CN102587352A - 一种软土地基的热排水固结处理装置及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软土地基的热排水固结处理装置及其处理方法，包括加压系统、水平排水系统和竖向排水系统，竖向排水系统包括若干个导热塑料排水板，导热塑料排水板包括塑料芯板及滤膜，塑料芯板的四周设置有导热管，各导热管通过管道连接形成循环回路，循环回路的连接水循环加热器，方法主要包括：场地平整，铺设水平排水砂垫层，开挖管槽设置真空排水滤管并连接真空泵，插导热塑料排水板，铺设密封膜，铺设土工布，开启水循环加热器和真空泵，抽真空、堆载预压，优点是有效缩短施工工期，减小工后沉降；工艺简单，操作方便。

Description

一种软土地基的热排水固结处理装置及其处理方法

技术领域

本发明涉及软土地基处理技术领域，尤其是涉及一种软土地基的热排水固结处理方法及其处理装置。

背景技术

我国东南沿海和内陆广泛分布着海相、湖相以及河相沉积的软土地基，其特点是含水量大、压缩性高、强度低、透水性差且不少情况埋藏深厚，地基承载力和稳定性往往不能满足工程要求。因此，软土地基需要采取处理措施，排水固结法就是处理软粘土地基的有效方法之一，该法是对先在软土地基中设置砂井、塑料排水带等竖向排水井，然后利用建筑物本身重量分组逐渐加载，或是在建筑物建造以前，在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。排水固结法一般适用于饱和软粘土、吹填土、松散粉土、新近沉积土、有机质土及泥炭土地基。

现有的软土地基的排水固结处理方法主要有堆载预压法、真空预压法、降低地下水位法、电渗法或几种方法兼用的联合法等，主要由排水系统和加压系统两部分共同组合而成的。其中加压系统为施加起固结作用的荷载，使土中的孔隙水产生压差而渗流使土固结，其材料有固体(土石料等)、液体(水等)、真空负压力荷载等；排水系统包括竖向排水井和水平排水垫层，主要是在地基中设置砂井或塑料排水带等竖向排水井，地面连以排水砂垫层而构成，设置排水系统主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的通路，缩短排水距离。

近年来，国内外的高速公路、铁路、机场、电厂、堆场、港口、围垦、污水处理厂、垃圾填埋场、围海造陆、水利水电、码头建筑等工程中的软基处理项目大量使用了塑料排水板。塑料排水板加固软土地基就是将带状的塑料排水板用插板机插入软土中，然后利用土体自重、地面加载预压、地基土层抽真空负压等荷载的作用，通过毛细现象和塑料排水带在土中形成的排水通道将饱和软土中的孔隙水排出，是淤泥、淤质土、冲填土等饱和粘性及杂填土运用排水固结法进行软基处理的良好垂直通道，大大缩短了软土的排水距离，加快了软土的固结，从而使地基土体得到加固的一种方法。

但是现有堆载预压、真空预压等加压联合塑料排水板排水固结法仍存在一定的问题。普通塑料排水板下无法从根本上改变地基中的水平径向渗透固结速度。在竖向荷载作用下，土体水平固结效应小。为此，要加快地基固结必须加大地表荷载，但又易使软土的结构破坏，导致渗透系数降低，使孔隙水压力消时减慢，反而导致地基排水固结时间的延长，影响工期，甚至工程造价。因此，现有采用普通塑料排水板的软土地基的排水固结处理方法局限性主要表现为未能从根本上改善土体水平向渗透和固结速度，软土地基水平向固结速率仍缓慢，加固软土地基的时间较长。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可加速水在土体中水平向的渗流，提高软土地基的固结速度，减小工后沉降量的软土地基的热排水固结处理装置及其处理方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种软土地基的热排水固结处理装置，包括加压系统、水平排水系统和竖向排水系统，所述的竖向排水系统包括若干个并排设置的导热塑料排水板，所述的导热塑料排水板包括塑料芯板及包裹在所述的塑料芯板四周的滤膜，所述的塑料芯板的外周设置有导热管，所述的导热管通过管道连接形成循环回路，所述的循环回路的进水口和出水口分别连接水循环加热器。

所述的加压系统主要采用堆载预压、真空预压和低能强夯中的一种或几种联合。

所述的水平排水系统主要由砂垫层组成，所述的砂垫层内设置有真空排水滤管，所述的真空排水滤管包括围成矩形的真空主管和与所述的真空主管一体连通的若干个支滤管，所述的真空主管连接真空泵，所述的支滤管横卧在所述的真空主管的内部，所述的真空主管与所述的支滤管的周壁上设置有透气孔。

