一种竖横向排水系统及施工方法与流程

本发明涉及一种采用排水固结法软弱地基所需的排水通道，特别涉及一种竖向、横向均有排水通道的竖横向排水系统及施工方法。

背景技术：

目前，在高速公路、高速铁路、公路拓宽、市政、机场、路堤坝、挡土墙、港口等软基处理方法中，排水固结法是一种技术最成熟、应用时间最长、应用最广的软基处理方法，通过在地基中打设竖向沙井或塑料排水带，通过真空预压或堆载预压等方法施加上部荷载，增加地基土体的总应力，根据太沙基的有效应力原理，随着土中水随沙井或塑料排水带等排水通道排出后，土中的孔隙水压力逐渐减小，有效应力逐渐增加，固结度逐渐增大，土体的剪切强度和承载能力逐渐增加达到设计要求，即可进行地基上部建筑的施工工作。

总所周知，土中水的挤压排出过程是一个漫长的过程，影响土中水排出的主要因素有土的性质、排水路径的长短、施加的总应力大小等因素，在实际工程中，由于所施加的上部荷载总是有限，采用的排水路径往往都是单一的沙井或塑料排水带等竖向排水通道，排水通道间的土体中的孔隙水需要经过一个比较长的排水路径才能达到竖向排水通道，因此工程中，预压时间一般较长，甚至会达到几年左右。固结度理论计算表明，在其它条件都相同的情况下，当排水路径缩短1倍时，达到相同固结度所需要的时间将会缩短4倍，固结时间与排水路径的平方成反比。鉴于在地基土中设置横向排水通道的难题加大，故实际工程中还没有横向排水通道应用的情况。当前，有关横竖向均能排水的相关专利有：立体排水体及其施工方法(专利号ZL 201110101665.8)、挡土墙墙后填土中的立体排水系统(专利号ZL 200620049192.6)、预压法处理软土地基所用的立体排水体(专利号ZL 201120120733.0)、一种用于吹填淤泥加固的竖向立体排水装置及使用方法(申请号CN201610195510.8，实质审查)和一种立体复合塑料排水板(专利号ZL 201320558931.4)等，然而该些立体排水的结构构件是以金属构件为主，处理的软土深度有限，多以处理表层软土为主，造价相对较高。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种合理可行的、易于操作的竖横向排水系统施工方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的:竖横向排水系统，包括竖横向排水筒，竖横向排水筒由竖向的排水柱、横向的塑料排水带组成，其中排水柱为主排水通道，它将吸收的水分传递至上部垫层，塑料排水带为次要排水通道，将吸水的水分传递给竖向排水柱；采用高强度胶体将塑料排水带固定在排水柱的芯柱的翼缘面上，并在排水柱外周缠绕，末端采用低强度胶体粘结，一个断面只粘结一个塑料排水带，并按螺旋状等间距粘结塑料排水带于排水柱外周。

作为优选：所述排水柱为空心圆柱体，由空心星形芯柱、透水薄膜和三角形排水通道组成，其中芯柱是由高密度聚乙烯压制而成的，透水薄膜为土工布，利用高强度胶体将透水薄膜黏贴于芯柱的翼缘面上，透水薄膜与芯柱星形接口组成了三角形排水通道。

作为优选：所述塑料排水带为双面反滤排水带。

竖横向排水系统的施工工法，施工步骤如下：

1)根据设计竖向打设深度和横向扩散范围，截取相对应长度的排水柱和塑料排水带，并按照塑料排水带截面大小在排水柱上按照螺旋等间距的方式割去相应截面大小的透水薄膜，露出芯板翼缘面，采用高强度胶体将塑料排水带芯板与排水柱芯板翼缘面粘结，之间的缝隙采用土工布粘合；

2)在排水柱外周缠绕塑料排水带，形成用于打设的排水筒，末端采用低强度胶体粘结好，粘结强度以塑料排水带紧裹排水柱、无松垮为准；

3)适当改装钻机，使得钻杆的内径适当大于竖横向排水筒的最大直径，钻杆下部外侧带有螺旋钻叶，钻叶的直径为钻杆直径的两倍；

4)提升钻杆离地面一定高度，将拼装好的竖横向排水筒从钻杆下部开孔处插入其中，排水筒的拼接采用高强度胶体粘结排水柱芯柱，粘结处再采用透水薄膜黏贴外表并在排水筒末端粘结塑料管靴，保证钻杆下钻时不会进入泥土；

