一种横向打设塑料排水板的施工设备及施工方法与流程

本发明涉及港口工程、水利工程中的地基处理技术领域，特别涉及超软弱土地基快速加固的技术。

背景技术：

在我国大力发展海洋经济的新时期内，沿海城市港口航道需求进一步加强，吹填围垦工程也得到迅猛发展，而作为传统吹填原料的砂土因受环境与水利安全的限制难以满足工程需求量，吹填淤泥土已成为围海造陆的主要填料。

吹填淤泥土与砂土相比，其含水量和孔隙比很高，渗透系数、强度及承载力低，属典型的超软弱土。工程中新近淤泥土吹填的场地因其极低的承载力而不能进行机械施工处理，目前对新近吹填结束后的淤泥土处理，为达到快速处理的效果，其主要思路是快速形成浅层硬壳层，以减少整体工程的工期。

首要说明的是，目前硬壳层形成主要方法是人工竖向插设塑料排水板联合真空预压进行处理，但因吹填淤泥土高含水率及低渗透性，致使土体强度在竖向打设塑料排水板处理径向方向及深度方向分布极为不均匀，甚至需在一次插板处理抽真空一段时间后进行二次插板处理。

相比于单纯竖向打设塑料排水板进行吹填土的处理，联合低位真空预压或分层铺设土工布做排水界面的方法更为快速有效，因为低位真空预压及分层铺设土工布做排水界面，可以大大减少吹填土固结的渗透路径，进而减少土体固结所用时间；同时超软土在外力作用下，排水通道周围的土体强度增速要明显大于远离排水通道的强度增速。但低位真空预压需预先设置，对吹填过程有要求，带来施工不便；分层铺设土工布做排水界面，不能联合传统的竖向塑料排水板(pvd)处理工艺，且铺设过程较为繁琐，施工处理效率较低。

由此可见，当前亟需研发一种新型超软土处理方法及施工设备，以期可以减少工期和造价，提高处置效果，以供后续工程施工需要。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种减少超软土的固结排水路径，减少土体固结时间，并使处理后的吹填土形成一定厚度的硬壳层，满足一般施工机械的地基承载力要求的横向打设塑料排水板的施工设备及处理方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。这种横向打设塑料排水板的施工设备，包括弧形安放套筒、竖向导向管、塑料排水板导盘、平衡轮、连轴及稳定杆，塑料排水板导盘与平衡轮通过连轴连接，所述竖向导向管的横截面为矩形，与塑料排水板导盘通过稳定杆相连；稳定杆分为两段，中部采用榫卯结构及钢销连接，一段固定于竖向导向管，另一段固定在连轴的轴承上；塑料排水板导盘由两片盘壁和中空轴组成，其中塑料排水板可放置于两片盘壁之间。

作为优选：所述弧形安放套筒为圆弧状，横截面为矩形，内含橡胶层。

作为优选:所述平衡轮为实心圆轮。

作为优选：所述稳定杆采用刚性材料。

横向打设塑料排水板的施工设备的施工方法，包括如下步骤：

1)在竖向的塑料排水板打设完毕后进行塑料排水板的横向打设，调整连轴长度，使横向打设塑料排水板的施工设备可在竖向的塑料排水板间距之间使用；将塑料排水板导盘放置于超软土中，平衡轮放置于浮桥上；

2)待横向打设塑料排水板的一端露于超软土表面，同时用固定杆在打设深度将塑料排水板固定，待与表层横向排水系统连接；

3)采用人工或机械牵引方式，对连轴水平牵引，此时塑料排水板会在弧形安放套筒、竖向导向管及超软土自身重力作用下，使横向打设的塑料排水板保持在土中；

4)至设计长度时，取下稳定杆中的钢销，竖向导向管及弧形安放套筒会在侧向土压力作用下上浮至土表面；此时剪断土表面的塑料排水板，还原竖向导向管及弧形安放套筒，采用钢销固定，进行下一组塑料排水板的横向打设。

作为优选:步骤3)中，打设速度控制在0.3-0.5m/s之间。

本发明的有益效果是：

1)加快土体固结速率，减少工期。通过塑料排水板的横向打设，可减少土体固结的排水路径，加速超软土的固结速率，进而减少工期。

2)增加处理效果。超软土具有高流动性，在处置过程中常会因土颗粒的聚集，使得在排水体周边形成“土柱”，影响处理效果的均匀性。本法可在传统方法的薄弱区域设置排水体，增加处理效果。

