本发明涉及一种水上桩基，尤其涉及一种散体桩、水下复合地基及其制造方法。
背景技术：
碎石桩是一种典型的复合地基加固方式，由德国工程师steuerman于1936年发明的振动水冲法发展而来的，最初仅用于砂基的挤密加固，经过数十年的发展，碎石桩已广泛应用于各类软基加固工程。碎石桩具有良好的竖向透水性，碎石垫层可以作为桩间土的排水通道加速土体固结，同时可以调整桩体与土体之间的应力分配，减少应力集中的现象，提高桩间土的后期强度，减少地基的变形量。
然而根据调研，普通碎石桩在应用于水下软土地基的过程中，其无法良好地应用于低强度的水下软土地基，且无法满足《港口工程地基规范》及《港口工程碎石桩设计与施工技术规程》规定，处理不排水抗剪强度小于30kpa的软基，要求在施工前通过现场试验确定其适用性，因此，通过采用袋装碎石作为散体桩来应用于水下软土地基，但在使用过程中发现，现有的散体桩容易出现碎石等填料刺破袋体而导致其移位变形，以致于无法较好的应用于水下软土地基加固的问题。
技术实现要素：
针对上述现有技术的缺点或不足，本发明要解决的技术问题是提供一种散体桩、水下复合地基及其制造方法，以较好的解决其无法应用于水下软土地基加固的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种散体桩，用于设置在水下，其包括：
碎石桩，设置在软土地基；
包裹在所述碎石桩的外表面的袋体；
所述散体桩还包括：至少一层复合设置于所述袋体的土工格栅，用于约束所述袋体周向的碎石。
与现有技术相比，由于本申请中的散体桩的袋体外侧复合设有土工格栅，并可约束袋体周向的碎石桩，因此通过土工格栅与袋体的相互配合，增强了散体桩的横向约束能力，可以防止碎石桩中的碎石等填料刺破袋体，同时即使袋体被碎石刺破，也可通过土工格栅对袋体的约束，避免碎石等填料逃逸，保持散体桩的形状，从而防止其出现移位变形，以增加散体桩的承载力，提升抗剪切能力和抗震性能，能够较好的适用于水下面积含水率极高的软土地基。
进一步的，所述土工格栅为多层，且沿所述袋体的周向呈网状结构贴合设置；相邻的两层土工格栅之间相互交错叠加设置。通过相互交错叠加的方式，使得形成的土工格栅的网眼大小较小，并使得其整体对袋体的约束更加均匀。
进一步的，所述袋体包括至少一层土工织物；所述土工织物的等效孔径在0.050mm至0.100mm之间，渗透系数在4×10-4cm/s至6×10-4cm/s之间，抗拉强度大于或等于3000n/m；所述土工织物的厚度不小于2mm，单位面积质量不小于250g/m2，以使得袋体的结构牢度在满足使用的情况下，可以保证散体桩的渗透性，减少散体桩在使用过程中受到的阻力，并最大限度地在防止袋体中的填料出现逃逸的同时，防止细土粒进入袋体中并淤堵散体桩。
进一步的，散体桩还包括：设置在所述袋体中的多个支撑圆环，用于在投掷碎石桩前约束所述袋体的周向形状，以通过其支撑袋体，防止袋体的轴向过长，其周向容易出现变形的现象。
进一步的，为了便于实际应用中的操作和装配，各支撑圆环均可悬挂的设置于所述袋体中，且相邻的两个相邻的两个支撑圆环之间可通过吊线连接。
进一步的，所述散体桩还包括：设置于所述支撑圆环中的滤网，以通滤网筛选出复合规格的碎石等填料，并使得填料在通过滤网后，其在袋体内的分布较为规整和密实，同时借助滤网的弹性作用，减缓部分碎石对袋体的冲击力。
进一步的，相邻的滤网之间沿水平方向等距间隔设有弹性布，以通过弹性布的回弹作用，减缓碎石等填料的冲击。
本申请还提供了一种水下复合地基，包括软土地基和分布设置于所述软土地基内的若干个上述散体桩。
本申请还提供了一种所述水下复合地基的制造方法，其包括如下步骤：
通过卫星定位系统确定需要设置所述散体桩的位置；
