固结提高挤土桩性能的方法。利用挤土桩的侧向挤土效应加速排水体排水固结，但其加速排水效果有限。专利号201510301241.4中吴慧明等研发了一种不同深度扰动结合排水固结的软土地基处理方法；专利号201711363451.1中吴慧明研发了一种纵横立体分层增压排水地基处理方法，排水固结加速，但处理后的地基承载能力有限。鉴于以上问题，一种减缓挤土效应，加快超静孔隙水压力消散，同时又能提高地基承载力控制沉降的软土地基处理方法亟待开发。
技术实现思路
本专利技术针对软土地基处理方法中排水固结法以及预制管桩存在的问题，在前人基础上，前期继续采用竖向排水体，采用空心预制留孔管桩既可以在管桩打入时桩周围的水流入空心管桩内，减少挤土效应；在空心预制留孔管桩内采用高压旋喷喷气，犹如海上热力漩涡风浪，高压气体通过空心预制管桩留孔水平向扩散至周围土体加速排水固结，解决了上述技术背景所述排水固结法与预制管桩存在的问题，本专利技术不需在预制留孔管桩内抽水，可以防止堵塞，提出一种在空心预制留孔管桩中高压喷气加速竖向排水体排水固结最后形成复合地基处理软土地基的方法。本专利技术所采用的具体技术方案如下：一种加速排水固结和加大承载力的软土地基处理结构，其包括喷气发生装置、喷气管、预制管桩、竖向排水体和堆载；若干条竖向排水体均垂直打入软土地基中形成排水通道，且不同的竖向排水体在平面上均匀间隔分布；打设有竖向排水体的软土地基表面铺设有砂垫层，竖向排水体顶端头部伸入砂垫层中，砂垫层上设有堆载加压；相邻两个竖向排水体之间的软土地基中打设有空心的预制管桩，且预制管桩的侧壁上均匀开孔；所述预制管桩内施打有一条喷气管，喷气管底部出气口伸入预制管桩底部，顶部进气口通过导管连接用于向预制管桩中鼓入气体的喷气发生装置。作为优选，每两个相邻的竖向排水体之间都打设有所述的预制管桩。作为优选，处理的软土地基周围开挖有排水沟。作为优选，所述的喷气管外径略小于预制管桩内径。作为优选，所述的砂垫层和堆载中预先设有预留通道，所述的喷气管穿过预留通道后打入预制管桩中。作为优选，所述预制管桩侧壁上的开孔直径为15～20mm。作为优选，所述砂垫层厚度为30～60cm，竖向排水体顶端头部伸入砂垫层中15～30cm。作为优选，所述竖向排水体为塑料排水板或袋装砂井。本专利技术的另一目的在于提供一种利用上述处理结构的加速排水固结和加大承载力的软土地基处理方法，其步骤如下：1)平整待处理的软土地基场地，同时在场地周边开挖排水沟，场地表面具有排水坡度；2)按等边三角形分布设计要求定位竖向排水体布设位置，然后在每个布设点位处插打竖向排水体至设计深度；3)按正方形分布设计要求施打开设有预留孔的空心预制管桩，使淤泥软土中的部分孔隙水通过竖向排水体排出，部分孔隙水进入预制管桩内腔；4)在待处理的软土地基场地上铺设砂垫层，砂垫层厚度为30～60cm，竖向排水体顶端头部伸入砂垫层中15～30cm，然后在砂垫层上采用堆载加压；铺设砂垫层和堆载时，做好预留通道；5)施作喷气管，将喷气管打入预制管桩底部后，再用导管连接喷射管的顶端进气口和喷气发生装置的出气口，喷气发生装置的输出空气流量为3～7m3/min，将高压喷气管从下往上边喷气边徐徐提升，使高压气体通过预制管桩的预留孔水平向扩散至周围土体，加速排水固结；6)逐排对所有预制管桩完成步骤5)的喷气排水工序后，卸去堆载，在每个预制管桩顶部设置桩帽，预制管桩、排水后的桩周软土与砂垫层形成复合地基。作为优选，所述的预留通道可采用与管桩直径大小相近的PVC管垂直预埋在砂垫层和堆载中，PVC管布设位置与管桩相同。本专利技术既解决了技术背景所述的排水固结法存在的问题，又有效解决了采用单一预制管桩存在的问题。该方法简单，可加速排水，增加地基排水处理效率；处理后的土层均匀，能有效减小地基工后不均匀沉降。而且本专利技术通过提高排水效率，还可缩短建设工期等，是一种较好的软土地基处理方法。附图说明图1为本专利技术的空心预制留孔管桩中高压喷气加速竖向排水体排水固结处理软土地基示意图；图2为本专利技术的高压喷气气体通过管桩留孔水平向扩散至周围土体示意图(为了清楚展示扩散路径，图中略去竖向排水体等)；图3为本专利技术的等边三角形分布的竖向排水体与正方形分布的空心预制留孔管桩组合布设示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步阐述和说明。