一种大面积地基加固方法及加固系统与流程

1.本发明涉及岩土工程技术领域，特别是涉及一种大面积地基加固方法及加固系统。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.在岩土工程中，遇到大面积深厚软弱地基时，地基处理方式的选择对于建设项目而言有着关键的价值和作用。发明人发现，在对城市软弱地区进行地基加固处理时需要因地制宜，选择合适的地基处理方法。比如地基受周边构筑物及地下管线等环境的限制，不宜采用强夯等夯实方法进行处理；而注浆加固，既要保证浆液良好的扩散性能，又要保证其稳定性，不至于被地下水带走或沿土体裂隙流失，在实际工程应用中难以控制。
4.在对大型构筑物进行地基基础设计时，对于建筑物荷载较大、地基承载力相对较弱的情况，常采用筏板基础。其整体性好，能较好地抵抗地基不均匀沉降。
5.为此，在针对大面积软弱地基时，亟需一种大面积地基的加固方法，将地基处理与基础联合使用，共同发挥作用，以达到最佳处理效果。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种大面积地基加固方法及加固系统，解决了现有地基处理方法不适用于城市地基加固的问题。
7.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
8.第一方面，本发明提供了一种大面积地基加固方法，具体过程如下：
9.利用钻孔设备进行钻孔，在待处理地基的四周进行布孔，孔底穿过软弱下卧层；
10.在钻孔内插入预制好的异形钢管；
11.利用切削机构对两相邻异形钢管之间的土体进行切削处理；
12.对切出的空隙进行清理，并插入弯边钢板；
13.待相邻异形钢管依次通过弯边钢板连接成环后，进行筏板基础钢筋的绑扎，钢筋焊接在钢板的顶部弯边上；
14.对异形钢管的内部进行清孔，并对筏板、异形钢管以及弯边钢板进行浇筑，使筏板、异形钢管与弯边钢板成为封闭的整体；
15.对筏板上预留的注浆孔进行高压劈裂注浆。
16.作为进一步的实现方式，所述高压劈裂注浆待筏板、异形钢管、弯边钢板整体浇铸施工完成后进行，后期可进行多次注浆。
17.作为进一步的实现方式，所述钻孔内插入的异形钢管需要使得所有异形钢管的顶部平齐，且相邻异形钢管上的连接口两两对齐。
18.作为进一步的实现方式，所述切削机构沿着两相邻异形钢管连接口之间的直线对相邻异形钢管之间的土体进行切削处理。
19.作为进一步的实现方式，所述弯边钢板的两端分别插入与其邻近的异形钢管中，插入长度不小于15cm。
20.作为进一步的实现方式，所述两相对设置的异形钢管的顶部弯边的上部和下部均通过钢筋进行连接。
21.作为进一步的实现方式，所述弯边钢板可以替换为地下连续墙。
22.第二方面，本发明提供了一种大面积地基加固系统，包括：
23.围护机构，所述围护机构由弯边钢板、异形钢管和筏板构成，所述异形钢管设有若干个，若干个异形钢管间隔设置在待处理地基的四周，相邻两异形钢管之间通过一个弯折钢板进行连接，所述筏板固定设置在弯边钢板的顶部；
24.钻孔机构，所述钻孔机构为钻机设备，用于对待处理的地基的四周进行钻孔；
25.切削机构，所述切削机构由传动组件和钢履带组成，所述传动组件由主传动轮和副传动轮构成，钢履带围绕主传动轮和副传动轮设置，所述钢履带上设有若干倒齿；
26.注浆机构，所述注浆机构为注浆设备，用于异形钢管、筏板的注浆以及高压劈裂注浆工作。
27.作为进一步的实现方式，所述异形钢管的内部固定设置有中间钢板，中间钢板的两端均与异形钢管的内壁固定连接，异形钢管的侧壁上沿其长度方向开设有两道连接口，两道连接口相对设置在中间钢板的两侧。
