用于结构性软土的扰动装置及其施工方法与流程

本发明涉及一种用于结构性软土的扰动装置及其施工方法，特别涉及一种安置于塑料排水板插板机套筒上的扰动装置及其施工方法，适用于结构性软土的扰动排水加固。

背景技术：

随着我国滩涂围垦建设事业的发展，尤其是在我国“十二五”规划纲要提出推进海洋经济发展后，对于临海陆域面积及开发速度的要求必然提升。而我国沿海地区软黏土分布广泛，灵敏度高，工程性质差。因此，在道路、海堤等工程建设过程中，必需对海相软土进行加固。

而在我国的天津、连云港、宁波、湛江等沿海地区天然沉积的浅层软黏土的天然含水率高于液限，在这些软黏土地基上建造建筑物不时发生坍塌滑坡的工程事故，这些工程事故与北欧和加拿大的流黏土地区遇到的工程问题类似，其主要的原因在于海进海退产生的海相结构性软土。

这是因为我国东部沿海的不少海相黏土经历了海进期间在海水环境下的沉积，而后在后沉积阶段受到盐分溶滤的影响，孔隙水化学性质发生了变化。由于孔隙水中盐分减少，天然沉积土中液限降低，而天然含水率在盐分溶滤过程中由于土结构性抵抗变形的作用几乎不产生变化，从而导致天然含水率远远大于土体液限，这样的结果必然导致经受盐分溶滤的低活动性天然沉积海相结构性土的重塑样的不排水强度大幅度降低，进而大幅度提高天然沉积土的灵敏度。高灵敏度天然沉积土必然导致土体结构不稳定，土体结构不稳定，在外部环境（如建筑物荷载、基坑开挖、施工扰动、交通荷载、地震荷载等）作用下，原状样的土体结构容易遭受破坏和失稳。

采用传统排水固结技术处理高灵敏度海相结构土地基时，必然遇到下述工程问题：天然沉积海相土在长期的沉积和后沉积过程中，土体的固结屈服压力在时间效应的作用下大幅度提高，具有正常固结历史的天然沉积海相土的固结屈服压力经常大于其有效上覆压力，外加荷载小于固结屈服压力时变形很小，这样的结果又经常使得堆载、真空预压的荷载中相当一部分用于克服天然沉积土体的固结屈服压力，使得地基加固效果不明显。

采用先扰动再排水的技术方案，需先用搅拌桩机等进行土体的扰动，再进行打设排水板，而此方案的工程造价巨大，工期延长，难以推广应用。

因此根据目前的实际情况和技术条件，亟需一种可结合现有塑料排水板插板机的扰动排水技术，扰动效果明显，工程造价低廉，工程周期合理，并使得工期、工程投资、工程质量之间能够合理平衡。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种用于结构性软土的扰动装置及其施工方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于结构性软土的扰动装置，包括横向振动板、连接板和连接套筒，所述连接套筒安装在塑料排水板振动插板机的套筒下端，所述连接板固定在所述连接套筒上，所述连接板与所述连接套筒的轴向方向垂直，所述横向振动板可转动的连接在所述连接板的端部，所述连接板的上方设有限制板，所述限制板固定在所述连接套筒上。

作为优选，所述连接板有多个，且多个连接板在连接套筒外侧的同一高度上均匀分布，每个连接板的上方均设有限制板，端部均连接有横向振动板。

作为优选，所述限制板的长度大于所述连接板的长度。

作为优选，所述连接板的下方还设有肋板，所述肋板一端固定在连接板上，另一端固定在连接套筒上。

作为优选，所述横向振动板与连接板通过连接轴铰接。

作为优选，所述连接板的端部设有凹槽，所述横向振动板的一端设有凸出部，所述凸出部插入所述连接板的凹槽中，所述连接轴穿过连接板端部和横向振动板的凸出部使横向振动板可转动的连接在连接板上。

作为优选，所述横向振动板为矩形钢板、钢筋或t型钢。

一种使用上述用于结构性软土的扰动装置的施工方法，包括以下步骤：

1）根据排水板设计的打设间距，选择横向振动板的长度，制成相应的扰动装置，并安装在塑料排水板振动插板机的套筒上；

2）打设塑料排水板过程中，需采用振动锤锤击套筒，横向振动板会在下部土体阻力作用下展开，对土体进行振动，破坏土体的原有结构；

3）塑料排水板打设到位后，上拔套筒，此时振动板会在上部土体作用下回缩，便于套筒的上拔；

4）在扰动装置完全拔出地面后，按设计要求留一定长度的塑料排水板露出地面，便于后期横向排水垫层与塑料排水板的连接。

本发明的有益效果是：

(1)、本发明丰富了结构性软土地基处理方法，与传统的排水固结法相比，对土体扰动效果明显，便于土中孔隙水排出；与先扰动再排水法相比，工程造价可大幅降低，工期缩短。

(2)、塑料排水板打设到位，上拔套筒过程中，此时横向振动板会在上部土体作用下回缩，便于套筒的上拔，同时可减少塑料排水板的回带现象。

(3)、施工过程中只需将扰动装置与塑料排水板振动插板机的套筒焊接，施工简单。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为图1的a-a截面图；

