本發(fā)明涉及一種多功能振動空壓管及應(yīng)用其進(jìn)行軟土地基加固的施工方法，主要應(yīng)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(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，在大面積軟土地基加固處理過程中，常采用了“降水強(qiáng)夯法”，通過對需加固的軟土地基插入井點(diǎn)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(qiáng)夯達(dá)到軟土地基加固的目的。

但是，在實(shí)際施工過程中，強(qiáng)夯對軟土地基的夯擊能因軟土的物理力學(xué)指標(biāo)不同得到的效果也不盡相同，夯擊能很難控制。同時(shí)受強(qiáng)夯機(jī)械設(shè)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(qiáng)夯工藝一般用于淺層加固，其有效加固深度6m范圍。由于強(qiáng)夯對土體的最佳含水量要求較高，所以在淤泥土進(jìn)行強(qiáng)夯，不僅達(dá)不到所需的加固效果，反而因淤泥土的滲透系數(shù)差而導(dǎo)致破壞土體結(jié)構(gòu)，夯后淤泥土難以恢復(fù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種空壓加固設(shè)備，可以利用現(xiàn)有的振動樁機(jī)，在振動樁機(jī)鋼管上設(shè)置加壓裝置，配置空壓泵，組成空壓加固設(shè)備。輔以在兩振壓點(diǎn)中設(shè)置降水井點(diǎn)，形成降水空壓加固網(wǎng)格，由所需深度自下而上對需加固軟土深層進(jìn)行加固處理，以達(dá)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(zhì)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(zhì)量可控可預(yù)見，為保證軟土地基加固處理質(zhì)量奠定了可靠的方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種空壓加固設(shè)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(cè)設(shè)置注氣口，注氣口處設(shè)置注氣口活門，振動空壓管的下端設(shè)置有多片活瓣組成的錐形活門。

振動空壓管上設(shè)置灌料口，灌料口相應(yīng)處的振動空壓管設(shè)置灌料口活門。

振動空壓管上注水口，注水口相應(yīng)處的振動空壓管設(shè)置注水口活門。

活瓣的數(shù)量一般為4-6片。

注氣口處通過高壓管連接空氣壓縮機(jī)。

應(yīng)用上述的空壓加固設(shè)備進(jìn)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(shè)備

步驟二、振動空壓施工方法

2.1、根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告結(jié)合設(shè)計(jì)所需的技術(shù)指標(biāo)，確定空壓加固點(diǎn)布置網(wǎng)格，空壓加固點(diǎn)有效加固范圍當(dāng)土質(zhì)為較好土質(zhì)條件下為振動空壓管直徑的3~4倍，當(dāng)土質(zhì)為淤泥土的條件下，則空壓加固點(diǎn)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(fù)雜地基，則需根據(jù)試驗(yàn)后確定布點(diǎn)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(jī)，使管內(nèi)壓縮氣壓達(dá)到60kpa后，逐漸提升，在提升振動空壓管的過程中，根據(jù)氣壓表顯示的氣壓，確定提升速度，控制標(biāo)準(zhǔn)為氣壓保持60kpa；

2.3、對雜填土層及粉質(zhì)粘土等土質(zhì)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(jī)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(shí)度。

步驟三、輔助措施

3.1、布置降水井點(diǎn)：根據(jù)加固設(shè)計(jì)深度，確定采用降水方法；淺層6~8m加固深度采用真空井點(diǎn)降水或管井降水方式，或者采取簡單的開溝強(qiáng)排方法；

3.1.1、降水井點(diǎn)設(shè)置在兩個空壓加固點(diǎn)中間，其主要目的除降低土體含水量外還達(dá)到快速消散空壓加固后土體內(nèi)的超靜孔隙水壓力，最終目的是為了快速固結(jié)土體；

3.1.2、根據(jù)土質(zhì)條件確定空壓點(diǎn)布置網(wǎng)格后，依據(jù)“降水井點(diǎn)設(shè)置在兩個空壓加固點(diǎn)中間”這一原則布置降水井點(diǎn)網(wǎng)格；