5)开启钻机，钻入钻杆至设计深度，再旋转上拔钻杆而竖横向排水筒留在地基中；

6)将地面上露出的排水筒剥去外部透水薄膜露出星形芯板，将其固定在高速转机上，开机进行高速离心旋转，缠绕的塑料排水带在强大离心力作用下钻入周围土体内，最终形成纵横向排水系统；

7)移机就位于下一个位置，重复步骤4～6完成竖横向排水系统的施工。

本发明的有益效果是:

在排水筒打入地基后采用高速转机高速旋转排水柱的芯柱，缠绕粘结在排水柱外周的塑料排水带受到强大离心力作用而向周围土体内延伸，最终形成了纵横向都有排水通道的孔隙水排水系统，大大减小了孔隙水的排水路径，成倍降低了固结时间，缩短了上部荷载预压时间，缩短了工期。

本发明采用的排水筒打设机是由小功率钻机改装而成的，采用小直径钻杆，其内径稍大于排水筒的最大直径，保留钻杆下部的螺旋钻叶，打设排水筒时钻杆螺旋下钻，使得周围土体受到挠动，上拔钻杆时也要螺旋上拔，从而大大减小了周围土体对排水筒的挤压力，排水筒在高速旋转离心力作用下能够更容易的延伸到周围土体中，形成横向排水通道，塑料排水带在地基内呈螺旋状向各个方向伸展，使得深厚软土地基每隔一定厚度就有横向排水通道，筒间土中的孔隙水通过横向排水通道，流入竖向排水通道，无需经过较长的排水路径到达竖向排水通道。

本发明使用的钻杆下部开口，排水筒从下部开口处上插入钻杆内，末端设置管靴，管靴与排水筒的连接也采用高强度胶体粘结，管靴与钻杆口吻合顶紧，防止下钻时泥沙进入钻杆内，保证下一排水筒的顺利打设，旋转出来的泥土要及时清理，保证施工场地的整洁。

本发明可以直接用于真空预压、堆载预压或真空堆载联合预压等排水固结方法中，与传统排水固结法所不同只是排水系统不同，在地基中增加了横向排水通道，加速了排水，而上部垫层的设置、抽真空、堆载等步骤与传统方法相同。

本发明采用了传统排水固结法中未使用的竖向排水柱，其芯柱的横截面是空心星状体，类似于齿轮，芯柱强度很大，芯柱采用高速转机旋转时能够更加牢靠的连接，传递旋转离心力；芯柱最外为平整的翼缘面，具有一定的宽度，不仅是透水薄膜的粘结面，还是与横向塑料排水带的粘结面，其宽度为塑料排水带芯带的宽度，芯柱外翼缘面的在一定程度上决定了本发明的成败与否。

本发明克服了传统排水固结法中排水通道设置单一、排水路径较长的缺陷，研制了纵横向排水系统及其施工打设方法，可直接用于现有的排水固结法处理软土地基工程中。

附图说明

图1为竖横向排水系统示意图；

图2为纵横向排水效果简图；

图3为A-A剖面图：竖横向排水筒伸展图；

图4为塑料排水带缠绕图；

图5为钻杆下部插入排水筒简图；

附图标记说明：1-竖横向排水筒、2-排水柱、3-塑料排水带、4-芯柱、5-管靴、6-透水薄膜、7-三角形排水通道、8-翼缘面、9-垫层、10-螺旋钻叶、11-钻杆。

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5所示，本实施例的竖横向排水系统，包括竖横向排水筒1，竖横向排水筒1由竖向的排水柱2、横向的塑料排水带3组成，其中排水柱2为主排水通道，它将吸收的水分传递至上部垫层9，塑料排水带3为次要排水通道，将吸水的水分传递给竖向排水柱2；采用高强度胶体将塑料排水带3固定在排水柱2的芯柱4的翼缘面8上，并在排水柱2外周缠绕，末端采用低强度胶体粘结，一个断面只粘结一个塑料排水带3，并按螺旋状等间距粘结塑料排水带3于排水柱2外周。

