一种多功能模块式土体施压成型装置的制作方法

本实用新型涉及地基加固处理领域，尤其涉及软土地基的加固处理领域，具体地说是一种多功能模块式土体施压成型装置。

背景技术：

土体结构一般是由固体物、液体水和空气混合而成，各种物质混合比例不同所产生不等的承压能力，当施压力大于土体承压力时，受压而产生侧移与压缩沉降，需要对原状土体的混合结构比例进行人为的改变，在外加施压力的作用下，使得土体中固体物颗粒之间的密实度提高，土体中设置的排水材料作为排出液态水和空气的通道，改变土体的混合结构使固体物含量不断提高比例，从而提高固体物颗粒之间的密实度，使土体得到增强加固改良，达到当土体承压力大于施压力时再受压而不会产生土体侧移与压缩沉降的目的，从而满足对土体承压的使用要求。

软土包括淤泥、淤泥质粘土、淤泥质粉土、淤结污泥、河道淤泥、泥炭、泥炭质土、地表稀土、浮土等，是一种天然含水量大、压缩性高、天然孔隙比大于等于1、抗剪强度低的细粒土。常用的排水固结法主要有堆载预压法和真空联合堆载预压法。堆载预压法是在地基中设置排水通道和竖向排水系统，以缩小土体固结排水跨度，地基在填筑路堤荷载作用下排水固结，使地基承载力提高，工后沉降减小。真空联合堆载预压法是在堆载预压法的基础上，在荷载上面形成不透气层，通过常时间不断抽气抽水，在地基中形成负压区，从而使软粘土排水固结，达到提高承载力、减小沉降的目的。上述排水固结方法，施工周期很长，一般在六个月至一年才能完成，因而施工成本很高，效率非常低。

上述排水固结法仅适合大面积施工。并且，由于堆载的高度受到限止，对于土体承载要求高的场合也无法适用。

技术实现要素：

本实用新型要解决的是现有技术存在的上述技术问题，旨在提供一种多功能模块式土体施压成型装置。

为解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案：包括顶架、施压成型模块和土体强度检测装置，其特征在于所述的顶架包括顶板和底架，顶架周边设有挡板；所述施压成型模块包括若干个凸体，模块的顶部与所述的底架连接，模块上接触土体部分还设有过滤装置，所述过滤装置的外层套装有加筋体；所述的施压成型模块由钢板或型钢焊接而成，其上部与所述的顶板形成真空集水室，所述的施压成型模块上还开设有联通所述过滤装置和真空集水室的导水通道；所述的顶架和/或施压成型模块上还设有辅助施压装置；至少一个凸体的底部还设有垂直桩体。

将本装置置于被处理的土体上，装置自身的重量对土体产生压力，辅助施压装置对土体施加动态间隙作用力，将土体中的水分和空气挤出。从土体中排出的水气经过滤装置、模块上的导水通道进入真空集水室，通过管路集中排出，使土体中的固体物颗粒之间的密实度得以提高。所述的挡板和施压成型模块底部的凸体对土体起到阻挡作用，防止土体产生侧移，使土体被集中在挡板和凸体之间的空间内，得到充分的挤压，起到快速排水和挤密的效果，大大提高了施工效率，减少了施工工期，降低了施工成本。

本实用新型的另一个特点是在横向的施压成型模块的基础上加设垂直桩体。所述的垂直桩体在土体中形成桩孔，吊起多功能模块式土体施压成型装置后，在所述的桩孔内放置成品桩管或填充填料。这种结构，施压成型模块对土体进行横向的浅层或中浅处理，垂直桩体对土体进行深层加固处理，因而不仅适用于浅层或中浅层软土地基的排水加固处理，同时也能适用于深层地基的处理，使本实用新型的适用场合更为宽泛。

本实用新型的再一个特点是所述过滤装置的外层套装有加筋体。该加筋体在施工结束后留在土体内，利用土工合成材料的高强度、高韧性等力学性能，扩散土中应力，增大土体的抗拉强度，改善土体、构成加筋土以及各种复合土工结构。土工合成材料也同时起到反滤、排水和隔离材料的作用。

