本發(fā)明涉及軟土處理技術領域，尤其是一種用于深厚軟土路基預壓處理的排水加固裝置及其應用方法。

背景技術：

近年來國家鐵路建設發(fā)展迅速，以沿海省份高鐵建設為核心，東部區(qū)域鐵路交通網(wǎng)日新月異。由于城市運營因素影響，鐵路線位在已經(jīng)充分考慮地質(zhì)條件的情況下，依然需要穿越深厚軟土區(qū)。眾所周知，我國東部沿海深厚軟土極為發(fā)育，由于鐵路工程帶狀分布特點，傳統(tǒng)的區(qū)域性真空預壓、換填墊層等軟土地基處理方式并不適用。排水預壓雖然可選，但固有的砂井等排水途徑在深厚軟土區(qū)亦無法取得較好成效，且排水預壓地基處理工程造價雖然較低，但地基處理效果一般，在高速鐵路等沉降控制嚴格的項目中應用有限。目前鐵路建設中，較多采用沙袋注漿樁、混凝土攪拌樁等進行地基處理，但造價一般較高，經(jīng)濟效益限制性因素過多，無法達到節(jié)約投資的目的。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術的不足，提供了用于深厚軟土路基預壓處理的排水加固裝置及其應用方法，通過套管和頂管的配合實現(xiàn)了排水管的埋設，同時利用排水管及其底部的錐形體的配合實現(xiàn)了對深厚軟土路基預壓處理及排水加固。

本發(fā)明目的實現(xiàn)由以下技術方案完成：

一種用于深厚軟土路基預壓處理的排水加固裝置，其特征在于：所述裝置至少包括排水管、套管和頂桿，所述排水管的底端設置有錐形體，所述錐形體的外輪廓尺寸自其頂面至底面漸變縮小直至形成錐尖，所述錐形體的頂面外輪廓尺寸大于所述排水管的管徑，所述套管套設在所述排水管的外部且其管底頂觸在所述錐形體頂面大于所述排水管的局部上，所述分別頂桿穿過所述套管和所述排水管的管孔，且其桿底頂觸在所述錐形體頂面位于所述排水管內(nèi)的局部上；在所述排水管和所述套管的管體表面分別開設有通孔。

在所述套管的內(nèi)部頂端固定設置有施力環(huán)，所述施力環(huán)與所述排水管的管頂相接觸使所述套管對所述排水管進行限位。

所述錐形體由一中空圓臺和一配重塊連接構成，所述中空圓臺的外輪廓尺寸自其頂面至底面漸變縮小，所述中空圓臺的頂面與所述排水管的管底相連接固定且其外輪廓尺寸大于所述排水管的管徑，所述配重塊的一側(cè)端部連接固定在所述中空圓臺的底面且其另一側(cè)端部呈錐尖狀，所述套管的管底頂觸在所述中空圓臺頂面大于所述排水管的局部上，所述頂桿穿過所述套管、所述排水管及所述中空圓臺，且其桿底頂觸在所述配重塊上。