28.作为进一步的实现方式，所述弯边钢板为除底部外其余三边均弯折处理的板材结构，弯折边的角度为90
°
，弯边钢板的顶部伸出异形钢管，伸出的长度与筏板的厚度相同。
29.上述本发明的有益效果如下：
30.(1)本发明开挖量小，有效的利用了现状土，避免换填土方造成的浪费，减少了弃土运输的费用；在待处理的地基的周围利用异形钢管、弯边钢板以及筏板围合形成封闭的围护机构，有效的减少了高压劈裂注浆时浆液的渗漏问题，特别适用于砂性土等渗透系数较大的土体，有利于减少碳排放，减少对加固地基周边土体的污染，同时使得劈裂注浆加固更为有效。
31.(2)本发明弯边钢板两侧的弯边处理，大大扩大了弯边钢板与混凝土的接触面积，保证了浇铸后弯折钢板与异形钢管的连接稳定性及连接强度；弯边钢板顶部的弯边处理，扩大了弯边钢板与筏板钢筋的接触面积，保证了筏板与异形钢板桩的连接强度。
32.(3)本发明对大面积软弱地基的处理方法能够根据实际基础承载力的要求选择使用异形钢管或地下连续墙，大大提高了该处理方法的适用范围。
33.(4)本发明切削机构的钢履带上设有倒齿，倒齿的倾斜方向朝向钢履带的转动方向，在对土层进行切削时，能够利用倒齿直接将切削的土体带出，避免了人工掏土，大大提高了工作效率。
附图说明
34.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
35.图1是本发明根据一个或多个实施方式的大面积地基加固系统的平面结构示意图；
36.图2是本发明根据一个或多个实施方式的切削机构的结构示意图；
37.图3是本发明根据一个或多个实施方式的弯边钢板与筏板钢筋的连接结构示意图；
38.图4是本发明根据一个或多个实施方式的异形钢管的俯视结构示意图；
39.图5是本发明根据一个或多个实施方式的另一种类型切削机构的结构示意图；
40.图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；
41.其中，1、弯边钢板；2、异形钢管；3、混凝土；4、传动组件；5、钢履带；6、上层钢筋；7、下层钢筋；8、中间钢板；9、螺旋切割头；10、支撑架；11、发动机；12、配重块。
具体实施方式
42.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
43.正如背景技术所介绍的，在城市中，需要处理的地基受周边及地下管线等施工条件的限制，强夯的处理方法容易导致周边及地下管线等受到损害；而大规模的换填处理深度有限，且容易发生工后沉降，导致现有的地基处理方法并不适用于城市地基的加固的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种大面积地基加固方法及加固系统。
44.实施例1
45.本发明的一种典型的实施方式中，提出一种大面积地基加固方法，具体过程为：
46.s1、基础开挖以及布桩
47.在进行基础开挖以及布桩之前需要进行地质的探测，地质探测结果以及现场施工面积为后续的基础开挖以及布桩的参数设计提供数据依据；
48.当设计完成后，根据设计要求利用钻孔设备进行钻孔，在待处理地基的四周进行布孔，孔底穿过软弱下卧层。
49.其中，钻孔可以利用冲击钻机、旋转钻机、套管钻机、旋挖钻机等类型的钻机钻制而成。
50.可以理解的是，钻机的类型根据施工现场实际地质情况进行选择，例如，较软的地层选用冲击钻机成孔、较硬的地层或砂砾层、回填土等较为复杂的地质情况选用旋转钻机成孔等，具体的钻机类型这里不做过多的限制。
51.s2、异形钢管2的安装
52.打桩完成后在钻孔内插入预制好的异形钢管2，使得所有异形钢管2的顶部平齐，且相邻异形钢管2上的连接口两两对齐；
