一种软土地基加固结构及其加固方法

摘要

一种软土地基加固结构，包括用于排水承载的管桩，位于管桩上方且用于压实土体加速土体固结的压实装置，其中：压实装置包括立柱，移动地安装在立柱上的压实组件，管桩包括用于加速进入土体速度的管尖，安装在管尖上且位于管尖上方的管体；管体包括内管，套设在内管上且与内管同心的外管；内管上端设置有传动组件，传动组件包括安装在内管上的固定板，位于固定板下方的连接板，与固定板螺纹连接、下端通过滚动轴承安装在连接板上的传动杆，移动的安装在固定板上且下端安装在连接板上、位于传动杆两侧的导向杆。本发明专门针对软土地基，加固效果好、施工简单、成本低。

权利要求

1.一种软土地基加固结构，其特征在于：包括抽气管(500)、用于排水承载的管桩(100)，

位于管桩(100)上方且用于压实土体加速土体固结的压实装置(200)；

管桩(100)包括用于加速进入土体速度的管尖(101)，安装在管尖(101)上且位于管尖(101)上方的管体(102)；

压实装置(200)包括立柱(201)，移动地安装在立柱(201)上的压实组件(202)；所述管体(102)包括内管(103)，套设在内管(103)上且与内管(103)同心的外管(104)；

内管(103)上端设置有传动组件(105)，传动组件(105)包括安装在内管上的固定板(106)，位于固定板(106)下方的连接板(107)，与固定板(106)螺纹连接、下端通过滚动轴承安装在连接板(107)上的传动杆(108)，移动的安装在固定板(106)上且下端安装在连接板(107)上、位于传动杆(108)两侧的导向杆(109)；

内管(103)内设置有位于传动组件(105)下方且安装在连接板(107)上的倒刺组件(110)，倒刺组件(110)包括由四根连杆铰接而成的平行四边形构件(112)，安装在平行四边形构件(112)上且位于平行四边形左右两端、与水平面垂直的平移杆(127)，通过销轴安装在平行四边形构件(112)铰接点且位于平行四边形构件(112)上下两侧、与水平面垂直的驱动杆(114)；

平移杆(127)穿过支撑座(117)且能在支撑座(117)内沿X方向移动，支撑座(117)安装在内管(103)上；支撑杆(113)安装在平移杆(127)上，支撑杆(113)上安装有多个沿Z方向均匀设置且穿过内管(103)、能在内管(103)内沿X方向移动的倒刺杆(115)；

驱动杆(114)穿过导向座(116)且能在导向座(116)内沿Z方向移动，导向座(116)安装在内管(103)上。

2.如权利要求1所述的一种软土地基加固结构，其特征在于：所述外管(104)为上下封堵的中空结构，外管(104)上端设置有用于抽气的排气口(124)、用于抽水的排水口、用于灌浇水泥的灌注口(126)；

外管(104)外圆柱面上沿Z方向设置有多个与倒刺杆(115)一一对应的通孔A(118)；外管(104)内圆柱面上沿Z方向设置有多个与倒刺杆(115)一一对应的通孔B(119)，外管(104)内圆柱面上设置有密封膜，密封膜将通孔B(119)封堵。

3.如权利要求2所述的一种软土地基加固结构，其特征在于：抽气管(500)一端安装在真空泵(300)上，另一端安装在排气口上；抽水管(600)一端安装在抽水泵(400)上，另一端安装在排水口内。

4.如权利要求1所述的一种软土地基加固结构，其特征在于：所述压实组件(202)包括主架(203)，位于主架(203)下方且安装在主架(203)上的压实板(204)；压实板(204)下端面中心位置处设有隔离槽(205)；

位于压实板(204)上方且通过安装杆间接地与主架(203)铰接的驱动电机(206)，驱动电机(206)为双轴电机，驱动电机(206)驱动动力轮(207)转动，两个动力轮(207)之间的夹角为0°且在运动过程中始终同步；弹簧(209)位于驱动电机(206)左右两侧且通过安装块(210)间接地与电机、主架(203)铰接；动力轮(207)所对圆心角为180°。