本实用新型不仅适用于大面积的整体施工，也适用于小面积的局部施工。根据施工区域的大小，可设计不同尺寸的装置。对于大面积的土体加固，也可以采用局部施工的方式，分区域进行施工。各区域可逐一施工，也可以用多个装置同时在各区域施工。

根据本实用新型，所述的凸体的形状、尺寸、数量不限，可根据设计需要而定。每个凸体的结构可相同，也可以不同。所述的凸体呈连续排布或间隙排布，顶部直接或通过连板与所述的顶架连接。

作为本实用新型的改进，所述的凸体成阵列排布。一种优化的实施方式，所述的凸体呈一行多列或一列多行排布，每个凸体沿一个方向贯通所述的施压成型模块。即：多个凸体并行或并列排布。

另一种优化的实施方式，所述的凸体呈多行多列的阵列排布，相邻行/列的凸体并排或交错设置。

所述的过滤装置可以采用任何制式结构。一种优化的实施方式，所述的过滤装置包括一到多层滤网。更优选地，所述的滤网为金属滤网。金属滤网具有强度高，且可重复使用的特点。各层的滤网的滤孔可以相同也可以不同。从过滤本身的角度考虑，外层滤网的滤孔孔径应大于内层滤网的滤孔孔径，这样，固体土颗粒依次进行粗过滤和精细过滤。然而，从滤网强度的角度考虑，由于大孔径小滤网的强度通常比小孔径滤网的强度要高，为防止滤网在受压过程中变形，也可以外层滤网的滤孔孔径应小于内层滤网的滤孔孔径。

作为本实用新型的进一步改进，在两层或多层金属滤网之间可加设土工织物滤网层，形成三明治结构。多层金属滤网和多层土工织物滤网可交替设置。

作为本实用新型的再进一步改进，所述的加筋体的数量可以与凸体数量一一对应，即：一个凸体套装一个加筋体。另一种可替换的实施方式，设计一个总的加筋体，将所有的凸体都套装起来。

为本实用新型的再进一步改进，所述的垂直桩体外层也设有过滤装置，在所述过滤装置的外层套装加筋体。所述垂直桩体上套装的加筋体可以与凸体外层套装的加筋体分别设置，也可以设计成一体式结构。

所述的加筋体可以是土工格栅、土工布、土工膜、土工格室、土工网垫和复合土工材料其中的任何一种或多种组合。

本实用新型的排水方式可以采用自然排水，也可以采用水泵或真空泵强制排水。当采用真空泵排水时，在真空泵的前端设置一个气水分离器，以防止水分随气流进入真空泵，造成真空泵性能下降或损坏。优选地，采用两路抽真空，在气水分离器工作一段时间后，分离出的水分水量到达设定水位时，一路真空泵停止工作，气水分离器进行排水，另一路仍保持工作。两路交替作业，可持续抽排水。

作为本实用新型的再进一步改进，所述的在真空集水室内还设有带控制阀的真空负压调节管。所述的真空负压调节管用于调节真空集水室内的负压，使真空集水室、气水分离器和真空泵内的负压形成真空梯度。当真空集水室内的负压低于阀值下限时，控制阀关闭；当真空集水室内的负压达到阀值上限时，控制阀打开，真空集水室通过真空负压调节管与大气导通，直到真空集水室内的负压低于阀值下限时，控制阀关闭。如此循环往复，从而确保真空泵能够持续抽水。

所述的真空负压调节管可以设置在所述的真空集水室的上方、中间或底部。

作为本实用新型的再进一步改进，所述的辅助施压装置包括振动装置、撞击装置和夯击装置中的任何一种或多种组合。两个或两个以上辅助施压装置同层或分层均匀设置在所述的顶架和/或施压成型模块上。

