本发明属于岩土工程领域，具体地，涉及一种用于分层涡压挤扩填料加固处理地基的设备及方法。分层涡压挤扩填料加固地基的设备，包括：引导头、钢套管、旋转配件、涡压叶片；引导头设置在钢套管的底部，旋转配件安装在钢套管的顶部，涡压叶片安装在钢套管开口处的内侧。分层涡压挤扩填料加固处理地基的方法，利用上述分层涡压挤扩填料加固地基的设备，具体步骤如下：第一步：钢套管就位；第二步：锤管入土；第三步：灌注填料；第四步：旋扭套管；第五步：提升套管；第六步：实施上一土层地基处理；第七步：拔出钢套管。本发明的钢套管可重复利用，无需开挖原土，施工简单，工期短，造价低廉；该方法可分层处理地基，适用于各种粘性、砂性土质。
1.一种分层涡压挤扩填料加固处理地基的设备，包括：引导头、钢套管、旋转配件、涡压叶片；其特征在于：引导头设置在钢套管的底部，旋转配件安装在钢套管的顶部，涡压叶片安装在钢套管开口处的内侧；
靠近钢套管底部，沿钢套管的轴向对称开设一对涡压腔出口；
涡压叶片呈S形，S形涡压叶片的两端分别与涡压腔出口的竖向侧边固定；
靠近钢套管底部约一米处，每个开口的宽度为钢套管1/4周长，开口高度与涡压叶片的高度相同；
涡压叶片由两个完全相同的半圆环钢板反对称焊接而成，涡压叶片两端之间的直线距离与钢套管的直径相同；
涡压叶片所采用的钢材型号、钢板厚度与钢套管的钢材型号、钢板厚度相同；
所述的引导头，上部为圆柱体，下部为圆锥体，圆柱体的顶端形成一圆柱形凸台，引导头采用预制混凝土结构；
所述的钢套管为金属圆管，钢套管的内径比预制混凝土引导头圆柱形凸台的外径略大，预制混凝土引导头的顶部恰好能够嵌入到钢套管底部，并留有一定空隙；
钢套管顶部设置的旋转配件为旋转齿轮，旋转齿轮内侧为光圆柱面、外侧设有啮合齿；
旋转齿轮的内径与钢套管的外径相同，旋转齿轮的顶面与钢套管的顶面齐平，旋转齿轮箍焊在钢套管的顶部。
2.分层涡压挤扩填料加固地基的方法，利用权利要求1所述的分层涡压挤扩填料加固处理地基的设备，其特征在于，具体步骤如下：第一步：钢套管就位：将引导头对准要锤管入土的部位，将钢套管座落于引导头上；
第二步：锤管入土：利用夯锤将钢套管连同引导头一同打入土层至预定标高；
第三步：灌注填料：将地基处理所用的填料从钢套管顶部灌注到钢套管内；
第四步：旋扭套管：将旋扭动力设备连接到钢套管顶部的旋转齿轮上，通过转动旋转齿轮带动钢套管一同旋转，在涡压叶片的挤压驱动作用下，套管内填料经过涡压腔口被沿水平方向涡压挤扩到周围土体中，起到挤密、填充胶结土体的作用，达到地基处理的目的；
第五步：提升套管：完成当前土层的加固处理之后，提升钢套管至上一层需要加固的土层；
第六步：实施上一土层地基处理：重复第三步～第四步，完成上一层土层的加固处理；
根据工程需要加固土层的数量，重复实施第三步～第五步；
第七步：拔出钢套管：将所有需要加固的地基土层处理完毕之后，将填料灌注到钢套管内部至地面位置，缓慢拔出钢套管，完成该点的地基处理工作。
用于分层涡压挤扩填料加固处理地基的设备及方法
技术领域
[0001] 本发明属于岩土工程领域，具体地，涉及一种用于分层涡压挤扩填料加固处理地基的设备及方法。
背景技术
[0002] 地基处理的任务在于提高地基承载能力，减少建筑物、构筑物的沉降。但是由于土的力学性质极其复杂，各种地质条件有所差异，使地基处理工作增加了很大难度。到目前为止，地基处理方法主要有：换土垫层法、振动挤密法、排水固结法、置换法、加筋法、胶结法等。上述方法在以往的地基处理中发挥了积极的作用，但都存在各种弊端阻碍了每种方法的广泛推广。如强夯法，强夯法产生的噪音影响周围居民的生产和生活，并且强夯会引起对周围土体产生扰动，导致土体应力状态和应力路径的改变以及土体工程性质的变异，或有可能诱发土体液化；换土垫层法、置换法、加筋法工作量太大，成本较高；排水固结法周期较长；胶结法质量难以控制、保证。
发明内容
[0003] 为克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种用于分层涡压挤扩填料加固处理地基的设备及方法；能保证有效地实现对地基不同深度的加固，具有造价低廉，周期短、工效高、地基承载力大及无噪声污染等优点。
[0004] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
[0005] 分层涡压挤扩填料加固处理地基的设备，包括：引导头、钢套管、旋转配件、涡压叶片；其特征在于：引导头设置在钢套管的底部，旋转配件安装在钢套管的顶部，涡压叶片安装在钢套管开口处的内侧。