说明书

一种软土地基加固结构及其加固方法

技术领域

[0001] 本发明涉及地基处理装置技术领域，具体涉及一种软土地基加固结构及其加固方法。

背景技术

[0002] 软土是指在静水或缓慢流水环境中沉积、以黏粒为主并伴有微生物作用的近代沉积物。软土是一种呈软塑到流塑状态，其外观以灰色为主的细粒土。它分布广泛，大多分布于海边、河滩、沼泽以及湖泊等水利施工分布比较集中的地方。软土地基是混杂粉土以及粉沙等物质作为主要成分的地基，由于质地可塑性强、比较软，所以它的承载能力就会比较弱，这是软土地基的特点。

[0003] 随着我国基础设施建设的不断发展，在软土地基上要建造大量的建筑工程、道路工程、水力工程等，软土地基的地段具有孔隙比大、含水率高、沉降大等特点，需要对软土地基加固后再施工，软土地基的处理质量是保证工程建成后安全、高效运营的关键。现有的软土地基处理方法常用堆载法，堆载法需要大量堆载材料以及大量的机械设备，存在造价高、施工困难、施工场地干扰大的缺点，同时加固后的结构稳固性不好。

发明内容

[0004] 本发明公开了一种软土地基加固结构，包括用于排水承载的管桩，位于管桩上方且用于压实土体加速土体固结的压实装置。

[0005] 管桩包括用于加速进入土体速度的管尖，安装在管尖上且位于管尖上方的管体。

[0006] 压实装置包括立柱，移动地安装在立柱上的压实组件。

[0007] 本发明公开的一种优选的软土地基加固结构，其特征在于：管体包括内管，套设在内管上且与内管同心的外管；

[0008] 内管上端设置有传动组件，传动组件包括安装在内管上的固定板，位于固定板下方的连接板，与固定板螺纹连接、下端通过滚动轴承安装在连接板上的传动杆，移动的安装在固定板上且下端安装在连接板上、位于传动杆两侧的导向杆；

[0009] 内管内设置有位于传动组件下方且安装在连接板上的倒刺组件，倒刺组件包括由四根连杆铰接而成的平行四边形构件，安装在平行四边形构件上且位于平行四边形左右两端、与水平面垂直的平移杆，通过销轴安装在平行四边形构件铰接点且位于平行四边形构件上下两侧、与水平面垂直的驱动杆。

[0010] 平移杆穿过支撑座且能在支撑座内沿X方向移动，支撑座安装在内管上；支撑杆安装在平移杆上，支撑杆上安装有多个沿Z方向均匀设置且穿过内管、能在内管内沿X方向移动的倒刺杆。

[0011] 驱动杆穿过导向座且能在导向座内沿Z方向移动，导向座安装在内管上。

[0012] 通过倒刺组件增加管桩与软土地基的接触面积，提高管桩的抗拔性，避免管桩滑出软土地基。

[0013] 本发明公开的一种优选的软土地基加固结构，其特征在于：外管为上下封堵的中空结构，外管上端设置有用于抽气的排气口、用于抽水的排水口、用于灌浇水泥的灌注口。外管外圆柱面上沿Z方向设置有多个与倒刺杆一一对应的通孔A；外管内圆柱面上沿Z方向设置有多个与倒刺杆一一对应的通孔B，外管内圆柱面上设置有密封膜，密封膜将通孔B封堵。通过密封膜可以使外管形成相对密封的腔体，也保证倒刺杆可以穿透密封膜，穿过通孔A、通孔B进入土体中。

[0014] 抽气管一端安装在真空泵上，另一端安装在排气口上。通过真空泵将外管内抽真空，在土体与外管之间形成压差，使土层中的水通过通孔A渗入外管内；

[0015] 抽水管一端安装在抽水泵上，另一端安装在排水口内。通过抽水泵将进入外管内软土地基水不断抽出，使软土地基得到有效加固。

[0016] 本发明公开的一种优选的软土地基加固结构，其特征在于：压实组件包括主架，位于主架下方且安装在主架上的压实板；压实板下端面中心位置处设有隔离槽；

[0017] 位于压实板上方且通过安装杆间接地与主架铰接的驱动电机，驱动电机为双轴电机，驱动电机驱动动力轮转动，两个动力轮之间的夹角为0°且在运动过程中始终同步；弹簧位于驱动电机左右两侧且通过安装块间接地与电机、主架铰接；动力轮所对圆心角为180°。

