本发明属于软土地基处理领域，尤其涉及一种挤压排水装置及加固软土地基的方法。
背景技术：
为克服含水量大的软土地基可能出现的不均匀沉降、失稳等问题，必须对软土地基进行处理以增大地基土的抗剪强度，改善地基土的压缩特性、变形特性和渗透性，提高地基的承载力，以满足工程建设的需求。
目前对软土地基主要有以下几类处理方法：置换及拌入法、压密压实法、真空预压法、注浆桩法及打入桩法等。在施工过程中，常采用一种或几种方法相结合对软土地基进行预处理或后加固处理。采用上述处理方法能够对软土地基进行有效的施工前处理或对既有地基建筑物加固处理，但当软土地基含水量比较大且要求被处理后地基土体的孔隙率减少，沉降变形变小，同时又要求软土地基形成一定直径，且具有一定承载力以提高地基整体的承载力时，上述施工方法往往存在一定的局限性，且很难达到理想的处理效果。另外，许多水利工程加固时，由于场地狭小、施工不便利等，采用上述地基加固处理方法，设备机械易受限，施工操作难度大。因此，开发出一种新的施工处理工艺具有广阔的市场前景。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种施工便利、适用范围广的用于加固软土地基的挤压排水装置及利用其加固软土地基的方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种用于加固软土地基的挤压排水装置，包括气柱袋、排水板与用于给所述气柱袋充气的加压装置，所述气柱袋与排水板连接固定，所述气柱袋包括多个相互连接的气柱，所述气柱充满气时自动锁气形成气舱，所述排水板中设有多个排水通道。
上述挤压排水装置中，优选的，所述气柱袋与排水板连接固定时，所述排水板卷成一圈，并将所述气柱袋固定在所述排水板围成的圈中。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种利用上述挤压排水装置加固软土地基的方法，包括以下步骤：
(1)将气柱袋与排水板固定，再将气柱袋与排水板放入套管中；套管的作用为便于将气柱袋与排水板打入软土地基中；
(2)将步骤(1)中放入气柱袋与排水板的套管打入地基(即软土地基)中；
(3)从地基中取出套管，并安装加压装置(加压装置的接口高出孔口0.5～1m)；
(4)利用加压装置对气柱袋持续加压，并保持一定压力，直至排水板停止排水且地基的强度达到设计要求；
(5)停止加压，取出气柱袋与排水板，再往气柱袋及排水板挤压地基形成的孔洞中填入加固材料。
上述加固软土地基的方法中，优选的，加固软土地基时采用多孔联压法，所述多孔联压法是指加固软土地基时采用多个气柱袋与排水板的组合，所述步骤(4)中利用加压装置对气柱袋持续加压为同时对多个气柱袋同时加压，且保持各气柱袋的压力相同。多孔联压是地基上先打入很多个气柱袋与排水板，然后连接在一起通过一个气泵一起充气挤压地基排水，好处是能控制每个气柱袋的充气压力，使多个孔一起挤压排水，形成一大片加固地基，加快施工速度。上述方法利用本发明的挤压排水装置，采用分段布孔、多孔联压，全孔一次加压，加压深度自孔口开始至孔底，可以确保施工效果，提高施工效率。
上述加固软土地基的方法中，优选的，所述步骤(3)中，从地基中取出套管后保证所述气柱袋与排水板在地面上的外露的长度不小于30cm。
本发明的装置可适用于淤泥、淤泥质土及充填土等软性土地基。
上述加固软土地基的方法中，优选的，所述加压时保持所述气柱袋的压力为0.1～0.2MPa。
本发明是基于以下原理：本发明中采用插板机把气柱袋和排水板一起打入地基中，采用加压装置对气柱袋进行加压使孔隙水通过排水板排水。采用持续稳压压力来排水压密土体，可以大大减少原地基含水量和孔隙率，再对成型后的孔洞进行充填压实，经压密压实处理后，加固软土层范围内的平均固结度≥80％，经处理后软土承载力能达到40～50KPa。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明采用的排水板里面为一竖向排水体的芯板(含有多个排水通道)，外面为滤膜，渗水性能优良，可以卷成一卷，整个排水板从上到下，所有表面积都能渗水和滤水进入芯板而排水，排水效率高。另外，排水板造价低，利用排水板施工的速度快，一天可插板4000米以上。
