高频振动扰动排水装置及其施工方法与流程

本发明涉及一种用于扰动排水固结的扰动排水装置及其施工方法，特别涉及一种可活动高频振动的扰动排水装置及其施工方法，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，本发明提供了一种高频振动扰动排水装置及其施工方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种高频振动扰动排水装置，包括连接套筒、振动管和限制环，所述连接套筒安装在塑料排水板振动插板机的套筒下端，所述限制环固定在所述连接套筒上，所述振动管顶端通过连接百页与所述连接套筒可转动连接，所述振动管为底端封闭的空心管体，所述振动管内设有振捣棒，所述振动管的顶端设有用于密封振动管的垫片和固定块。

作为优选，所述振动管内在振捣棒与振动管之间的空隙中填充有细砂。

作为优选，所述限位环的内径大于所述振动管的外径，当振动管展开时，即振动管转动到与连接套筒相垂直的位置时，振动管的端部位于所述限位环内。

作为优选，所述振动管顶端还套设有垫圈，用于密封振动管展开时振动管和限制环之间的空隙。

作为优选，所述垫片与固定块均通过螺栓固定在所述振动管上。

作为优选，所述垫片和固定块上均设有通孔，且垫片上的通孔和固定块上的通孔位置相对应，所述振捣棒的电缆穿过垫片上的通孔和固定块上的通孔。

作为优选，所述振捣棒的电缆上还套有电缆保护管。

作为优选，所述振动管的材质采用铁质或钢制材料。

作为优选，所述振动管顶端的外壁上还设有焊接平台，所述连接百页的一端焊接在所述焊接平台上。

一种使用上述高频振动扰动排水装置的施工方法，包括以下步骤：

1）根据排水板设计的打设间距，选择振动管的长度制成相应的扰动排水装置，并安装在塑料排水板插板机的套筒上；

2）打设塑料排水板过程中,振动管会在下部土体阻力作用下展开，同时开启振捣棒开关，依靠振捣棒对土体进行高频振动，破坏土体的原有结构；

3）塑料排水板打设到位后，上拔套筒，此时振动管会在上部土体作用下回缩，同时关闭振捣棒开关，便于套筒的上拔；

4）在扰动排水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，此时振动管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排水装置与塑料排水板插板机的套筒焊接，可用于所有类型的插板机，施工简单。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明中振动管的剖面图；

图4是本发明振动管回缩时的主视图；

图5是本发明在施工过程中的状态图。

附图标记列表：

图中：1-套筒、2-连接套筒、3-限制环、4-振动管、5-连接百页、6-塑料排水板、7-垫圈、8-垫片、9-螺栓、10-振捣棒、11-细砂、12-焊接平台、13-固定块、14-电线保护管。

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3所示，一种高频振动扰动排水装置，包括连接套筒2、振动管4和限制环3，连接套筒2安装在塑料排水板6振动插板机的套筒1下端，限制环3固定在连接套筒2上，振动管4顶端通过连接百页5与连接套筒2可转动连接，振动管4为底端封闭的空心管体，振动管4内设有振捣棒10，振动管4的顶端设有用于密封振动管4的垫片8和固定块13。振动管4内在振捣棒10与振动管4之间的空隙中填充有细砂11。

限位环的内径大于振动管4的外径，当振动管4展开时，即振动管4转动到与连接套筒2相垂直的位置时，振动管4的端部位于限位环内。振动管4顶端还套设有垫圈7，用于密封振动管4展开时振动管4和限制环3之间的空隙。限位环用于限制振动管4的位置，当振动管4转动到与连接套筒2相垂直的位置时，限位环会阻止振动管4继续向上转动。

垫片8与固定块13均通过螺栓9固定在振动管4上。垫片8和固定块13上均设有通孔，且垫片8上的通孔和固定块13上的通孔位置相对应，振捣棒10的电缆穿过垫片8上的通孔和固定块13上的通孔。振捣棒10的电缆上还套有电缆保护管14。振动管4的材质采用铁质或钢制材料。振动管4顶端的外壁上还设有焊接平台12，连接百页5的一端焊接在焊接平台12上。

本例中连接套管采用外径为25cm、内径为22cm的铁管，长度50cm。限制环3外径为8cm，内径7cm，长度3cm的铁环，垂直焊接于连接套管上。

振动管4端部的垫片8和固定块13分别采用直径为5cm的橡胶垫层和圆柱形铁块，并用螺栓9与振动管4固定。

连接百页5采用宽度为3cm的连接百页5，两端分别焊接于连接套筒2和振动管4上。其中，连接百页5通过焊接平台12与振动管4焊接，用以增大焊接面积。

垫圈7采用外径为7cm、内径为4.5cm的橡胶圈，套在振动管4的端部外部，用于密封振动管4展开时和限制环3之间的空隙。

图3为本发明提供的振动管4剖面图。振动管4采用直径为5cm的铁管，内部切割有直径4cm的空腔，便于振捣棒10和细砂的安装。振捣棒10采用电动高频（220hz）振捣棒10，振幅0.82mm，直径为3cm。细砂采用标准砂，填充在振捣棒10与振动管4空腔中。

图4为扰动排水装置的振动管4回缩时的正视图，当振动管4上部收到阻力时，会回缩至如图4所示振动管4的位置，易于套管的上拔。

本发明在施工过程中的工作状态如图5所示，使用本发明提供的高频振动扰动排水装置的施工方法，包括以下步骤：

（1）根据塑料排水板6打设间距，选择振动管4的长度，制成相应的扰动排水装置，将扰动排水装置焊接在塑料排水板6振动插板机套筒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。在排水板打入过程中，振动管4会在下部土体的阻力下展开，同时开启振捣棒10开关，使其在振动管4内做高频振动，振动并破坏周围土体的原有结构；

（3）待塑料排水板6打设到位后，上拔套筒1。此时振动管4会在上部土体作用下回缩，便于套筒1的上拔，同时关闭振捣棒10开关；

（4）在扰动排水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。