[0018] 通过两个夹角为0°且圆心角为180°的动力轮随驱动电机转动，形成离心力，驱动压实组件产生Z方向的震动，从而对土体产生压实效果。

[0019] 本发明还公开了一种软土地基加固的方法，其包括以下步骤：

[0020] S1：通过打桩设备将管桩压入到软土地基的指定土层内；

[0021] S2：利用真空泵将外管内的空气抽出，形成压差，土层中的水通过通孔A渗入管桩内；抽水泵将涌入外管内的水排出，对软土地基起到初步加固作用；

[0022] S3：在S2工作的同时，压实板不断对管桩周围的土体进行压实，增加土壤渗透性，配合抽水泵加速土体固结；

[0023] S4：在抽水泵抽出来的水越来越少时，转动传动杆，使传动杆带动连接板向下运动，平行四边形构件结构发生变化，平移杆向靠近外管方向运动，倒刺杆穿过内管、通孔A、通孔B伸入土体中；然后向管桩内灌注水泥，内管、外管通过倒刺杆、水泥形成钢筋混凝土结构，管桩的强度、抗剪切性能、稳定性、承载受力性大大增强。

[0024] 本发明克服了现有技术的不足，提供了一种专门用于软土地基加固的结构，该结构加固效果好、施工简单、成本低。

附图说明

[0025] 图1为本发明主视图；

[0026] 图2为本发明管桩剖视图；

[0027] 图3为图2中A部分放大图；

[0028] 图4为本发明管桩俯视图；

[0029] 图5为本发明倒刺杆伸入土体时的结构示意图；

[0030] 图6为本发明平移杆与支撑座配合图；

[0031] 图7为本发明驱动杆与导向座配合图；

[0032] 图8为本发明压实组件主视图；

[0033] 图9为本发明压实组件俯视图。

[0034] 图中标记如下：

[0035] 100-管桩，101-管尖，102-管体，103-内管，104-外管，105-传动组件，106-固定板，107-连接板，108-传动杆，109-导向杆，110-倒刺组件，112-平行四边形构件，113-支撑杆，
114-驱动杆，115-倒刺杆，116-导向座，117-支撑座，118-通孔A，119-通孔B，120-滑槽A，
121-滑块A，122-滑槽B，123-滑块B，124-排气口，126-灌注口，127-平移杆。

[0036] 200-压实装置，201-立柱，202-压实组件，203-主架，204-压实板，205-隔离槽，206-驱动电机，207-动力轮，208-安装杆，209-弹簧，210-安装块。

[0037] 300-真空泵。400-抽水泵。500-抽气管。600-抽水管。

具体实施方式

[0038] 下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的说明。

[0039] 如图1所示，一种软土地基加固结构，包括用于排水承载的管桩100，位于管桩100上方且用于压实土体加速土体固结的压实装置200。

[0040] 如图2、图4、图5所示，管桩100包括用于加速进入土体速度的管尖101，安装在管尖101上且位于管尖101上方的管体102；

[0041] 管体102包括内管103，套设在内管103上且与内管103同心的外管104。

[0042] 内管103上端设置有传动组件105，传动组件105包括安装在内管上的传动组件105，位于传动组件105下方的连接板107，与传动组件105螺纹连接、下端通过滚动轴承安装在连接板107上的传动杆108，移动的安装在传动组件105上且下端安装在连接板107上、位于传动杆108两侧的导向杆109。

[0043] 内管103内设置有位于传动组件105下方且安装在连接板107上的倒刺组件110，倒刺组件110为钢材料，倒刺组件110包括由四根连杆铰接而成的平行四边形构件112，安装在平行四边形构件112上且位于平行四边形左右两端、与水平面垂直的平移杆127，通过销轴安装在平行四边形构件112铰接点且位于平行四边形构件112上下两侧、与水平面垂直的驱动杆114。

[0044] 如图6所示平移杆127上设置有多个围绕平移杆127中心轴线轴向分布的滑槽A120，支撑座117上设置有与滑槽A120相互配合的滑块A121，滑块A121插入滑槽A120，平移杆127穿过支撑座117且能在X方向移动，支撑座117安装在内管103上；