在所述中空圓臺的底面上開設有套管槽，所述套管的管底卡入所述套管槽之中；在所述配重塊上開設有頂桿槽，所述頂桿的桿底卡入所述頂桿槽之中。

一種涉及上述用于深厚軟土路基預壓處理的排水加固裝置的應用方法，其特征在于：所述應用方法至少包括以下步驟：

將套管套設在排水管的外部并使其管底頂觸在錐形體大于排水管的局部上，將頂桿穿過所述套管和所述排水管的管孔并使其桿底頂觸在錐形體位于所述排水管內(nèi)的局部上；

向所述套管和所述頂桿施加壓力，使所述排水管隨著所述錐形體一并受壓進入深厚軟土路基中直至設計標高；

對所述套管施加向上壓力以抽離所述套管，同時對所述頂桿施加向下壓力，當所述套管抽離完畢后，抽離所述頂桿；

將抽水設備放入所述排水管內(nèi)部，通過開設在所述套管和所述排水管上的通孔對深厚軟土路基進行排水預壓處理；

預壓排水完畢，抽離所述抽水設備，隨后對所述排水管進行注漿。

對所述頂桿所施加的向下壓力的大小滿足于保證所述排水管在所述套管的抽離過程中始終保持處于設計標高的要求。

通過設置在所述套管上的施力環(huán)施加壓力；在所述頂桿的頂端固定設置有頂力環(huán)，通過所述頂力環(huán)對所述頂桿施加壓力。

本發(fā)明的優(yōu)點是：兼顧了預壓固結(jié)地基處理與混凝土攪拌樁地基處理的優(yōu)點，對于深厚軟土區(qū)鐵路等呈帶狀分布的工程適用性強、處理效果顯著、經(jīng)濟效益可觀，且各儀器具有結(jié)構合理、整體性強、功能顯著、可操作性強、設計新穎的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構示意圖；

圖2為本發(fā)明中排水管的結(jié)構示意圖；

圖3為本發(fā)明中套管及頂桿的結(jié)構示意圖；

圖4為本發(fā)明的施工步驟流程圖；

圖5為本發(fā)明施工完成后的結(jié)構示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖通過實施例對本發(fā)明特征及其它相關特征作進一步詳細說明，以便于同行業(yè)技術人員的理解：

如圖1-5所示，圖中標記1-27分別表示為：排水管1、套管2、施力環(huán)3、頂力環(huán)4、排水管端頭5、排水孔6、排氣孔7、中空圓臺8、套管槽9、配重塊10、頂桿槽11、施力環(huán)下表面12、施力環(huán)頂部環(huán)口13、頂桿14、排氣孔15、套管側(cè)壁16、頂桿底端17、平臺18、套管底部19、混凝土砂漿20、泥漿薄壁帶21、薄壁帶側(cè)壁22、混凝土樁23、排水管側(cè)壁24、水泵25、排水設備26、注漿設備27。

實施例：如圖1所示，本實施例中用于深厚軟土路基預壓處理的排水加固裝置包括排水管1、套管2和頂桿14這三部分，其中排水管1主要起到對深厚軟土路基進行預壓處理及排水加固，套管2和頂桿14主要用于將排水管1壓入深厚軟土路基之中。

如圖1和如圖2所示，排水管1為中空管體，其套管側(cè)壁16上開設有若干既可以作為排水孔6又可以作為排氣孔7的通孔。在排水管1的管底固定設置有錐形體，該錐形體由中空圓臺8和配重塊10連接構成，中空圓臺8的外輪廓尺寸自其頂面至底面漸變縮小，配重塊10的一端部呈錐尖狀，另一端部與中空圓臺8相連接固定；中空圓臺8的外輪廓尺寸大于排水管1的管徑。在使用時，配重塊10一方面起到便于排水管1下方同時便于維持其垂直度的作用，另一方面利用其呈錐尖狀的端部可便于排水管1貫入深厚軟土路基。在中空圓臺8大于排水管1的頂面局部形成平臺18，在平臺18上開設有套管槽9。在配重塊10的中心位置上開設有頂桿槽11。

如圖3所示，套管2為中空管體，其管體表面上開設有若干排氣孔15，排氣孔15與排出套管2與排水管1之間的氣體，便于套管2的抽離。在套管3的內(nèi)部頂端固定設置有施力環(huán)5，施力環(huán)下表面12在使用時與圖2中的排水管5輕微接觸，以使套管2可以限制排水管1的擺動，即對其進行限位。套管底部19在使用時卡入圖1中的套管槽9之中。頂桿14穿過施力環(huán)頂部還口13進入套管3的內(nèi)部，且其長度大于套管3，其頂桿底端17在使用時卡入圖1中的頂桿槽11之中。在頂桿14的頂部固定設置有頂力環(huán)4，頂力環(huán)4作為受力部件。

本實施例具有如下應用方法，如圖4所示：

1）排管下放：將套管2套設在排水管1的外部，并使套管底部19卡入平臺18上的套管槽9之中，同時使施力環(huán)3與排水管端頭5接觸；將頂桿14闖過套管2和排水管1，并使頂桿底端17卡入配重塊10上的頂桿槽11之中。之后，向施力環(huán)3、頂力環(huán)4施加壓力，施力環(huán)3通過套管底部19與套管槽9之間的接觸向排水管1施力，頂力環(huán)4通過頂桿底端17與頂桿槽11的接觸向排水管1施力，使排水管1逐漸受壓進入深厚軟土路基之中。此時，排氣管1上的排氣孔7進行排氣，便于排氣管1的下方。

