专利名称：数头振冲器共振地基处理设备及其方法
技术领域：
本发明涉及砂性土地基处理技术领域，具体涉及一种数头振冲器共振地基处理设备及其方法。
背景技术：
目前，常用的地基处理方法主要包括水坠砂换填、强夯、水泥搅拌桩、灰土挤密桩、适用于处理粘粒含量不大于10%的中砂、粗砂地基等的振冲密实法等。但是，由于砂性土地基的地质具有以下特点:一是上部风积砂非常松散，承载力较低且不均匀，工程性能差；二是砂子粘粒含量较小、砂颗粒间黏聚性差，孔隙比大、渗水性强；三是不饱和砂粒间内摩擦力较大；四是浅层地 下水蕴藏丰富等。因而，采用上述常用地基处理方法对砂性土地基进行处理时，均不同程度地存在投入成本较高、施工工艺复杂、施工效率较低、地基加固处理效果较差、不适宜深层地基加固等多种缺陷和不足。因而，砂性土地基的上述地质特性使得目前常用的各类地基处理方法均不能完全适用。
发明内容
本发明的首要目的就在于克服现有的砂性土地基处理方法所存在的不足，从而提供一种数头振冲器共振地基处理设备及其方法。本发明的数头振冲器共振地基处理设备包括设备主体、悬臂、吊索组件、槽钢、至少两个钢索和与钢索对应数量的振动装置，设备主体通过悬臂与吊索组件连接，吊索组件与槽钢的中间位置固定连接，槽钢的两侧与至少两个均匀布置的钢索连接，钢索的下方与对应的振动装置固定连接，所述振动装置为内设有以电机驱动的偏正转子的振冲器，所述振动装置设有进水口，所述进水口与高压水泵连接，所述每个振动装置与钢索之间设有缓冲抗振垫片。所述缓冲抗振垫片的材料为橡胶。所述相邻两个振动装置的间距与砂层深度、密实度和振动装置的功率相适配。本发明数头振冲器共振地基处理设备工作时，吊索组件控制槽钢升降，槽钢带动钢索和振动装置升降，振动装置下降后，电机驱动偏正转子振冲土体，起到密实效果。每个振动装置与钢索之间设有缓冲抗振垫片，振动装置工作时，该缓冲抗振垫片能够缓解振动力，使缓冲抗振垫片以上的机构振动幅度减小。本发明的数头振冲器共振地基处理方法，该方法包括以下步骤:步骤一:测量砂层密实深度:按照常规的方法，在所施工的砂性土地基上进行砂层密实深度测量；步骤二:振动施工:使用所述的数头振冲器共振地基处理设备，在所施工的砂性土地基上选定若干个需施工位置，所述需施工位置与振动装置的分布位置相适配，每个需施工位置的施工方法均相同，对于任一个需施工位置而言，其施工过程如下:步骤201、振动装置就位:每个振动装置对准当前对应的需施工位置；
步骤202、振动装置下移:控制吊索组件下方振动装置垂直进入所施工的砂性土地基内，直至下降至所述砂层密实深度，振动装置下移的过程中，所述高压水泵提供压力；步骤203、振动装置提升:控制吊索组件下方振动装置提升，吊索组件提升相同的距离后停顿，吊索组件每次停顿的时间相同，振动装置提升至地平面后停止，振动装置提升的过程中，所述高压水泵提供压力。步骤三、根据设计要求，确定重复步骤二的次数；步骤四、转移吊索组件的位置，对其他需施工位置进行振动施工。本方法还包括步骤五，将排水管插入所施工的砂性土地基内，排水装置通过排水管进行排水。所述砂层密实深度为3-25米。所述相邻的振动装置的间距为1-8米。所述振动装置的个数为三个，构成三头振动装置，所述三头振动装置呈三角形排布。所述振动装置下压的过程中，所述高压水泵提供的压力为4.9 14.7MPa，且其供水量为 300L/min 500L/min。所述振动装置提升的过程中，所述高压水泵提供的压力为2.4 7.4MPa，且其供水量为 150L/min 250L/min。所述吊索组件提升相同的距离为50-80厘米。所述吊索组 件每次停顿的时间为5-10秒。所述吊索组件每次停顿的时间与高压水泵提供的压力和吊索组件每次停顿时振动装置的电机产生的电流相适配。本发明与现有技术相比具有以下优点:本发明不但适合加固松散的中粗砂地基，也非常适合处理粘粒含量不大于10%的松散砂性土，本发明可使地基得到显著的挤密加固效果，提高地基承载力，消除地基不均匀性。