CN103352458B - 膜下可控式真空负压井高效吸水固结法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种膜下可控式真空负压井高效吸水固结法，简称CPC法，包括：第一步、布置纵向管路；第二步、布置水平管路；第三步、组装负压密封井；第四步、布置负压密封井；第五步、布置密封膜；第六步、排水加固处理。本发明采用由可控式负压密封井、纵向和水平管路、以及多层密封膜构成的处理系统，单套处理系统的处理面积可达5000-15000平米，排水效率高，可大大降低单位面积的电量消耗量，并提高管路水流顺畅性和密封系统稳定性。

Description

膜下可控式真空负压井高效吸水固结法

技术领域

本发明涉及一种膜下可控式真空负压井高效吸水固结法，简称CPC法，适用于高效、负压可控的对软土地基排水加固，属于软土地基处理技术领域。

背景技术

据申请人了解，软土地基普遍存在于各类工程建设中，从固结角度分为正常固结软土和欠固结软土。其中，正常固结软土较为普遍，例如交通、水利、建筑、能源、化工等各类行业中常见的软土地基，加固处理的方法主要有排水固结法（堆载预压、真空预压、真空联合堆载预压）、复合地基法（水泥搅拌桩、CFG桩、碎石桩）、化学加固法（注浆）等；欠固结软土主要为吹填土淤泥，在围海、围垦、疏浚工程中广泛存在，吹填土淤泥作为一种特殊的软土，其含水率和孔隙比非常高，固结速率慢，压缩性高，抗剪强度低，其工程性质比一般软土还要差，多采用排水固结法处理。

真空预压排水加固法作为软土地基加固的一种手段，在我国工程建设中成熟应用近30年，从早期传统真空预压衍生出多种方法，如浅表层加固法、低位真空预压加固法、气压劈裂真空预压法、真空立体降水法、无排水砂垫层真空预压法、超软土浅表层空间排水固结快速处理方法等，但这些方法在实质上多为真空预压法，即由真空加压系统、排水排气系统和密封系统三部分所组成。

传统的真空预压法、浅表层加固法、无排水砂垫层真空预压法等加固方法中，真空加压系统能耗较大，多采用真空射流泵，每台设备控制面积仅为800-1200平米，每平米电量消耗量大，效率低下。

低位真空预压加固法采用吹填土淤泥密封，其密封系统存在严重的密封性问题，而且需大型疏浚船只设备配合实施其密封层，因此该法实际应用多限于超大面积的吹填土淤泥，具有较大的局限性。受限于其密封性问题，该法中单套抽真空设备的影响范围小，真空压力传递损耗大，运转效果差强人意。此外，该法多采用50mm软式透水管、波纹管或软式弹簧管，未考虑真空预压排水过程中管路流体的力学特性，极易造成水流的大沿程和局部损失，造成真空传递效率低，能耗损失较大、利用率低。

经检索发现，申请号97100652.0授权公告号CN1055978C的中国发明专利（名称：低位真空预压软土地基加固法），即属于上述低位真空预压加固法，其主要不利之处在于：（1）该专利希望以吹填泥浆作为密封层来获得较好的密封效果，然而由该专利可知，吹填泥浆在表面干裂后显然无法保证密封效果，只能再覆盖塑料薄膜才能继续保持密封，这无疑会增加处理工序，不利于提高效率。（2）集水井是该专利加固法的核心，只有集水井持续保持有效负压，才能使软土地基和吹填泥浆向滤水管网中强制释水固结，然而该专利仅简单提及在滤水管网的尾端构筑密封集水井，并未明确如何构筑才能保证集水井密封性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种膜下可控式真空负压井高效吸水固结法，能有效保证密封性，使真空压力损耗降低，从而在降低能耗的基础上有效提高加固效果。

