《土工布輕質活性材料樁處理軟土地基的方法》是馮守中、閆澍旺於2011年3月15日申請的發明專利，該專利的公布號為CN102168420A，專利公布日為2011年8月31日，發明人是馮守中、閆澍旺。該發明屬於土木工程建設領域。
《土工布輕質活性材料樁處理軟土地基的方法》特徵在於它包括如下步驟：1）輕質活性材料的準備；2）土工布樁筒袋和引孔樁管的準備；3）由打樁錘將引孔樁管打樁至設計深度；4）從鋼套管上部側壁預留的圓孔內塞放進長度等於設計樁的土工布樁筒袋；5）將混合料拌和系統的裝料管與土工布樁筒袋的進料口相聯接；6）裝填滿土工布樁筒袋；7）鋼套管被吊著上升離開軟土地基；裝滿輕質活性材料的土工布樁筒袋在重量作用下留在原位，輕質活性材料汲取軟土地基中的孔隙水，並經過水化反應形成土工布輕質活性材料樁；8）重複步驟3）～7），至軟土地基加固處理完畢。
2017年12月11日，《土工布輕質活性材料樁處理軟土地基的方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《土工布輕質活性材料樁處理軟土地基的方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：土工布輕質活性材料樁處理軟土地基的方法
- 公布號：CN102168420A
- 公布日：2011年8月31日
- 申請號：201110062475X
- 申請日：2011年3月15日
- 申請人：馮守中、閆澍旺
- 地址：上海市虹口區伊敏河路99弄1號樓403室
- 發明人：馮守中、閆澍旺
- Int. Cl.：E02D5/38(2006.01)I
- 專利代理機構：湖北武漢永嘉專利代理有限公司
- 代理人：唐萬榮
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
軟土一般是指在靜水和緩慢流水環境中沉積，以黏粒為主並伴有微生物作用的近代沉積物。其呈軟塑到流塑狀態，外觀是以灰色為主的細土粒，如淤泥和淤泥質土、泥炭土和沼澤土，以及其他高壓縮性飽和黏性土、粉土等。其中淤泥和淤泥質土是軟土的主要類型。
軟土地基處理就是對建築物或設備的基礎下的受力層進行提高其強度和穩定性的強化處理，以改善或加固地基的天然狀態，使之符合工程要求的技術措施。
發明內容
專利目的
《土工布輕質活性材料樁處理軟土地基的方法》的目的在於提供一種土工布輕質活性材料樁處理軟土地基的方法，該方法適用於深厚軟基的淺層處理，其加固效果好。
技術方案
《土工布輕質活性材料樁處理軟土地基的方法》包括如下步驟：
1）輕質活性材料的準備：輕質活性材料由下述三種原料組成：①生石灰，②廢石膏，③粉煤灰、爐渣或礦渣；按各原料所占重量份數為：①生石灰1份，②廢石膏0.05～0.5份，③粉煤灰、爐渣或礦渣1～2份，選取各原料；將上述組成輕質活性材料的三種原料裝入混合料拌和系統的集料斗中，並通過螺旋上料機輸入攪拌機內均勻拌和2～3分鐘，得到輕質活性材料，然後卸入氣壓儲料倉內；混合料拌和系統包括螺旋上料機、集料斗、攪拌機、氣壓儲料倉、氣壓閥、裝料管、鼓風機、閥門，集料斗的輸出口位於螺旋上料機的輸入口的上方，螺旋上料機輸出口位於攪拌機的輸入口的上方，攪拌機的輸出口與氣壓儲料倉的輸入口相連，氣壓儲料倉的下端由氣管與鼓風機的輸出口相連，氣管上設有氣壓閥，裝料管的一端與氣壓儲料倉的下端輸出口相連，裝料管的另一端為出料端，氣管上設有閥門，閥門位於氣壓閥與鼓風機之間；
2）土工布樁筒袋和引孔樁管的準備：①土工布樁筒的準備：用土工織物加工成筒狀，得到土工布樁筒袋，土工布樁筒袋直徑大於鋼套管的內徑2～4厘米；②引孔樁管的準備：引孔樁管由鋼套管和管底門組成，鋼套管的底部鉸接管底門，管底門至少有3扇；鋼套管的內徑等於設計樁的外徑，鋼套管的上端與空心振動錘上的鋼管法蘭連線，鋼套管上部側壁預留塞放土工布樁筒袋的圓孔，圓孔下邊部至管底門的長度為設計樁長；
