CN103541345A - 水气分离真空预压法及装置 - Google Patents
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Abstract
水气分离真空预压法及装置，在真空密封膜外安装水气分离管路、水气分离罐、抽真空装置和抽水装置，使从软地基处理区域土体中抽出的水和空气在水气分离管路内进行水气分离，水气分离管路的上部成为真空负压和空气的传递通道，使水沿水气分离管路的下部自流进入水气分离罐并分别通过抽真空装置提真空和抽水装置抽水。实施水气分离真空预压法的一种塑料排水板和水气分离管路的三体式连接装置包括塑料排水板接头、连接管和异径多通接头，一种分仓式水气分离罐设有上密封仓和下密封仓，一种重力排水水气分离罐包括管状罐体和钻头，罐体下端安装潜水泵。本发明的有益效果是能减少真空预压施工成本、提高施工质量和缩短工期。
Description
技术领域
本发明公开一种真空预压软地基处理的工法及装置，尤其是一种水气分离真空预压法及装置。
背景技术
真空预压软地基处理工法是一种方泛应用的大面积软地基处理工法。
现有的真空预压软地基处理工法的主要施工步骤是：
1)、建立垂直向排水通道：即在软地基处理区域内垂直向插设塑料排水板；
2)、建立水平向排水通道：即在软地基处理区域内水平向铺设中粗砂，滤管、真空管，或仅水平向铺设真空管并将真空管和塑料排水板相连接或搭接；
3)、建立真空预压密封系统：即在软地基处理区域的四周进行泥浆搅拌桩密封墙或开挖密封沟施工，并在软地基处理区域的水平向排水通道上方铺设真空密封膜，将真空密封膜的四周埋入软地基处理区域四周的密封墙或密封沟；
4)、安装抽真空装置：将软地基处理区域划分为若干个面积为800至1200平方米的小分区，为每个小分区各安装一套射流式真空泵，并将射流式真空泵与所在分区内的水平向排水通道相连接；
5)、在上述步骤完成后，开始抽真空和排水固结施工作业：启动射流式真空泵，射流式真空泵的喷射器内产生真空负压，真空负压通过水平向排水通道、塑料排水板传递到软地基处理区域内的土体中，土体中的水和空气在真空负压的作用下通过塑料排水板、水平向排水通道进入射流式真空泵的喷射器后排出，从而达到对软地基处理区域内的土体进行排水固结的目的。
现有的真空预压软地基处理工法目前存在以下不足：
1)、水和空气进入真空泵前不进行水气分离，因此无法使用不能同时抽取水和空气的容积式真空泵机组，只能使用真空度、抽气速率、能源效率均较低的射流式真空泵。在真空预压施工作业时只能将软地基处理区域划分为若干个面积为800至1200平方米的分区，并在每个分区各安装一套功率为5.5千瓦至7.5千瓦的射流式真空泵，真空预压施工作业的单位面积能耗达到每平方米4.58至9.38瓦时，施工能耗高；
2)、在一个大面积的软地基处理区域，平均每800至1200平方米就要安装使用一台射流式真空泵，施工作业的设备成本高；
3)、水平向排水通道设于真空密封膜内，在真空预压软地基处理的过程中因地基沉降不均的原因，水平向排水通道的滤管、真空管易发生变形甚至断裂，在对滤管、真空管进行修复时必须破坏真空密封膜，损失膜下真空度，同时发生变形或断裂的滤管、真空管不能在下一个工程中重复使用，不利于通过工程材料的重复使用节约施工成本；
4)、由于地基的沉降不均，水和空气在通过水平向排水通道时遇到的阻力会显著增大，真空负压传递通道不畅，影响抽真空效果；
5)、在地基沉降不均时，不能调整真空管的高度以使真空管保持水平，水和空气都是完全靠真空负压的作用抽出，不能利用重力作用使水沿水平向自流从而减少能耗；
6)、一个分区只有只有一个入膜抽真空点，当部分处理区域的真空预压处理效果不良时，不能通过增加入膜抽真空点来改善真空预压处理效果；
7)、没有备用增压泵，当因为真空密封膜内的水平向排水通道或抽真空装置的原因导致整个处理区域的真空预压质量达不到设计要求时，往往只能通过加强密封系统和延长真空预压工期来弥补，不能通过启用备用增压泵来提高膜下真空度。
发明内容
本发明的主要目的是解决真空预压施工过程中的水气分离、水气传递、水气抽取的问题，利用密封膜外的水气分离管路和水气分离罐进行水气分离，并在水气分离的情况下使水能够沿水气分离管路的下部空间自流，使水气分离管路的上部空间成为传递空气和真空负压的畅通通道，并分别使用抽真空装置在水气分离罐内抽出空气产生真空负压和使用抽水装置排出水气分离罐内的水，以提高真空预压软地基处理效果、降低施工成本和缩短施工工期。现有的真空预压工法由于将全部真空预压的管路埋设在真空密封膜内，无法实现上述目的，为此本发明对现有的真空预压工法进行了技术创新，提出水气分离真空预压法的新技术方案。
本发明还在水气分离真空预压这一总体发明思路下，针对水气分离管路的支管道和塑料排水板的连接以及从真空负压状态下的水气分离罐中抽水这两个技术问题，提出了三件式连接装置、分仓式水气分离罐和重力排水水气分离罐三个实施水气分离真空预压法的装置的技术方案。