所述的导热管的外径为5～12mm，内径为4～10mm，所述的导热管与所述的滤膜采用粗长纤维热熔粘合或者细长纤维热轧粘合并结合化学胶粘合，所述的塑料芯板采用高密度聚乙烯或聚丙烯材料制作而成，所述的导热管采用橡胶塑料软管制作而成，所述的滤膜采用涤纶或丙纶制作而成。

所述的塑料芯板的两侧沿塑料芯板的长度方向相应设置有第一导热管和第二导热管，所述的塑料芯板的底部设置有第三导热管，所述的第一导热管的下端开口和所述的第二导热管的下端开口分别通过导热管接头与所述的第三导热管连通。

一种软土地基的热排水固结处理方法，包括以下步骤：

(1) 将待处理的软土地基进行场区场地平整，挖除软土地基表层的种植土、树根、生活垃圾、建筑垃圾，再回填石灰土至设计标高；

(2) 将水平排水砂垫层铺设在软土地基表面后，在砂垫层中开挖管槽布置真空排水滤管，将若干个导热塑料排水板插入软土地基中，将所有导热塑料排水板的外周设置的导热管连接形成循环回路，将循环回路的进水口和出水口分别连接到水循环加热器；

 (3) 将所述的真空排水滤管连接真空泵，然后在所述的水平排水砂垫层的表面覆盖密封膜，再在所述的密封膜的表面覆盖一层土工布；

(4) 将水循环加热器开启，将循环回路中的水流加热至70～90℃，使高温水流在导热管中循环流动，对导热管周边土体进行持续加热，持续时间不少于24小时，随后停止加热直至导热管中的水温下降至40℃，再重复上述加热，卸热过程，实现软土地基的冷热循环，使地基土体充分固结，同时将真空泵开启进行抽真空并控制真空压力为20～80KPa，进行填筑堆载加速被处理软土结合水的排出，直至地面沉降速率连续10d平均沉降量小于或等于2mm/d，最后关闭真空泵和水循环加热器，即完成软土地基的热排水固结处理。

所述的真空排水滤管包括围成矩形的真空主管和与所述的真空主管一体连通的若干个支滤管，所述的真空主管连接真空泵，所述的支滤管横卧在所述的真空主管的内部，所述的真空主管与所述的支滤管的周壁上设置有透气孔，所述的真空主管为直径82.9mm的聚氯乙烯管，所述的支滤管为直径55mm的聚氯乙烯管。

所述的导热管的外径为5～12mm，内径为4～10mm，所述的导热管与所述的滤膜采用粗长纤维热熔粘合或者细长纤维热轧粘合并结合化学胶粘合，所述的塑料芯板采用高密度聚乙烯或聚丙烯材料制作而成，所述的导热管采用橡胶塑料软管制作而成，所述的滤膜采用涤纶或丙纶制作而成。

所述的导热塑料排水板包括塑料芯板及包裹在所述的塑料芯板四周的滤膜，所述的塑料芯板的两侧沿塑料芯板的长度方向相应设置有第一导热管和第二导热管，所述的塑料芯板的底部设置有第三导热管，所述的第一导热管的下端开口和所述的第二导热管的下端开口分别通过导热管接头与所述的第三导热管连通并形成“U”型。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明软土地基的热排水固结处理装置，包括加压系统、水平排水系统和竖向排水系统，该竖向排水系统包括若干个导热塑料排水板，导热塑料排水板包括塑料芯板及包裹在塑料芯板四周的滤膜，塑料芯板的外周设置有导热管，所有导热管通过管道连接形成循环回路，循环回路的进水口和出水口分别连接水循环加热器，可实现70~90℃的高温水流沿着导热管在加固深度范围内的软土地层中循环流动，利用该软土地基的热排水固结处理装置处理软土地基的方法主要包括：软土地基场地平整，在软土地基场上铺设水平排水砂垫层，开挖管槽设置真空排水滤管，插导热塑料排水板，连接真空泵铺设密封膜，并铺设土工布，开启水循环加热器和真空泵，抽真空、堆载预压，与现有软土地基处理排水固结处理装置及其方法相比较，本发明具有以下显著优越效果：

