CN105672244A - 用于加固软黏土地基的排水装置、系统及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于加固软黏土地基的排水装置、系统及处理方法，其中，用于加固软黏土地基的排水装置包括外层排水管、内层排水管和螺纹帽；所述外层排水管的管身开有若干组排水孔，内壁上每隔预定距离设有周向密封件；所述内层排水管插接于外层排水管中，内层排水管与周向密封件紧密接触；所述螺纹帽连接于内层排水管的端部。本发明的排水装置为双层结构，通过该装置对软黏土地基分层排水加固，可以将真空压力无衰减地传递到预定的土层中，排水加固效果更好；能够解决软黏土地基深层土体难以排水固结的问题。

Description

用于加固软黏土地基的排水装置、系统及处理方法

技术领域

本发明属于岩土工程领域，特别是一种用于加固软黏土地基的装置、系统以及加快软黏土地基的方法。

背景技术

在我国的河口海岸、冲击平原等地软黏土地基分布广泛，软黏土地基主要由淤泥、淤泥质土或其他高压缩性土构成，其抗剪强度极低，作为建筑地基不满足承载力要求，需要进行加固处理。软黏土地基多为饱和土，为使其固结提高强度，最根本的问题是要将软黏土中的大量水分排出。但是由于软黏土的渗透性差，排水缓慢，常用的排水固结法工期长、效果差。

真空预压法是软黏土地基常用的排水固结方法，通常需要配合竖向排水体才能进行排水固结，目前应用较多的排水体有袋装砂井、塑料排水板，但软黏土较高的细颗粒含量极易造成排水体的排水通道堵塞；且不同深度的土层排水效果差异较大。

发明内容

发明目的：一个目的是提供一种双层竖向排水体加固软黏土地基的排水装置和系统，以解决现有技术存在的上述问题。进一步的目的是提供一种加固软黏土地基的方法。

技术方案：一种用于加固软黏土地基的排水装置，包括外层排水管、内层排水管和螺纹帽；所述外层排水管的管身开有若干组排水孔，内壁上每隔预定距离设有周向密封件；所述内层排水管插接于外层排水管中，内层排水管与周向密封件紧密接触；所述螺纹帽连接于内层排水管的端部。

优选的，所述螺纹帽上设置有系绳部。所述外层排水管和内层排水管为空心圆柱形管体，外层排水管的末端具有锥形头，所述锥形头具有若干排水孔。所述外层排水管和/或内层排水管由多个管体螺接而成；所述内层排水管的末端延伸至周向密封件的下方。

一种用于加固软黏土地基的排水系统，包括若干个上述用于加固软黏土地基的排水装置，水平排水管和真空泵，以及止水组件；所述排水装置竖直打入软黏土地基，所述水平排水管的一端与排水装置连通，另一端与真空泵连接；所述止水组件包括导电排水板和通过导线与导电排水板连接的电源。

进一步的实施例中，所述外层排水管的外周包覆有土工布。所述内层排水管和/或外层排水管的材质为PVC或PPR。所述外层排水管的内径为30-50mm，壁厚为0.5-2.5mm。

一种用于加固软黏土地基的方法，该方法基于上述用于加固软黏土地基的排水系统实现并包括如下步骤：

S1、在预加固软黏土地基的外围打设两圈导电排水板，外面一圈为阴极，里面一圈为阳极，各通过一根导线连接直流电源，用于形成止水帷幕；

S2、垂直于地表向软黏土地基插入排水装置，间距为1～1.5m，排水装置呈梅花形或正方形布置；

S3、在软黏土地基表面布置水平排水系统，通过螺纹三通将水平排水管与双层竖向排水体连接，再将水平排水管与真空泵连接；

S4、排水：

S41、开启真空泵，对双层竖向排水体外层排水管最下端的周向密封件以下的周围土体进行排水固结，直至地表沉降量持续3天低于5mm；

S42、停止抽真空，拆开水平排水管与双层竖向排水体的连接，通过系绳部向上提拉内层排水管至其底端到达上一周向密封件以下0.1～0.2m，将抽出的一节内层排水管拆卸掉，其下一节的内层排水管端部与螺纹帽连接后固定在外层排水管内；

S43、重新将水平排水管与双层竖向排水体连接，开启真空泵，开始对该周向密封件以下的周围土体进行排水加固，至地表沉降量持续3天低于5mm；

S44、停止抽真空，重复步骤S42和S43，直至完成对整个地基沿深度方向的加固。

优选的，软黏土地基的渗透系数为10^－6～10^－8cm/s。

有益效果：本发明的排水装置为双层结构，通过该装置对软黏土地基分层排水加固，可以将真空压力无衰减地传递到预定的土层中，排水加固效果更好；能够解决软黏土地基深层土体难以排水固结的问题。同时，本发明结构简单，操作方便，能够快速而高效的实现深层土体的排水加固。