2、本发明采用的气柱袋是由无数个气柱组合而成，一次充气，全排充满，自动锁气，形成气舱，整个竖起方向都均匀分布有气舱，挤压效果好。另外，即使气柱袋遇到破损，也只有破损的部分气柱失效，其余气柱不受影响，仍然维持充气的效果。
3、本发明气柱袋与排水板结合后，通过充气，气柱袋上形成多个气舱，从上至下形成一排充气气袋，与排水板结合后，竖直方向上处处都能挤压地基使地基中孔隙水进入排水板芯板而排出，可以加快挤压地基和排水速度。
4、本发明施工方法可以使软土形成一种具有较高承载力复合地基，施工步骤简单有效，成本较低。另外，本发明施工方法对场地大小没有很高的要求，可以应用于场地狭小、施工不便利的洞室内施工。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中挤压排水装置的结构示意图(图中套管未取出)。
图2为实施例1中排水板与气柱袋固定后的结构示意图。
图例说明：
1、压力表；2、三通；3、变径直接头；4、气柱袋；41、气柱；5、排水板；51、排水通道；6、扎带；7、套管；8、空压机；9、球阀；10、泄压阀；11、四通；12、连接管；15、地基。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
如图1、图2所示，本实施例的挤压排水装置，包括气柱袋4、排水板5与用于给气柱袋4充气的加压装置，气柱袋4与排水板5通过扎带6连接固定，气柱袋4包括多个相互连接的气柱41，气柱41充满气时自动锁气形成气舱，排水板5中设有竖向排水通道51。其中，气柱袋4与排水板5连接固定时，排水板5卷成一圈，并将气柱袋4固定在排水板5围成的圈中。
本实施例中，加压装置包括空压机8、球阀9、泄压阀10、四通11、连接管12、压力表1、三通2、变径直接头3，各部件的连接方式如图1所示，通过上述加压装置可以实现各气柱袋4的均匀充气。
利用本实施例中的挤压排水装置加固软土地基时，包括以下步骤：
(1)将气柱袋4与排水板5用扎带6平行扎在一起，再将气柱袋4与排水板5放入套管7中；
(2)采用桩机将步骤(1)中放入气柱袋4与排水板5的套管7打入设计深度的地基15中；
(3)剪断排水板5和气柱袋4多余的部分，至露出孔口30cm，再从地基15中取出套管7，并安装加压装置，保证加压装置高出孔口1米；
(4)连接管路，利用加压装置对气柱袋4持续加压，持续保压在0.2MPa，直至排水板5停止排水且地基的强度达到设计要求；
(5)停止加压，取下加压管路，取出气柱袋4与排水板5，再往气柱袋4及排水板5挤压地基15形成的孔洞中填入加固材料，完成施工。
本实施例施工的工程地质条件为：0～-3米为填土层，-3～-8m为粉土，局部地段含多量粘粒或石英砂，呈饱和、中密状态，海积成因，-8～-29m为粘土，局部混多量石英砂颗粒，呈稍湿、硬塑状态，海积成因。
本实施例中，经加固后的软土层范围内的平均固结度≥80％，经填入加固材料处理后软土承载力能达到45～50KPa。与现有技术相比施工速度快、简便，成本低，而且可同时大面积、大范围施工。
实施例2：
本实施例中的挤压排水装置、施工方法与实施例1相同。
本实施例施工的工程地质条件为：钱粮湖蓄洪垸围堤，其分三层，一是中更新统冲积堆积(Q3al)，黄褐色～灰黄色似网纹状粉质粘土，多呈硬塑状态，中等压缩性，厚度大于10m；二是全新统冲湖积堆积(Q4al+l)，灰黑色淤泥质粉质粘土，呈软～可塑状，局部呈流塑状态，厚度5～8m；三是人工堆积(Qs)：主要为堤身土，成分为黄褐、灰黄色粉质粘土间夹少量粉细砂及碎石等，呈可塑～硬塑状，厚度2.0～7.0m；堤基内分布有5～8m厚含水率高的淤泥质粉质粘土，该土层天然含水量一般为31.1～41.7％，孔隙比为0.96～1.16，饱和度大都接近100％，部分超过100％。
本实施例中，经加固后的软土层范围内的平均固结度≥80％，经填入加固材料处理后软土承载力能达到45～50KPa。与现有技术相比施工速度快、简便，成本低，而且可同时大面积、大范围施工。