实现上述发明目的的具体技术方案如下：
水气分离真空预压工法，其特征在于包括以下实施步骤：
1)、在真空预压软地基处理区域的真空密封膜外水平向安装一个或若干个水气分离管路，每个水气分离管路均由一条主管道组成或由一条主管道连接若干条支管道组成，主管道和支管道均由若干条圆形管相连接组成，将水气分离管路的支管道与真空密封膜内的塑料排水板相连接，或者将水气分离管路的主管道或支管道与真空密封膜内的滤管或真空管相连接；
2)、在真空预压软地基处理区域内安装一个或若干个水气分离罐，将水气分离罐与水气分离管路的主管道相连接；
3)、在真空预压软地基处理区域内安装一台或若干台抽真空装置和一台或若干台抽水装置，并将抽真空装置和抽水装置与水气分离罐相连接；
4)、进行抽真空和排水固结的施工作业：先启动抽真空装置抽出水气分离罐内的空气，在水气分离罐内产生真空负压，使真空负压先后通过水气分离罐、水气分离管路、塑料排水板或滤管或真空管传递到真空密封膜内的土体中，当真空真空密封膜内土体中的水和空气在真空负压的作用下先后通过塑料排水板或滤管或真空管、水气分离管路进入水气分离罐内时，启动抽水装置将水气分离罐内的水排出，并继续使用抽真空装置对水气分离罐内抽真空。
根据上述的水气分离真空预压法，一个优选的技术方案是：所述的水气分离管路和所述的水气分离罐的材质均为金属材料或塑料或复合材料。
根据上述的水气分离真空预压法，一个优选的技术方案是：所述的主管道或支管道通过连接管与真空密封膜内的滤管或真空管相连接。
根据上述的水气分离真空预压法，一个优选的技术方案是：所述的抽真空装置为容积式真空泵或真空泵机组。
根据上述的水气分离真空预压法，一个优选的技术方案是：所述的抽水装置为负压水泵。
一种实施上述的水气分离真空预压法的三件式连接装置，用于连接塑料排水板和水气分离管路的支管道，其特征是：
1)、所述的三件式连接装置包括异径多通接头、塑料排水板连接管和塑料排水板接头；
2)、所述的异径多通接头设有两个主管口、一个或若干个支管口，主管口位于异径多通接头的两端，支管口位于异径多通接头的外壁，主管口的内径>支管口的内径；
3)、所述的塑料排水板接头为异形接头，其一端为设有矩形端口的矩形管，另一端为设有圆形端口的圆形管，塑料排水板接头的矩形管和圆形管通过中空的过渡部连接，过渡部的中空部分的一端为矩形，与塑料排水板接头的矩形管的中空部分通连，另一端为圆形，与塑料排水板接头的圆形管的中空部分通连；
4)、所述的三件式连接装置的连接方式：在塑料排水板插设施工完成后将塑料排水板的地面端的板头插入塑料排水板接头的矩形管端口，在真空密封膜铺设完成后将塑料排水板接头的圆形管端穿过真空密封膜露出真空密封膜外，将三件式连接装置的塑料排水板连接管的一端连接塑料排水板接头，将三件式连接装置的塑料排水板连接管的另一端连接异径多通接头的支管口，将异径多通接头的主管口连接组成水气分离管路的支管道的圆形管；
根据上述的三件式连接装置，一个优选的技术方案是：所述的塑料排水板接头连接塑料排水板的地面端时塑料排水板接头的矩形管和塑料排水板之间设有滤布。
一种实施上述的水气分离真空预压法的分仓式水气分离罐，其特征是：
1)、所述的分仓式水气分离罐为密封罐体，其顶部或上部设有用于与抽真空装置相连接的抽真空口，其底部或下部设有用于与抽水装置相连接的抽水口，其中部设有用于与水气分离管路的主管道相连接的水气进口；
2)、所述的分仓式水气分离罐内设有上密封仓和下密封仓两个密封仓，上下两个密封仓之间设有隔离板，该隔离板位于分仓式水气分离罐的水气进口的下方；
3)、所述的分仓式水气分离罐上设有进水管道，进水管道的一端与上密封仓的下部通连，另一端与下密封仓通连；
4)、所述的分仓式水气分离罐上设有排气管道，排气管道的一端与上密封仓的上部通连，另一端与下密封仓通连；
5)、所述的分仓式水气分离罐的进水管道上设有进水管道截断阀，排气管道上设有排气管道截断阀；
6)、所述的分仓式水气分离罐的下密封仓的上部设有与分仓式水气分离罐外部相通连的进气口，该进气口上设有进气口截断阀；
7)、所述的分仓式水气分离罐的抽水口与抽水装置通过抽水连接管相连接，抽水口或抽水连接管上设有抽水截断阀；
8)、当分仓式水气分离罐连接的抽水装置启动抽水时，进水管道截断阀和排气管道截断阀关闭，进气口截断阀和抽水截断阀打开；当抽水装置停止抽水时，进水管道截断阀和排气管道截断阀打开，进气口截断阀和抽水截断阀关闭。
根据上述的分仓式水气分离罐，一个优选的技术方案是：所述的分仓式水气分离罐的外壁设有与罐内通连的液位计，所述的分仓式水气分离罐的上密封仓内位于抽真空口的下方设有挡水板。
一种实施上述的水气分离真空预压法的重力排水水气分离罐，其特征是：
1)、所述重力排水水气分离罐包括管状罐体和设于管状罐体下端端部的锥体或子弹头体的钻头；