所述的挡板可以封闭围合在所述顶架的周边。所述的挡板也可以为多个，均匀设置在所述顶架的周边。

所述的挡板可以仅设置在顶架的下方。其高度可以与施压成型模块的高度基本相同，也可以高于或低于施压成型模块的高度。

所述的挡板还可以从顶架的下方向上延伸至顶架的上方，可以保护设置在顶架上的设备不沾染淤泥。

优选地，所述挡板内壁具有透水层，便于快速排水。

作为本实用新型的再进一步改进，所述的垂直桩体为上大下小的锥体结构，便于压入和拨出。

所述的垂直桩体可以是桩管结构，也可以是实心体。

作为本实用新型的再进一步改进，所述的土体强度检测装置为一到多个，设置在所述施压成型模块和/或垂直桩体上。多个土体强度检测装置可均匀分布在所述施压成型模块的凸体和/或垂直桩体的底部、中部和上部，以全面检测被施工土体各个位置的土体强度。所述的土体强度检测装置包括土体密度检测装置和/或土体抗剪强度检测装置。

本实用新型的多功能模块式土体施压成型装置，可以整体制作，也可以采用单元拼接的方式制作，即：一个顶架和与其连接的一个施压成型模块构成一个单元，两到多个单元拼接构成一个完整的多功能模块式土体施压成型装置。每个单元上可以根据需要增加不同的功能部件。采用单元拼接的制作方式，由于每个单元的体积较小，因而制作更为简单，可降低制造难度和制造成本。并且，单元可作为标准尺寸，或者作为系列产品，每个系列的单元结构和尺寸相同，然后根据设计或施工要求进行拼接，设计和使用更灵活。

本实用新型的一种多功能模块式土体施压成型装置，可应用于各种基建领域的地基加固处理，包括但不限于：

（1）海洋领域：如围海造地，围堤，筑坝；

（2）储运中转领域：如码头堆场；

（3）路基领域：如公路、铁路的路堤处理；

（4）航空领域：如机场；

（5）水利领域：如河道，河堤，河床；

（6）垃圾处理领域：如垃圾填埋场，污泥池；

（7）矿业领域：如洗矿池；

（8）市政建设领域：如市政道路，以及其它市政工程；

（9）工民建领域：如建筑物，构筑物。

附图说明

图1是本实用新型多功能模块式土体施压成型装置的结构示意图。

图2是本实用新型施压成型模块和顶架组件的结构示意图。

图3是本实用新型施压成型模块、顶架和过滤装置组件的结构示意图。

图4是本实用新型施压成型模块、顶架、过滤装置和加筋体组件的结构示意图。

图5是本实用新型施压成型模块、顶架、过滤装置和加筋体组件的另一种实施方式的结构示意图。

图6是本实用新型施压成型模块凸体并排设置实施方式的结构示意图。

图7是本实用新型凸体交错设置实施方式的结构示意图。

图8是本实用新型施压成型模块凸体呈上框结构实施方式的结构示意图。

图9是本实用新型施压成型模块上框结构凸体并排设置实施方式的结构示意图。

图10是本实用新型施压成型模块上框结构凸体交错设置实施方式的结构示意图。

图11是本实用新型施压成型模块圆筒形凸体并排设置实施方式的结构示意图。

图12是本实用新型多功能模块式土体施压成型装置采用多个相同单元拼接实施方式的结构示意图。

图13是本实用新型多功能模块式土体施压成型装置采用多个相同和不同单元拼接实施方式的结构示意图。

图14是本实用新型本实用新型施压成型模块、顶架、过滤装置、加筋体和辅助施压装置组件的结构示意图，其中，辅助施压装置组件采用分层设置的撞击锤和振动装置。

图15是本实用新型本实用新型施压成型模块、顶架、过滤装置、加筋体、辅助施压装置和挡板组件的结构示意图，其中，辅助施压装置组件采用同层设置的撞击锤和振动装置。

图16是本实用新型多功能模块式土体施压成型装置的挡板采用封闭围合实施方式的结构示意图。

图17是本实用新型多功能模块式土体施压成型装置挡板间隙设置实施方式的结构示意图。

图18-22是本实用新型应用于软土地基的处理方法的施工过程示意图。

图中，1-顶架，2-施压成型模块，3-土体强度检测装置，4-过滤装置，5-集水室，6-加筋体，7-真空泵，8-气水分离器，9-电磁阀，10-抽水管，11-模块单元，12-连板，13-撞击锤，14-支架，15-振动装置，16-挡板，17-垂直桩体，18-吊机，19-多功能模块式土体施压成型装置，20-土体表面，21-成型土体，22-凹坑，23-填料，26-凸体之间的空间，29-垂直桩孔，39-真空负压调节管；

