专利名称：气挤压排水加固软土地基的方法及使用的气囊的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气挤压排水加固软土地基的方法及使用的气囊。属于岩土工程领域中软土地基加固的方法和装置。
背景技术：
目前，对软土地基进行加固处理的方法有多种，如砂石料置换法，水泥搅拌加固法，堆载预压法、真空预压法等。砂石料置换法是用砂石料全部或部分置换软土层而提高地基承载力的方法，该方法效果好，但成本高，在砂石料缺乏的地区不适用于大面积的软基加固处理。水泥搅拌加固法是将水泥浆或干水泥粉均匀地与软土拌和成水泥土，水泥与水和软土发生化学反应，水泥土硬化后，地基的承载能力提高，该方法效果好，但成本很高，需要专用的拌和设备。堆载预压法是先在软土地基上打设砂井或塑料排水板等排水设施，再在地基表面铺设砂垫层，然后在砂垫层上用堆土或堆重物等方法进行压载，使软土地基土层中的水分排出，从而提高软土地基土层的承载力，该方法所需要的压载时间长，需要对压载物进行转运，加固效果一般。真空预压法也是先在软土地基上打设砂井或塑料排水板等排水设施，再在地基表面铺设砂垫层，然后在砂垫层上面和加固区域四周铺设不透气的塑料膜，最后进行抽真空压载，使软土地基土层中的水分排出，提高软土地基土层的承载力，该方法所施加的压力有限，不超过一个大气压，需要抽真空施加压载的时间长，一般为3～6个月，且加固效果一般。堆载预压法和真空预压法均需要打设排水设施，铺设砂垫层，同时加固后会使地面产生较大的沉降，然后用砂石料回填，这样需要的砂石料用量较大，在砂石料缺乏的地区成本较高，此外，对压载物进行转运和抽真空均需要较大的能耗。在砂石料缺乏的地区，对大范围的软土地基场地进行加固处理时，采用真空预压法相对较为经济。
上述各种较为成熟和通用的软基加固方法各有优缺点和其适用性。本发明提出了一种适用性强、易于实施、加固效果好、加固工期短、成本较低的软土地基加固方法和装置。
发明内容
本发明的目的在于提出一种适用性强、易于实施、成本低的进行软土地基加固处理的方法和装置。
为达到上述目的，本发明是通过下述技术方案加以实现的一种气挤压排水加固软土地基的方法，其特征在于，包括以下过程(1)把充气体腔内的气体排净，然后将充气体置入需要加固的软土地基土层中；(2)向置入土层中的充气体腔内充气，根据充气体的埋入深度和土层的软弱程度，将充气体腔内的气压强度控制在10～1000kPa范围内，充气体扩张而挤压其周围的土层，土层受到充气体的挤压释排水份得以密实；定期观测充气体腔内气压强度的变化并补气，保持充气体腔内气压强度基本稳定；保持充气体挤压土层一段时间，待土层排水达到密实要求时，释放充气体腔内气体，使之收缩；(3)在充气体收缩过程中，边收缩边向充气体与土层之间形成的孔洞间隙填充土料或砂石料，并同时边向外拔出充气体；至充气体全部拔出后，将孔洞用土料或砂石料填实，完成软土地基的加固。
实现上述方法，采用的装置包括气囊，其特征在于，该气囊包括具有弹性的多腔室的气囊体1，气囊体内沿着气囊体的长度方向设有一根插杆4，气囊体1固定于插杆4上，在插杆4的下端于气囊体之外是圆锥形插头7，气囊体内设置独自密闭的腔室2，每个腔室设连接输气管5的接口3，输气管上设置阀门6。
上述的弹性多腔室气囊体，其内层为橡胶类材料，外层为疏水性材料，内外两层材料用胶粘接。
上述气囊体充气后，呈圆柱形、或不规则圆柱形、或长方体形、或十字柱形、或带凸肋的多边形柱体、或带凸肋的圆柱形柱体，伸展直径为0.1～2.0m，长度为1.0m～30.0m。
上述气囊体的腔室为1～10个。
上述圆锥形插头直径大于插杆直径，插头的圆锥顶面直径为3cm～20cm。
本发明的优越性在于气囊可重复利用，能耗小，砂石料用量小，综合费用低；施加于土体上的挤压压力大，对软土层的加固时间短，加固效果好，适用于各种场地和范围的软土地基加固。
图1为本发明中的气囊插入到土层中的断面示意图。
图2为本发明中的气囊充气挤压加固土体的断面示意图。
图3为利用本发明方法加固土体后气囊拔出时气囊在土层中形成的孔洞及用砂石料填充的断面示意图。
图4为利用本发明方法完成土体加固后的断面示意图。
图中，1为气囊，2为气囊腔，3为输气管接口，4为插杆，5为输气管，6为阀门，7为圆锥形插头，8为气囊拔出时气囊在土层中形成的孔洞边界线，9为孔洞填充砂石料。
具体实施例方式
本发明一个实施例如下如图1至图4所示的利用气挤压排水加固软土地基的气囊装置，主要构件为一个具有弹性的两腔室的气囊体1，气囊体内沿着长度方向设有一根插杆4，气囊体1固定于插杆4上，在插杆4的下端于气囊体之外是圆锥形插头7，气囊体1分设成两个独自密闭的腔室2，每个腔室设连接输气管5的接口3，输气管上设置阀门6。气囊充气后呈圆柱形，伸展直径为0.5m，长度为15.0m，插杆插头的圆锥顶面直径为10cm。气囊内层为橡胶材料，外层为塑料排水纸板，两层材料用胶粘接。