2)、所述的管状罐体的上端端部设有罐盖，在罐盖上或管状罐体上端的罐壁上设有抽真空口，在抽真空口下方的管状罐体的罐壁上设有水气进口，在罐盖板上或管状罐体的罐壁上设有排水口和通孔；
3)、使用所述的重力排水水气分离罐进行水气分离真空预压法施工作业时按钻头朝下的方向将重力排水水气分离罐竖向插设于真空预压软地基处理区域内，将重力排水水气分离罐的水气进口与水气分离管路的主管道相连接，将重力排水水气分离罐的抽真空口与抽真空装置相连接；
4)、使用所述的重力排水水气分离罐进行水气分离真空预压法施工作业时在重力排水水气分离罐的下端罐体内安装潜水泵作为抽水装置，潜水泵的排水管连接排水口或穿过排水口向重力排水水气分离罐外排水，潜水泵的电缆穿过通孔连接外部电源或将外部电源通过通孔接入重力排水罐内并连接潜水泵的电缆
10、上述的重力排水水气分离罐，一个优选的技术方案是：所述的管状罐体的上下两端之间的长度为5-12米，管状罐体的直径为30-150cm，管状罐体的壁厚为1-10cm；
11、上述的重力排水水气分离罐，一个优选的技术方案是：所述的重力排水水气分离罐的管状罐体的外壁上设有与罐内通连的液位计，所述的抽真空口下方的重力排水水气分离罐的内壁上设有挡水板。
本发明公开的水气分离真空预压法的核心特征是在软地基处理区域的真空密封膜外水平向铺设水气分离管路以实现水气分离传输，而安装水气分离罐和抽真空装置、抽水装置都是为达成水气分离传输目的而需要采取的必要措施。本发明公开的水气分离真空预压法的技术方案的与现有的真空预压施工工法有显著的改进。
本发明公开的水气分离真空预压法的技术方案与现有的真空预压施工工法相比，具有以下有益效果：
1)、水气分离真空预压法的水气分离管路安装于真空密封膜外，通过对水气分离管路使用支承物能调整水气分离管路各部分的高度，使水气分离管路不受地基沉降不均的影响而保持直线、水平状态或使水气分离管路在呈直线状态下其连接水气分离罐一端的垂直高度略低于其远端的垂直高度，使进入水气分离管路的水和空气在重力的作用下能进行有效的水气分离。水气分离后水气分离管路管体内的上部空间成为真空度和空气双向传递的畅通通道，显著提高了抽真空效果，水气分离管路管体内的下部空间成为水流向水气分离罐的自流通道，能节约施工能耗。
2)、由于实现了水气分离，分别使用抽真空装置抽真空和使用抽水装置抽水，尤其是可以使用高真空度、抽气速率、能源效率的容积式真空泵机组抽真空，水气分离真空预压法在施工时单台抽真空设备可以处理比现有的真空预压工法更大面积的区域，施工能耗显著低于现有的真空预压工法。
3)、在施工设备成本方面，尽管水气分离真空预压法使用容积式真空泵机组作为抽真空装置时一次性投入成本高于现有的真空预压工法使用的射流式真空泵，但由于容积式真空泵机组的使用寿命远高于射流式真空泵，从长期看水气分离真空预压法的施工设备成本也比现有的真空预压工法的施工设备成本低很多。
4)、由于水气分离管路能够不受地基沉降不均的影响，不会因地基沉降而发生变形或断裂，在工程完工后可以回收，能多次重复使用，因此水气分离真空预压法比现有的真空预压法更加节约施工材料成本。
5)、由于水气分离管路安装于真空密封膜外，在进行水气分离真空预压法施工时可以在真空密封膜下预留备用的滤管或真空管接口，当部分区域处理效果不良时，可以通过增加水气分离管路的支管道并连接处理效果不良区域的滤管或真空管接口来加强处理效果；
6)、水气分离真空预压法能够使用多台单级真空泵或多级真空泵机组来并联连接水气分离罐，其中一部分单级真空泵或多级真空泵机组作为主工作真空泵，其余的单级真空泵或多级真空泵机组作为备用增压泵，在主工作泵维护、维修时使用或在需要进一步提高整个处理区域的真空度时作为增压泵投入使用，对施工质量的控制效果优于现有的真空预压工法；
7)、由于水气分离真空预压法在抽真空效果和施工控制方面要显著优于现有的真空预压工法，水气分离真空预压法与现有的真空预压工法相比也能缩短施工工期。
8)、水气分离真空预压法还能够通过不同的使用水气分离真空预压法的施工区域的水气分离主管相连接来实现一个施工区域的抽真空装置和抽水装置对另一个施工区域进行跨区域的抽真空和排水固结施工作业，另一个施工区域的抽真空装置和抽水装置停止使用，在处理效果接近设计标准而又要在一段时间内维持膜下真空度的大面积软地基处理区域实施这种方式时，更能显著降低施工成本。
从长期看，由于水气分离真空预压法将水气分离管路全部安装于真空密封膜外，并且集中使用抽真空和抽水装置，就为今后通过在水气分离管路上安装节流阀、止回阀、分配阀等控制阀门以及通过使用真空度、液位、孔隙水压力等传感器甚至通过编制计算机控制程序和使用自动控制开关来实现真空预压软地基处理的自动控制甚至智能化控制打下了基础，因此，水气分离真空预压法比现有的真空预压工法具有更广阔的发展前景。