3.1.3、降水井點(diǎn)網(wǎng)格布置完成后，連接各降水井點(diǎn)，并通過主管連接至真空泵，當(dāng)深層采用分層降水井點(diǎn)時(shí)，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(diǎn)連接完成后，檢查密封良好后，即開泵降水，經(jīng)3~5天降水后，在地下水位下降至2~4m的條件下，即進(jìn)入空壓加固設(shè)備進(jìn)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(yùn)行，對因妨礙振動空壓加固的井點(diǎn)可采取暫時(shí)停泵或停井點(diǎn)運(yùn)行，但振動空壓加固點(diǎn)或區(qū)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(jīng)空壓加固后會產(chǎn)生虛土現(xiàn)象，對此淺層可采用振動碾壓或滿夯等措施，以達(dá)到表層密實(shí)的目的；

淺層加固可根據(jù)空壓加固后地基土的現(xiàn)狀，如能滿足設(shè)備進(jìn)入，則在空壓加固后進(jìn)入振動碾壓或強(qiáng)夯機(jī)進(jìn)行滿夯；如不能滿足設(shè)備進(jìn)入，則可等土體穩(wěn)定后，進(jìn)入設(shè)備進(jìn)行淺層加固處理；

3.3、交付檢測。

作為一種優(yōu)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(jù)激振錘的功率選配。

作為一種優(yōu)選，在灌料口對側(cè)180度位置設(shè)置注氣口，注氣口焊接氣壓管連接管。

作為一種優(yōu)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(dāng)振動空壓管入土?xí)r，采用人工將多片活瓣閉合后插入土體；當(dāng)鋼管上拔時(shí)，錐形活門自動打開。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

采用本發(fā)明的空壓加固設(shè)備進(jìn)行軟土地基加固施工方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、一管到底，雙重壓實(shí)，工藝先進(jìn)可靠，

利用現(xiàn)有振動樁機(jī)，即可進(jìn)行降水空壓加固施工；同時(shí)配置空氣壓縮機(jī)，對管內(nèi)形成60kpa的空氣壓力，對管下土體進(jìn)行加載，隨著空壓管的提升管內(nèi)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(shè)計(jì)所需的指標(biāo)。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(jìn)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(shí)施過程中，振動空壓管入土對土體產(chǎn)生擠壓作用以及振動空壓管上拔過程中，對土體產(chǎn)生雙重?cái)D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(jié)合水被強(qiáng)制驅(qū)趕至周邊井點(diǎn)內(nèi)，通過井點(diǎn)外部真空泵抽真空，使井點(diǎn)內(nèi)的地下水被排出土體；同時(shí)在振動加壓過程中對土體施加的60kpa氣壓，又將土體內(nèi)大部分結(jié)合水通過氣壓驅(qū)趕至真空負(fù)壓的井點(diǎn)內(nèi)。達(dá)到了快速排水和加快土體壓縮固結(jié)的目的。

2、接力降水，解決了深層降水難題

現(xiàn)有井點(diǎn)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(fù)壓作用并不明顯，經(jīng)多次試驗(yàn)過程的實(shí)測結(jié)果，采取真空降水對8m以下土體內(nèi)其真空負(fù)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(fā)明則采取空壓管入土擠壓排水結(jié)合空氣壓力對土體的壓縮，使深層土體內(nèi)的大部分自由水和結(jié)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(chǎn)生的自重壓力越大，土體內(nèi)的水分子隨壓力的增大而上升，達(dá)到真空泵負(fù)壓作用的范圍內(nèi)，被真空泵抽出土體。

也就是說，本發(fā)明的降水效果并不是依靠真空泵抽真空來達(dá)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(shí)現(xiàn)下臥土體內(nèi)的自由水和結(jié)合水隨土體加載壓力而上升，該上升水流達(dá)到真空泵有限真空負(fù)壓的范圍時(shí)，被真空泵抽出土體而排出。

