基于废旧轮胎的防淤堵真空固结排水及异形桩成桩的软土加固方法与流程

本发明涉及一种基于废旧轮胎的防淤堵真空固结排水及异形桩成桩的软土加固方法，属于地基处理领域。

背景技术：

真空预压法是软土地基处理常用的一种方法，一般是在需要加固的软土地基表面先铺设砂垫层，然后埋设垂直排水管道，再用不透气的封闭膜使其与大气隔绝，密封膜端部进行埋压处理，通过砂垫层内埋设的吸水管道，使用真空泵或其他真空手段抽真空，使其形成膜下负压，增加地基的有效应力。

塑料排水板是常用的排水体之一，然而实践发现在处理含水率高、黏粒含量高、排水性较差的流态状疏浚淤泥时经常会遇到淤堵的情况，具体表现为：失去水分后固结的淤泥会在排水板周围形成土柱，土柱内部结构强度较高而土柱外部为稀泥状，使排水板周围的淤泥中的水分难以排出。研究表明，传统真空预压法处理流态状疏浚淤泥容易发生两方面的淤堵：一是淤泥中悬浮的细颗粒容易在水份的带动下驻留于排水板表面的滤膜内，当驻留点大面积发生时会导致排水板滤膜发生淤堵；二是排水板附近的流态淤泥在传统真空负压荷载下会发生快速排水，并形成一层渗透系数极低的泥膜层紧紧地包裹于排水板表面，进而发生排水板表面泥膜层的淤堵。

为了解决上述淤堵问题，研究人员提出了众多的方法，如专利申请号为201510346402.1，名称为“以秸秆为排水体的流态泥防淤堵快速真空预压固结方法”的中国专利公开了一种采用碎秸秆纤维充填于条状土工袋中形成的秸秆排水体，结合间歇式真空加载方式的真空负压固结技术；秸秆排水体在间歇式真空负压下发生压缩或膨胀，在排水体周围的淤堵层中形成裂隙，提高了淤堵层的排水能力；但该发明中真空负压下，秸秆排水体致密化会限制排水能力，只适合淤泥的浅层加固，对于深层的淤泥由于侧向土压力较大，秸秆在较大的压力下无法回弹。专利申请号为201611189056.1，名称为“胀缩式排水装置及淤泥正负压排水方法”的中国专利公开了一种新型胀缩式排水体，该排水体利用正负压使排水芯板外的滤布膨胀或收缩，达到在排水体周围的淤堵层中形成裂隙，从而提高处理效果的目的；然而该发明中的排水体采用实心结构，因此排水体的透水能力有限，且制作工艺较为复杂。申请号为201910159622.1，名称为“一种可变形秸秆排水体及对淤泥地基防淤堵真空降水、异形桩固化加固的方法”的中国专利公开了“通过多个定位盘和多个滑动盘间隔排序后通过秸秆绳串联起来形成柱状结构，柱状结构外表面包覆有可降解的柔性透水滤布，最终形成生态排水体，通过间歇性施加正压，使得排水体具有胀缩性能，排水结束后注入流态填料形成的固化土桩”；该发明在正负压操作时，秸秆绳滑动过程中易断裂，且形成的异形桩截面形状依靠于秸秆绳的滑动，无法做到准确控制。

因此，探索一种工艺简单、排水能力好、有效防淤堵的排水体并获得高承载力的软基加固方法具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明提供一种基于废旧轮胎的防淤堵真空固结排水及异形桩成桩的软土加固方法，将废旧轮胎自由组合形成制作异形桩的模板，利用废旧轮胎的胎面凹槽作为排水通道，同时利用废旧轮胎的回弹变形实现防淤堵排水体的效果，最终达到加固软土的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于废旧轮胎的防淤堵真空固结排水及异形桩成桩的软土加固方法，包括以下步骤：

第一步，选取若干废旧轮胎，将废旧轮胎顺次叠加串联形成轮胎排水体，且轮胎排水体由下至上直径逐渐减小，废旧轮胎的胎面凹槽匹配布设，轮胎排水体内废旧轮胎通过至少三根定位杆实现串联定位，前述的定位杆为可降解的空心管；