1、有效缩短施工工期，减小工后沉降。本发明涉及的软土地基处理热排水固结方法与传统排水固结法相比，主要引入竖向导热排水系统，实现70～90℃的高温水流沿着导热管在加固深度范围内的软土地层中循环流动，由于在高温作用以及冷热循环的反复作用下，软土中孔隙水和土颗粒产生一定的热膨胀，使土样有体积增大的趋势，同时软土中的孔隙水粘滞性会减小，渗透系数增大，可加速水在土体中的渗流，尤其是水平向的流动，提高软土地基的固结速度，减小工后沉降量，增强软基处理效果。

2、不受软土地基地质条件的限制，保证施工质量。本发明涉及的软土地基处理热排水固结装置的竖向排水系统，可根据需要调整导热塑料排水板的长度，使之实现不同地质对地基处理效果的要求，从而为各类深厚软土地基处理提供有效的保障。同时，本发明是基于传统排水固结法基础上改进而来，不存在施工技术上的问题，施工质量易保证。

3、工艺简单。本发明涉及的软土地基处理热排水固结处理装置及其方法，易实现，施工工艺简单，操作方便，可直接利用传统排水固结法的施工机械实施，带有导热管的塑料排水板可以采用常规打设机械施工。

附图说明

图1为本发明软土地基的热排水固结处理装置的结构示意图；

图2为本发明的竖向排水系统的结构示意图；

图3为本发明的导热塑料排水板的结构示意图；

图4为本发明实施例2的俯视结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

以下实施例对本发明作了进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此，保护范围以权力要求为准。

实施例1

本发明一种软土地基的热排水固结处理装置，如图1、图2和图3所示，包括加压系统、水平排水系统和竖向排水系统，该竖向排水系统包括若干个导热塑料排水板1（可采用普通塑料排水板的尺寸），导热塑料排水板1包括塑料芯板2及包裹在塑料芯板2四周的滤膜3，塑料芯板2的外周设置有导热管4，导热管4通过管道18连接形成循环回路，循环回路的进水口和出水口分别连接水循环加热器5。

在此具体实施例中，加压系统主要采用堆载预压、真空预压和低能强夯中的一种或几种联合。

在此具体实施例中，水平排水系统主要由砂垫层6组成，砂垫层6内设置有真空排水滤管7，该真空排水滤管包括围成矩形的真空主管7a和与真空主管7a一体连通的若干个支滤管7b，真空主管7a连接真空泵8，支滤管7b横卧在真空主管7a的内部，真空主管7a与支滤管7b的周壁上设置有透气孔。

在此具体实施例中，导热管4的外径为5～12mm，内径为4～10mm，导热管4与滤膜3采用粗长纤维热熔粘合或者细长纤维热轧粘合并结合化学胶粘合，塑料芯板2采用高密度聚乙烯或聚丙烯材料制作而成，导热管4采用橡胶塑料软管制作而成，滤膜3采用涤纶或丙纶制作而成。

在此具体实施例中，塑料芯板2的两侧沿塑料芯板2的长度方向相应设置有第一导热管4a和第二导热管4b，塑料芯板2的底部设置有第三导热管4c，第一导热管4a的下端开口和第二导热管4b的下端开口分别通过导热管接头9与第三导热管4c连通并形成“U”型，导热管4与导热管接头9采用热胶粘合。

 实施例2

本发明一种软土地基的热排水固结处理方法，所属方法是在堆载预压、真空预压等排水固结法基础上，将塑料排水板两则和底部增设导热管4，形成导热塑料排水板1，并在所有导热塑料排水板1打设完成后，将所有导热塑料排水板1的导热管4连接成一个循环回路，再连接到水循环加热器5，形成一个闭合的热循环系统。开启水循环加热器5，将水流加热至70～90℃，打开进水阀门10、出水阀门11，并启动水循环加热器5，使高温水流在导热管4中循环流动，对导热管4周边土体进行持续加热，如图1、图2、图3和图4所示，具体步骤如下：