在桩管中通过固定于所述袋体上吊具沿着桩管的内壁铺设所述土工格栅和所述袋体复合后的复合袋体；
在所述桩管上放置振动管；
在所述桩管自沉后，通过振动或冲击荷载，将桩管挤入地层，在软土地基中成孔；
从开设在所述振动管上的投料口伸入进料管，并通过所述进料管向所述袋体填充填料；
然后在所述填料填充结束后，边击实、边上拔桩管,形成密实的碎石桩，以使所述碎石桩与袋体形成所述散体桩；
然后通过定位系统确定剩余散体桩的位置并进行布置，以与所述软土地基一起形成所述水下复合地基。
由上可知，通过上述步骤，使得散体桩的布局位置更加精确，同时借助进料管方便向袋体内填充填料，代替直接向袋体内投料的方式，使得投料的过程中，不影响桩管的振动和下沉作业。此外，通过进料管伸入袋体内，可使得碎石等填料在下落时朝向底端坠落，而极大的避免了其对袋体周向的冲击而造成袋体的损伤。
进一步的，所述吊具包括：吊环，用于固定所述袋体的上端；吊架，用于通过松放绳索控制所述吊环的悬挂。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1：本发明第一实施例中散体桩的结构示意图；
图2：本发明第一实施例中土工格栅的结构示意图；
图3：本发明第二实施例中复合袋体在悬挂时的剖面示意图；
图4：本发明第二实施例中散体桩的结构示意图；
图5：本发明第三实施例中复合袋体在悬挂时的剖面示意图；
图6：本发明第四实施例中复合袋体在悬挂时的剖面示意图；
图7：本发明第五实施例中水下复合地基制造方法的工作流程图；
图8：本发明第五实施例中散体桩的打桩示意图；
图9：本发明第五实施例中复合袋体在被吊架悬挂时的剖面示意图；
附图标记说明：土工格栅-1；袋体-2；碎石-3；吊环-4；弹性布-5；缓冲区间-6；支撑圆环-7；桩管-8；滤网-9；进料管-10；振动管-11；进料斗-12；振动锤-13；船舶-14；吊架本体-15；抓钩-16；吊线-17。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
如图1和图2所示，本发明的第一实施例提供了一种散体桩，其用于设置在水下，包括：设置在软土地基上的碎石桩、包裹在碎石桩的外表面的袋体2、至少一层复合设置于袋体2上并用于约束袋体2周向的碎石桩的土工格栅1等构成。
由上可知，由于本申请中的散体桩的袋体2外侧复合设有土工格栅1，并可约束袋体2周向的碎石桩，因此通过土工格栅1与袋体2的相互配合，增强散体桩的横向约束能力，可以防止碎石桩中的碎石3等填料刺破袋体2，同时即使袋体2被碎石3刺破，也可通过土工格栅1对袋体2的约束，避免碎石3等填料逃逸，保持散体桩的形状，从而防止其出现移位变形，以增加散体桩的承载力，提升抗剪切能力和抗震性能，能够较好的适用于水下面积含水率极高的软土地基。
具体地说，如图1所示，上述土工格栅1优选为两层，且沿袋体2的周向呈网状结构贴合设置。相邻的两层土工格栅1之间相互交错叠加设置。通过相互交错叠加的方式，使得形成的土工格栅1的网眼大小较小，并使得其整体对袋体2的约束更加均匀。需要说明的是，本实施例中的土工格栅1还可以为三层、四层等其他多层的。
相应的，上述袋体2包括至少一层土工织物；土工织物的等效孔径在0.050mm至0.100mm之间，渗透系数在4×10-4cm/s至6×10-4cm/s之间，抗拉强度大于或等于3000n/m；土工织物的厚度不小于2mm，单位面积质量不小于250g/m2，以使得袋体2的结构牢度在满足使用的情况下，可以保证散体桩的渗透性，减少散体桩在使用过程中受到的阻力，并最大限度地在防止袋体2中的填料出现逃逸的同时，防止细土粒进入袋体2中并淤堵散体桩。