3）打樁機就位，由打樁錘將引孔樁管打樁至設計深度；
4）從鋼套管上部側壁預留的圓孔內塞放進長度等於設計樁的土工布樁筒袋，土工布樁筒袋的進料口伸出鋼套管上部預留的圓孔外；
5）將混合料拌和系統的裝料管與土工布樁筒袋的進料口相聯接；
6）開啟混合料拌和系統的氣壓儲料倉下的氣壓閥，並打開鼓風機前的閥門，開啟鼓風機將氣壓儲料倉內的輕質活性材料通過氣壓吹填入土工布樁筒袋內，並直至裝填滿土工布樁筒袋，關閉氣壓儲料倉下的氣壓閥、關閉氣管上的閥門，從土工布樁筒袋內移出裝料管口，紮緊土工布樁筒袋的進料口；
7）從穿過空心振動錘的空心孔的鋼管上口吊放入直徑小於鋼管內徑的重錘，用重錘夯壓裝滿輕質活性材料的土工布樁筒袋，並開啟空心振動錘振動上拔鋼套管，鋼套管被吊著上升離開軟土地基；裝滿輕質活性材料的土工布樁筒袋在重量作用下留在原位，輕質活性材料汲取軟土地基中的孔隙水，並經過水化反應形成土工布輕質活性材料樁；
8）重複步驟3）～7），至軟土地基加固處理完畢。
土工布輕質活性材料樁處理軟土地基的方法是：將生石灰、廢石膏與粉煤灰（或爐渣、礦渣）等輕質材料按一定比例混合攪拌使之成為可遇水反映並能固化的輕質活性材料，並通過該發明的工藝措施，將該輕質活性材料裝填進已沉入軟土地基上的土工布樁筒袋（樁筒型）內，使之在軟土中形成樁基，並具有多種機理的地基處理效果。土工布是指由專門生產的具有抗酸鹼能力的土工織物布縫製。
土工布輕質活性材料樁處理軟土地基的作用機理是對軟土的脫排水固結、擠密、輕質材料置換和基樁承力，其地基處理的具體原理可包括：
1、生石灰極易吸水，可降低樁周軟弱土體的含水量，減少土體間的孔隙率。
2、生石灰吸水膨脹使樁間土體產生強大的擠壓力，進而可使土體擠密，孔隙比減少，土體在密實中提高承載能力。
3、生石灰與粉煤灰（或爐渣、礦渣）遇水發生火山灰反應，而廢石膏與粉煤灰（或爐渣、礦渣）生成三硫型鈣礬石，反應生成物在土工布袋內形成具有較高強度、水硬性及水穩性的承力基樁。
4、土工布樁筒袋（土工布袋）起到方便施工和對基樁的加筋作用。首先，樁筒型土工布可自由透水卻可阻隔輕質活性材料的水化顆粒在未凝固前不流失，使生石灰在吸水膨脹時不至於粘黏和堵塞施工樁機的引孔沉管，這樣可便於施工；再者，土工布對基樁強度起到加筋抗拉拔應力的作用。
5、由於生石灰、廢石膏與粉煤灰（或爐渣、礦渣）的容重小於土體的容重，該工藝採用排土工藝成樁，輕質活性材料的基樁置換了原樁孔內的軟土，地基加固層的自重減輕，從而使得地基承載力有較大的提高。
6、硬化固結後的土工布輕質活性材料樁內有較多的連通孔隙，這些連通孔隙在地基承力壓載的過程中，作為排水滲透管道，可對基樁周邊的地基土起到進一步排水固結的作用。
土工布輕質活性材料樁處理軟土地基，可達到深厚軟基淺層處理的目的，其與一般所說的石灰樁處理軟基相比，解決了石灰樁處理軟基所不能解決的三個問題，即：第一，針對深厚軟土中的摩擦樁基，地基在受荷狀態或沉降的過程中，會對基樁產生拉應力，土工布袋的加筋可極大地提高基樁的抗拉能力，保證了基樁在抗拉拔中不致產生斷樁現象。第二，石灰樁處理軟基，在地下水位以下的基樁容易出現生石灰水解後不鈣化的“軟芯”現象，致使地基承載力的提高受到局限。而土工布輕質活性材料樁處理軟基卻不會出現上述的“軟芯”現象，具體的說土工布輕質活性材料樁在水化作用下可形成具有較高強度、水硬性及水穩性的承力基樁，其反應的定性描述是：
xCa（HO）2+SiO2+nH2O→xCaO.SiO2.（n+x）H2O
yCa（HO）2+Al2O3+nH2O→yCaO.Al2O3.（n+y）H2O