1、进行场区场地平整

将软土地基进行场区场地平整，挖除表层种植土、树根、生活垃圾、建筑垃圾等杂物，再回填7%石灰土至设计标高；

2、铺设水平排水砂垫层5

砂垫层6厚度不小于500mm，砂垫层6施工过程中，避免对软土地基表层的过大扰动和隆起，以免造成砂垫层6与软土混合，影响砂垫层6的排水效果；

3、布置真空排水滤管7

水平排水砂垫层施工完成后，开始真空排水滤管7的布置。在砂垫层6中开挖管槽，布放和连接真空排水滤管7，并保证真空管路的畅通和各类接头的牢固。真空排水滤管7包括围成矩形的真空主管7a（可采用直径82.9mm聚氯乙烯PVC管）和与真空主管7a一体连通的若干个支滤管7b（可采用直径55mm聚氯乙烯PVC 管），真空主管7a连接真空泵8，支滤管7b横卧在真空主管7a的内部，真空主管7a与支滤管7b的周壁上设置有透气孔，其中同管径的对接采用钢丝吸水胶管连接，全部吸水管均需埋入砂垫层6中，真空主管7a通过出膜器及吸水管与真空泵8连接。在进行真空主管7a和支滤管7b的连接、安装和埋设时，将露出的排水板头埋入砂垫层6中；

4、铺设密封膜12

密封沟13必须符合盖膜闭气要求，采用人工配合挖掘机开挖，沟底宽0.8～1.0m，沟深1.5m～2.0m，挖好后将密封膜12顺密封沟13的沟壁内侧铺放入密封沟13中，紧贴密封沟13的内壁，将密封膜12放至密封沟13的底部，沿密封沟13内壁将膜边插入坑底土中10cm左右，然后以细粒土分层回填，回填至周边密封墙墙顶以下50cm左右，作为汇水沟覆水之用；

5、插导热塑料排水板1

在连接好真空排水滤管7后，打设竖向导热塑料排水板1，各个导热塑料排水板1水平间距为1.2～1.5m，按三角形或矩形布置，处理深度取决于导热塑料排水板1的类型。在普通塑料排水板的塑料芯板2的两侧沿塑料芯板2的长度方向相应设置有第一导热管4a和第二导热管4b，塑料芯板2的底部设置有第三导热管4c，第一导热管4a的下端开口和第二导热管4b的下端开口分别通过导热管接头9与第三导热管4c连通并形成“U”型，导热管4与导热管接头9采用热胶粘合，其中导热管4采用橡胶塑料软管外径为5～12mm，内径为4～10mm，导热管4与塑料芯板2采用粗长纤维热熔粘合或细长纤维热轧粘合并结合化学胶粘合好，以备施工之用；导热塑料排水板1打设方法同普通塑料排水板一样，如采用履带式振动插板机施工，按测放好的排水板桩位施工，打设过程中要保持桩架垂直。机具就位，插板机穿靴，插入套管，拨出套管，割断塑料排水板，机具就位，施工下一塑料排水板。在所有导热塑料排水板1打设完成后，将所有塑料排水板1的导热管4连接成一个循环回路，再连接到水循环加热器5；

6、铺设土工布

在堆载前，要在膜下铺一层无纺土工布（用于保护密封膜）。同时，在填土施工前放置表面沉降板15及其它膜上观测仪器（如孔压计16、测斜管17）； 

7、软土地基的热处理

开启水循环加热器5，将水流加热至70～90℃，打开进水阀门10、出水阀门11，并启动水循环加热器5上的马达，使高温水流在导热管4中循环流动，对导热管4周边土体进行持续加热，持续时间不少于24小时，随后停止加热，卸热时间以导热管4中的水温下降至40℃为限，使橡胶塑料导热管4恢复，重复加热，卸热，实现软土地基的冷热循环，使软土中孔隙水和土颗粒产生一定的热膨胀，使土样有体积增大的趋势，同时软土中的孔隙水粘滞性会减小，渗透系数增大，可加速水在土体中的渗流，尤其是水平向的流动。

8、抽真空、堆载14预压

在对软土地基进行热处理的同时，开启真空泵8开始进行抽真空。开始阶段控制真空加压的速率，以抽出砂垫层5中的空气，真空压力从20kPa逐级增加，随着密封膜12下空气的排出及土层排水固结度的提高，密封膜12内真空度逐渐增大并稳定在80kPa之上。随后填筑堆载14完成后，实测地面沉降速率连续10d平均沉降量小于或等于2mm/d，即可停泵卸载，并关闭水循环加热器5，即完成软土地基的热排水固结处理。

Claims (9)

1.一种软土地基的热排水固结处理装置，包括加压系统、水平排水系统和竖向排水系统，其特征在于：所述的竖向排水系统包括若干个并排设置的导热塑料排水板，所述的导热塑料排水板包括塑料芯板及包裹在所述的塑料芯板四周的滤膜，所述的塑料芯板的外周设置有导热管，所述的导热管通过管道连接形成循环回路，所述的循环回路的进水口和出水口分别连接水循环加热器。