[0045] 支撑杆113安装在平移杆127上，支撑杆113上安装有多个沿Z方向均匀设置且穿过内管103、能在内管103内沿X方向移动的倒刺杆115。

[0046] 如图7所示，驱动杆114上设置有多个围绕驱动杆114中心轴线轴向分布的滑槽B122，导向座116上设置有与滑槽B122相互配合的滑块B123，滑块B123插入滑槽B122，驱动杆114穿过导向座116且能在Z方向移动，导向座116安装在内管103上。

[0047] 通过倒刺组件110增加管桩100与软土地基的接触面积，提高管桩100的抗拔性，避免管桩100滑出软土地基。利用传动组件105为倒刺组件110提供运动的动力，转动传动杆108，传动杆108带动连接板107在Z方向运动，两个驱动杆114在Z方向反向运动，使平行四边形结构发生变化，带动倒刺杆115在X方向反向运动，完成倒刺杆115穿入土体的动作。

[0048] 如图2、图3、图4、图5所示，外管104为上下封堵的中空结构，外管104上端设置有用于抽气的排气口124、用于抽水的排水口、用于灌浇水泥的灌注口126。外管104外圆柱面上沿Z方向设置有多个与倒刺杆115一一对应的通孔A118；外管104内圆柱面上沿Z方向设置有多个与倒刺杆115一一对应的通孔B119，外管104内圆柱面上设置有密封膜，密封膜将通孔B119封堵。通过密封膜可以使外管104形成相对密封的腔体，也保证倒刺杆115可以穿透密封膜，穿过通孔A118、通孔B119进入土体中。

[0049] 抽气管500一端安装在真空泵300上，另一端穿入外管104内。通过真空泵300将外管104内抽真空，在土体与外管104之间形成压差，使土层中的水通过通孔A118渗入外管104内；

[0050] 抽水管600一端安装在抽水泵400上，另一端穿入外管104内。通过抽水泵400将进入外管104内软土地基水不断抽出，使软土地基得到有效加固。

[0051] 如图8、图9所示，压实装置200包括立柱201，立柱201上安装有滑轨，压实组件202两端安装在滑轨上。

[0052] 压实组件202包括主架203，位于主架203下方且安装在主架203上的压实板204；压实板204下端面中心位置处设有隔离槽205；压实板204压实土体时，管桩100位于隔离槽205内，避免压实板204对管桩100造成破坏，保证压实板204的应力集中在土体上，对土体进行有效压实。

[0053] 驱动电机206位于压实板204上方且通过安装杆208间接地与主架203铰接，驱动电机206为双轴电机，驱动电机206驱动动力轮207转动，两个动力轮207之间的夹角为0°且在运动过程中始终同步；弹簧209位于驱动电机206左右两侧且通过安装块210间接地与电机、主架203铰接；动力轮207所对圆心角为180°。

[0054] 通过两个夹角为0°且圆心角为180°的动力轮207随驱动电机206转动，形成离心力，驱动压实组件202产生Z方向的震动，从而对土体产生压实效果。

[0055] 通过压实组件202将在土体内产生Z方向的应力，利用压实组件202反复压击土层表面，在软土地基中产生冲击能，形成动应力，同时压实组件202与土层发生摩擦，土颗粒移动过程中摩擦生热，将部分冲击能转化为热能，加速软土地基内的气体释放，使土体体积减小，减少孔隙水移动时的阻力，增加土体渗透性，配合抽水泵400加速土体固结。

[0056] 本发明的公开的加固方法，步骤如下：

[0057] S1：通过打桩设备将管桩压入到软土地基的指定土层内；

[0058] S2：利用真空泵将外管内的空气抽出，形成压差，土层中的水通过通孔A渗入管桩内；抽水泵将涌入外管内的水排出，对软土地基起到初步加固作用；

[0059] S3：在S2工作的同时，压实板不断对管桩周围的土体进行压实，增加土壤渗透性，配合抽水泵加速土体固结；

[0060] S4：在抽水泵抽出来的水越来越少时，转动传动杆，使传动杆带动连接板向下运动，平行四边形构件结构发生变化，平移杆向靠近外管方向运动，倒刺杆穿过内管、通孔A、通孔B伸入土体中；然后向管桩内灌注水泥，内管、外管通过倒刺杆、水泥形成钢筋混凝土结构，管桩的强度、抗剪切性能、稳定性、承载受力性大大增强。

[0061] 不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。