本发明涉及一种纵横立体分层增压排水地基处理方法，尤其适用于对软土地基的处理，属于岩土工程技术领域。
背景技术：
软土在我国大多分布在东南沿海，按地质成因软土又分为：滨海环境沉积。海陆过度环境沉积(三角洲沉积)、河流环境沉积、湖泊环境沉积与沼泽环境沉积。随着人类社会的生产发展和人口密度的不断增长，越来越多得软土将作为建筑物地基。软土作为地基或其他用途时，需要对其进行加固处理，由于软土具有高含水量、高孔隙比和高流塑性等性质，目前针对此类工程，排水固结法是一种常用的地基处理办法。但其具有工期长、造价高、施工作业复杂的特点。为提高地基处理效率，提高地基处理效果(加速地基排水，提高工后承载力，减小工后不均匀沉降)，急需一种新方法处理软土地基。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，而提供一种纵横立体分层增压排水地基处理方法，该方法简单，可加速排水，大大增加地基处理效率；土层处理均匀，可有效减小工后不均匀沉降；缩短工期，降低工程造价。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种纵横立体分层增压排水地基处理方法，包括以下步骤：
(1)向待处理的地基中打设竖向的排水体，使排水体在待处理的地基中形成纵向排水通道；在待处理的地基的表层铺设一层水平透水层，在水平透水层的顶部铺设一层重力荷载层，排水体的顶端埋设于水平透水层中；在水平透水层的一侧挖设一条集水沟，集水沟配设有水泵；
(2)步骤(1)中重力荷载层铺设完成后，钻孔设备就位，在预订孔位穿过重力荷载层、水平透水层向待处理的地基中进行钻孔，然后将旋喷设备的导气杆钻入孔中(可同时进行2-4孔施工)，导气杆的末端连接着喷气杆，导气杆无喷气孔，喷气杆具有三排相互平行的喷气孔，三排喷气孔在喷气杆上竖向分布；
(3)步骤(2)中的导气杆及喷气杆钻设完成后，将空压机及气溶胶发生装置与旋喷设备进行连接：将气溶胶发生装置的输入端与空压机的输出端相连接，输出端与旋喷设备的输入端相连接；
(4)步骤(3)中的气溶胶发生装置、空压机、旋喷设备连接完成后，向气溶胶发生装置中加入固态或液态气溶胶，加水，然后打开空压机、气溶胶发生装置、旋喷设备；空压机输出高压气体至气溶胶发生装置，将固态或液态气溶胶制成气雾状气溶胶，再输出至旋喷设备的导气杆内；气雾状气溶胶从喷气杆竖向分布的三排喷气孔旋喷出，在待处理土层中形成多层水平通道；水平通道两侧水排入水平通道，顺气流方向流至竖向的排水体中，从而向上流入水平透水层，再流入集水沟，最终通过水泵将水排至指定地点；
一次施工形成三层，每预定孔位不止施工一次，当施工完一次后，可提升杆件至下一深度，继续下一次施工，又形成三层，以此类推，预定孔位周围形成多层水平通道。
上述技术方案中，步骤(1)中，所述的待处理的地基，优选为待处理的软土地基。
上述技术方案中，步骤(1)中，所述的排水体，优选为排水板、普通砂井、袋装砂井或塑料竖向排水体中的任意一种；如果排水体为排水板，则将排水板的端部50cm-80cm的长度弯折成90°后埋入水平透水层中。
上述技术方案中，步骤(1)中，所述的水平透水层，为砂或碎石垫层，由于砂或碎石的物理力学性质，工程中认其为透水层；水平透水层厚度一般不少于30cm，厚度一般在30～60cm。
上述技术方案中，步骤(1)中，所述的重力荷载层，一般采用塘渣堆载，在水平透水层上方；厚度可比堆载预压法适当减少，具体厚度根据处理要求进行设计，一般不少于1m。
上述技术方案中，步骤(1)中，所述的集水沟，一般布置在施工场地边线附近(水平透水层的一侧)，一般与水平透水层形成通路；水沟没有明确要求，可根据预估出水量进行设计，一般深度1.0～1.5m×高度1.0～1.5m为宜。
上述技术方案中，所述的排水体，在待处理的地基中按照正方形或者等边三角形顶点位置分布，密度符合本领域的规范要求即可；而预订孔位，位于正方形或者等边三角形的中心位置。