本发明公开的水气分离真空预压法的水气分离管路的主管道或支管道与真空密封膜下的塑料排水板或滤管或真空管有多种不同的连接组合形式，可以只使用主管道而不使用支管道，可以只将主管道与滤管连接也可以只将主管道与真空管连接，支管道可以连接塑料排水板也可以连接滤管或真空管，根据不同的施工设计要求可以选择合适的连接组合，但在所有的组合形式中，将水气分离管路的主管道连接支管道并将支管道连接塑料排水板的组合形式具有最佳的节约成本、提高效率和缩短工期的施工效果。
塑料排水板和真空预压管道的连接在现有的真空预压施工工法中是采取塑料排水板缠绕管道或塑料排水板插入管道接头或直接用连接管连接塑料排水板和管道的方式，现有的连接方式存在连接效果不良、密封性不好、地基沉降不均时易发生脱落等不足，本发明针对现有连接方式的不足以及水气分离真空预压法需在真空密封膜外铺设水气分离管路的情形提出了支管道连接塑料排水板的三件式连接装置的技术方案。
实施水气分离真空预压法的技术难点在于在水气分离罐内的真空负压下排水，如果只是从水泵的性能和技术上解决就必须使用性能优良的负压水泵，目前国产的负压水泵在克服真空负压的能力上与欧美产品尚有较大差距，而使用高性能的进口产品又会增加较大的设备成本。本发明从改进水气分离罐技术的角度公开了两种实施水气分离真空预压法的水气分离罐装置，其中的分仓式水气分离罐吸收了真空过滤行业中气液分离罐的技术特点但又针对水气分离真空预压法的施工技术要求在结构和管道、阀门的配置上进行了适当调整，使之更适合水气分离真空预压施工；而重力排水水气分离罐则是吸收了重力排液技术中重力罐的优点并结合了潜水泵可以用扬程克服吸程的特点，利用重力罐的水的重力作用和潜水泵自身的吸力的共同作用有效克服真空负压，实现了真空负压下低成本不间断排水的目的。
下面根据三件式连接装置和分仓式水气分离罐的技术方案进一步说明二者的工作原理和有益效果：
1)、本发明公开的实施水气分离真空预压法的三件式连接装置采用三部件组合结构，便于分步骤施工；异径多通接头设一个或若干个支管口，便于灵活安排连接的塑料排水板的数量，提高施工效率和节约施工成本；塑料排水板接头的两端分别设为矩形管和圆形管，便于连接扁体的塑料排水板和圆形的连接管；塑料排水板接头的矩形管和圆形管两端之间设中空的过渡部，便于水和空气从塑料排水板进入连接管。
三件式连接装置的组成部件在施工过程中损耗少，在施工完工后能够回收并长期使用，从而节省施工材料成本。
3)、本发明公开的实施水气分离真空预压法的分仓式水气分离罐通过设置上下两个密封仓及连接管道和阀门，使下密封仓能够在抽真空和抽水两个工作状态中进行切换，以间歇抽水的方式使用普通离心泵克服真空负抽出水气分离罐内的水。
所述分仓式水气分离罐在启动抽真空装置时关闭抽水截断阀和进气口截断阀能保持真空度不致流失，开启进水管道截断阀和排气管道截断阀能使真空负压从上密封仓进入下密封仓，使上密封仓和下密封仓保持相同的真空度；进水管道的一端与上密封仓的下部通连，另一端与下密封仓通连，有利于于上密封仓与下密封仓的真空度相同时上密封仓内的水在重力的作用下通过进水管道进入下密封仓；排气管道的一端与上密封仓的上部通连，另一端与下密封仓通连，有利于上密封仓内的水通过进水管道进入下密封仓时真空负压能从上密封仓进入下密封仓以使上密封仓和下密封仓保持相同的真空度；当下密封仓内的水注满时，关闭进水管道截断阀和排气管道截断阀能够切断上密封仓和下密封仓的通连，开启进气口截断阀能够使水气分离罐外的空气进入下密封仓以降低下密封仓的真空度，通过开启抽水截断阀能够启动抽水装置抽出下密封仓内的水；当下密封仓内的水抽空时，关闭进气口截断阀和抽水截断阀能够切断下密封仓通过进气口和抽水装置与外部的通连，通过开启排气管道截断阀能够抽出下密封仓内的空气使真空负压迅速从上密封仓进入下密封仓，通过开启进水管道截断阀能够使上密封仓内的水通过进水管道再次进入下密封仓。
附图说明
图1为水气分离管路的支管道连接塑料排水板的水气分离真空预压法的施工俯视图
图2为三件式连接装置的连接方式的示意图
图3为分仓式水气分离罐沿从顶部到底部的垂直截面切除部分罐体后的剖视图
图4为水气分离管路的支管道连接真空管的水气分离真空预压法的施工侧向俯视图
图5为水气分离管路的支管道连接真空管的水气分离真空预压法的施工侧向仰视图
图6为水气分离管路的支管道连接滤管的水气分离真空预压法的施工侧向俯视图
图7为水气分离管路的支管道连接滤管的水气分离真空预压法的施工侧向仰视图
图8为水气分离重力排水罐沿从顶部到底部的垂直截面切除部分罐体后的剖视图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明
实施例1
本实施例结合附图说明水气分离管路连接塑料排水板的水气分离真空预压法、三件式连接装置以及分仓式水气分离罐的技术方案。
如图1或图2或图3所示，对一块面积为200m×200m共40000m2的矩形软地基处理区域进行水气分离真空预压，要求真空密封膜下真空度达到80Kpa。