本发明解决其技术问题的技术方案如下：一种膜下可控式真空负压井高效吸水固结法，其特征是，包括以下步骤：

第一步、布置纵向管路：向目标施工区域的软土内垂向插入一组间隔分布的排水板，并使排水板板头露出软土；

第二步、布置水平管路：将一组相互平行的水平支管与各排水板板头连通，然后将一组相互平行的水平主管与各支管连通；所述支管垂直于主管；

第三步、组装负压密封井：采用若干耐压金属管或若干耐压胶管，以一端封闭另一端开口的管为底端管，在底端管的开口端以法兰依次密封连接若干两端均开口的中间管，形成一端封闭另一端开口的密封井外壳；将排水泵包裹于滤网内，并使排水泵的排水管伸出滤网，之后将排水泵及滤网放入底端管中并使排水管伸出密封井外壳的开口端、通向外部排水沟；在密封井外壳上部侧壁开设至少一个进水口和一个抽气口，并在抽气口密封连接带有真空调节阀的抽气泵，抽气口所处位置高于进水口；在密封井外壳开口端以法兰密封连接密封盖，密封盖上设有供排水管穿过的通孔，该通孔与排水管之间设有密封件，密封盖上还密封连有测量井内负压的负压表、测量井内水位的水位计，水位计的探头伸入密封井外壳内；排水泵控制端、抽气泵控制端、真空调节阀控制端、负压表信号输出端、水位计信号输出端分别与外部控制系统连接；

第四步、布置负压密封井：在目标区域的中心或一侧，向软土内垂向插入第三步所得负压密封井；将密封井的进水口与主管、或者主管和支管密封连通；

第五步、布置密封膜：在目标区域铺设至少一层无纺土工布，再铺设至少两层密封膜，密封膜与负压密封井密封连接，将密封膜四周边缘埋压入目标区域周围的密封沟内；

第六步、排水加固处理：启动抽气泵，将负压密封井内的负压维持在预定负压值，使软土中的水和气经纵向管路和水平管路进入负压密封井内，并在重力作用下实现水气自由分离；当负压密封井内的水位达到预设水位高值时，启动排水泵，将井内水排至外部排水沟内，当水位降低至预设水位低值时，关闭排水泵，停止排水；当软土固结度达到预定固结度值时，关闭抽气泵，停止抽气，完成排水加固处理。

该方法可有效保证密封性，使真空压力损耗降低，从而在降低能耗的基础上有效提高加固效果。

本发明进一步完善的技术方案如下：

优选地，第一步中，排水板板头露出软土30-50cm，排水板点位偏差不大于10cm，排水板垂直度不大于1.5%。

优选地，第二步中，支管管壁开孔率至少为5%，支管滤膜孔径等级为O₉₅；相邻主管之间的间距为20-30m。

更优选地，第二步中，支管采用φ50波纹管；主管采用φ90PVC管；主管与支管之间经变径或等径的三通或四通连接。

优选地，第三步中，底端管长度为1-2m。

优选地，第四步中，每5000-15000平米的处理面积内布置一个负压密封井。

优选地，第五步中，采用150-250g/m²的无纺土工布；密封膜采用0.12-0.14mm聚氯乙烯薄膜，埋压入沟的密封膜边缘长度不小于1m。

优选地，第六步所需处理时间为3-6个月。

优选地，当目标施工区域的软土为吹填土淤泥时，采用由排水板、支管、主管预先固连构成的一体式管路系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）本发明采用由可控式负压密封井、纵向和水平管路、以及多层密封膜构成的处理系统，单套处理系统的处理面积可达5000-15000平米，排水效率高，可大大降低单位面积的电量消耗量，并提高管路水流顺畅性和密封系统稳定性。

（2）本发明可针对不同软土特性，并针对不同阶段，分别采用不同的预设负压值，从而在加固过程中分段实施负压加载量，实现均匀加固：对于正常软土地基加固，可使土体平稳沉降，有利于保护加固区周边的建筑物或构筑物；对于超软土或吹填土地基加固，可降低排水过程中土颗粒的迁徙和移动，避免纵向排水板淤堵或形成“土柱”，在整体平面上实现加固均匀的效果。

（3）本发明采用的负压密封井可根据实际情况使用不同长度、不同数量的中间管，实现井体可调伸，从而大大扩展本发明方法的适用范围。

（4）本发明适用性广，在一般软土、超软或吹填土地基中均可使用；单位面积电量消耗量低，是传统方法的10-40%，所耗总电能大幅度减少；具有真空加压和降水加压的双重作用。

（5）本发明施工方便、施工工艺易于掌握、处理效果明显、经济效果显著，对于各类软基可大面积实施。

附图说明

图1为本发明实施例1的系统布置示意图。

图2为图1实施例负压密封井与管路连接的示意图。

图3为图1实施例的平面管路示意图。

图4为本发明实施例2的系统布置示意图。

图5为本发明实施例3的系统布置示意图。

图6为本发明实施例4的系统布置示意图。

图7为图4、5、6实施例负压密封井与管路连接的示意图。

图8为图4、5、6实施例的平面管路示意图。

图9为本发明各实施例负压密封井的结构示意图。

各图中：1-负压密封井；2-排水板；3-主管；4-支管；5-编织布；6-土工布；7-密封膜；8-密封沟；9-排水沟；10-软土；12-带有真空调节阀的抽气泵；13-排水泵；14-排水管；15-负压表；16-1-中间管；16-2底端管；17-进水口；18-水位计；19-滤网；20-砂垫层。

