一种高含水率软土场地高效固化设备及施工方法与流程

本发明属于软土场地固化设备，尤其涉及一种高含水率软土场地高效固化设备及施工方法。

背景技术：

1、高含水率的软土场地在进行进一步的施工之前需要先进行排水固化施工步骤，通过排水固结施工工艺来提升场地的稳定性。其工艺原理是：使土中的孔隙水被慢慢排出，孔隙比减小，场地发生固结变形，场地土的强度逐渐增长。排水固结法主要用于解决场地的沉降和稳定问题，为了加速固结，最有效的办法就是在天然土层中增加排水途径，缩短排水距离，例如设置竖向排水通道，以加速场地的固结，缩短预压工程的预压期，使其在短时期内达到较好的固结效果，使沉降提前完成；并加速场地土抗剪强度的增长，使场地承载力提高的速率始终大于施工荷载增长的速率，以保证场地的稳定性。

2、现有通过打设排水板/排水带的施工工艺中，其一般操作步骤为：在软土场地上采用白灰标记打设点位，采用打设设备对排水板/排水带在打设点位上进行逐条打设，之后在地面构建减压设施，通过为减压设施进行减压处理，令土层内的水经由排水板/排水带构建的通道上升至地面，达到排水固结的效果。然而，前述施工工艺需要大量的前置准备工作，例如标记打设点位、构建地面减压设施以及设置集水沟等，之后才能够进入正式的排水固结步骤，完成排水固结工艺之后对前述设施进行拆除及转移也是相对耗时费力的作业过程。由前述可知，当前的排水固结施工工艺并非是一种高效的施工工艺，整体施工周期长，影响工期。前述缺陷是由于缺少合适的成套排水固结设备导致，因此，需要开发成套的高效固化设备，以解决前述问题。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是提供一种高含水率软土场地高效固化设备，作为一种成套固化设备专用于高含水率软土场地的排水固化处理，提升场地固化的施工效率，缩短工期。

2、本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种高含水率软土场地高效固化设备及施工方法，包括矩形的外部压载框架、矩形的内部承载框架以及上覆膜，外部压载框架位于内部承载框架的外侧，上覆膜的中部位于内部承载框架的上方，上覆膜的边缘位于外部压载框架的下方；内部承载框架包括由内框架型材拼接而成的内框架边框，在内框架边框的一组相对的内框架型材之间安装有多个导水槽，在内框架边框的外侧还安装固定有集水槽且导水槽的末端与集水槽贯通、导水槽的首端封闭，内部承载框架还包括多个基座套管以及至少一个振动座管，在各基座套管内安装有下部插入场地土层内部的抽排管且抽排管的上端口位于集水槽内，在振动座管内安装有振动器；还包括抽排水泵和抽气机，抽排水泵的抽排管路穿过上覆膜并且端部位于集水槽的内部且抽排管路与上覆膜之间密封连接，抽气机的抽气管路穿过上覆膜且端部与上覆膜的内部空间贯通且抽气管路与上覆膜之间密封连接。