在按传统真空预压的施工工法对软地基处理区进行塑料排水板(5)施工时，沿矩形场地的一边按1m×1m的间距呈正方形平行插设塑料排水板(5)。
塑料排水板(5)与水气分离管路(2)的支管道(4)的连接采用三件式连接装置进行连接，塑料排水板(5)插设完成后即将塑料排水板(5)的地面端插入塑料排水板接头(49)的矩形管(13)端口，在塑料排水板接头的圆形管(14)端口使用封头或堵头进行封堵以防止泥砂堵塞塑料排水板(5)或塑料排水板接头(49)。塑料排水板接头(49)连接塑料排水板(5)地面端后进行密封系统施工，铺设真空密封膜(1)时将塑料排水板接头(49)的圆形管(14)端口穿出真空密封膜(1)，并在出膜位置进行密封处理。而后开始以下的水气分离真空预压法的施工：
1、安装水气分离管路(2)的支管道(4)。
根据场地情况，在矩形场地其中一条中线的两侧与该中线的垂直方向各平行、水平向安装一列水气分离管路(2)的支管道(4)，上述中线同侧的每条支管道(4)均位于一行塑料排水板(5)的上方并保持间隔两行塑料排水板(5)的等距离，即支管道(4)的间距为3m。
每条水气分离管路(2)的支管道(4)均由内径为10cm外径为10.5cm长度为96cm的塑料材质的圆形管通过异径五通接头(9)的主管口(10)相连接组成。
连接塑料排水板(5)和支管道(4)的三体式连接装置的异径多通接头采用异径五通接头(9)。异径五通接头(9)设3个支管口(11)，将异径五通接头(9)的3个支管口分别与支管道(4)下方与两侧距离最近的塑料排水板接头(49)的圆形管(14)端口相连接。
2、安装水气分离管路(2)的主管道(3)。
沿上述场地中线在真空密封膜(1)外直线、水平向安装两条等长的水气分离管路(2)的主管道(3)，两条主管道(3)的两个接近端的距离为1.6m，每条主管道(3)均由内径为30cm外径为31cm的玻璃钢复合材料圆形管相连接组成，每条主管道(3)的总长度为99.2m，水气分离管路(2)的主管道(3)的外侧在与水气分离管路(2)的支管道(4)相交的位置设有接口，将主管道外侧的接口与距离最近的支管道(4)的端口相连接。主管道(3)靠近场地边线一端的端口作密封处理。
2、安装水气分离罐(6)。
在两条水气分离管路(2)的主管道(3)的中间位置安装水气分离罐(6)。
水气分离罐(6)采用分仓式水气分离罐。
分仓式水气分离罐为密封罐体，其上部设有用于与抽真空装置(7)相连接的抽真空口(20)，下部设有用于与抽水装置(8)相连接的抽水口(22)，其中部设有用于与水气分离管路(2)的主管道(3)相连接的水气进口(21)。
分仓式水气分离罐内设有上密封仓(17)和下密封仓(18)两个密封仓，上下两个密封仓之间设有隔离板(19)，该隔离板(19)位于分仓式水气分离罐的水气进口(21)的下方。
分仓式水气分离罐上设有进水管道(24)，进水管道(24)的一端与上密封仓(17)的下部通连，另一端与下密封仓(18)通连；
分仓式水气分离罐上设有排气管道(23)，排气管道(23)的一端与上密封仓(17)的上部通连，另一端与下密封仓(18)通连；
分仓式水气分离罐的进水管道(24)上设有进水管道截断阀(28)，排气管道上(23)设有排气管道截断阀(26)；
分仓式水气分离罐的下密封仓(18)的上部设有用于与分仓式水气分离罐外部相通连的进气口(25)，该进气口(25)上设有进气口截断阀(27)；
分仓式水气分离罐的抽水口(22)与抽水装置(8)通过抽水连接管相连接，抽水口上设有抽水截断阀(29)；
分仓式水气分离罐的外壁设有与罐内通连的液位计(31)，上密封仓(17)内位于抽真空口(20)的下方设有挡水板(30)。
3、安装抽真空装置。
在水气分离罐(6)外安装抽真空装置(7)。
抽真空装置(7)采用四台JZJX系列罗茨旋片二级真空泵机组，主泵为罗茨泵，前级泵为旋片泵，四台二级真空泵机组的单台功率为22Kw，单台抽气速率为1200L／S，单台极限压力≤5×10-2Pa。四台二级真空泵机组中，其中二台作为主工作真空泵，另二台作为备用真空泵在主工作真空泵维修时使用或在需要提高真空度时作为增压泵与主工作真空泵同时使用。
备用真空泵与主工作真空泵均通过五通接头和连接管并联连接，在连接主工作真空泵和备用真空泵的连接管上均设有截断阀，使用主工作真空泵停用备用真空泵时主工作真空泵连接管上的截断阀开启而备用真空泵连接管上的截断阀关闭，使用备用真空泵停用主工作真空泵时备用真空泵连接管上的截断阀开启而主工作真空泵连接管上的截断阀关闭，使用备用抽水泵作为增压泵与主工作真空泵同时使用时主工作真空泵连接管上的截断阀和备用真空泵连接管上的截断阀均处于开启状态。
使用带截断阀的连接管将连接四台二级真空泵的五通接头与水气分离罐(6)的抽真空口相连接。
4、安装抽水装置
在水气分离罐(6)外安装抽水装置(8)。