上述技术方案中，步骤(2)中，所述的导气杆和喷气杆通过内螺纹连接为一体，导气杆可为多节(由深度决定，一般导气杆与喷气杆长度约4m，在深度较深位置，需接节)，喷气杆只有一节(最下一节，深度一般在排水体底部往上一米处为起始处)。
上述技术方案中，步骤(2)中，所述的喷气杆，具有三排相互平行的喷气孔，三排喷气孔在喷气杆上竖向分布：每排喷气孔的数量一致、位置对称；每一排具有两个喷气孔，互成180°，总共6个孔，三排喷气孔在水平投影上看互成120°；喷气孔上下排间距1m，孔径5mm。
上述技术方案中，步骤(2)中，所述的喷气孔，外设单向片，避免停止喷气时产生逆流，堵塞喷气孔。
上述技术方案中，步骤(4)中，所述固态或液态的气溶胶优选为聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺与水的质量比为1-10:10000，优选为4-8:10000，进一步优选为6:10000；采用有机与无机分子线性链接结合而成，具有亲水性，能有效结合软土层中的自由水，从而顺着气流将水排至排水体；气溶胶溶液经气溶胶发生装置而形成的气雾状气体，气溶胶具有加速土体排水的效果，且对环境友好。
上述技术方案中，步骤(4)中，空压机输出高压气体，根据工程数据表明，水平通道半径的大小与空压机输出压力有关，最经济效率压强为1.2～1.6mpa。
上述技术方案中，步骤(4)中，旋喷设备可定时、定速、多次分层的将气雾状气溶胶水平喷入土层中，每次时间控制在2-3分钟，旋转速度控制在不大于20转/min，每层喷射厚度控制在不大于30cm，每层间距控制在80-120cm；
在岩土工程中，尽可能不破坏原状土的物理性质，所以要求每层厚度与每层间距，每层的层间距可认定为喷气孔的竖向间距；喷气孔的孔径的大小影响每层厚度，一般2～5mm的孔径可满足施工要求；空压机压强一般影响半径大小。
本发明中，所用到的设备可以为本领域的传统的、常规的、市售的设备，比如旋喷设备为高压旋喷桩施工设备，气溶胶发生装置为工业高压雾化容器；但是气溶胶发生装置优选为cn106869109a(2017101998095一种用于软土地基扰动处理工序配套的气溶胶发生装置)中的气溶胶发生装置；但气溶胶发生装置为该专利中的装置时，因为该气溶胶发生装置本身包括有空压机，所以无需再连接额外的空压机了，保证该装置的空压机输出压强在1.2～1.6mpa之间就可以使用。
本发明的纵横立体分层增压排水地基处理方法，其工作原理为：通过向地基内增设多个永久性竖向排水体与临时分层水平向排水层，形成纵横立体排水通道，高压气体易从竖向排水体中向上将水带出，从而将形成纵横通道内与外界土体间正负压差，即分层增压，由于正负压差的持续存在，使得待处理土层不断地排水至纵横通道，高压气体再将水通过竖向排水体带出，往复循环。
本发明技术方案的优点在于：该方法简单，可加速排水，大大增加地基处理效率；土层处理均匀，可有效减小工后不均匀沉降；缩短工期，降低工程造价。
附图说明
图1：本发明方法的工艺流程图；
图2：本发明方法中喷气杆旋喷时的平面示意图；
图3：本发明方法中导气杆与喷气杆的连接示意图；
图4：本发明方法中喷气杆上的喷气孔与单向片的示意图；
图5：本发明方法中喷气杆上的喷气孔的示意图；
图6：本发明方法中喷气杆上的喷气孔的水平投影示意图；
其中：1为空压机及气溶胶发生装置，2为旋喷设备，3为导气杆，4为喷气杆，5为排水体，6为喷气孔，7为水平通道，8为待处理的地基，9为重力荷载层，10为水平透水层，11为集水沟，12为水泵，13为旋转方向，14为单向片。
具体实施方式
以下对本发明技术方案的具体实施方式详细描述，但本发明并不限于以下描述内容：
以下实施例中，所用到的设备可以为本领域的传统的、常规的、市售的设备，比如旋喷设备为高压旋喷桩施工设备；气溶胶发生装置优选为cn106869109a(2017101998095一种用于软土地基扰动处理工序配套的气溶胶发生装置)中的气溶胶发生装置，但气溶胶发生装置为该专利中的装置时，因为该气溶胶发生装置本身包括有空压机，所以无需再连接额外的空压机了，保证该装置的空压机输出压强在1.2～1.6mpa之间就可以使用了。