附图说明

图1是本发明排水装置的结构示意图。

图2是本发明在某一工作状态下的结构示意图。

图3是螺纹帽的结构示意图。

图4是本发明排水系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的排水装置主要包括三个部件，即外层排水管1、内层排水管2和螺纹帽6。外层排水管的管身上开有多个/组排水孔4，内层排水管的管身上不设排水孔。在外层排水管的内壁上，沿轴线的方向上每隔预定距离设置周向密封件3。周向密封件用以将外层排水管分成多个相对密闭和独立的部分。当内层排水管插接或套接于外层排水管中时，内层排水管的外壁与周向密封件紧密接触，将外层排水管分成可排水区和非排水区，内层排水管沿外层排水管的轴向移动，从而与外层排水管不同部位的排水孔形成排水通道。如图3所示，螺纹帽与内层排水管螺接，其具有环形帽檐8、螺纹部9和系绳部7（在该实施例中为系绳圈）。

从图1和图2可知，在该实施例中，外层排水管和内层排水管均为空心圆柱型管体，外层排水管的末端（即打入软黏土地基的端部）为锥形头5。该锥形头的侧壁上开设有若干排水孔。图2为某一工作状态下的结构示意图。图1中，外层排水管下部与内层排水管之间形成排水通道，真空压力施加于下方的土层。当排水效果达到预期之后，通过系绳部将内层排水管向上拉出预定的距离，拆卸一节，将螺纹帽与内层排水管重新固定，即形成图2所示的结构。在该结构中，外层排水管中部的排水孔与内层排水管形成排水通道，对相应的土层进行排水加固。因此，通过该排水装置，可分阶段对不同深度的土层进行排水加固，克服现有技术中真空压力衰减的问题，增强排水加固的效果。

在设计/生产时，外层排水管和内层排水管可采用高分子材料制作，例如用PPR或PVC制作。内层排水管和外层排水管可通过多个管体螺接而成，从而便于工程技术人员根据工况调节外层排水管和外层排水管的长度，同时也便于内层排水管和外层排水管的运输、施工和拆卸。

在其他实施例中，外层排水管和内层排水管的形状、材料，以及连接组成方式可以根据情况调整，而只需：外层排水管具有多组分段的排水孔，内层排水管形成排水空腔，且与密封件、外层排水管组合时，形成排水区和不能排水的密闭区，从而实现在不同时间段内对不同的土层进行排水，减少真空压力的衰减，增强排水的效果。

转到图4，描述本发明的排水系统和排水方法。为了解决现有技术存在的问题，申请人进行了深入的研究。

申请人发现：在真空预压法中，真空度随着地基深度的增加而逐渐递减，因此对浅层软黏土地基加固效果较好，而深层地基得不到有效加固，仅能形成一个硬壳层。处理后的地基，表层的固结度较高，抗剪强度依然较低，地基承载力仍然难以满足工程要求。

例如，现有技术使用打孔排水管作为竖向排水体，对于某功率确定的真空泵，加固的软黏土体积越大，排水效果越差，尤其对于深层土体而言。因此，现有竖向排水体难以将能量传递到土体深部。为此申请人设计了上文所述的技术方案。

如图4所示，将多个双层竖向排水体（即上述排水装置）打入软黏土地基10中，分布形式可以为梅花形或正/长方形。排水装置与水平排水管12连通，水平排水管的另一端接真空泵11。排水装置的周围，即预处理的软黏土地基的周围打入导电排水板13，其通过导线15与直流电源14连接。

上述实施例采用双层竖向排水体作为软黏土地基的竖向排水体，将双层竖向排水体与真空泵通过地基表面的水平排水系统连接。通过对双层竖向排水体实施一定的步骤，可将真空压力无衰减地传递到深层土体，由于每层加固地基的深度在1～1.5m，因而更能充分发挥真空压力对该土层的排水加固，最终实现对整个软黏土地基沿深度方向的排水固结，利用此方法可以解决软黏土地基深层土体难以排水固结的问题。还具有结构简单，操作方便，能够快速而高效的实现深层土体的排水加固的特点。

通过一个施工案例进一步说明本发明的结构细节和工作原理。

在该实施例中，双层竖向排水体加固软黏土地基的装置由外层塑料排水管和内层塑料排水管共同构成的排水腔体，外层塑料排水管1可为PPR或PVC等材质，内径为30～50mm，壁厚为1mm左右，距顶端0.5m以下的管周身均匀间隔开设有排水孔，在其内侧每隔1～1.5m的距离设置环形密封圈，在其外侧包裹一层土工滤布。