2.根据权利要求1所述的一种软土地基的热排水固结处理装置，其特征在于：所述的加压系统主要采用堆载预压、真空预压和低能强夯中的一种或几种联合。

3.根据权利要求1所述的一种软土地基的热排水固结处理装置，其特征在于：所述的水平排水系统主要由砂垫层组成，所述的砂垫层内设置有真空排水滤管，所述的真空排水滤管包括围成矩形的真空主管和与所述的真空主管一体连通的若干个支滤管，所述的真空主管连接真空泵，所述的支滤管横卧在所述的真空主管的内部，所述的真空主管与所述的支滤管的周壁上设置有透气孔。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种软土地基的热排水固结处理装置，其特征在于：所述的导热管的外径为5～12mm，内径为4～10mm，所述的导热管与所述的滤膜采用粗长纤维热熔粘合或者细长纤维热轧粘合并结合化学胶粘合，所述的塑料芯板采用高密度聚乙烯或聚丙烯材料制作而成，所述的导热管采用橡胶塑料软管制作而成，所述的滤膜采用涤纶或丙纶制作而成。

5.根据权利要求4所述的一种软土地基的热排水固结处理装置，其特征在于：所述的塑料芯板的两侧沿塑料芯板的长度方向相应设置有第一导热管和第二导热管，所述的塑料芯板的底部设置有第三导热管，所述的第一导热管的下端开口和所述的第二导热管的下端开口分别通过导热管接头与所述的第三导热管连通。

6.一种利用权利要求1所述的软土地基的热排水固结处理装置的热排水固结处理方法，其特征在于包括以下步骤：

(1) 将待处理的软土地基进行场区场地平整，挖除软土地基表层的种植土、树根、生活垃圾、建筑垃圾，再回填石灰土至设计标高；

(2) 将水平排水砂垫层铺设在软土地基表面后，在砂垫层中开挖管槽布置真空排水滤管，将若干个导热塑料排水板插入软土地基中，将所有导热塑料排水板的外周设置的导热管连接形成循环回路，将循环回路的进水口和出水口分别连接到水循环加热器；

 (3) 将所述的真空排水滤管连接真空泵，然后在所述的水平排水砂垫层的表面覆盖密封膜，再在所述的密封膜的表面覆盖一层土工布；

(4) 将水循环加热器开启，将循环回路中的水流加热至70～90℃，使高温水流在导热管中循环流动，对导热管周边土体进行持续加热，持续时间不少于24小时，随后停止加热直至导热管中的水温下降至40℃后，再重复上述加热，卸热过程，同时将真空泵开启进行抽真空并控制真空压力为20～80KPa，进行填筑堆载加速被处理软土结合水的排出，直至地面沉降速率连续10d平均沉降量小于或等于2mm/d，最后关闭真空泵和水循环加热器，即完成软土地基的热排水固结处理。

7.根据权利要求6所述的一种软土地基的热排水固结处理方法，其特征在于：所述的真空排水滤管包括围成矩形的真空主管和与所述的真空主管一体连通的若干个支滤管，所述的真空主管连接真空泵，所述的支滤管横卧在所述的真空主管的内部，所述的真空主管与所述的支滤管的周壁上设置有透气孔，所述的真空主管为直径82.9mm的聚氯乙烯管，所述的支滤管为直径55mm的聚氯乙烯管。

8.根据权利要求7所述的一种软土地基的热排水固结处理方法，其特征在于：所述的导热管的外径为5～12mm，内径为4～10mm，所述的导热管与所述的滤膜采用粗长纤维热熔粘合或者细长纤维热轧粘合并结合化学胶粘合，所述的塑料芯板采用高密度聚乙烯或聚丙烯材料制作而成，所述的导热管采用橡胶塑料软管制作而成，所述的滤膜采用涤纶或丙纶制作而成。

9.根据权利要求8所述的一种软土地基的热排水固结处理装置，其特征在于：所述的导热塑料排水板包括塑料芯板及包裹在所述的塑料芯板四周的滤膜，所述的塑料芯板的两侧沿塑料芯板的长度方向相应设置有第一导热管和第二导热管，所述的塑料芯板的底部设置有第三导热管，所述的第一导热管的下端开口和所述的第二导热管的下端开口分别通过导热管接头与所述的第三导热管连通。

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