第二步，在轮胎排水体的外侧以及环形内侧均包裹透水滤布，两层透水滤布之间形成环形腔，或者仅在轮胎排水体的外侧包裹透水滤布；

第三步，选取空心圆环状沉管，将其贯入软土内直至设计深度，沉管的空心直径接近且小于轮胎排水体的最小内径，沉管的外径接近且大于轮胎排水体的最大外径；

第四步，将轮胎排水体放置在沉管内；

第五步，将沉管从软土中拔出，轮胎排水体滞留在软土内，定位杆露出软土地基表面；

第六步，露出软土地基表面的定位杆通过排水管道与真空泵连通，启动真空泵，对轮胎排水体进行抽真空处理，软土内的水通过匹配的废旧轮胎胎面凹槽以及定位杆排出；

第七步，抽真空过程维持若干天后，轮胎排水体发生变形，观察排水管道内的出水量降低后，关闭真空泵，停止抽真空处理；

第八步，停止抽真空若干小时后，轮胎排水体回弹，位于其周围的已固结软土发生开裂，此时重新启动真空泵，再次进行抽真空处理，且维持若干天；

第九步，重复第六步以及第七步的步骤，进行间歇抽真空处理，直至排水管道内不再有水排出，完成对软土的真空固结处理；

第十步，当在轮胎排水体的外侧以及环形内侧均包裹透水滤布时，在轮胎排水体的环形腔内浇筑水泥浆液或者流动固化淤泥土，形成空心桩；当仅在轮胎排水体的外侧包裹透水滤布时，在透水滤布包裹的全部空间内浇筑水泥浆液或者流动固化淤泥土，形成实心桩；

第十一步，待空心桩或者实心桩成桩24小时后，在地基表面开挖桩芯土和桩周土，在挖取形成的区域内浇筑混凝土，形成桩盖板；

作为本发明的进一步优选，前述的轮胎排水体包括若干顺次叠加的废旧轮胎，在每个废旧轮胎的胎边上开设至少三个定位孔，定位孔的直径范围为8mm-50mm，且定位孔的个数与定位杆的根数匹配，定位杆插设在定位孔内；

每个相邻的定位孔之间开设若干透水孔；

作为本发明的进一步优选，位于相邻两个废旧轮胎的定位杆处设置一对卡箍，实现相邻废旧轮胎的紧密贴合；

作为本发明的进一步优选，至少三个定位孔对称布置，即若定位孔个数为三个，则三个定位孔呈三角形布设，若定位孔个数为四个，则四个定位孔呈矩形布设；

作为本发明的进一步优选，定位杆的侧壁上均匀开设若干孔洞，孔洞的开设个数范围为2-8个；

定位杆开设在废旧轮胎上的位置距离废旧轮胎外边缘距离大于或等于35mm；

作为本发明的进一步优选，第七步中，抽真空过程维持的时间为5-15天；

第八步中，停止抽真空后3-6个小时，压缩的废旧轮胎发生回弹；

第八步中，再次抽真空维持的时间同样为5-15天；

作为本发明的进一步优选，第十一步中，在地基表面开挖桩芯土和桩周土的深度范围为0.3m-0.5m；

作为本发明的进一步优选，前述的沉管包括沉管本体，沉管本体呈空心圆环状设置；在沉管本体的底部连接圆环桩靴或者活瓣桩尖，其中圆环桩靴的顶端与沉管本体连接，其顶端至底端直径逐渐减小，且圆环桩靴的底端圆周设置锋刃；

作为本发明的进一步优选，沉管的中间空心处插设秸秆捆或者塑料排水板，形成复合排水体。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明充分利用废旧轮胎的胎面凹槽结合定位杆进行排水，工艺简单，成本低廉，使得形成的排水体完整性较好，不易损坏，达到对固体废弃物的再利用，具有经济与环保效益；

2、本发明利用若干废旧轮胎进行组合制作成异形桩的模板，充分发挥了废旧轮胎自身受到压缩可变形且具有回弹能力的特性；

3、本发明将桩体制作成异形结构，提高了桩体的承载能力。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明提供的优选实施例的带有圆环桩靴的沉管结构示意图；