抽水装置(8)采用两台离心式水泵，每台率为5.5千瓦，其中一台为主工作抽水泵，一台为备用抽水泵。在主工作抽水泵和备用抽水泵的排水管上均设有截断阀，使用主工作抽水泵停用备用抽水泵时主工作抽水泵排水管上的截断阀开启而备用抽水泵排水管上的截断阀关闭，使用备用抽水泵停用主工作抽水泵时备用抽水泵排水管上的截断阀开启而主工作抽水泵排水管上的截断阀关闭，使用备用抽水泵作为辅助抽水泵与主抽水泵同时使用时主工作抽水泵排水管上的截断阀和备用抽水泵排水管上的截断阀均处于开启状态。
5、进行水气分离真空预压的抽真空和排水固结施工作业。
首先关闭抽水装置的排水管上的截断阀、分仓式水气分离罐的进气口截断阀(27)、抽水截断阀(29)，并将分仓式水气分离罐的进水管道截断阀(28)和排气管道截断阀(26)打开，同时启动四台二级真空泵机组对分仓式水气分离罐内的上下密封仓抽真空，真空负压分别从分仓式水气分离罐、水气分离管路(2)、塑料排水板(5)传递到软地基处理区域的土体中。当真空密封膜(1)内的真空度达到80Kpa时，关闭备用真空泵，使用主工作真空泵来维持真空度。
当软地基处理区域的土体中的水和空气在真空负压的作用下，分别从塑料排水板(5)、水气分离管路(2)传递到分仓式水气分离罐的上密封仓(17)内时，水在重力的作用下从分仓式水气分离罐的上密封仓(17)的下部沿进水管道(24)进入下密封仓(18)，当下密封仓(18)内的水注满时，关闭进水管道截断阀(28)和排气管道截断阀(26)，打开进气口截断阀(27)、抽水截断阀(29)、主工作抽水泵的排水管上的截断阀并开启主工作抽水泵将分仓式水气分离罐的下密封仓(18)内的水排出分仓式水气分离罐外。
水气分离真空预压法的施工作业时，通过在设在分仓式水气分离罐外壁上的液位计(31)来观测分仓式水气分离罐的下密封仓(18)内的水位，以控制抽水装置和各截断阀的开启和关闭。
实施例2
本实施例结合附图说明水气分离管路(2)的真空支管(4)连接真空密封膜(1)下的真空管(46)的水气分离真空预压法施工的安装水气分离管路(2)的技术方案。本实施例中安装水气分离罐(6)、抽真空装置(7)和抽水装置(8)以及进行抽真空和排水固结施工作业的施工参照实施例1的技术方案进行。
如图4或图5所示，对一块面积为100m×200m共20000m2的矩形软地基处理区域进行水气分离真空预压，要求真空密封膜(1)下真空度达到80Kpa。
根据场地情况和设计要求，在真空密封膜(1)内需要铺设水平向排水通道，水平向排水通道在插设塑料排水板(5)后按现有的真空预压工法施工，于地面铺设50cm厚的中粗砂垫层(48)，在中粗砂垫层(48)中沿场地的100m边长方向按4米间距平行埋设内径5cm的滤管(44)，与滤管(44)垂直相交方向按10米间距平行埋设内径7cm的真空管(46)，将真空管(46)与滤管(44)相交位置的滤管(44)截断并将真空管(46)与其两侧的滤管(44)端口相连接。
在按传统真空预压的施工工法对软地基处理区进行塑料排水板(5)、水平向排水通道、直空预压密封系统施工后，开始水气分离真空预压法的安装水气分离管路的施工作业：
沿场地中部与场地200m边长方向平行的中线在真空密封膜(1)外直线、水平向安装两条等长的水气分离管路(2)的主管道(3)，主管道(3)由内径20cm外径20.5cm的玻璃钢复合材料管体连接组成。
沿水气分离管路(2)的主管道(3)的两侧与主管道(3)垂直方向按20米间距在真空密封膜(1)外平行、水平向安装两列水气分离管路(2)的支管道(4)，将主管道(3)与两侧的支管道(4)的端口相连接，将支管道(4)与真空密封膜(1)内的真空管(46)相交位置的真空管(36)截断并将支管道(4)与支管道(4)两侧的真空管(46)端口通过真空管连接管(47)相连接。
每条水气分离管路(2)的支管道(4)均由内径为10cm外径为10.5cm的塑料材质的圆形管相连接组成。
实施例3
本实施例结合附图说明水气分离管路(2)的真空支管(4)连接真空密封膜(1)下的滤管(44)的水气分离真空预压法施工的安装水气分离管路(2)的技术方案。本实施例中安装水气分离罐(6)、抽真空装置(7)和抽水装置(8)以及进行抽真空和排水固结施工作业的施工参照实施例1的技术方案进行。
如图6或图7所示，对一块面积为50m×100m共5000m2的矩形软地基处理区域进行水气分离真空预压，要求真空密封膜(1)下真空度达到80Kpa。
根据场地情况和设计要求，在真空密封膜(1)内需要铺设水平向排水通道，由于本场地面积较小，水平排水通道选择铺设中粗砂和滤管(44)，不铺设真空管。插设塑料排水板(5)后先按现有的真空预压工法施工，在地面铺设50cm厚的中粗砂，在中粗砂中沿场地的100米边长方向按4米间距平行埋设内径5cm的滤管(44)。
