本发明属于软土地基处理领域，具体涉及一种堆载预压下内带吸水膨胀材料的排水板装置及方法。
背景技术
堆载预压法经常被用于软土地基处理，特别是沿海、吹填地区，而在使用堆载预压法进行地基处理时，塑料排水板又经常被用作排水通道。
在堆载预压时，土体上部堆载对土体产生附加应力，下部土体中产生超孔隙水压，土体中的孔隙水进入塑料排水板中，再经由排水板中的排水通道排出地表。地基在排水过程中发生固结，土体强度逐渐增加，达到地基强化的效果。
但是现在广泛使用的堆载预压法排水主要存在以下几个问题：
1.一般来说，堆载预压所需的荷载较大，而往往地基处理的面积也很大，因此堆载和卸载的过程需要很大的工程量。
2.根据土力学原理，由于应力扩散角的存在，上部堆载对上层土体影响较大，产生的附加应力较大，超孔隙水压较大，排水较快；但是对于深层土体，产生的附加应力较小，超孔隙水压也较小，排水较慢。该方法对深层土体的排水加固效果不佳。
3.堆载预压法处理软土地基往往需要耗费很长的时间，对于工程建设的效率很不利，因此，加速这一排水过程尤为重要。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对堆载预压法处理软土地基的不足，提出了一种堆载预压下内带吸水膨胀材料的排水板装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种堆载预压下内带吸水膨胀材料的排水板装置，其包括若干块吸水膨胀排水板，吸水膨胀排水板呈排状间隔打设于待处理的软土地基中，且相邻的两块吸水膨胀排水板之间夹持的软土地基地表面堆载有预压土；所述的吸水膨胀排水板由塑料排水板、吸水膨胀材料和织物层组成，所述的吸水膨胀材料包裹于织物层中，其两侧分别通过塑料排水板夹持形成三明治结构；且吸水膨胀材料两侧的塑料排水板横向不固定，在吸水膨胀材料膨胀时具有横向向外移动的自由度。
本发明中，吸水膨胀材料是在在材料吸水后，体积能够膨胀的材料，其可以采用现有技术中任何具有此种性质的材料，例如吸水树脂(superabsorbentpolymer，sap)。
作为优选，所述的吸水膨胀材料以袋装形式包裹于织物层中，使得吸水膨胀材料不会在膨胀过程中漏出，能够对排水板形成有效的扩张推力。
作为优选，所述的织物层采用透水材料制成。进一步的，所述的织物层可以采用土工布，以减小成本。
作为优选，所述的吸水膨胀排水板的顶部与软土地基的地表面平齐，以便于地表的施工操作。
作为优选，所述的吸水膨胀排水板在地面下方的埋设深度与待处理的软土地基深度相同，使得排水板能够对整个待处理深度的土层均匀地施加附加应力。
作为优选，所述的吸水膨胀排水板均垂直打入软土地基中，同一排吸水膨胀排水板的板面平行且逐块正对，使该排吸水膨胀排水板跨度内的土层均能够得到有效地处理。
作为优选，所述的塑料排水板上开设有透水的孔洞。
本发明的另一目的在于提供一种利用上述装置的软土地基堆载预压排水方法，其步骤如下：
1)将所述的吸水膨胀排水板逐块打入待处理的软土地基中，且吸水膨胀排水板呈排状分布，覆盖所有待处理的软土地基区域；
2)在相邻的两块吸水膨胀排水板之间夹持的软土地基地表面上方堆载预压土，利用预压土的荷载对软土地基土体产生附加应力，使地基中的水通过塑料排水板被吸水膨胀材料吸收；
3)吸水膨胀排水板的塑料排水板在吸水膨胀材料的膨胀力推动下，横向向外移动，相邻两块吸水膨胀排水板对两者之间夹持的软土地基施加应力，进一步挤压排水；
4)完成软土地基排水目的后，将吸水膨胀排水板留在软土地基土中，然后进行后续施工工序。
本发明的有益效果是：
一、两个塑料排水板中间有吸水膨胀材料，材料吸水时体积膨胀，推动排水板挤压两侧土体，形成加载并产生附加应力，对深层土体同样有用，不存在应力不均的问题；
二、由于吸水膨胀材料的加载，可以减少土体顶部的堆载，减少了工程量；
三、吸水材料本身可以吸收大量地基中的孔隙水，并且材料中的水不会再流失，大大减少了排水的时间，减少了工期；
四、排水结束后，吸水材料可以留在地基土中，可以起到加固地基的效果。
附图说明
图1是本发明内带吸水膨胀材料的排水板堆载预压装置的侧视图；
图2是本发明中吸水膨胀排水板未吸水时装置俯视图；
图3是本发明中吸水膨胀排水板吸水膨胀后的装置俯视图；