对于粘粒含量不大于10%的砂性土地基，由于该砂性土地基比较纯净，黏聚性差，透水性强，特别适合振动装置共振地基处理方法。本发明利用强力水流、伴随强大振动力对土体进行密实处理，其基本原理就是利用强力水流的冲击力和水的重力所产生的水浸作用，在水分子改变砂粒间物理特性的同时，施以高频振动外力加速促进砂颗粒间重新排列组合，以达到减小孔隙比、提高地基土密实度和场地均匀性的加固效果。本发明振动装置下压过程利用强力水流、伴随强大振动力对土体进行密实处理，在吊索组件提升相同的距离的同时高压水泵提供压力，且吊索组件提升过程中停顿是边提升边留振的过程，是对地基进行二次密实处理，是一种高效的地基处理方法。本发明施工方法简单、设计合理、实现方便且造价低、工效快、施工质量易于保证，能有效适用于砂性土地基处理过程且处理效果好，能够有效提高复合地基的承载力，并有效解决现有地基处理方法在砂性土地基处理过程中存在的投入成本较高、施工工艺复杂、施工效率较低、地基加固处理效果较差、不适宜深层地基加固等多种缺陷和不足。
图1为实施例1的结构示意图。
具体实施例方式以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。实施例1如图1所示，本实施例的数头振冲器共振地基处理设备包括设备主体8、悬臂9、吊索组件1、槽钢2、至少两个钢索3和与钢索3对应数量的振动装置4，设备主体8通过悬臂9与吊索组件I连接，吊索组件I与槽钢2的中间位置固定连接，槽钢2的两侧与至少两个均匀布置的钢索3连接，钢索3的下方与对应的振动装置4固定连接，所述振动装置4为内设有以电机驱动的偏正转子的振冲器，所述振动装置4设有进水口 6，所述进水口 6与高压水泵7连接，所述每个振动装置4与钢索3之间设有缓冲抗振垫片5。所述缓冲抗振垫片5的材料为橡胶。所述相邻两个振动装置4的间距与砂层深度、密实度和振动装置4的功率相适配。本发明数头振冲器共振地基处理设备工作时，吊索组件I控制槽钢2升降，槽钢2带动钢索3和振动装置4升降，振动装置4下降后，电机驱动偏正转子振冲土体，起到密实效果。每个振动装置4与钢索3之间设有缓冲抗振垫片5，振动装置4工作时，该缓冲抗振垫片5能够缓解振动力，使缓冲抗振垫片5以上的机构振动幅度减小。实施例2某砂性土地基 ，厚度为10-12米，粘粒含量7.5%，渗透系数10_3cm/s。设计要求:12米砂性土地基的承载力达到lOOKPa。步骤一:测量砂层密实深度:按照常规的方法，在所施工的砂性土地基上进行砂层密实深度测量，所述砂层密实深度为3米；步骤二:振动施工:使用实施例1所述的数头振冲器共振地基处理设备，槽钢的下方通过两个钢索与对应的振动装置连接，相邻两个振动装置的间距为2米，每个振动装置与高压水泵连接，在所施工的砂性土地基上选定若干个需施工位置，所述需施工位置与振动装置的分布位置相适配，每个需施工位置的施工方法均相同，对于任一个需施工位置而言，其施工过程如下:步骤201、振动装置就位:每个振动装置对准当前对应的需施工位置；步骤202、振动装置下移:控制吊索组件下方振动装置垂直进入所施工的砂性土地基内，直至下降至所述砂层密实深度，振动装置下移的过程中，所述高压水泵提供压力，所述高压水泵提供的压力为5.2MPa，且其供水量为300L/min ；步骤203、振动装置提升:控制吊索组件下方振动装置提升，吊索组件提升相同的距离后停顿，所述提升相同的距离为50厘米，吊索组件每次停顿的时间相同，所述吊索组件每次停顿的时间为5秒，振动装置提升至地平面后停止，振动装置提升的过程中，所述高压水泵提供压力为2.5MPa，且其供水量为150L/min。步骤三、根据设计要求，确定重复步骤二的次数为3次；步骤四、转移吊索组件的位置，对其他需施工位置进行振动施工。步骤五，将排水管插入所施工的砂性土地基内，排水装置通过排水管进行排水。施工后检测，砂性土地基的承载力达到设计要求。