如图1所示，在本实施例中，碎石桩中碎石3等填料的直径优选为2cm～5cm之间，以增强碎石桩的排水功能，减少碎石桩的阻力。并且，碎石3优选为球形、鹅卵石形等填料，以避免碎石3棱角刺破袋体2。
另外，本实施例中的碎石3可以选用级配碎石、分选后的建筑垃圾或加工处理后过的建筑垃圾等，以起到保护环境，降低散体桩生产成本的作用。
需要说明的是，如图3所示，在实际操作过程中，可然后利用吊架通过松放绳索控制吊环4的悬挂，上述袋体2和土工格栅1在复合后的复合袋体按设定的长度裁剪，并在袋体2的顶端开口绑扎一个吊环4，然后利用吊架通过松放绳索控制吊环4的悬挂，以便于后续的碎石等填料的填充。
此外，作为进一步的优选，本实施例中的袋体2内侧也可复合有单层或两层以上的土工格栅1，以使得复合袋体在填充碎石等填料时，填料与袋体2之间因土工格栅1的阻隔而保持相应的距离，以避免碎石等的棱角刺破袋体，同时还可以借助土工格栅1固定袋体2的形状。
更进一步地，本实施例中的单层土工格栅1的网眼大小优选为10cm*20cm，且单向抗拉强度不小于50kn。
本发明的第二实施例提供了一种散体桩，本第二实施例是对第一实施例的进一步改进，其改进之处在于，如图4和图5所示，散体桩还包括：设置在袋体2中的多个支撑圆环7，用于在投掷碎石桩前约束袋体2的周向形状，以通过其支撑袋体2，防止袋体2的轴向过长，且其周向容易出现变形的现象。需要说明的是，本实施例仅以支撑圆环7为五个为例作说明，而对支撑圆环7为两个、三个等其他个数的不作具体的限定和说明。
并且，为了便于实际应用中的操作和装配，各支撑圆环7均可悬挂的设置于袋体2中，且相邻的两个相邻的两个支撑圆环7之间可通过吊线17连接。
如图5所示，散体桩还包括：设置于支撑圆环7中的滤网9，以借助滤网9筛选出符合规格的碎石3等填料，并使得填料在经过滤网9后，其在袋体2内的分布较为规整和密实，同时借助滤网9的弹性作用，减缓部分碎石3对袋体2的冲击力。
此外，需要说明的是，本实施例中的各支撑圆环7中的滤网沿袋体2的轴向从上至下依次减小，从而使得位于不同高度的滤网可以过滤不同规格的碎石等填料，以满足不同土质层的软土地基的应用要求。相应的，各支撑圆环之间距离也可以根据不同土质层的厚度相适配。
本发明的第三实施例提供了一种散体桩，本第三实施例是对上述任意一实施例的进一步改进，其改进之处在于：如图6所示，相邻的滤网9之间沿水平方向等距间隔设有弹性布5，以通过弹性布5的回弹作用，减缓碎石3等填料的冲击。
具体地，本实施例中，在袋体2的轴向上，相邻的两个支撑圆环7之间形成缓冲区间6，且各缓冲区间6内的弹性布5相互平行，同时各弹性布5均与水平方向，即垂直于袋体2的轴向之间呈夹角设置，优选为45度，以使得大部分碎石3等填料通过滤网9后，可以撞击弹性布5，从而通过弹性布5的弹性作用减缓碎石3等填料的冲击力。
更进一步地，相邻的两个缓冲区间6内的弹性布5对称设置，以使得碎石3可以不断的受到各缓冲区间6内弹性布5的缓冲作用，并防止碎石3在各缓冲区间6内出现堆积的现象。
详细地，本实施例中弹性布5可优选为成本造价低、抗裂强度高和弹性性能优异的尼龙布、无纺布等。
并且，各缓冲区间6内的弹性布5的数量优选为两个，且各弹性布5与对应的支撑圆环7保持足够的设定距离，以防止部分滤网因弹性布的阻挡而无法流通碎石等填料。
本发明的第四实施例提供了一种水下复合地基，包括上包括软土地基和分布设置于软土地基内的若干个上述实施例中任意一项的散体桩。
由上可知，由于水下复合地基中的散体桩的袋体2外侧复合设有土工格栅1，并可约束袋体2周向的碎石3，因此通过土工格栅1与袋体2的相互配合，增强散体桩的横向约束能力，可以防止碎石3等填料刺破袋体2，同时即使袋体2被碎石3刺破，也可通过土工格栅1对袋体2的约束，避免碎石3等填料逃逸，保持散体桩的形状，从而防止其出现移位变形，以增加散体桩的承载力，提升抗剪切能力和抗震性能，能够较好的适用于水下面积含水率极高的软土地基，进而使得形成的水下复合地基较为稳固。