在按传统真空预压的施工工法对软地基处理区进行塑料排水板(5)、水平向排水通道、直空预压密封系统施工后，开始水气分离真空预压法的安装水气分离管路的施工作业：
沿场地中部与场地100m边长方向平行的中线在真空密封膜(1)外直线、水平向安装两条等长的水气分离管路(2)的主管道(3)，主管道(3)由内径20cm外径20.5cm的玻璃钢复合材料管体连接组成。
沿水气分离管路(2)的主管道(3)的两侧与主管道(3)垂直方向按10米间距在真空密封膜(1)外平行、水平向安装两列水气分离管路(2)的支管道(4)，将主管道(3)与两侧的支管道(4)的端口相连接，将支管道(4)与真空密封膜(1)内的滤管(44)相交位置的滤管(44)截断并将支管道(4)与支管道(4)两侧的滤管(44)端口通过滤管连接管(45)相连接。
每条水气分离管路(2)的支管道(4)均由内径为10cm外径为10.5cm的塑料材质的圆形管相连接组成。
实施例4
本实施例结合附图说明实施水气分离真空预压法的重力排水水气分离罐的技术方案。
如图8所示，
重力排水水气分离罐包括管状罐体(50)和设于管状罐体(50)下端端部的锥体或子弹头体的钻头(32)；
管状罐体(50)上端端部设有罐盖(34)，在管状罐体(50)上端的罐壁上设有抽真空口(35)，在抽真空口(35)下方的管状罐体的罐壁上设有水气进口(36)，在罐盖(34)上设通孔(40)，在管状罐体(50)的罐壁上设有排水口(39)；
重力排水水气分离罐进行水气分离真空预压法施工作业时按钻头(32)朝下的方向将重力排水水气分离罐竖向插设于真空预压软地基处理区域内，将重力排水水气分离罐的水气进口(36)与水气分离管路的主管道相连接，将重力排水水气分离罐的抽真空口(35)与抽真空装置相连接；
重力排水水气分离罐进行水气分离真空预压法施工作业时在重力排水水气分离罐的下端罐体内安装潜水泵(33)作为抽水装置，潜水泵(33)的排水管(37)连接排水口(39)向重力排水水气分离罐外排水，潜水泵(33)的电缆(38)穿过通孔(40)连接外部电源。
水气分离重力排水罐的一个优选的技术方案是：所述的重力排水水气分离罐的管状罐体(50)的上下两端之间的长度为5-12米，管状罐体(50)的直径为30-150cm，管状罐体(50)的壁厚为1-10cm。
水气分离重力排水罐的另一个优选的技术方案是：重力排水水气分离罐的管状罐体(50)的外壁上设有与罐内通连的液位计(42)，所述的抽真空口(35)下方的管状罐体(50)的内壁上设有挡水板(35)，所述的排水口上设有截断阀(43)。
通过实施水气分离真空预压法，在实施例1中，处理40000m2面积使用的施工动力设备的总功率不超过99Kw，单位面积施工能耗不超过每平方米2.475瓦时，而使用传统真空预压施工工法处理同样面积的软地基区域，按每1000m2使用一台7.5Kw的射流式真空泵的标准计算，施工动力设备的总功率需要300Kw，单位面积施工能耗达到7.5瓦时，水气分离真空预压法的节能效果十分显著。
由于软地基处理区域的几何形状、地质状况和软地基处理设计要求的差异，在水气分离真空预压法的实施过程中，水气分离管路的主管道和支管道、水气分离罐、抽真空装置、抽水装置、连接管、阀门可以有不同的设备类型、设备数量、作业顺序、位置关系和连接关系的组合，上述的实施例仅是示例性的，并不是限制性的。本领域的技术人员根据本发明的启示，在未脱离本发明宗旨和权利要求保护的范围的情况下还可以有许多不同的实施形式，这些实施形式均落入本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.水气分离真空预压工法，其特征在于包括以下实施步骤：
1)、在真空预压软地基处理区域的真空密封膜外水平向安装一个或若干个水气分离管路，每个水气分离管路均由一条主管道组成或由一条主管道连接若干条支管道组成，主管道和支管道均由若干条圆形管相连接组成，将水气分离管路的支管道与真空密封膜内的塑料排水板相连接，或者将水气分离管路的主管道或支管道与真空密封膜内的滤管或真空管相连接；
2)、在真空预压软地基处理区域内安装一个或若干个水气分离罐，将水气分离罐与水气分离管路的主管道相连接；
3)、在真空预压软地基处理区域内安装一台或若干台抽真空装置和一台或若干台抽水装置，并将抽真空装置和抽水装置与水气分离罐相连接；
4)、进行抽真空和排水固结的施工作业：先启动抽真空装置抽出水气分离罐内的空气，在水气分离罐内产生真空负压，使真空负压先后通过水气分离罐、水气分离管路、塑料排水板或滤管或真空管传递到真空密封膜内的土体中，当真空真空密封膜内土体中的水和空气在真空负压的作用下先后通过塑料排水板或滤管或真空管、水气分离管路进入水气分离罐内时，启动抽水装置将水气分离罐内的水排出，并继续使用抽真空装置对水气分离罐内抽真空。
2.根据权利要求1所述的水气分离真空预压法，其特征是：所述的水气分离管路和所述的水气分离罐的材质均为金属材料或塑料或复合材料。