经计算分析，与目前国内外常用的施工方式相比，采用上述方法进行施工，节约的造价约为80元/m2，且施工工期可缩短50%以上，并且操作轻便安全。实施例3某砂性土地基，厚度为18-25米，粘粒含量8.5%，渗透系数2 X 10_3cm/s。设计要求:18米砂性土地基的承载力达到120KPa。步骤一:测量砂层密实深度:按照常规的方法，在所施工的砂性土地基上进行砂层密实深度测量，所述砂层密实深度为15米；步骤二:振动施工:使用实施例1所述的数头振冲器共振地基处理设备，槽钢的下方通过三个钢索与对应的振动装置连接，三个振动装置呈三角形分布，三个振动装置的间距为5米，每个振动装置与高压水泵连接，在所施工的砂性土地基上选定若干个需施工位置，所述需施工位置与振动装置的分布位置相适配，每个需施工位置的施工方法均相同，对于任一个需施工位置而言，其施工过程如下:步骤201、振动装置就位:每个振动装置对准当前对应的需施工位置；步骤202、振动装置下移:控制吊索组件下方振动装置垂直进入所施工的砂性土地基内，直至下降至所述砂层密实深度，振动装置下移的过程中，所述高压水泵提供压力，所述高压水泵提供的压力为7MPa，且其供水量为400L/min ；步骤203、振动装置提升:控制吊索组件下方振动装置提升，吊索组件提升相同的距离后停顿，所述提升相同的距离为60厘米，吊索组件每次停顿的时间相同，所述吊索组件每次停顿的时间为8秒，振动装置提升至地平面后停止，振动装置提升的过程中，所述高压水泵提供压力为5MPa，且其供水量为200L/min。步骤三、根据设计要求，确定重复步骤二的次数为8次；步骤四、转移吊索组件的位置，对其他需施工位置进行振动施工。步骤五，将排水管插入所施工的砂性土地基内，排水装置通过排水管进行排水。施工后检测，砂性土地基的承载力达到设计要求。经计算分析，与目前国内外常用的施工方式相比，采用上述方法进行施工，节约的造价约为60元/m2，且施工工期可缩短60%以上，并且操作轻便安全。实施例4某砂性土地基，厚度为28-35米，粘粒含量9%，渗透系数6 X 10_3cm/s。设计要求:28米砂性土地基的承载力达到140KPa。步骤一:测量砂层密实深度:按照常规的方法，在所施工的砂性土地基上进行砂层密实深度测量，所述砂层密实深度为25米；步骤二:振动施工:使用实施例1所述的数头振冲器共振地基处理设备，槽钢的下方通过三个钢索与对应的振动装置连接，三个振动装置呈三角形分布，三个振动装置的间距为8米，每个振动装置与高压水泵连接，在所施工的砂性土地基上选定若干个需施工位置，所述需施工位置与振动装置的分布位置相适配，每个需施工位置的施工方法均相同，对于任一个需施工位置而言，其施工过程如下:步骤201、振动装置就位:每个振动装置对准当前对应的需施工位置；步骤202、振动装置下移:控制吊索组件下方振动装置垂直进入所施工的砂性土地基内，直至下降至所述砂 层密实深度，振动装置下移的过程中，所述高压水泵提供压力，所述高压水泵提供的压力为14MPa，且其供水量为500L/min ；步骤203、振动装置提升:控制吊索组件下方振动装置提升，吊索组件提升相同的距离后停顿，所述提升相同的距离为80厘米，吊索组件每次停顿的时间相同，所述吊索组件每次停顿的时间为10秒，振动装置提升至地平面后停止，振动装置提升的过程中，所述高压水泵提供压力为7MPa，且其供水量为250L/min。步骤三、根据设计要求，确定重复步骤二的次数为10次；步骤四、转移吊索组件的位置，对其他需施工位置进行振动施工。步骤五，将排水管插入所施工的砂性土地基内，排水装置通过排水管进行排水。施工后检测，砂性土地基的承载力达到设计要求。 经计算分析，与目前国内外常用的施工方式相比，采用上述方法进行施工，节约的造价约为80元/m2，且施工工期可缩短50%以上，并且操作轻便安全。
权利要求