具体实施方式

下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

具体实施采用的膜下可控式真空负压井高效吸水固结法，简称CPC法，包括以下步骤：

第一步、布置纵向管路：向目标施工区域的软土10内垂向插入一组间隔分布的排水板2，并使排水板板头露出软土；

其中，排水板板头露出软土30-50cm，排水板点位偏差不大于10cm，排水板垂直度不大于1.5%。

第二步、布置水平管路：将一组相互平行的水平支管4与各排水板板头连通，然后将一组相互平行的水平主管3与各支管连通；支管4垂直于主管3；

其中，支管管壁开孔率至少为5%，支管滤膜孔径等级为O₉₅；相邻主管之间的间距为20-30m。支管采用φ50波纹管；主管采用φ90PVC管；主管与支管之间经变径或等径的三通或四通连接。

第三步、组装负压密封井1：如图9所示，采用若干耐压金属管或若干耐压胶管，以一端封闭另一端开口的管为底端管16-2，在底端管的开口端以法兰依次密封连接若干两端均开口的中间管16-1，形成一端封闭另一端开口的密封井外壳；将排水泵13包裹于滤网19内，并使排水泵的排水管14伸出滤网，之后将排水泵及滤网放入底端管中并使排水管伸出密封井外壳的开口端、通向外部排水沟；在密封井外壳上部侧壁开设至少一个进水口17和一个抽气口，并在抽气口密封连接带有真空调节阀的抽气泵12，抽气口所处位置高于进水口；在密封井外壳开口端以法兰密封连接密封盖，密封盖上设有供排水管穿过的通孔，该通孔与排水管之间设有密封件，密封盖上还密封连有测量井内负压的负压表15、测量井内水位的水位计18，水位计的探头伸入密封井外壳内；排水泵控制端、抽气泵控制端、真空调节阀控制端、负压表信号输出端、水位计信号输出端分别与外部控制系统连接；

其中，底端管长度为1-2m。

第四步、布置负压密封井：在目标区域的中心或一侧，向软土内垂向插入第三步所得负压密封井；将密封井的进水口与主管、或者主管和支管密封连通；

其中，每5000-15000平米的处理面积内布置一个负压密封井。

第五步、布置密封膜：在目标区域铺设至少一层无纺土工布6，再铺设至少两层密封膜7，密封膜与负压密封井密封连接，将密封膜四周边缘埋压入目标区域周围的密封沟8内；

其中，采用150-250g/m²的无纺土工布；密封膜采用0.12-0.14mm聚氯乙烯薄膜，埋压入沟的密封膜边缘长度不小于1m。

第六步、排水加固处理：启动抽气泵，将负压密封井内的负压维持在预定负压值，使软土中的水和气经纵向管路和水平管路进入负压密封井内，并在重力作用下实现水气自由分离；当负压密封井内的水位达到预设水位高值时，启动排水泵，将井内水排至外部排水沟9内，当水位降低至预设水位低值时，关闭排水泵，停止排水；当软土固结度达到预定固结度值时，关闭抽气泵，停止抽气，完成排水加固处理。所需处理时间为3-6个月。

实施例1

本实施例针对一般软土深层处理，在场地中心布置负压密封井，如图1至图3所示。

实施过程如下：

在实施上述加固法前，先进行场地清表、测量防线，划分的单块面积为10000-30000平米。

然后开始实施上述加固法，其中需要具体注意的要点如下：

第一步中，采用液压或振动式机械打设排水板，且排水板按方形或梅花型布置。

第二步中，将水平管路铺设于30-50cm厚的砂垫层20中。

第四步中，将密封井的进水口分别与主管和支管密封连通。

第五步中，无纺土工布主要起保护密封膜的作用；土工布可采用缝接或搭接，缝接宽度不小于5cm，缝合尼龙线强度应大于150N，应采用包缝方式，搭接接头长度不小于50cm；铺设时应拉直平顺，紧贴密封膜，不得出现扭曲、褶皱或重叠。密封膜与负压密封井之间在法兰密封面周围连接密封；若软土层上表层存在深度较大的透水层，应进行粘土置换或粘土密封墙处理。