如图1和2所示，为一种加速排水固结和加大承载力的软土地基处理结构示意图，其主要部分包括喷气发生装置、喷气管、预制管桩、竖向排水体和堆载。竖向排水体可采用塑料排水板或袋装砂井等，数量根据地基处理面积而定，其布设需要满足一定的密度要求，且不同的竖向排水体在平面上均匀间隔分布。每条竖向排水体均垂直打入软土地基中，由此形成竖向的排水通道。打设有竖向排水体的软土地基表面铺设有砂垫层，以便于排水。竖向排水体顶端头部伸入砂垫层中，砂垫层上设有堆载加压，堆载一般可采用堆载土，当然也可以采用其他重物进行加压。砂垫层厚度为30～60cm，竖向排水体顶端头部伸入砂垫层中15～30cm。在堆载土的压力下，软土地基中的间隙水会被挤入竖向排水体中，进而向上排出进入砂垫层中，最后由待处理的软土地基周围开挖的排水沟排出。但竖向排水体在使用过程中，距离其较远的间隙水不容易进入排水体中，导致排水效率低下。因此，在本实施例中，相邻两个竖向排水体之间的软土地基中打设有空心的预制管桩，且预制管桩的侧壁上均匀开孔，孔径为15～20mm。为了使软土地基排水均匀，任意两个相邻的竖向排水体之间都打设有一个预制管桩。然后在预制管桩内施打有一条喷气管，向预制管桩的预留孔中喷气。该喷气管需要承受高压，因此应采用耐高压的喷气管。砂垫层和堆载中可预先设有预留通道，喷气管穿过预留通道后打入预制管桩中，喷气管底部出气口伸入预制管桩底部，顶部进气口通过导管连接用于向预制管桩中鼓入气体的喷气发生装置，喷气发生装置可以采用高压空气压缩机和气泵等设备。喷气管外径应当略小于预制管桩内径，两者之间仅留有一点缝隙，两者形成间隙配合，使得喷气管能够顺利插入预制管桩中，但两者之间的缝隙又不足以使下部的气体顺利溢出，使得绝大部分气体能够从桩壁的预留孔排出。在本专利技术中，预制管桩施工时侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加速排水固结和加大承载力的软土地基处理结构，其特征在于，包括喷气发生装置、喷气管、预制管桩、竖向排水体和堆载；若干条竖向排水体均垂直打入软土地基中形成排水通道，且不同的竖向排水体在平面上均匀间隔分布；打设有竖向排水体的软土地基表面铺设有砂垫层，竖向排水体顶端头部伸入砂垫层中，砂垫层上设有堆载加压；相邻两个竖向排水体之间的软土地基中打设有空心的预制管桩，且预制管桩的侧壁上均匀开孔；所述预制管桩内施打有一条喷气管，喷气管底部出气口伸入预制管桩底部，顶部进气口通过导管连接用于向预制管桩中鼓入气体的喷气发生装置。

【技术特征摘要】
1.一种加速排水固结和加大承载力的软土地基处理结构，其特征在于，包括喷气发生装置、喷气管、预制管桩、竖向排水体和堆载；若干条竖向排水体均垂直打入软土地基中形成排水通道，且不同的竖向排水体在平面上均匀间隔分布；打设有竖向排水体的软土地基表面铺设有砂垫层，竖向排水体顶端头部伸入砂垫层中，砂垫层上设有堆载加压；相邻两个竖向排水体之间的软土地基中打设有空心的预制管桩，且预制管桩的侧壁上均匀开孔；所述预制管桩内施打有一条喷气管，喷气管底部出气口伸入预制管桩底部，顶部进气口通过导管连接用于向预制管桩中鼓入气体的喷气发生装置。2.如权利要求1所述的加速排水固结和加大承载力的软土地基处理结构，其特征在于，每两个相邻的竖向排水体之间都打设有所述的预制管桩。3.如权利要求1所述的加速排水固结和加大承载力的软土地基处理结构，其特征在于，处理的软土地基周围开挖有排水沟。4.如权利要求1所述的加速排水固结和加大承载力的软土地基处理结构，其特征在于，所述的喷气管外径略小于预制管桩内径。5.如权利要求1所述的加速排水固结和加大承载力的软土地基处理结构，其特征在于，所述的砂垫层和堆载中预先设有预留通道，所述的喷气管穿过预留通道后打入预制管桩中。6.如权利要求1所述的加速排水固结和加大承载力的软土地基处理结构，其特征在于，所述预制管桩侧壁上的开孔直径为15～20mm。7.如权利要求1所述的加速排水固结和加大承载力的软土地基处理结构，其特征在于，所述砂垫层厚度为30～60cm，竖向排水体...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛富生，朱汉华，陈孟冲，
申请(专利权)人：宁波市交通规划设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33