利用该种气囊对软土地基进行加固处理时，实施方法如下(1)把两个气囊腔内的气体排净，使气囊呈收缩状，然后利用插杆将气囊竖直插入到需要加固的软土地基土层中。
(2)从下到上向两个气囊腔内充气，下面气囊腔内的气压强度控制在300kPa，上面气囊腔内的气压强度控制在200kPa；每天定时观测气囊腔内的气压强度，需要时向气囊腔内补气，保持气囊腔内维持上述的气压强度；这样持续10～20天，就可使气囊周围半径3.0m土层中的孔隙水部分排出达到密实；之后释放气囊腔内气体，气囊收缩。
(3)在充气体收缩过程中，边收缩边向充气体与土层之间形成的孔洞间隙填充砂石料，并同时边向外拔出充气体；至充气体全部拔出后，将孔洞用砂石料填实，完成软土地基的加固。
气囊充气后，以较大的压力挤压其周边的土体，土体中的孔隙水压力增大，首先是紧临气囊周边的土体中的孔隙水渗透到气囊外层的排水材料上向上排出，随着时间的推移，远离气囊的土体中的孔隙水也会逐步渗透到气囊外层的排水材料上向上排出。随着气囊周围土体中的孔隙水被挤出，土体被压缩，气囊扩张，气囊中的气压降低，因此需要定期测量气囊腔中的气压强度，及时向气囊腔内补充气体，以保持其挤压土体的压力。
一般的软土地基中，气囊腔内的气压强度可达1～3个大气压力，即气囊周边的土体会受到1～3个大气压力的挤压作用，在该挤压力作用下，排水速度会大大高于真空预压法对软土地基进行加固处理的排水速度。因此，达到同样加固效果时，本发明方法所用时间大大短于真空预压法等所需时间。
在软土地基上以网格状间隔布设该种气囊挤压排水装置，就可以对大范围的场地进行加固处理。本发明方法中的所用设施均是可回收、可重复使用的，施加压力的成本也很低，因此可以将气囊布置的比较密集，在数天内就可以将局部区域的软土地基加固处理好。
气囊挤压土体后，会形成一个孔洞，气囊拔出时，可以向孔洞中填充一些较为经济的砂土类材料，这就使得所加固的地基土成了一种复合地基，其承载力会进一步提高。
本发明中的气囊可重复利用，施压排水能耗小，砂石料用量小，综合费用低。本发明方法施加于土体上的固结压力大，对软土层的加固时间短，加固效果好，适用于各种场地和范围的软土地基加固。
权利要求
1.一种气挤压排水加固软土地基的方法，其特征在于，包括以下过程(1)把充气体腔内的气体排净，然后将充气体置入需要加固的软土地基土层中；(2)向置入土层中的充气体腔内充气，根据充气体的埋入深度和土层的软弱程度，将充气体腔内的气压强度控制在10～1000kPa范围内，充气体扩张而挤压其周围的土层，土层受到充气体的挤压释排水份得以密实；定期观测充气体腔内气压强度的变化并补气，保持充气体腔内气压强度基本稳定；保持充气体挤压土层一段时间，待土层排水达到密实要求时，释放充气体腔内气体，使之收缩；(3)在充气体收缩过程中，边收缩边向充气体与土层之间形成的孔洞间隙填充土料或砂石料，并同时边向外拔出充气体；至充气体全部拔出后，将孔洞用土料或砂石料填实，完成软土地基的加固。
2.一种实现权利要求1所述的方法使用的气囊，其特征在于，包括具有弹性的多腔室的气囊体(1)，气囊体内沿着气囊体的长度方向设有一根插杆(4)，气囊体(1)固定于插杆(4)上，在插杆(4)的下端于气囊体之外是圆锥形插头(7)，气囊体内设置独自密闭的腔室(2)，每个腔室设连接输气管(5)的接口(3)，输气管上设置阀门(6)。
3.按照权利要求2所述的气囊，其特征在于，气囊体内层为橡胶类材料，外层为疏水性材料，内外两层材料用胶粘接。
4.按照权利要求2所述的气囊，其特征在于，气囊体充气后，呈圆柱形、或不规则圆柱形、或长方体形、或十字柱形、或带凸肋的多边形柱体、或带凸肋的圆柱形柱体，伸展直径为0.1～2.0m，长度为1.0m～30.0m。
5.按照权利要求2所述的气囊，其特征在于，气囊体的腔室为1～10个。
6.按照权利要求2所述的气囊，其特征在于，圆锥形插头直径大于插杆直径，插头的圆锥顶面直径为3cm～20cm。
全文摘要
本发明公开了一种气挤压排水加固软土地基的方法及使用的气囊，所述方法为把充气体腔内的气体排净，将充气体置入需要加固的软土地基中；向充气体腔内充气，定期观测气压变化并补气；保持充气体挤压土层一段时间，待土层达到密实要求后释放充气体腔内气体；从土层中取出充气体，并将孔洞用土料填充。实现该方法采用气囊装置，包括具有弹性的多腔室的气囊体和插杆，气囊体固定于插杆上；气囊内层为橡胶材料，外层为疏水性织物，两层材料用胶粘接。本发明中的气囊可重复利用，施压排水能耗小，砂石料用量小，综合费用低。本发明方法施加的固结压力大，对软土层的加固时间短，加固效果好，适用于各种场地和范围的软土地基加固。
文档编号E02D3/00GK101033609SQ20071005701
公开日2007年9月12日 申请日期2007年3月27日 优先权日2007年3月27日
发明者别社安 申请人:天津大学