图中：塑料排水板1、吸水膨胀材料2、织物层3、预压土4。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
如图1所示，本实施例中的一种堆载预压下内带吸水膨胀材料的排水板装置，该装置中包括多块吸水膨胀排水板。吸水膨胀排水板呈排状打设于待处理的软土地基中。每排排水板中，相邻两块吸水膨胀排水板之间间隔一定距离，板面刚好正对，两块吸水膨胀排水板之间的土体就是这两块板的作用区域。所有的吸水膨胀排水板均垂直打入地基中，同一排吸水膨胀排水板相互平行，且板面(即塑料排水板1所在平面)均逐块正对，即其板面中心点尽量位于同一垂直板面的铅垂线上，使得该排板体之间的土层均能够得到有效的预压排水。相邻的两块吸水膨胀排水板之间夹持的软土地基地表面堆载有预压土4，预压土4的荷载能够对两块板之间的土体施加附加应力。上述吸水膨胀排水板在打入的时候，其顶部尽量与软土地基的地表面平齐，以利于后续工序的施工操作。吸水膨胀排水板在地面下方的埋设深度与待处理的软土地基深度相同，以便对所有的软土地基进行挤压排水。吸水膨胀排水板的宽度可以根据待处理的软土地基区域进行调整，当处理区域宽度不大时，可以使吸水膨胀排水板的宽度大于处理区域宽度；而当处理区域宽度较大时，可以通过设置多排并列的吸水膨胀排水板来进行联合处理，多排膨胀排水板相互搭接以覆盖整个处理区域宽度。
本实施例中的吸水膨胀排水板是一种在吸水后能够横向膨胀的板体，其具体结构如图2所示，由塑料排水板1、吸水膨胀材料2和织物层3组成。其中吸水膨胀材料2可以采用吸水树脂，能够大量吸收土壤间隙水，并通过体积膨胀将其固定于材料中。织物层3需采用透水材料制成，本实施例中采用的是土工布。吸水膨胀材料2以袋装的形式包裹于织物层3中，其两侧分别通过塑料排水板1夹持形成三明治结构。塑料排水板1上可采用常规的软土地基处理排水板，其中间是塑料芯板，是排水板的骨架和排水通道，两面以非织造土工织物包裹作滤层，能够将水向上排到地面。排水板宽度根据生产规格确定。塑料排水板1上可开设有透水的孔洞，使软土地基中的间隙水能够通过这些孔洞进入织物层3内部的吸水膨胀材料2中。为了保证吸水膨胀排水板能够横向膨胀，吸水膨胀材料2两侧的塑料排水板1仅粘结于织物层3外部，但两块塑料排水板1之间在横向上不通过刚性的连接件固定限位，而且织物层3在横向方向也具有一定的伸缩性，使得在吸水膨胀材料2膨胀时能够推动塑料排水板1横向向外扩张，扩张后横向宽度变大，如图3所示。当两块吸水膨胀排水板均吸水膨胀时，两者之间夹持的软土地基便会受到横向的附加应力，使得内部的土壤间隙水被快速挤出，而吸水膨胀材料2吸水后会进一步推动塑料排水板1扩张，由此使得软土地基中的间隙水能够被尽可能地排出。软土地基处理时，土中的孔隙水较为丰富，无法完全被吸水膨胀材料2吸收时，也可以通过吸水膨胀材料2之间的间隙向上涌出，排到地表。
本发明中，由于吸水膨胀排水板本身能够提供横向的应力，因此地表面的预压土4堆载量可相应减小，降低整个工程量。而且，假如吸水树脂吸水膨胀后具有满足要求的机械强度，则可以无需取出板体，直接对地基进行平整后进行后续施工工序。当然，根据施工工序的不同，也可以将其取出然后再进行回填加固。
基于上述装置的软土地基堆载预压排水方法，其施工步骤如下：
1)将上述吸水膨胀排水板通过施工机械设备逐块打入待处理的软土地基中，且吸水膨胀排水板呈排状分布，在平面和深度方向均覆盖所有待处理的软土地基区域，即从深度上打入至需处理的目标深度，平面宽度上覆盖所有待处理区域宽度，平面长度上最端部的两块吸水膨胀排水板位于待处理区的长度方向头尾位置之外。
2)在相邻的两块吸水膨胀排水板之间夹持的软土地基地表面上方，堆载预压土4，利用预压土4的荷载对软土地基土体产生附加应力，使地基中的水通过塑料排水板1被吸水膨胀材料2吸收；
3)吸水膨胀排水板的塑料排水板1在吸水膨胀材料2的膨胀力推动下，横向向外移动，相邻两块吸水膨胀排水板对两者之间夹持的软土地基施加应力，进一步挤压排水；
4)完成软土地基排水目的后，将吸水膨胀排水板留在软土地基土中，然后进行后续施工工序。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。