3、雙重壓力加固軟土，實(shí)施簡單。

利用現(xiàn)有的振動樁機(jī)，通過外置空氣壓縮機(jī)，在拔管過程中保持管內(nèi)氣壓力60kpa，利用該氣壓對土體加載，當(dāng)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(diǎn)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(qiáng)夯施工小，對土體結(jié)構(gòu)破壞也相應(yīng)減少，再加上真空負(fù)壓對土體產(chǎn)生的壓縮作用，使土體在空壓后得到快速恢復(fù)，為加快軟土地基處理奠定了基礎(chǔ)。

4、適用范圍廣，適宜于不同的軟土加固處理

本發(fā)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(jù)需要任意加長，當(dāng)振動樁機(jī)機(jī)架限制高度時(shí)，還可采用靜壓樁機(jī)抱壓的模式，進(jìn)一步延伸對需加固深度的土體進(jìn)行加固處理。

同時(shí)，本發(fā)明不僅依靠氣壓對下臥層土體進(jìn)行加載處理，還可利用間隙控制氣壓對需加固土體產(chǎn)生60kpa以上的沖擊壓力，操作時(shí)，操作人員在拔管過程中只需根據(jù)空氣壓力表控制，通過加快提升或降低提升速度來達(dá)到不同土質(zhì)的氣壓加載施工。

5、施工成本低，速度快，土體強(qiáng)度成倍提高：

本發(fā)明與現(xiàn)有“降水強(qiáng)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(nèi)的土體強(qiáng)度可提高至80~100kpa以上。有效加固深度是井點(diǎn)降水的三倍，其加固效果相應(yīng)是井點(diǎn)降水強(qiáng)夯的三倍。

無論是單位面積工程造價(jià)、還是工期、質(zhì)量，本工藝造價(jià)低，工期短的優(yōu)勢更加明顯。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為布置降水井點(diǎn)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(diǎn)11、降水井點(diǎn)12。

具體實(shí)施方式

參見圖1，本發(fā)明涉及的一種空壓加固設(shè)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(cè)設(shè)置注氣口6，注氣口6處設(shè)置注氣口活門7，注氣口6處通過高壓管連接空氣壓縮機(jī)，振動空壓管9的下端設(shè)置有多片活瓣10組成的錐形活門，活瓣10的數(shù)量一般為4-6片。

為了充分?jǐn)U大空壓加固設(shè)備的使用范圍，還可在振動空壓管9上設(shè)置灌料口5和注水口8，但在設(shè)置灌料口5和注水口8時(shí)應(yīng)在相應(yīng)的位置增設(shè)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(shè)備的組裝步驟：

1、振動錘：振動錘即激振錘的功率根據(jù)土質(zhì)條件及設(shè)計(jì)加固深度確定，一般采用中孔雙電機(jī)激振錘，由于本技術(shù)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(jù)激振錘的功率選配，因振動空壓管直徑?jīng)Q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(jié)無縫管焊接時(shí)須保證密封，不漏水無漏氣。

3、在振動空壓管頂端設(shè)置封閉活門，活門采用鉸鏈反彈式，當(dāng)須利用中孔激振錘對管內(nèi)設(shè)置其他用途時(shí)，則只須壓下該活門，就可進(jìn)行其他工藝施工。在振動空壓加固施工時(shí)，該活門則須保證密封，也可直接用鐵板封閉。

4、為了使本設(shè)備通用于其他設(shè)備，做到一機(jī)多用，因此在振動空壓管外壁開孔上設(shè)置一灌料口，以便于用于填料施工，在灌料口內(nèi)壁設(shè)置橡皮封閉活門，該活門在采用填料施工時(shí)，從灌料口注入的砂土料可輕易地將活門頂開，在不灌料時(shí)，則自動將灌料口封閉。