101-顶板，102-底架；

201-凸体，202-外侧壁，203-导水通道。

具体实施方式

下面结构附图和具体实施方式，对本实用新型作进一步说明。

参照图1，本实用新型的一种多功能模块式土体施压成型装置，包括顶架1、施压成型模块2、土体强度检测装置3、过滤装置4、挡板16、辅助施压装置、加筋体6和垂直桩体17。

结合图2，所述的顶架1呈长方形，包括顶板101和底架102。所述施压成型模块2包括若干个平行设置的“V”形凸体201。每个“V”形凸体20沿顶架1的宽度方向贯通，相邻凸体201之间间隔一定距离。凸体201的顶部与底架102连接。所述的连接可以是焊接，也可以在顶架的底架102上设置插槽，凸体201上部插入到所述的插槽内形成可脱卸连接。

土体强度检测装置3可以设置在凸体201的底部和/或侧壁202。可以在每个凸体201上设置土体强度检测装置3，也可以在选定的1到多个特定位置的凸体201上设置土体强度检测装置3。

施工时，装置自身的重量对土体产生压力，将土体中的水分和空气挤出，使土体中的固体物颗粒之间的密实度得以提高。“V”形凸体201的外侧壁202起到阻挡作用，防止土体产生侧移，使土体被集中在凸体之间的空间26内，得到充分的挤压，从而起到快速排水和挤密的效果。

结合图3，在此基础上，在所述的凸体201的外侧壁202上设置过滤装置4，凸体201上开设有多个贯通内外壁的导水通道203。所述的过滤装置4采用双层金属滤网，可重复使用，节省成本，同时也可以提高强度。

所述的凸体201由钢板或型钢焊接而成，在上部与顶板101形成一个真空集水室5。

过滤装置4可将土体中挤压出的水气快速导出，水气通过“V”形凸体201上的导水通道203后进入“V”形凸体201上部的集水室5。

结合图4，在每个集水室5内插入一根抽水管10，抽水管10的上部穿过顶架1向外部排水。

一种更为优选的实施方式，采用真空泵7强制排水。在真空泵7的前端设置一个气水分离器8，以防止水分随气流进入真空泵7，造成真空泵7性能下降或损坏。在本实施方式中，采用两路抽真空，在气水分离器工作一段时间后，分离出的水分水量到达设定水位时，一路真空泵停止工作，气水分离器进行排水，另一路仍保持工作。两路交替作业，可持续抽排水。真空泵7通过电磁阀9控制开启和关闭。

顶架1采用顶板101和底架102方式，所述的底架102四周封闭，上部与顶板101连接，可使每个“V”形凸体201上部的集水室5相互连通成为一个大的密闭的真空集水室，在抽水过程中形成负压，有利于土体排水。

所述的真空集水室5内还设有带控制阀的真空负压调节管39。所述的真空负压调节管39用于调节真空集水室5内的负压，使真空集水室5、气水分离器8和真空泵7内的负压形成真空梯度。当真空集水室5内的负压低于阀值下限时，控制阀关闭；当真空集水室5内的负压达到阀值上限时，控制阀打开，真空集水室5通过真空负压调节管39与大气导通，直到真空集水室5内的负压低于阀值下限时，控制阀关闭。如此循环往复，从而确保真空泵7能够持续抽水。

所述的真空负压调节管39可以设置在所述的真空集水室5的上方、中间或底部。在本实施方式中，所述的真空负压调节管39设置在所述的真空集水室5的上方，位于顶架1区域内。

在本实施方式中，相邻凸体201连续排布，不留间隙。与相邻凸体201间隙排布的实施方式的不同之处在于成型的土体的形状不同，但是两种实施方式所起到的技术效果是相同的。

在此基础上，在凸体201的外侧壁上设有加筋体6。所述的加筋体6制作成与所述凸体201的外部形成相适配的套状结构。每个凸体201套装一个加筋体。加筋体6的顶部与顶架1接触。