3Ca（HO）2+Al2O3+3CaSO4.2H2O+26H2O→3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O
第三，石灰樁在酸性地下水的長期作用下易造成鈣流失和基樁被腐蝕損壞的現象，而土工布輕質活性材料樁卻不會被酸性地下水或鹼性地下水腐蝕，其水硬性、水穩性及耐腐蝕性強。
改善效果
《土工布輕質活性材料樁處理軟土地基的方法》的有益效果是：該方法適用於深厚軟基的淺層處理，其加固效果好，經濟效益高。該發明施工方便、快速、環保，樁基質量耐久性長；土工布袋可約束輕質活性材料遇水後的鬆散膨脹，形成緻密的樁體，保證基樁的樁身強度；土工布袋的加筋可極大地提高基樁的抗拉能力，保證了深厚軟基淺層處理時摩擦樁基在負摩擦力作用下不致產生斷樁的現象；完全杜絕了石灰樁施工中易膨脹塞管、水解後不鈣化“軟芯”及耐腐蝕能力差的缺陷，進一步提高了地基的處理工效。該發明從機理上說其同時具備軟土的脫水固結、擠密、輕質材料置換、基樁承力和排水固結的多種功能。該發明的施工工藝適應性強、環保性好。土工布輕質活性材料樁合適於土木工程建設的不同土質的陸域工程軟基處理，用於公路、鐵路、碼頭堆場、市政工程等領域進行深厚軟基淺層處理的經濟效益高。
附圖說明
圖1為《土工布輕質活性材料樁處理軟土地基的方法》的土工布輕質活性材料樁的成樁流程示意圖；
圖2是混合料拌和系統的結構示意圖；
圖3為土工布輕質活性材料樁的成樁步驟示意圖；
圖4為空心振動錘的斷面結構示意圖（圖3中沿A-A向的視圖）。
圖中：1－螺旋上料機，2－集料斗，3－攪拌機，4－氣壓儲料倉，5－氣壓閥，6－裝料管，7－鼓風機，8－閥門，9－吊環，10－空心振動錘，11－法蘭，12－進料口與裝料管綁紮連線，13－土工布樁筒袋，14－重錘，15－鋼套管，16－管底門。
權利要求
1.《土工布輕質活性材料樁處理軟土地基的方法》包括如下步驟：
1）輕質活性材料的準備：輕質活性材料由下述三種原料組成：①生石灰，②廢石膏，③粉煤灰、爐渣或礦渣；按各原料所占重量份數為：①生石灰1份，②廢石膏0.05～0.5份，③粉煤灰、爐渣或礦渣1～2份，選取各原料；
將上述組成輕質活性材料的三種原料裝入集料斗中，並通過螺旋上料機輸入攪拌機內均勻拌和2～3分鐘，得到輕質活性材料，然後卸入氣壓儲料倉內；混合料拌和系統包括螺旋上料機、集料斗、攪拌機、氣壓儲料倉、氣壓閥、裝料管、鼓風機、閥門，集料斗的輸出口位於螺旋上料機的輸入口的上方，螺旋上料機輸出口位於攪拌機的輸入口的上方，攪拌機的輸出口與氣壓儲料倉的輸入口相連，氣壓儲料倉的下端由氣管與鼓風機的輸出口相連，氣管上設有氣壓閥，裝料管的一端與氣壓儲料倉的下端輸出口相連，裝料管的另一端為出料端，氣管上設有閥門，閥門位於氣壓閥與鼓風機之間；
2）土工布樁筒袋和引孔樁管的準備：①土工布樁筒的準備：用土工織物加工成筒狀，得到土工布樁筒袋，土工布樁筒袋直徑大於鋼套管的內徑2～4厘米；②引孔樁管的準備：引孔樁管由鋼套管和管底門組成，鋼套管的底部鉸接管底門，管底門至少有3扇；鋼套管的外徑等於設計樁的外徑，鋼套管的上端與空心振動錘上的鋼管法蘭連線，鋼套管上部側壁預留塞放土工布樁筒袋的圓孔，圓孔下邊部至管底門的長度為設計樁長；
3）打樁機就位，由打樁錘將引孔樁管打樁至設計深度；
4）從鋼套管上部側壁預留的圓孔內塞放進長度等於設計樁的土工布樁筒袋，土工布樁筒袋的進料口伸出鋼套管上部預留的圓孔外；
5）將混合料拌和系統的裝料管與土工布樁筒袋的進料口相聯接；
6）開啟混合料拌和系統的氣壓儲料倉下的氣壓閥，並打開鼓風機前的閥門，開啟鼓風機將氣壓儲料倉內的輕質活性材料通過氣壓吹填入土工布樁筒袋內，並直至裝填滿土工布樁筒袋，關閉氣壓儲料倉下的氣壓閥、關閉氣管上的閥門，從土工布樁筒袋內移出裝料管口，紮緊土工布樁筒袋的進料口；