5、在灌料口對側(cè)180度位置（即管對側(cè)）設(shè)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(jī)?？諝鈮嚎s機(jī)可固定在操作工人一側(cè)，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(dāng)振動空壓管入土?xí)r，采用人工將多片活瓣閉合后插入土體；當(dāng)鋼管上拔時(shí)，錐形活門自動打開。

上述空壓加固設(shè)備除可利用現(xiàn)有的振動樁機(jī)外，還可采用靜壓樁機(jī)抱壓施工，或采用吊車施工。

采用空壓加固設(shè)備進(jìn)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(shè)備

步驟二、振動空壓施工方法

2.1、根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告結(jié)合設(shè)計(jì)所需的技術(shù)指標(biāo)，確定空壓加固點(diǎn)布置網(wǎng)格，空壓加固點(diǎn)有效加固范圍當(dāng)土質(zhì)為較好土質(zhì)條件下為振動空壓管直徑的3~4倍，當(dāng)土質(zhì)為淤泥土的條件下，則空壓加固點(diǎn)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(fù)雜地基，則需根據(jù)試驗(yàn)后確定布點(diǎn)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(jī)，使管內(nèi)壓縮氣壓達(dá)到60kpa后，逐漸提升，在提升振動空壓管的過程中，根據(jù)氣壓表顯示的氣壓，確定提升速度，控制標(biāo)準(zhǔn)為氣壓保持40~60kpa。

2.3、對雜填土層及粉質(zhì)粘土等土質(zhì)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(jī)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(shí)度。

步驟三、輔助措施（參見圖2）

3.1、布置降水井點(diǎn)12：根據(jù)加固設(shè)計(jì)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(diǎn)降水或管井降水方式，還可采取簡單的開溝強(qiáng)排方法。深層8m以下加固處理，則需設(shè)置分層真空井點(diǎn)降水或輕型井點(diǎn)結(jié)合塑料排水板井點(diǎn)方式。

3.1.1、降水井點(diǎn)設(shè)置在兩個空壓加固點(diǎn)11中間，其主要目的除降低土體含水量外還達(dá)到快速消散空壓加固后土體內(nèi)的超靜孔隙水壓力，最終目的是為了快速固結(jié)土體。

3.1.2、根據(jù)土質(zhì)條件確定空壓點(diǎn)布置網(wǎng)格后，依據(jù)“降水井點(diǎn)設(shè)置在兩個空壓加固點(diǎn)中間”這一原則布置降水井點(diǎn)網(wǎng)格。

3.1.3、降水井點(diǎn)網(wǎng)格布置完成后，連接各降水井點(diǎn)，并通過主管連接至真空泵，當(dāng)深層采用分層降水井點(diǎn)時(shí)，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(diǎn)連接完成后，檢查密封良好后，即可開泵降水，經(jīng)3~5天降水后，在地下水位下降至2~4m的條件下，即可進(jìn)入空壓加固設(shè)備進(jìn)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(yùn)行，對因妨礙振動空壓加固的井點(diǎn)可采取暫時(shí)停泵或停井點(diǎn)運(yùn)行，但振動空壓加固點(diǎn)或區(qū)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(jīng)空壓加固后會產(chǎn)生虛土現(xiàn)象，對此淺層可采用振動碾壓或滿夯等措施，以達(dá)到表層密實(shí)的目的。

淺層加固可根據(jù)空壓加固后地基土的現(xiàn)狀，如能滿足設(shè)備進(jìn)入，則可在空壓加固后進(jìn)入振動碾壓或強(qiáng)夯機(jī)進(jìn)行滿夯；如不能滿足設(shè)備進(jìn)入，則可等土體穩(wěn)定后（一般為30天），進(jìn)入設(shè)備進(jìn)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(wěn)定30天后，才能進(jìn)行檢測，在這穩(wěn)定期內(nèi)，應(yīng)保持降水正常運(yùn)行。交付檢測前應(yīng)進(jìn)行淺層加固處理。