图2是本发明提供的优选实施例的带有活瓣桩尖的沉管结构示意图；

图3是本发明提供的优选实施例中使用同一规格废旧轮胎制作形成的轮胎排水体；

图4是本发明提供的优选实施例中使用不同规格废旧轮胎制作形成的轮胎排水体；

图5是本发明提供的优选实施例的轮胎排水体截面示意图；

图6是本发明提供的优选实施例的相邻废旧轮胎间的连接示意图；

图7是本发明提供的优选实施例中采用的废旧轮胎纹路形式图，分别给出了7a-7j十种方式；

图8是本发明提供的优选实施例中废旧轮胎花纹凹槽匹配连接的示意图；

图9是本发明提供的优选实施例的空心桩剖面示意图，其中9a为采用同一规格的废旧轮胎，9b为采用不同规格的废旧轮胎；

图10是本发明提供的优选实施例的实心桩剖面示意图，其中10a为采用同一规格的废旧轮胎，10b为采用不同规格的废旧轮胎；

图11是本发明提供的优选实施例中采用的废旧轮胎的结构示意图。

图中：1为沉管本体，2为圆环桩靴，3为活瓣桩尖，4为定位杆，5为废旧轮胎，6为定位孔，7为透水孔，8为卡箍，9为孔洞，10为胎面凹槽，11为胎面，12为胎边。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

本申请旨在提出一种基于废旧轮胎的防淤堵真空固结排水及异形桩成桩的软土加固方法，在此方法中涉及到的轮胎排水体包括若干顺次叠加的废旧轮胎5，图11所示，为废旧轮胎5的组成结构，在每个废旧轮胎5的胎边12上开设至少三个定位孔6，定位孔6内插设定位杆4实现废旧轮胎5的串联连接，这里废旧轮胎5可以是不同规格的，图4所示，构成的串联结构外径自上而下逐渐扩大，图3所示，若选取的废旧轮胎5都是同一个规格的，可以通过裁剪胎边12，实现整个串联结构胎边12自上而下逐渐扩大，软土深度越深，侧向土压力就越大，轮胎排水体受到的压力就越大，位于最底部的废旧轮胎5外径最大是能够保证埋置在深处的废旧轮胎5具有较大的回弹能力。废旧轮胎5在串联摆放时，图8所示，胎面11的花纹凹槽要匹配对接，形成若干个排水通道，图7中给出了十种废旧轮胎5的花纹，若选取的废旧轮胎5的胎面凹槽10磨损严重，则可以通过工具划出2mm-5mm的刻痕，辅助实现花纹间胎面凹槽10的对接，从而形成排水通道。

轮胎胎边12上的定位孔6直径范围为8mm-50mm，且定位孔6的个数与定位杆4的根数匹配，定位杆4与废旧轮胎5外边缘（扣除厚度）的距离不小于35mm；至少三个定位孔6是对称布设的，若是选择三个定位孔6，则三个定位孔6呈等边三角形状分布，若是四个定位孔6，则四个定位孔6呈正方形设置。废旧轮胎5对桩形成径向的约束，具有箍筋的作用，定位杆4则对桩形成纵向钢筋的作用，提高了成型后桩的承载能力；定位杆4选用可降解的塑料管制作，定位杆4作为另一种排水通道，为了获得更优的排水效果，在定位杆4的侧壁上开设2-8个孔洞9，且这2-8个孔洞9是沿着定位杆4对称布设的；当定位杆4顺次穿过叠加的废旧轮胎5时，为了避免废旧轮胎5在定位杆4上位置的偏移，图6所示，在相邻的废旧轮胎5贴合处的定位杆4上安装一对卡箍8；

整个轮胎排水体形成后，为了进一步提高排水效果，图5所示，在每个相邻的定位孔6之间开设若干透水孔7。

基于上述提供的轮胎排水体，将轮胎排水体做成空心排水体或者实心排水体，方式多样灵活，浇筑填料固化后可以以图9所示的空心桩或者图10所示的实心桩的形式进行软土加固方法，下面分别进行阐述；

第一种，利用空心桩进行软土加固方法，包括以下步骤：

第一步，在轮胎排水体的外侧以及环形内侧均包裹透水滤布，两层透水滤布之间形成环形腔；

第二步，选取空心圆环状沉管，将其贯入软土内直至设计深度，沉管的空心大小根据所选用的废旧轮胎5内径尺寸所定，即要保证沉管的空心直径接近且小于轮胎排水体的最小内径，沉管的外径接近且大于轮胎排水体的最大外径；