7）從穿過空心振動錘的空心孔的鋼管上口吊放入直徑小於鋼管內徑的重錘，用重錘夯壓裝滿輕質活性材料的土工布樁筒袋，並開啟空心振動錘振動上拔鋼套管，鋼套管被吊著上升離開軟土地基；裝滿輕質活性材料的土工布樁筒袋在重量作用下留在原位，輕質活性材料汲取軟土地基中的孔隙水，並經過水化反應形成土工布輕質活性材料樁；
8）重複步驟3）～7），至軟土地基加固處理完畢。
實施方式
如圖1－圖4所示，土工布輕質活性材料樁處理軟土地基的方法，它包括如下步驟：
1）輕質活性材料的準備：輕質活性材料由下述三種原料組成：①生石灰，②廢石膏，③粉煤灰、爐渣或礦渣；按各原料所占重量份數為：①生石灰1份，②廢石膏0.05～0.5份，③粉煤灰、爐渣或礦渣1～2份，選取各原料（註：粉煤灰、爐渣或礦渣都能實現該發明；三種原料的上限、下限取值、區間取值，都能實現該發明）；將上述組成輕質活性材料的三種原料裝入集料斗2中，並通過螺旋上料機1輸入攪拌機3內均勻拌和2～3分鐘，得到輕質活性材料，然後卸入氣壓儲料倉4內；混合料拌和系統包括螺旋上料機1、集料斗2、攪拌機3、氣壓儲料倉4、氣壓閥5、裝料管6、鼓風機7、閥門8，集料斗2的輸出口位於螺旋上料機1的輸入口的上方，螺旋上料機1輸出口位於攪拌機3的輸入口的上方，攪拌機3的輸出口與氣壓儲料倉4的輸入口相連，氣壓儲料倉4的下端由氣管與鼓風機7的輸出口相連，氣管上設有氣壓閥5，裝料管6的一端與氣壓儲料倉4的下端輸出口相連，裝料管6的另一端為出料端，氣管上設有閥門8，閥門位於氣壓閥5與鼓風機7之間；裝料管上也可設閥門；
2）土工布樁筒袋和引孔樁管的準備：①土工布樁筒的準備：用具有耐酸鹼能力的土工織物加工成筒狀，得到土工布樁筒袋，土工布樁筒袋直徑大於鋼套管15的內徑2～4厘米；②引孔樁管的準備：引孔樁管由鋼套管15和管底門16組成，鋼套管15的底部鉸接管底門16，管底門16至少有3扇（一般為3～6扇）；鋼套管的外徑等於設計樁的外徑（一般200～600毫米），鋼套管的上端與空心振動錘10上的鋼管法蘭連線（鋼管穿過空心振動錘10上的空心孔，空心孔的半徑R＝20～60厘米，該鋼管與鋼套管直徑匹配），鋼套管上部側壁預留塞放土工布樁筒袋的圓孔，圓孔下邊部至管底門（樁尖）的長度為設計樁長；
3）打樁機就位，由打樁錘將引孔樁管打樁至設計深度（振動沉入引孔樁管，此時，鋼套管15底部的管底門16合攏）；
4）從鋼套管上部側壁預留的圓孔內塞放進長度等於設計樁的土工布樁筒袋（或稱土工布袋），土工布樁筒袋的進料口伸出鋼套管上部預留的圓孔外；
5）將混合料拌和系統的裝料管與土工布樁筒袋的進料口相聯接（進料口與裝料管綁紮連線12）；
6）開啟混合料拌和系統的氣壓儲料倉下的氣壓閥5，並打開鼓風機前的閥門8，開啟鼓風機將氣壓儲料倉4內的輕質活性材料通過氣壓吹填入土工布樁筒袋內，並直至裝填滿土工布樁筒袋（輕質活性材料填滿土工布袋），關閉氣壓儲料倉下的氣壓閥5、關閉氣管上的閥門8（也關閉鼓風機），從土工布樁筒袋內移出裝料管口，紮緊土工布樁筒袋的進料口（裝料管或稱輸料管；移除輸料管，紮緊土工布袋的口）；
7）從穿過空心振動錘的空心孔的鋼管上口吊放入直徑小於鋼管內徑的重錘14，用重錘夯壓裝滿輕質活性材料的土工布樁筒袋，並開啟空心振動錘振動上拔鋼套管，鋼套管被吊著上升離開軟土地基（鋼套管上的管底門在重量的作用下打開）；裝滿輕質活性材料的土工布樁筒袋在重量作用下留在原位，輕質活性材料汲取軟土地基中的孔隙水，並經過水化反應形成土工布輕質活性材料樁；
8）重複步驟3）～7），至軟土地基加固處理完畢。
通過實施證明，該發明的方法適用於深厚軟基的淺層處理，其加固效果好。
榮譽表彰
2017年12月11日，《土工布輕質活性材料樁處理軟土地基的方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