3、优选地，在内框架边框的另一组相对的内框架型材之间安装有多个加强连接梁，在内框架型材、加强连接梁以及导水槽构成的各矩形空间内均安装有十字交叉梁。

4、优选地，基座套管安装在十字交叉梁的中间位置，振动座管安装在十字交叉梁的中间位置或者安装在加强连接梁上。

5、优选地，振动座管的主体部分为圆柱形形状，顶部敞口、底部封口且底部为锥形形状，振动座管的顶部端口的高度大于内框架边框的顶面高度。

6、优选地，外部压载框架包括由外框架型材拼接而成的外框架边框，在外框架边框上安装有多个外框架吊环；在内框架边框上安装有多个内框架吊环。

7、优选地，抽排管的主体部分为平直管段且下端为尖端形状，在平直管段的侧壁上设有抽排水孔，抽排管的上部为弯折状且出水口朝向下方。

8、优选地，振动器包括圆柱形的外壳，外壳的外径略小于振动座管的内径，在外壳内安装有振动转子以及驱动振动转子的驱动电机。

9、优选地，还包括下覆膜，下覆膜的中部位于内部承载框架的下方，下覆膜的边缘位于外部压载框架的下方，在外部压载框架的外侧、上覆膜和下覆膜的叠置边缘上设有覆土。

10、本发明的另一个目的是提供一种基于高含水率软土场地高效固化设备的施工方法，包括以下步骤：

11、步骤s1，对软土场地的表面进行整平，去除明显的凸起和沟槽；

12、步骤s2，在软土场地上的合适位置钻设用于容纳振动座管的钻孔；

13、步骤s3，在软土场地上铺设下覆膜；

14、步骤s4，采用吊机设备将内部承载框架吊装移动到场地上，令振动座管刺穿下覆膜且进入场地上的预制钻孔内，最终内部承载框架压持在下覆膜上；

15、步骤s5，在内部承载框架的各基座套管内插入安装抽排管，抽排管的下部刺穿下覆膜并插入场地的土层内，令抽排管的上端口位于就近的导水槽内，在振动座管内安装振动器；

16、步骤s6，在内部承载框架的上方设置上覆膜，上覆膜与下覆膜两者的边缘叠置；

17、步骤s7，采用吊机设备将外部压载框架吊装移动到场地上且位于内部承载框架的外侧，并且外部压载框架压持上覆膜与下覆膜两者的叠置边缘；

18、步骤s8，在外部压载框架的外侧、上覆膜和下覆膜的叠置边缘上设置覆土；

19、步骤s9，安装抽排水泵和抽气机，令抽排水泵的抽排管路穿过上覆膜并且端部位于集水槽的内部，令抽气机的抽气管路穿过上覆膜并且端部与上覆膜的内部空间贯通，采用粘胶将抽排管路和抽气管路与上覆膜的连接位置进行密封连接；

20、步骤s10，启动抽气机，通过将上覆膜与下覆膜之间的空气抽取至外部而对内部空间进行持续减压，在负压条件下，场地土层内的水进入抽排管并进一步上行至地面以上，由抽排管的上端口排出的水进入导水槽并最终进入集水槽内，定时启动振动器对场地土层施加振动效果，适时启动抽排水泵将集水槽内的集水抽排至外部。

21、本发明的优点和积极效果是：

22、本发明提供了一种高含水率软土场地高效固化设备及施工方法，与现有的场地固化及施工方法相比，本发明中提供了成套的固化设备及配套的施工工艺，专用于高含水率软土场地的排水固化处理。内部承载框架、外部压载框架、抽排管和振动器等都可以采用工程车辆快捷地转移到施工场地，并且内部承载框架和外部压载框架是以整体吊装的方式向场地上进行安装的，安装快捷。由于在内部承载框架上预置了基座套管，因此抽排管能够快速地以定点的方式向场地土层内插装安装。同时，通过在内部承载框架上预置导水槽及集水槽，实现了对排水的高效汇集。因而，本发明中的固化设备及施工工艺与现有技术相比，省去了标记打设点位、构建地面减压设施以及设置集水沟等诸多操作步骤，提升了对高含水率软土场地固化的施工效率，缩短了工期。通过设置振动座管并且在振动座管内安装振动器，在场地排水固化的施工过程中通过对场地土层施加振动效果，促进土层内的孔隙水加速排出，进一步提升了场地固化的施工效率。