53.异形钢管2为特制的钢管结构，异形钢管2的内部固定设置有中间钢板8，中间钢板8的长度与异形钢管2的长度相同，异形钢管2的侧壁上沿其长度方向开设有两道连接口，两道连接口分别位于中间钢板8的一侧，用于两相邻异形钢管2的连接。
54.s3、切削处理
55.利用切削机构对两相邻异形钢管2之间的土体进行切削处理。
56.具体的，切削机构由传动组件4以及带有倒齿的钢履带5组成，可以利用倒齿将土体切削挖出，在实际应用中，切削机构沿着两相邻异形钢管2连接口之间的直线对相邻异形
钢管2之间的土体进行切削处理，以便于后续两相邻异形钢管2的连接口之间通过弯边钢板1进行连接。
57.可以理解的是，切削机构的切削深度根据弯边钢板1的插入深度进行确定，这里不做过多的限制。
58.s4、弯边钢板1的安装
59.切削机构切出的空隙中插入弯边钢板1，弯边钢板1除底部外其余三边均弯折处理，弯折角度为90
°
，弯边的不小于5cm，将弯边钢板1的两端分别插入与其邻近的异形钢管2中，插入长度不小于15cm。
60.具体的，异形钢管2上设有连接口，可用于弯边钢板2的插入，在插入过程中，弯边钢板2底部的两端分别与其邻近的异形钢管2上的连接口对齐并插入，插入长度不小于15cm，即，两相邻异形钢管2通过一个弯边钢板1进行了连接。
61.弯边钢板1两侧的弯边处理，大大扩大了弯边钢板1与混凝土3的接触面积，保证了后续浇铸完成后，弯折钢板1与异形钢管2的连接稳定性及连接强度。
62.s5、绑扎钢筋
63.待相邻异形钢管2依次通过弯边钢板1连接成环后(如图1所示)，进行基础筏板钢筋的绑扎，钢筋焊接在弯边钢板1上，做好与顶部结构连接的预留插筋，并间隔设置若干注浆孔。
64.可以理解的是，注浆孔之间的间距根据实际设计要求进行确定，这里不做过多的限制。
65.具体的，两相对设置的异形钢管2的顶部弯边的上部通过上层钢筋6进行连接，两相对设置的异形钢管2的顶部弯边的下部通过下层钢筋7进行连接，当所有的异形钢管2均通过钢筋连接后，完成基础筏板钢筋的绑扎。
66.异形钢管2顶部弯边的设置，大大扩大了与钢筋的接触面积，有效提高了钢筋的安装稳定性。
67.在其他实施例中，当对基础承载能力要求更高时，此时异形钢管2无法满足要求，则可以将异形钢管2利用地下连续墙进行取代，地下连续墙可利用高压旋喷桩或混凝土桩咬合形成，具体可根据实际需求进行选择，这里不做过多的限制。
68.s6、浇铸加固
69.对异形钢管2的内部进行清孔，并对基础筏板、异形钢管2进行浇筑，使基础筏板、异形钢管2与弯边钢板1成为封闭的整体。
70.s7、地基加固
71.对筏板上预留的注浆孔进行高压劈裂注浆，以加固所需处理的地基。
72.具体的，采用高压注浆的方式，将水泥或化学浆液等加固浆液注入土层，以改善土层性质，在注浆过程中，注浆孔出口的浆液对四周地层施加了附加压应力，使土体发生剪切裂缝，浆液则沿着裂缝从土体强度低的地方向强度高的地方劈裂，劈入土体中的浆体便形成了加固土体的网络或骨架。
73.其中，弯边钢板1、异形钢管2以及筏板所围合成的封闭结构，可对其内部的土体起到限制的作用，避免在高压劈裂出浆过程中，土体出现移位导致下陷现象的发生；同时，减少了高压劈裂注浆时浆液对加固地基周侧土体的影响，且使用围护机构还将围护机构外部
的土体的重量转化为对围护机构侧向的推力，以抵消高压劈裂注浆时浆液对围护机构的推力，从而大大提高了围护机构的安全系数。
74.需要注意的是，高压劈裂注浆需要待上部结构(筏板、异形钢管、弯边钢板整体浇铸完成后形成的结构)施工完成后进行，以适用于更高的压力，避免筏板隆起。