并且，在本实施例中，各散体桩的位置布局可以根据设计要求呈正三角形、方形或矩形间隔设置，以使得形成的水下复合地基的结构更加稳固。
并且，作为优选的方式，本实施例中的各散体桩的间隔设置的距离为1.6～4m，并且散体桩的桩长不大于50m。
本发明的第五实施例提供了一种水下复合地基的制造方法，如图7所示，包括如下步骤：
步骤s1：通过卫星定位系统确定需要设置散体桩的位置；
步骤s2：在桩管8中通过固定于袋体2上吊具沿着桩管8的内壁铺设上述任一实施例中土工格栅1和袋体2复合后的复合袋体；
步骤s3：在桩管8上放置振动管11；
步骤s4：在桩管8自沉后，通过振动或冲击振动管11，将桩管8挤入地层，在软土地基中成孔；
步骤s5：从开设在振动管11上的投料口伸入进料管10，并通过进料管10向袋体2填充填料；
步骤s6：然后在填料填充结束后，边击实、边上拔桩管8,形成密实的碎石桩，以使碎石桩与袋体2形成散体桩；
步骤s7：然后通过定位系统确定剩余散体桩的位置并依前述步骤进行布置，以与软土地基一起形成水下复合地基。
由上可知，通过上述步骤，使得散体桩的布局位置更加精确，同时借助进料管10方便向袋体2内填充填料，代替直接向袋体2内投料的方式，使得投料的过程中，不影响桩管8的振动和下沉作业。此外，通过进料管10伸入袋体2内，可使得碎石3等填料在下落时朝向底端坠落，而极大的避免了其对袋体2周向的冲击而造成袋体2的损伤。
具体说，如图7所示，在步骤s1中还包括以下步骤：在施工过程中，利用卫星定位系统进行测量定位，用锚缆进行移船的方式，将待施工的船舶14精确移动至施工位置，误差不超过5cm。
在步骤s2中还包括以下步骤：在甲板面上将符合规格要求的上述袋体2按设定的长度裁剪，并在袋体2的顶端开口绑扎一个吊环4，然后利用吊架通过松放绳索控制吊环4的悬挂，将袋体2从桩管8底部提升至桩管8内部，以使得袋体2沿着内壁铺设完毕后，关闭桩管8底部的活动瓣。
另外，作为优选的方式，如图3所示，在步骤s2中还可以包括以下步骤：在袋体2沿着内壁铺设完毕后，并在关闭桩管8底部的活动瓣前，通过吊架将支撑圆环7悬挂在袋体2，各支撑圆环7和弹性布5在重力和吊线17的作用下自由展开，且各支撑圆环7并在袋体2内部内的不同高度撑开袋体2的轴向，以使得袋体2为圆柱型结构。
作为优选的方式，本实施例的步骤s4中是通过振动锤13锤击振动管11的方式，将桩管8挤入地层。
在步骤s5中还包括以下步骤：如图8所示，在通过进料管10向袋体2填充填料的过程中，填料由储料仓，并经皮带机送至计量斗，再由计量斗运输至提升斗，然后通过提升斗将碎石3料提升至与进料管10开口端相连的进料斗12上方投料，以使得填料经由进料管10进入袋体2内部形成碎石桩，并防止填料过程中出现外泄的现象。
在步骤s6中还包括以下步骤：在填料完毕后，打开桩管8底部活动瓣，并通过吊架自动松放袋体2和支撑圆环7后，振动上拔桩管8至甲板，完成该散体桩的布置。
另外，值得一提的是，如图9所示，本实施例中的吊架主要由吊架本体15、设置在吊架本体15上的可转动的抓钩16、设置在吊架本体15上并用于控制抓钩16转动的驱动机构(图中未标示)所构成，吊环4和支撑圆环7可通过相应的吊线17连接的挂环套在抓钩16上，当抓钩16在驱动机构的作用下转动并松懈时，挂环自动脱落，从而完成袋体2和支撑圆环7松放。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限定，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围。