实施例1：
一种纵横立体分层增压排水地基处理方法，流程图如图1所示，包括以下步骤：
(1)向待处理的软土地基8中打设竖向的排水体5，排水体为spb-b型排水板，正方形布置，深度20m，间距1.0m；将spb-b型排水板50cm长的端部弯折成90°后，埋入软土地基表层上碎石垫层构成的水平透水层中，水平透水层厚度50cm；在水平透水层10的顶部铺设一层重力荷载层9，为塘渣堆载，厚度1.5m；在水平透水层的一侧挖设一条集水沟11，深度1.5×宽度1.0m；集水沟配设有水泵12，每隔50m设置一台水泵；。
(2)步骤(1)中重力荷载铺设完成后，钻孔设备就位，如图2所示，因喷气孔旋喷喷射半径影响方位平面投影为圆，预定孔位即该圆心位置且在4个排水体围成的几何图形中心点；在预订孔位穿过重力荷载、水平透水层向待处理的地基中进行钻孔，然后将旋喷设备2的导气杆3钻入孔中(可同时进行2-4孔施工)，导气杆的末端连接着喷气杆4；导气杆钻入后，可采用常用方法(利用铁钳钳口与钳柄卡住管外侧，利用机器机械旋转)使导气杆脱离钻头，如果导气杆的长度还未到达设计深度，则继续接导气杆；如果达到设计深度，则接喷气杆。
所述的导气杆3和喷气杆4通过内螺纹连接成一体，如图3所示；导气杆可为多节(由深度决定，一般导气杆与喷气杆长度约4m，在深度较深位置，需接节)，喷气杆只有一节(最下一节，深度一般在排水体底部往上一米处为起始处)；由于一次只能处理3层，所以每次施工完后，提升杆件至下一深度，继续上述施工。
导气杆无喷气孔，喷气杆具有三排相互平行的喷气孔6，每排喷气孔的数量一致、位置对称，三排喷气孔在喷气杆上竖向分布，如图5所示；每一排有两孔，互成180°，总共6个孔，三排喷气孔在水平投影上看互成120°，如图6所示；喷气孔上下排间距1m，孔径5mm。喷气孔外设单向片14，如图4所示，避免停止喷气时产生逆流，堵塞喷气孔。
(3)步骤(2)中的导气杆及喷气杆钻设完成后，将cn106869109a中的气溶胶发生装置1与旋喷设备2的输入端相连接，该气溶胶发生装置包括有空压机，所以无需额外配设空压机了；
(4)步骤(3)连接完成后，向气溶胶发生装置中加入聚丙烯酰胺，加水，聚丙烯酰胺与水的质量比为6:10000；利用空压机的压强(压强为1.6mpa)制成气雾状气溶胶后再输出至旋喷设备的导气杆内；气雾状气溶胶从喷气杆竖向分布的三排喷气孔6喷出，在待处理土层8中形成多层水平通道7，旋喷设备可定时、定速、多次分层的将气雾状气溶胶水平喷入土层中，每次时间控制在2分钟，旋转速度控制在20转/min，每层厚度控制在20cm，每层间距控制在100cm；水平通道两侧水排入水平通道，顺气流方向至竖向的排水体5；当第一层高压气体通过竖向的排水体排出后，形成真空负压，第二层、第三层高压气体分别转过120°、240°后，又将高压气体输送至竖向的排水体(如图2所示，每次形成三层水平排水通道，第一层是指三层中的最上一层，旋转方向13按内螺旋(杆件之间连接)拧紧方向选择)，从而形成在水平通道、竖向排水体内与待处理土层之间的三次正负压差，起到多重增压的效果，由于正负压差的持续存在，使得待处理土层不断地排水至水平通道，高压气体再将水通过竖向排水体带至水平排水层。水从5竖向排水体向上流入10水平透水层，再流入11集水沟，最终通过12水泵将水排至指定地点；
按照本发明方法施工后，按照三个指标：施工期(5个月)内水泵排水计量、施工期地基沉降、工后承载力评价本方法：施工期平均每天排水量约230m3，约为传统方法(同等条件下堆载预压法9个月)的1.5倍；同一区域的地基沉降量约为1.5m，约为传统方法(同等条件下堆载预压法9个月)的1.6倍；工后承载力场地平均约为8-10t，较为平均，约为传统方法(同等条件下堆载预压法9个月)的1.1-1.3倍。
上述实例只是为说明本发明的技术构思以及技术特点，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。