图3为图1的b-b截面图；

图4本发明横向振动板回缩时的主视图；

图5本发明在施工过程图中的状态图。

附图标记列表：

图中：1-套筒、2-扰动装置、3-限制板、4-横向振动板、5-肋板、6-塑料排水板、7-连接板，8-连接轴、9-连接套筒、10-振动锤。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

如图1到图4所示，一种用于结构性软土的扰动装置，扰动装置2与塑料排水板插板机的套筒1焊接，扰动装置2包括横向振动板4、连接板7和连接套筒9，连接套筒9安装在塑料排水板振动插板机的套筒1下端，连接板7固定在连接套筒9上，连接板7与连接套筒9的轴向方向垂直，横向振动板4可转动的连接在连接板7的端部，横向振动板4的材质可以是矩形钢板、钢筋或t型钢，也可选用其他机械强度较好的材质。连接板7的上方设有限制板3，限制板3固定在连接套筒9上。限制板3的长度大于连接板7的长度。限制板3用于限制横向振动板4的转动角度。

连接板7可以有多个，本例中共设置四个连接板7，且四个连接板7在连接套筒9外侧的同一高度上均匀分布，连接板7的数量可以根据实际情况确定，在每个连接板7的上方均设有限制板3，端部均连接有横向振动板4。连接板7的下方还设有肋板5，肋板5一端固定在连接板7上，另一端固定在连接套筒9上。肋板5起到加固连接板7的作用。

横向振动板4与连接板7通过连接轴8铰接。连接板7的端部设有凹槽，横向振动板4的一端设有凸出部，凸出部插入连接板7的凹槽中，连接轴8穿过连接板7端部和横向振动板4的凸出部使横向振动板4可转动的连接在连接板7上，横向振动板4可在竖直平面内转动。

本例中连接板7与连接套筒9、限制板3与连接套筒9、肋板5与连接板7以及肋板5与连接套筒9之间均采用焊接的方式固定连接，连接套筒9也是通过焊接的方式固定在在塑料排水板振动插板机的套筒1下端。

塑料排水板6打设过程中，横向振动板4会在下部土体阻力下展开，同时受限制板3的作用，横向振动板4与套筒1垂直。在插板机振动锤10的作用下，通过横向振动板4将振动分散传至周围土体，使土体充分振动，破坏其结构性，使土体孔隙水更易排水；塑料排水板6打设到位后，在套筒1上拔过程中，横向振动板4会在上部土体阻力作用下，绕连接轴8向下转动，便于套筒1的上拔回收。

本发明在施工过程中的工作状态如图5所示，使用本发明提供的用于结构性软土的扰动装置的施工方法，包括以下步骤：

1）根据排水板设计的打设间距，选择横向振动板4的长度，制成相应的扰动装置2，并安装在塑料排水板振动插板机的套筒1上；

2）定位塑料排水板6的打设位置，将塑料排水板6通过套筒1打入地基，打设塑料排水板6过程中，需采用振动锤10锤击套筒1，横向振动板4会在下部土体阻力作用下展开，对土体进行振动，破坏土体的原有结构；

3）塑料排水板6打设到位后，上拔套筒1，此时振动板会在上部土体作用下回缩，便于套筒1的上拔，同时可减少塑料排水板6的回带现象；

4）在扰动装置完全拔出地面后，按设计要求留一定长度的塑料排水板6露出地面，便于后期横向排水垫层与塑料排水板6的连接，待塑料排水板6打设结束后，铺设横向排水层，进行预压排水。

本例中塑料排水板振动插板机套筒1的直径为25cm，塑料排水板6打设间距为1.0m，取连接套筒9外径25cm、内径22cm、圆管壁厚为15mm的钢管，横向振动板4采用长度为0.5m、截面尺寸为10cm*2cm。连接板7采用截面尺寸为5cm*2cm，厚度为2cm，焊接在连接套筒9上。通过直径为1cm，长度为10cm的钢轴作为连接轴8，将横向振动板4和连接板7铰接。

振动锤10为2.5t，选用功率为3kw的电机用于牵动振动锤10。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。