第六步中，密封井内的负压值最高可达85kPa以上。

实施例2

本实施例针对一般软土深层处理，在场地一侧布置负压密封井，如图4、图7、图8所示。

实施过程与实施例1基本相同，不同之处在于：

第四步中，将密封井的进水口与主管密封连通。

实施例3

本实施例针对一般软土深层处理，在场地一侧布置负压密封井，如图5、图7、图8所示。

实施过程与实施例1基本相同，不同之处在于：

第三步中，水平管路铺设于一层编织布5上。

第四步中，将密封井的进水口与主管密封连通。

实施例4

本实施例针对吹填土浅层处理，在场地一侧布置负压密封井，如图6、图7、图8所示。

实施过程与实施例1基本相同，不同之处在于：

采用由排水板、支管、主管预先固连构成的一体式管路系统。

第三步中，水平管路铺设于一层编织布5上。

第四步中，将密封井的进水口与主管密封连通。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种膜下可控式真空负压井高效吸水固结法，其特征是，包括以下步骤：

第一步、布置纵向管路：向目标施工区域的软土内垂向插入一组间隔分布的排水板，并使排水板板头露出软土；

第二步、布置水平管路：将一组相互平行的水平支管与各排水板板头连通，然后将一组相互平行的水平主管与各支管连通；所述支管垂直于主管；

第三步、组装负压密封井：采用若干耐压金属管或若干耐压胶管，以一端封闭另一端开口的管为底端管，在底端管的开口端以法兰依次密封连接若干两端均开口的中间管，形成一端封闭另一端开口的密封井外壳；将排水泵包裹于滤网内，并使排水泵的排水管伸出滤网，之后将排水泵及滤网放入底端管中并使排水管伸出密封井外壳的开口端、通向外部排水沟；在密封井外壳上部侧壁开设至少一个进水口和一个抽气口，并在抽气口密封连接带有真空调节阀的抽气泵，抽气口所处位置高于进水口；在密封井外壳开口端以法兰密封连接密封盖，密封盖上设有供排水管穿过的通孔，该通孔与排水管之间设有密封件，密封盖上还密封连有测量井内负压的负压表、测量井内水位的水位计，水位计的探头伸入密封井外壳内；排水泵控制端、抽气泵控制端、真空调节阀控制端、负压表信号输出端、水位计信号输出端分别与外部控制系统连接；

第四步、布置负压密封井：在目标区域的中心或一侧，向软土内垂向插入第三步所得负压密封井；将密封井的进水口与主管、或者主管和支管密封连通；其中，每5000-15000平米的处理面积内布置一个负压密封井；

第五步、布置密封膜：在目标区域铺设至少一层无纺土工布，再铺设至少两层密封膜，密封膜与负压密封井密封连接，将密封膜四周边缘埋压入目标区域周围的密封沟内；

第六步、排水加固处理：启动抽气泵，将负压密封井内的负压维持在预定负压值，使软土中的水和气经纵向管路和水平管路进入负压密封井内，并在重力作用下实现水气自由分离；当负压密封井内的水位达到预设水位高值时，启动排水泵，将井内水排至外部排水沟内，当水位降低至预设水位低值时，关闭排水泵，停止排水；当软土固结度达到预定固结度值时，关闭抽气泵，停止抽气，完成排水加固处理。

2.根据权利要求1所述的膜下可控式真空负压井高效吸水固结法，其特征是，第一步中，排水板板头露出软土30-50cm，排水板点位偏差不大于10cm，排水板垂直度不大于1.5％。

3.根据权利要求1所述的膜下可控式真空负压井高效吸水固结法，其特征是，第二步中，支管管壁开孔率至少为5％，支管滤膜孔径等级为O₉₅；相邻主管之间的间距为20-30m。

4.根据权利要求3所述的膜下可控式真空负压井高效吸水固结法，其特征是，第二步中，支管采用φ50波纹管；主管采用φ90PVC管；主管与支管之间经变径或等径的三通或四通连接。

5.根据权利要求1所述的膜下可控式真空负压井高效吸水固结法，其特征是，第三步中，底端管长度为1-2m。

6.根据权利要求1所述的膜下可控式真空负压井高效吸水固结法，其特征是，第五步中，采用150-250g/m²的无纺土工布；密封膜采用0.12-0.14mm聚氯乙烯薄膜，埋压入沟的密封膜边缘长度不小于1m。

7.根据权利要求1所述的膜下可控式真空负压井高效吸水固结法，其特征是，第六步所需处理时间为3-6个月。

8.根据权利要求1所述的膜下可控式真空负压井高效吸水固结法，其特征是，当目标施工区域的软土为吹填土时，采用由排水板、支管、主管预先固连构成的一体式管路系统。