参照图5，本实用新型施压成型模块、顶架、过滤装置和加筋体组件的另一种实施方式。在本实施方式中，相邻凸体201间隙排布，并通过连板12连接。所述的连板12与顶架1连接。所述的加筋体6为一体化结构，将所有的凸体201都套装起来。

参照图6，本实用新型施压成型模块的另一种实施方式。在本实施方式中，若干个“V”形凸体201成阵列排布。相邻行和列的凸块201并排设置。

参照图7，本实用新型施压成型模块的又一种实施方式。在本实施方式中，若干个“V”形凸体201成阵列排布。相邻行和列的凸块201交错设置。

参照图8，本实用新型施压成型模块的又一种实施方式。在本实施方式中，所述的凸体201呈开口向上的框形结构。凸体201沿顶架1的宽度方向贯通，多个凸体201沿顶架1的长度方向平行设置。

参照图9，本实用新型施压成型模块的又一种实施方式。在本实施方式中，多个上框结构的凸体201成阵列排布。相邻行和列的凸块201并排设置。

参照图10，本实用新型施压成型模块的又一种实施方式。在本实施方式中，多个上框结构的凸体201成阵列排布。相邻行和列的凸块201交错设置。

参照图11，本实用新型施压成型模块的又一种实施方式。在本实施方式中，所述的凸体201呈圆筒形结构。多个凸体201成阵列排布。相邻行和列的凸块201并排设置。

参照图12，本实用新型一种多功能模块式土体施压成型装置的另一种实施方式。在本实施方式中，一个顶架和与其连接的一个施压成型模块构成一个单元11，两到多个单元11拼接构成一个完整的多功能模块式土体施压成型装置。每个单元中加入相应的功能件，如挡板、加筋体、垂直桩体、辅助施压装置等。

参照图13，本实用新型一种多功能模块式土体施压成型装置的又一种实施方式。将不同尺寸的单元11制作成相应的单元模块11-1、11-2，根据设计和施工需要，将各种单元模块拼接构成一个完整的多功能模块式土体施压成型装置。

参照图14，本实用新型施压成型模块、顶架、过滤装置、加筋体和辅助施压装置组件的结构示意图。在本实施方式中，“V”形凸体201呈间隙排布，其上部直接与底架102连接。在顶架1上方的中心处设有撞击锤13和振动装置15。

所述的撞击锤13和振动装置15可以是一到多个。在本实施方式中，所述的撞击锤13和振动装置15各为一个。振动装置15直接设置在顶板101上，撞击锤13通过支架14设置在振动装置15的上方。

撞击锤13和振动装置15通过成型模块对土体施加动态中频或低频作用力，使土体受到充分挤压，加速土体中的水气与土颗粒分离。

参照图15，本实用新型施压成型模块、顶架、过滤装置、加筋体、辅助施压装置和挡板组件的结构示意图。所述的撞击锤13为一个，设置在顶板101的中心处，所述的振动装置15为多个，均匀设置在撞击锤13的周边。最好，每个撞击锤13设置在相应凸体201的中心处。

所述的振动装置15也可以设置在凸体201的内部，如真空集水室5内。或者，在顶架上方和凸体201的内部均设有振动装置15。

在所述顶架1的周边还设有挡板16。所述的挡板16对土体起到阻挡作用，防止土体产生侧移，使土体被集中在施压成型模块的区域内，从而得到更为充分的挤压，进一步加速土体中的水气与土颗粒分离。

在本实施方式中，所述的挡板16采用平板结构，封闭围合在所述顶架1的周边。挡板11从顶架1的下方向上延伸至顶架1的上方。伸出顶架1上方部分的挡板可以保护设置在顶架1上的设备（如撞击锤13和振动装置14）不沾染淤泥，延长设备的使用寿命。挡板16底部与施压成型模块2的底部基本齐平。

所述的挡板16底部也可以低于施压成型模块2的底部。这种结构，挡板16可以包裹住更多的土体。大量土体被限定在挡板16围合的空间内，在本实用新型施压成型装置的作用下，得到充分的挤压。由于土体不会产生侧移，这种挤压是持续有效的。