所述排水柱2为空心圆柱体，由空心星形芯柱4、透水薄膜6和三角形排水通道7组成，其中芯柱4是由高密度聚乙烯压制而成的，透水薄膜6为土工布，利用高强度胶体将透水薄膜6黏贴于芯柱4的翼缘面8上，透水薄膜6与芯柱4星形接口组成了三角形排水通道7。所述塑料排水带3为双面反滤排水带。

本实施例的竖横向排水系统的施工工法，施工步骤如下：

1)根据设计竖向打设深度和横向扩散范围，截取相对应长度的排水柱2和塑料排水带3，并按照塑料排水带3截面大小在排水柱2上按照螺旋等间距的方式割去相应截面大小的透水薄膜6，露出芯板翼缘面8，采用高强度胶体将塑料排水带3芯板与排水柱2芯板翼缘面8粘结，之间的缝隙采用土工布粘合；

2)在排水柱2外周缠绕塑料排水带3，形成用于打设的排水筒，末端采用低强度胶体粘结好，粘结强度以塑料排水带3紧裹排水柱2、无松垮为准；

3)适当改装钻机，使得钻杆11的内径适当大于竖横向排水筒1的最大直径，钻杆11下部外侧带有螺旋钻叶10，钻叶的直径为钻杆11直径的两倍；

4)提升钻杆11离地面一定高度，将拼装好的竖横向排水筒1从钻杆11下部开孔处插入其中，排水筒的拼接采用高强度胶体粘结排水柱2芯柱4，粘结处再采用透水薄膜6黏贴外表并在排水筒末端粘结塑料管靴5，保证钻杆11下钻时不会进入泥土；

5)开启钻机，钻入钻杆11至设计深度，再旋转上拔钻杆11而竖横向排水筒1留在地基中；

6)将地面上露出的排水筒剥去外部透水薄膜6露出星形芯板，将其固定在高速转机上，开机进行高速离心旋转，缠绕的塑料排水带3在强大离心力作用下钻入周围土体内，最终形成纵横向排水系统；

7)移机就位于下一个位置，重复步骤4～6完成竖横向排水系统的施工。

结合图3、4所示的空心星形芯柱4形状，设计塑材压制模板，将高密度聚乙烯材料压制成型，采用高强度胶体将透水薄膜6黏贴在芯柱4的外翼缘面8上，透水薄膜6要保持拉紧状态，无松垮现象，透水薄膜6与星形截面形成了三角形排水通道7；根据选用的塑料排水带3的横截面尺寸，在排水柱2翼缘面8上割去相应大小的透水薄膜6，将塑料排水带3粘结于翼缘面8上，粘结处采用透水薄膜6粘结密封，塑料排水带3的粘结方式采用如图1、3所示的螺旋等间距连接；将连接好的塑料排水带3缠绕在排水柱2外周，在塑料排水带3端部采用低强度胶体粘结，以塑料排水带3紧裹排水柱2、无松垮、拆散为准，此时变形成了单位长度的竖横向排水筒1；根据设计打设长度，连接单位长度的竖横向排水筒1，连接时芯柱4要对其，保证三角形排水通道7的畅通，然后采用高强度胶体粘结，并在粘结处再粘结透水薄膜6保证连接处密封；适当改装小功率钻机，使得钻杆11的内径适当大于竖横向排水筒1的最大直径，将连接好的竖横向排水筒1从带有螺旋钻叶10的钻杆11底部出入其中，在末端粘结塑料管靴5，管靴5的直径大于钻杆11直径，且管靴5与钻杆11口吻合顶紧，如图5所示；开机螺旋钻进打设竖横向排水筒1至设计深度后，再螺旋上拔钻杆11，清理掉上拔旋转出的泥土，在筒位处架立高速转机，将露出的竖横向排水筒1剥去透水薄膜6，将芯柱4固定在高速转机的旋转齿轮上，开机高速旋转芯柱4，下部塑料排水带3在强大离心力作用下逐渐向四周土体内延伸，形成如图1、2所示的竖横向排水系统。