技术特征：

1.一种高含水率软土场地高效固化设备，其特征是：包括矩形的外部压载框架(1)、矩形的内部承载框架(2)以及上覆膜(3)，外部压载框架(1)位于内部承载框架(2)的外侧，上覆膜(3)的中部位于内部承载框架(2)的上方，上覆膜(3)的边缘位于外部压载框架(1)的下方；内部承载框架(2)包括由内框架型材(2-1)拼接而成的内框架边框，在内框架边框的一组相对的内框架型材(2-1)之间安装有多个导水槽(2-4)，在内框架边框的外侧还安装固定有集水槽(6)且导水槽(2-4)的末端与集水槽(6)贯通、导水槽(2-4)的首端封闭，内部承载框架(2)还包括多个基座套管(2-6)以及至少一个振动座管(2-7)，在各基座套管(2-6)内安装有下部插入场地土层内部的抽排管(4)且抽排管(4)的上端口位于集水槽(6)内，在振动座管(2-7)内安装有振动器(5)；还包括抽排水泵(7)和抽气机(8)，抽排水泵(7)的抽排管路穿过上覆膜(3)并且端部位于集水槽(6)的内部且抽排管路与上覆膜(3)之间密封连接，抽气机(8)的抽气管路穿过上覆膜(3)且端部与上覆膜(3)的内部空间贯通且抽气管路与上覆膜(3)之间密封连接。

2.如权利要求1所述的高含水率软土场地高效固化设备，其特征是：在内框架边框的另一组相对的内框架型材(2-1)之间安装有多个加强连接梁(2-3)，在内框架型材(2-1)、加强连接梁(2-3)以及导水槽(2-4)构成的各矩形空间内均安装有十字交叉梁(2-5)。

3.如权利要求2所述的高含水率软土场地高效固化设备，其特征是：基座套管(2-6)安装在十字交叉梁(2-5)的中间位置，振动座管(2-7)安装在十字交叉梁(2-5)的中间位置或者安装在加强连接梁(2-3)上。

4.如权利要求3所述的高含水率软土场地高效固化设备，其特征是：振动座管(2-7)的主体部分为圆柱形形状，顶部敞口、底部封口且底部为锥形形状，振动座管(2-7)的顶部端口的高度大于内框架边框的顶面高度。

5.如权利要求4所述的高含水率软土场地高效固化设备，其特征是：外部压载框架(1)包括由外框架型材(1-1)拼接而成的外框架边框，在外框架边框上安装有多个外框架吊环(1-2)；在内框架边框上安装有多个内框架吊环(2-2)。

6.如权利要求5所述的高含水率软土场地高效固化设备，其特征是：抽排管(4)的主体部分为平直管段且下端为尖端形状，在平直管段的侧壁上设有抽排水孔，抽排管(4)的上部为弯折状且出水口朝向下方。

7.如权利要求6所述的高含水率软土场地高效固化设备，其特征是：振动器(5)包括圆柱形的外壳(5-2)，外壳(5-2)的外径略小于振动座管(2-7)的内径，在外壳(5-2)内安装有振动转子(5-3)以及驱动振动转子(5-3)的驱动电机(5-1)。

8.如权利要求7所述的高含水率软土场地高效固化设备，其特征是：还包括下覆膜(10)，下覆膜(10)的中部位于内部承载框架(2)的下方，下覆膜(10)的边缘位于外部压载框架(1)的下方，在外部压载框架(1)的外侧、上覆膜(3)和下覆膜(10)的叠置边缘上设有覆土(9)。

9.采用如权利要求8所述的高含水率软土场地高效固化设备的施工方法，其特征是：包括以下步骤，

技术总结
本发明涉及一种高含水率软土场地高效固化设备及施工方法。固化设备包括外部压载框架、内部承载框架以及上覆膜；内部承载框架上安装有多个导水槽，在内框架边框的外侧还安装固定有集水槽，内部承载框架还包括多个基座套管以及至少一个振动座管，在各基座套管内安装有抽排管，在振动座管内安装有振动器；还包括抽排水泵和抽气机。施工方法包括平整场地、钻孔、设置下覆膜、安装内部承载框架、安装抽排管及振动器、设置上覆膜、安装外部压载框架、设置覆土、安装抽排水泵和抽气机、启动排水固化等工艺步骤。本发明的成套固化设备及配套施工工艺专用于队高含水率软土场地的排水固化处理，提升了高含水率软土场地固化的施工效率。

技术研发人员：史爱超,纪超,柴俊虎,郑天华,祁俊卿,高斌峰,高建,刘岳华,王波
受保护的技术使用者：北京场道市政工程集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/9