3)节省工程造价。超软土的处置一般采用真空预压，而其主要工程造价为电费。本法在减少工期的同时，节省工程造价也十分明显。

附图说明

图1.横向打设塑料排水板施工设备主视图；

图2.横向打设塑料排水板施工设备侧视图；

图3.塑料排水板导盘侧视图；

图4.弧形安放套筒主视图；

图5.横向打设塑料排水板立体示意图；

图6.横向打设塑料排水板步骤图。

附图标记说明：弧形安放套筒1；竖向导向管2；塑料排水板导盘3；平衡轮4；连轴5；稳定杆6；钢销7；塑料排水板8；橡胶层9；浮桥10；超软土11；固定杆12；盘壁31；中空轴32；轴承51。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

如图1至图6所示，为这种横向打设塑料排水板的施工设备及其施工方法。

本实施例的横向打设塑料排水板的施工设备，包括弧形安放套筒1、竖向导向管2、塑料排水板导盘3、平衡轮4、连轴5及稳定杆6，塑料排水板导盘3与平衡轮4通过连轴5连接，所述竖向导向管2的横截面为矩形，与塑料排水板导盘3通过稳定杆6相连；稳定杆6分为两段，中部采用榫卯结构及钢销7连接，一段固定于竖向导向管2，另一段固定在连轴5的轴承51上；塑料排水板导盘3由两片盘壁31和中空轴32组成，其中塑料排水板8可放置于两片盘壁31之间。所述弧形安放套筒1为圆弧状，横截面为矩形，内含橡胶层9。所述平衡轮4为实心圆轮。所述稳定杆6采用刚性材料。

本实施例的横向打设塑料排水板的施工设备的制作为：

分别制作塑料排水板导盘3、竖向导向管2、弧形安放套筒1、平衡轮4等，再进行组合安装。

1、塑料排水板导盘3制作。选用外径50cm、内径为5cm，厚度为5mm的圆形铝片制成圆形盘壁31，采用外径50mm，内径为35mm，长度为15cm的圆形铝管，在其两端分别焊接于两片盘壁31圆心,并将塑料排水板8缠绕于中空轴32，以待使用。

2、竖向导向管2、弧形安放套筒1制作并组合。竖向导向管2采用横截面为15cm*5cm、厚度为1cm的铝管，长度与设计打设深度相同；弧形安放套筒1的截面尺寸与竖向导向管2相同，内含厚度为5mm的橡胶层9，套管采用铝制材料，长度方向为1/4圆弧，圆弧半径为30cm。竖向导向管2与弧形安放套筒1采用螺栓固定。

3、将塑料排水板导盘3与竖向导向管2组合。采用稳定杆6将塑料排水板导盘3与竖向导向管2连接。稳定杆6采用4cm*4cm的钢条，中间采用榫卯结构，接触长度为4cm，钢销7直径为2cm贯穿于接触面。稳定杆6分别焊接在塑料排水板导盘3与轴承51外壁上。

4、制作平衡轮4，并将其与塑料排水板导盘3连接。采用外径30cm、内径为35mm的圆形钢轮，厚度为10cm制成平衡轮4。并用外径为35mm、长度为40cm的钢质连轴5将平衡轮4和塑料排水板导盘3连接固定。

采用横向打设塑料排水板的施工设备进行横向打设塑料排水板示意图如图5所示，步骤如图6所示。

步骤一、设计横向排水板打设间距为1.0m,打设深度为1.0m,单根打设长度为6.0m。在超软土11搭设浮桥10，将平衡轮4放置在浮桥10上，将塑料排水板8缠绕塑料排水板导盘3后，穿过竖向导向管2和弧形安放套筒1后，塑料排水板导盘3放置于超软土11中，平衡轮4放置于浮桥10上。

步骤二、待横向打设塑料排水板8的一端露于超软土11表面，同时用固定杆12在打设深度1.0m处将其固定，待与表层横向排水系统连接。

步骤三、根据超软土强度特征，可采用人工或机械牵引方式，水平拉动横向插板装置，着力点为连轴5。此时塑料排水板8会在固定装置及超软土11自身重力作用下，使横向打设的塑料排水板8保持在超软土11中。建议打设速度控制在0.3-0.5m/s之间。

步骤四、横向打设长度至设计长度6m时，取下稳定杆6中的钢销7，竖向导向管2及弧形安放套筒1会在侧向土压力作用下上浮至超软土11表面。此时剪断塑料排水板8，预留塑料排水板8两端连接表部横向排水垫层。同时，还原竖向导向管2及弧形安放套筒1，采用钢销7固定，进行下一组塑料排水板8的横向打设。