第三步，将轮胎排水体放置在沉管内；这里，根据实际需要，也可以在沉管的中心位置的软土中打设秸秆捆或者塑料排水板，形成复合排水体；

第四步，将沉管从软土中拔出，轮胎排水体滞留在软土内，定位杆4露出软土地基表面；

第五步，露出软土地基表面的定位杆4通过排水管道与真空泵连通（若还设置了复合排水体，那么复合排水体同样也和真空泵连通），启动真空泵，对轮胎排水体进行抽真空处理，软土内的水通过匹配的废旧轮胎5胎面凹槽10以及定位杆4排出；

第六步，抽真空过程维持5-15天后，轮胎排水体发生变形，观察排水管道内的出水量明显降低后，关闭真空泵，停止抽真空处理；

第七步，停止抽真空3-6小时后，被压缩的轮胎排水体回弹，位于其周围的已固结软土发生开裂，此时重新启动真空泵，再次进行抽真空处理，且维持连续的5-15天；

第八步，重复第六步以及第七步的步骤，进行间歇抽真空处理，直至排水管道内不再有水排出，完成对软土的真空固结处理；

第九步，由于在轮胎排水体的外侧以及环形内侧均包裹透水滤布，在轮胎排水体的环形腔内浇筑水泥浆液或者流动固化淤泥土，形成空心桩；

第十步，待空心桩成桩24小时后，在地基表面开挖0.3m-0.5m的桩芯土和桩周土，在挖取形成的区域内浇筑混凝土，形成桩盖板。

第二种，利用实心桩进行软土加固方法，包括以下步骤：

第一步，仅在轮胎排水体的外侧包裹透水滤布；；

第二步，选取空心圆环状沉管，将其贯入软土内直至设计深度，沉管的空心大小根据所选用的废旧轮胎5内径尺寸所定，即要保证沉管的空心直径接近且小于轮胎排水体的最小内径，沉管的外径接近且大于轮胎排水体的最大外径；

第三步，将轮胎排水体放置在沉管内；这里，根据实际需要，也可以在沉管空心内筒内放置秸秆捆或者塑料排水板，形成复合排水体；

第四步，将沉管从软土中拔出，轮胎排水体滞留在软土内，定位杆4露出软土地基表面；

第五步，露出软土地基表面的定位杆4通过排水管道与真空泵连通（若还设置了复合排水体，那么复合排水体同样也和真空泵连通），启动真空泵，对轮胎排水体进行抽真空处理，软土内的水通过匹配的废旧轮胎5胎面凹槽10以及定位杆4排出；

第六步，抽真空过程维持5-15天后，轮胎排水体发生变形，观察排水管道内的出水量明显降低后，关闭真空泵，停止抽真空处理；

第七步，停止抽真空3-6小时后，被压缩的轮胎排水体回弹，位于其周围的已固结软土发生开裂，此时重新启动真空泵，再次进行抽真空处理，且维持连续的5-15天；

第八步，重复第六步以及第七步的步骤，进行间歇抽真空处理，直至排水管道内不再有水排出，完成对软土的真空固结处理；

第九步，由于仅在轮胎排水体的外侧包裹透水滤布，在透水滤布包裹的全部空间内浇筑水泥浆液或者流动固化淤泥土，形成实心桩；

第十步，待实心桩成桩24小时后，在地基表面开挖0.3m-0.5m的桩芯土和桩周土，在挖取形成的区域内浇筑混凝土，形成桩盖板。

上述两种方式固结结束后，利用废旧轮胎5固有的形态作为模板，浇筑填料形成异形桩，利用其横截面的异形效应以及轮胎的约束摩擦作用，增加了桩侧摩阻力、桩端承阻力，增强了桩的抗拔性能和抗倾覆能力，同时废旧轮胎5在异形桩周围形成了径向约束力，结合定位杆4起到的纵向钢筋作用，提高了桩的承载能力；由于废旧轮胎5自身变形能力良好，受压缩后卸载回弹变形较大，使围绕在废旧轮胎5排水体周围已固结的软土开裂，有效防止了淤堵现象的发生。

最后需要说明的是，本申请中提到的沉管，包括沉管本体1，沉管本体1呈空心圆环状设置；在沉管本体1的底部连接图1所示的圆环桩靴2或者图2所示的活瓣桩尖3，其中圆环桩靴2的顶端与沉管本体1连接，其顶端至底端直径逐渐减小，为了保证沉管快速打入软土内，圆环桩靴2的底端圆周设置锋刃，当沉管拔出时，圆环桩靴2是可以遗留在软土内的，活瓣桩尖3可以进行自由伸缩，因此随着沉管一起拔出软土。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

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