75.后期可进行多次高压劈裂注浆，以将沉降控制在极小的范围内。
76.实施例2
77.本发明的另一种典型的实施方式中，如图1-图5所示，提出一种大面积地基的加固系统，包括围护机构，围护机构由弯边钢板1以及异形钢管2构成，异形钢管2设有若干个，若干个异形钢管2按照设定的间距设置在待处理地基的四周，相邻两异形钢管2之间通过一个弯折钢板1进行连接。
78.围护机构还包括筏板，筏板的钢筋通过焊接的方式固定设置在弯边钢板1上，以实现筏板与异形钢板桩的固定连接，筏板上预留有注浆孔，用于后续地基的高压劈裂注浆。
79.具体的，异形钢管2为特制的钢管结构，异形钢管2的内部固定设置有中间钢板8，中间钢板8的两端均与异形钢管2的内壁固定连接，中间钢板8的长度与异形钢管2的长度相同，异形钢管2的侧壁上沿其长度方向开设有两道连接口，两道连接口相对设置在中间钢板8的两侧，用于两相邻异形钢管2的连接。
80.中间钢板8的设置，保证了异形钢管2能够一体成型，降低了异形钢管2的使用复杂性。
81.弯边钢板1为除底部外其余三边均弯折处理的板材结构，弯折边的角度为90
°
，弯边钢板1的顶部伸出异形钢管2，伸出的长度与筏板的厚度相同，弯折钢板1的长度根据两相邻异形钢管2之间的距离进行确定，只要能够保证将弯边钢板1的两端插入与其邻近的异形钢管2中的长度不小于15cm即可。
82.弯折钢板1与异形钢管2之间通过混凝土3实现固定连接，具体的，当弯折钢板1插入异形钢管2后，通过浇铸混凝土3将弯折钢板1与异形钢管2进行固定连接。
83.弯边钢板1两侧的弯边处理，大大扩大了弯边钢板1与混凝土3的接触面积，保证了后续浇铸完成后，弯折钢板1与异形钢管2的连接稳定性及连接强度。
84.可以理解的是，混凝土3的强度标号根据设计要求进行选择，这里不做过多的限制。
85.设有钻孔机构，用于对待处理的地基的四周进行钻孔，以实现异形钢管2的安装，钻孔机构为现有的钻机设备，具体类型根据实际地质情况进行选择。
86.还设有切削机构，切削机构由传动组件4和钢履带5组成，其中传动组件4由主传动轮和副传动轮构成，钢履带5围绕主传动轮和副传动轮设置，使得主传动轮和副传动轮通过钢履带5实现连接。
87.主传动轮与副传动轮之间还通过调节轴进行连接，调节轴可根据需求进行长度的调节，以调节主传动轮与副传动轮之间的间距，进而保证钢履带5的张紧度，主传动轮与传动设备进行连接，带动钢履带5实现转动。
88.钢履带5上设有若干倒齿，倒齿的倾斜方向朝向钢履带5的转动方向，在对土层进行切削时，能够利用倒齿直接将切削的土体带出，避免了人工掏土，大大提高了工作效率。
89.在其他实施例中，切削机构也可以是螺旋切土结构，具体如图5所示，由螺旋切割
头9、传动机构、支撑架10、发动机11以及配重块12组成。
90.其中，发动机11固定设置在支撑架10的上部，螺旋切割头9横向设置在支撑架10的底部，螺旋切割头9与支撑架10之间转动连接，发动机11通过传动机构与螺旋切割头9传动连接。
91.传动机构可以为传动带等结构，只要能够将发动机11的动力传递到螺旋切割头9上即可，这里不做过多的限制。
92.螺旋切割头9横向设置，可快速的将两个异形钢管2之间的土壤进行切除，大大提高了土壤的切除速度，提高了施工效率。
93.发动机11的下方固定设有配重块12，配重块12的设置可以加大切削机构向下的压力，保证螺旋切割头9可以有效的与土壤接触，以保证土壤切削的效率。
94.还设有注浆机构，注浆机构为现有的注浆设备，用于异形钢管2内、筏板的注浆以及后续地基的高压劈裂注浆工作。
95.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。