1.一种数头振冲器共振地基处理设备，包括设备主体、悬臂、吊索组件、槽钢、至少两个钢索和与钢索对应数量的振动装置，设备主体通过悬臂与吊索组件连接，吊索组件与槽钢的中间位置固定连接，槽钢的两侧与至少两个均匀布置的钢索连接，钢索的下方与对应的振动装置固定连接，所述振动装置为内设有以电机驱动的偏正转子的振冲器，所述振动装置设有进水口，所述进水口与高压水泵连接，其特征在于，所述每个振动装置与钢索之间设有缓冲抗振垫片。
2.如权利要求1所述的数头振冲器共振地基处理设备，其特征在于，所述缓冲抗振垫片的材料为橡胶。
3.如权利要求1所述的数头振冲器共振地基处理设备，其特征在于，所述相邻两个振动装置的间距与砂层深度、密实度和振动装置的功率相适配。
4.一种数头振冲器共振地基处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 步骤一:测量砂层密实深度:按照常规的方法，在所施工的砂性土地基上进行砂层密实深度测量； 步骤二:振动施工:使用权利要求1所述的数头振冲器共振地基处理设备，在所施工的砂性土地基上选定若干个需施工位置，所述需施工位置与振动装置的分布位置相适配，每个需施工位置的施工方法均相同，对于任一个需施工位置而言，其施工过程如下: 步骤201、振动装置就位:每个振动装置对准当前对应的需施工位置； 步骤202、振动装置下移:控制吊索组件下方振动装置垂直进入所施工的砂性土地基内，直至下降至所述砂层密实深度，振动装置下移的过程中，所述高压水泵提供压力； 步骤203、振动装置提升:控制吊索组件下方振动装置提升，吊索组件提升相同的距离后停顿，吊索组件每次停顿的时间相同，振动装置提升至地平面后停止，振动装置提升的过程中，所述高压水泵提供 压力。
步骤三、根据设计要求，确定重复步骤二的次数； 步骤四、转移吊索组件的位置，对其他需施工位置进行振动施工。
5.如权利要求4所述的数头振冲器共振地基处理方法，其特征在于，还包括步骤五，将排水管插入所施工的砂性土地基内，排水装置通过排水管进行排水。
6.如权利要求4所述的数头振冲器共振地基处理方法，其特征在于，所述砂层密实深度为3-25米。
7.如权利要求4所述的数头振冲器共振地基处理方法，其特征在于，所述振动装置下压的过程中，所述高压水泵提供的压力为4.9 14.7MPa，且其供水量为300L/min 500L/min0
8.如权利要求4所述的数头振冲器共振地基处理方法，其特征在于，所述振动装置提升的过程中，所述高压水泵提供的压力为2.4 7.4MPa，且其供水量为150L/min 250L/min0
9.如权利要求4所述的数头振冲器共振地基处理方法，其特征在于，所述吊索组件每次停顿的时间为5-10秒。
10.如权利要求4所述的数头振冲器共振地基处理方法，其特征在于，所述吊索组件每次停顿的时间与高压水泵提供的压力和吊索组件每次停顿时振动装置的电机产生的电流相适配。
全文摘要
本发明公开了一种涉及砂性土地基处理技术领域的数头振冲器共振地基处理设备及其方法。本发明包括设备主体、悬臂、吊索组件、槽钢、至少两个钢索和与钢索对应数量的振动装置，设备主体通过悬臂与吊索组件连接，吊索组件与槽钢的中间位置固定连接，槽钢的两侧与至少两个均匀布置的钢索连接，钢索的下方与对应的振动装置固定连接，所述振动装置为内设有以电机驱动的偏正转子的振冲器，所述振动装置设有进水口，所述进水口与高压水泵连接，所述每个振动装置与钢索之间设有缓冲抗振垫片。本发明施工方法简单、设计合理、实现方便且造价低、工效快、施工质量易于保证，能有效适用于砂性土地基处理过程且处理效果好。
文档编号E02D3/054GK103215944SQ201310121820
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月10日 优先权日2013年4月10日
发明者徐士龙, 徐望 申请人:上海港湾基础建设(集团)有限公司, 徐士龙, 徐望