3.根据权利要求1所述的水气分离真空预压法，其特征是：所述的主管道或支管道通过连接管与真空密封膜内的滤管或真空管相连接。
4.根据权利要求1所述的水气分离真空预压法，其特征是：所述的抽真空装置为容积式真空泵或真空泵机组。
5.根据权利要求1所述的水气分离真空预压法，其特征是：所述的抽水装置为负压水泵。
6.一种实施权利要求1所述的水气分离真空预压法的三件式连接装置，用于连接塑料排水板和水气分离管路的支管道，其特征是：
1)、所述的三件式连接装置包括异径多通接头、塑料排水板连接管和塑料排水板接头；
2)、所述的异径多通接头设有两个主管口、一个或若干个支管口，主管口位于异径多通接头的两端，支管口位于异径多通接头的外壁，主管口的内径>支管口的内径；
3)、所述的塑料排水板接头为异形接头，其一端为设有矩形端口的矩形管，另一端为设有圆形端口的圆形管，塑料排水板接头的矩形管和圆形管通过中空的过渡部连接，过渡部的中空部分的一端为矩形，与塑料排水板接头的矩形管的中空部分通连，另一端为圆形，与塑料排水板接头的圆形管的中空部分通连；
4)、所述的三件式连接装置的连接方式：在塑料排水板插设施工完成后将塑料排水板的地面端的板头插入塑料排水板接头的矩形管端口，在真空密封膜铺设完成后将塑料排水板接头的圆形管端穿过真空密封膜露出真空密封膜外，将三件式连接装置的塑料排水板连接管的一端连接塑料排水板接头，将三件式连接装置的塑料排水板连接管的另一端连接异径多通接头的支管口，将异径多通接头的主管口连接组成水气分离管路的支管道的圆形管；
7.根据权利要求6所述的三件式连接装置，其特征是：塑料排水板接头连接塑料排水板的地面端时塑料排水板接头的矩形管和塑料排水板之间设有滤布。
8.一种实施权利要求1所述的水气分离真空预压法的分仓式水气分离罐， 其特征是：
1)、所述的分仓式水气分离罐为密封罐体，其顶部或上部设有用于与抽真空装置相连接的抽真空口，其底部或下部设有用于与抽水装置相连接的抽水口，其中部设有用于与水气分离管路的主管道相连接的水气进口；
2)、所述的分仓式水气分离罐内设有上密封仓和下密封仓两个密封仓，上下两个密封仓之间设有隔离板，该隔离板位于分仓式水气分离罐的水气进口的下方；
3)、所述的分仓式水气分离罐上设有进水管道，进水管道的一端与上密封仓的下部通连，另一端与下密封仓通连；
4)、所述的分仓式水气分离罐上设有排气管道，排气管道的一端与上密封仓的上部通连，另一端与下密封仓通连；
5)、所述的分仓式水气分离罐的进水管道上设有进水管道截断阀，排气管道上设有排气管道截断阀；
6)、所述的分仓式水气分离罐的下密封仓的上部设有与分仓式水气分离罐外部相通连的进气口，该进气口上设有进气口截断阀；
7)、所述的分仓式水气分离罐的抽水口与抽水装置通过抽水连接管相连接，抽水口或抽水连接管上设有抽水截断阀；
8)、当分仓式水气分离罐连接的抽水装置启动抽水时，进水管道截断阀和排气管道截断阀关闭，进气口截断阀和抽水截断阀打开；当抽水装置停止抽水时，进水管道截断阀和排气管道截断阀打开，进气口截断阀和抽水截断阀关闭。
9.如权利要求8所述的分仓式水气分离罐，其特征是：所述的分仓式水气分离罐的外壁上设有与罐内通连的液位计，所述的分仓式水气分离罐的上密封仓内位于抽真空口的下方设有挡水板。
10.一种实施权利要求1所述的水气分离真空预压法的重力排水水气分离罐，其特征是：
1)、所述重力排水水气分离罐包括管状罐体和设于管状罐体下端端部的锥体或子弹头体的钻头；
2)、所述的管状罐体的上端端部设有罐盖，在罐盖上或管状罐体上端的罐壁上设有抽真空口，在抽真空口下方的管状罐体的罐壁上设有水气进口，在罐盖上或管状罐体的罐壁上设有排水口和通孔；
3)、使用所述的重力排水水气分离罐进行水气分离真空预压法施工作业时按钻头朝下的方向将重力排水水气分离罐竖向插设于真空预压软地基处理区域内，将重力排水水气分离罐的水气进口与水气分离管路的主管道相连接，将重力排水水气分离罐的抽真空口与抽真空装置相连接；
4)、使用所述的重力排水水气分离罐进行水气分离真空预压法施工作业时在重力排水水气分离罐的下端罐体内安装潜水泵作为抽水装置，潜水泵的排水管连接排水口或穿过排水口向重力排水水气分离罐外排水，潜水泵的电缆穿过通孔连接外部电源或将外部电源通过通孔接入重力排水水气分离罐内并连接潜水泵的电缆。
11.如权利要求10所述的重力排水水气分离罐，其特征是：所述的管状罐体的上下两端之间的长度为5-12米，管状罐体的直径为30-150cm，管状罐体的壁厚为1-10cm。
12.如权利要求10所述的水气分离重力排水罐，其特征是：所述的重力排水水气分离罐的管状罐体的外壁上设有与罐内通连的液位计，所述的抽真空口下方的重力排水水气分离罐的内壁上设有挡水板。
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