[0006] 相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
[0007] 1、钢套管可重复利用，无需开挖原土，施工简单，工期短，造价低廉；
[0008] 2、带有涡压腔的钢套管可有效地保证填充料向水平方向挤扩，兼顾了挤密、胶结、换填、排水作用，可大幅提高土体纵横向强度；
[0009] 3、该方法可分层处理地基土，适用于各种砂性和粘性土质。
附图说明
[0010] 图1为用于分层涡压挤扩填料加固处理地基的设备结构示意图；
[0011] 图2为图1中A-A剖面示意图；
[0012] 图3为图1中B-B剖面示意图；
[0013] 图4为涡压叶片结构示意图；
[0014] 图5为引导头侧视图；
[0015] 图6a为旋转齿轮的俯视图；
[0016] 图6b为旋转齿轮的侧视图；
[0017] 图7a为地基加固处理过程中的钢套管就位示意图；
[0018] 图7b为地基加固处理过程中的锤管入土示意图；
[0019] 图7c为地基加固处理过程中的灌注填料示意图；
[0020] 图7d为地基加固处理过程中的旋扭套管示意图；
[0021] 图7e为地基加固处理过程中的提升套管示意图；
[0022] 图7f为地基加固处理过程中的实施上一土层地基处理示意图；
[0023] 图7g为地基加固处理过程中的拔出钢套管示意图。
具体实施方式
[0024] 如图1、图2所示，分层涡压挤扩填料加固处理地基的设备，包括：引导头1、钢套管2、旋转齿轮4、涡压叶片5；引导头1设置在钢套管的底部，旋转齿轮4安装在钢套管2的顶部，涡压叶片5安装在钢套管开口处的内侧；其中：
[0025] 所述的引导头1，上部为圆柱体，下部为圆锥体，圆柱体的顶端形成一圆柱形凸台，引导头1采用预制混凝土结构。
[0026] 所述的钢套管2为金属圆管，钢套管2的内径比预制混凝土引导头1圆柱形凸台的外径略大，以保证预制混凝土引导头1的顶部恰好能够嵌入到钢套管底部，并留有一定空隙，以便完成第一步涡压挤扩之后能够使钢套管和预制混凝土引导头顺利脱离，将预制混凝土引导头永久性留置在地下。
[0027] 靠近钢套管2底部约1米处，沿钢套管的轴向对称开设一对涡压腔出口6，作为填料向外水平挤压的出口，每个开口的宽度(沿钢套管圆周方向的长度)为钢套管1/4周长，开口高度与涡压叶片5的高度相同；涡压叶片5由两个完全相同的半圆环钢板反对称焊接而成，呈S形，涡压叶片5两端之间的直线距离与钢套管2的直径相同；S形涡压叶片5的两端分别与涡压腔出口6的竖向侧边焊接固定，将焊缝7打磨光滑，涡压叶片5所采用的钢材型号、钢板厚度与钢套管2的钢材型号、钢板厚度完全相同，保证涡压叶片5与钢套管2之间连接形成顺滑曲面，利于填料向外水平挤压。涡压叶片5、涡压叶片上下两端之间的钢套管2、涡压腔出口6三者形成涡压腔3。
[0028] 旋转齿轮4内侧为光圆柱面、外侧设有啮合齿；旋转齿轮4的内径与钢套管2的外径相同，旋转齿轮4的顶面与钢套管2的顶面齐平，旋转齿轮4箍焊在钢套管2的顶部，旋转齿轮4作为锤击套管和旋扭套管的传力装置。
[0029] 分层涡压挤扩填料加固处理地基的方法，利用上述分层涡压挤扩填料加固地基的设备，具体步骤如下：
[0030] 第一步：钢套管就位：将引导头1对准要锤管入土的部位，将钢套管2座落于引导头1上；
[0031] 第二步：锤管入土：利用夯锤将钢套管2连同引导头1一同打入土层至预定标高；
[0032] 第三步：灌注填料：将地基处理所用的填料从钢套管2顶部灌注到钢套管内；
[0033] 第四步：旋扭套管：将旋扭动力设备连接到钢套管顶部的旋转齿轮4上，通过转动旋转齿轮带动钢套管一同旋转，在涡压叶片5的挤压驱动作用下，套管内填料经过涡压腔口6被沿水平方向涡压挤扩到周围土体中，起到挤密、填充胶结土体的作用，达到地基处理的目的；旋扭至该土层加固处理需要的强度之后，结束旋扭；
[0034] 第五步：提升套管：完成当前土层的加固处理之后，提升钢套管至上一层需要加固的土层；
[0035] 第六步：实施上一土层地基处理：重复第三步～第四步，完成上一层土层的加固处理；
[0036] 根据工程需要加固土层的数量，重复实施第三步～第五步；
[0037] 第七步：拔出钢套管：将所有需要加固的地基土层处理完毕之后，将填料灌注到钢套管内部至地面位置，缓慢拔出钢套管，完成该点的地基处理工作。