优选地，所述挡板16的内壁具有透水层，便于快速排水。

所述的挡板16的材料可以选用耐腐蚀材料，如钢板、合金板或高分子材料板。采用钢板时，可以增加整个装置的重量，对土体产生更大压力，有利于加速排水。采用高分子材料板，造价低，轻质，便于制造、运输和安装。

参照图16，本实用新型挡板的另一种实施方式。与图15实施方式不同之处在于所述的挡板16采用型钢。

参照图17，本实用新型可替换图21实施方式另一种实施方式。与图16实施方式不同之处在于，本实施方式的挡板16为条状结构，均匀设置在所述顶架的周边。所述的挡板16采用“工”字钢。

上述不同结构的施压成型模块、过滤装置、挡板、辅助施压装置和加筋体可以组合成不同实施方式的组件。在每种实施方式的组件上设置垂直桩体17，就可构成一个完整的多功能模块式土体施压成型装置（如图1所示）。

所述的垂直桩体17可以设置在其中一个凸体201的底部。也可以在两到多个凸体201的底部设置垂直桩体17。

所述的垂直桩体17在土体中形成桩孔，吊起多功能模块式土体施压成型装置后，在所述的桩孔内放置成品桩管或填充填料。这种结构，施压成型模块对土体进行横向的浅层或中浅处理，垂直桩体对土体进行深层加固处理，因而不仅适用于浅层或中浅层软土地基的排水加固处理，同时也能适用于深层地基的处理，使本实用新型的适用场合更为宽泛。

在所述的垂直桩体17的底部也可以设置土体强度检测装置3。最好，在垂直桩体17的中部和上部也均匀设置多个土体强度检测装置3。所述的土体强度检测装置3包括土体密度检测装置和/或土体抗剪强度检测装置。

在所述的垂直桩体17的外侧壁也可以设置过滤装置4。所述的过滤装置4与凸体201上的过滤装置4形成一体结构。

所述的垂直桩体17的过滤装置4外部还可以套装加筋体6。该加筋体在施工结束后留在土体内，在起到加筋作用的同时继续排水。

采用图1所述的本实用新型的一种多功能模块式土体施压成型装置，按以下步骤对软土地基进行排水加固处理：

1）参照图18，吊机18将本实用新型的多功能模块式土体施压成型装置19吊至施工区域。

2）参照图19，多功能模块式土体施压成型装置19的自重对土体施以纵向的静态压力；撞击锤13对土体施以纵向的撞击力；振动装置15使装置19产生振动，进而对土体施以高频的侧向压力；以上三种合力作用于土体，使土体得到充分挤压，土体中的水气经加筋体5、过滤装置4和凸体上的导水通道203到达真空集水室5，再经由抽水管10抽出。抽水系统采用两路模式，每路包括一个真空泵7和一个前置的气水分离器8。第一路的气水分离器8工作一段时间后，分离出的水分水量到达设定水位时，该路的真空泵7停止工作，气水分离器8进行排水，第二路仍保持工作。两路交替作业，可持续抽排水。在这个过程中，土体中的气水被最大程度地排出，固体颗粒之间的密实度得以提高。电磁阀19控制真空泵7和气水分离器8的开启和关闭。

3）参照图20，吊起多功能模块式土体施压成型装置19。被处理过的土体在横向形成与施压成型模块形状相应的成型土体结构21，在纵向形成与所述垂直桩体17形状相应的垂直桩孔29。加筋体6仍留在土体内，可承受抗拉、抗压、抗剪作用，从而提高地基承载力，减少沉降和增加土体的稳定性。同时，所述的加筋体6还可以继续排水。

4）参照图21，在成型的凹坑22和垂直桩孔29内回填填料23。可以一次填满，或者在填满后再夯实。也可以填一层，夯实，再填上一层，再夯实，直到填满为止。

5）参照图22，用吊机18将多功能模块式土体施压成型装置19吊至下一个施工区域，重复步骤2）-4），直到所有的施工区域都处理完成。

其中，步骤4）的回填填料可以和步骤5）对下一个区域的作业可同步进行。

应该理解到的是：上述实施例只是对本实用新型的说明，而不是对本实用新型的限制，任何不超出本实用新型实质精神范围内的实用新型创造，均落入本实用新型的保护范围之内。