2）穿越軟土：結(jié)合圖5所示，深厚軟土路基由淺至深分為硬土層、深厚軟土層、持力層和下臥層。持續(xù)對施力環(huán)3和頂力環(huán)4施加壓力，使排水管1穿越深厚軟土層。此時，排水管1在壓入過程中，所成成孔的尺寸為中空圓臺8最大處外輪廓的尺寸，即平臺18的外輪廓尺寸，這樣一來，減小了套管2側(cè)壁與四周土體之間的貼合度，便于排水管1下方完畢后套管2的抽離工作。

3）排管就位：當排水管1穿越深厚軟土層到達持力層時，停止對施力環(huán)3和頂力環(huán)4施加壓力，此時排水管1的深度滿足設計標高。

4）抽離套管：對套管2施加向上壓力，同時對頂桿14施加向下壓力，此時套管2與排水管1在反力的作用下輕松抽離，而排水管1在頂桿14向下壓力的作用下始終處于設計標高的位置上，不因套管2的向上抽離而改變位置。此外，套管2上的排氣孔15和排水管1上的排氣孔7進行排氣，便于套管2的抽離。對頂桿14所施加的向下壓力的大小滿足于保證排水管1在套管2的抽離過程中始終保持處于設計標高的要求，即保證排水管1始終位置穩(wěn)定。

當需要處理的深厚軟土路基為鐵路線路方向的深厚軟土路基時，可按照設計要求依次橫排打入其余排水管1，排水管1在鐵路線路的兩側(cè)形成排水加固帶。

5）抽離完畢：套管2抽離完畢后，深厚軟土路基內(nèi)還留有排水管1和頂桿14。

6）抽離頂桿：將頂桿14從排水管1中抽離。

7）預壓排水：將抽水設備25的抽水泵放入排水管1的管孔內(nèi)部，通過排水管1上的排水孔6進行預壓排水。

8）排水完畢：排水完畢后，將抽水設備25撤出。

9）注漿凝固：將注漿設備26的注漿管放入排水管1的管孔內(nèi)部向其注射混凝土砂漿20。如圖5所示，此時，所注混凝土砂漿20由于排水管側(cè)壁24的限制，混凝土砂漿20凝結(jié)為具備承載力的混凝土樁23，多余的混凝土砂漿20從排水管1的排水孔6或排氣孔7處流出并與四周軟土融合而形成泥漿薄壁帶21。泥漿薄壁帶21的薄壁帶側(cè)壁22凹凸不平，可加強混凝土樁23與周圍土體的要和性，進而達到強化軟土路基處理效果的目的。此處額外需要說明的是：排水管側(cè)壁24與周圍土體之間的間隙，即泥漿薄壁帶21的形成空間是通過中空圓臺8所實現(xiàn)的。如步驟1-3所對應的圖5局部所示，在排水管1的壓入過程中，由于中空圓臺8的外輪廓尺寸大于排水管1的管徑，因此所成的成孔尺寸是與中空圓臺8的外輪廓尺寸相吻合的，同時也是大于排水管1的管徑的，因此才可以使排水管1與四周土體之間留有泥漿薄壁帶21的形成空間。換而言之，中空圓臺8的作用除了作為套管2的受力體之外，其作用還在于開設泥漿薄壁帶21的形成空間。

本實施例在具體實施時：在排水管端頭5、套管底部19、頂桿底端17處分別設置有管口螺絲，可根據(jù)需要接長排水管1、套管2和頂桿14。

雖然以上實施例已經(jīng)參照附圖對本發(fā)明目的的構思和實施例做了詳細說明，但本領域普通技術人員可以認識到，在沒有脫離權利要求限定范圍的前提條件下，仍然可以對本發(fā)明作出各種改進和變換，如：等，故在此不一一贅述。