外层塑料排水管由多节排水管通过螺纹接头连接构成，其中最下端的螺纹接头与含有内螺纹的锥形头连接，锥形头周身打满小孔，最上端的螺纹接头通过螺纹三通与地基表面的水平排水管连接。内层塑料排水管与外层塑料排水管的材质相同，外径与外层塑料排水管内的环形密封圈内孔直径相同，或外径稍大于密封圈的内径，内层塑料排水管由多节1～1.5m的排水管通过螺纹连接，最上面一节的内层塑料排水管上端口有内螺纹，用于连接螺纹帽。螺纹帽包括环形帽檐和螺栓两部分，螺栓的外径与内层塑料排水管的内径相同，环形帽檐直接搭设在外层塑料排水管最上端的环形密封圈上，环形帽檐上设有系绳圈，用于提拉内层塑料排水管。内层塑料排水管的底端穿过外层塑料排水管最下端的环形密封圈，并伸出0.1～0.2m长，内层塑料排水管与环形密封圈需紧密接触，防止漏气。

本发明加固软黏土地基的处理方法，主要包括以下步骤：

步骤1：在预加固软黏土地基的外围打设两圈导电塑料排水板，外面一圈为阴极，里面一圈为阳极，各通过一根导线连接直流电源，用于形成止水帷幕；

步骤2：垂直于地表向软黏土地基插入双层竖向排水体，双层竖向排水体的间距为1～1.5m，可采用梅花形或正方形布置。

步骤3：在软黏土地基表面布置水平排水系统，通过螺纹三通将水平排水管与双层竖向排水体连接，地基表面的水平排水管通过三通或四通相互连接，构成密封性良好的水平排水系统，再将水平排水系统与真空泵连接，真空泵采用功率为7.5kW的真空射流泵。

步骤4：开启真空泵，首先对双层竖向排水体外层塑料排水管1最下端环形密封圈以下的周围土体进行排水固结，直至地表沉降量持续3天低于5mm，停止抽真空，拆开水平排水管与双层竖向排水体的连接，通过系绳圈向上提拉内层塑料排水管至其底端在上一环形密封圈以下0.1～0.2m，将抽出的一节内层塑料排水管拆卸掉，其下一节的内层塑料排水管端部与螺纹帽连接后固定在外层塑料排水管内，重新将水平排水管与双层竖向排水体连接，开启真空泵，开始对该环形密封圈以下的周围土体进行排水加固，至地表沉降量持续3天低于5mm，停止抽真空，重复上述操作步骤，直至完成对整个地基沿深度方向的加固。

需要注意的是，在步骤S1中，所述导电塑料排水板的打设深度应比双层竖向排水体的打设深度要深，通过电渗的作用降低地下水位，并形成止水帷幕，这一作用持续地基处理的整个过程。

在步骤S2中，为方便生产、运输及施工，所述双层竖向排水体可在现场完成安装，可先将预制好的外侧包裹土工滤布的外层塑料排水管分节打入软黏土地基中，再向其内部放置内层塑料排水管；由于外层塑料排水管的管径不大，并且底端安装有锥形头，可采用打孔机械或人工插设的方法进行打设。

在步骤S3中，软黏土地基表面的水平排水系统应密封良好，为防止漏气，可用泥浆将双层竖向排水体与地表接触的部位进行填堵。

总之，本发明提供的双层竖向排水体加固软黏土地基的装置及处理方法具有以下优点：第一，由于每层加固地基的深度在1～1.5m，并且真空压力无衰减，因而更能充分发挥真空压力对每层土体的排水加固，最终实现对整个软黏土地基沿深度方向的排水固结，解决了软黏土地基深层土体难以排水固结的问题。第二，本发明结构简单，便于操作，快速而高效，不需要与其他方法联合，节省造价。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于加固软黏土地基的排水装置，其特征在于，包括外层排水管、内层排水管和螺纹帽；所述外层排水管的管身开有若干组排水孔，内壁上每隔预定距离设有周向密封件；所述内层排水管插接于外层排水管中，内层排水管与周向密封件紧密接触；所述螺纹帽连接于内层排水管的端部。

2.如权利要求1所述的用于加固软黏土地基的排水装置，其特征在于，所述螺纹帽上设置有系绳部。

3.如权利要求1所述的用于加固软黏土地基的排水装置，其特征在于，所述外层排水管和内层排水管为空心圆柱形管体，外层排水管的末端具有锥形头，所述锥形头具有若干排水孔。

4.如权利要求1至3任一项所述的用于加固软黏土地基的排水装置，所述外层排水管和/或内层排水管由多个管体螺接而成；所述内层排水管的末端延伸至周向密封件的下方。

5.一种用于加固软黏土地基的排水系统，其特征在于，包括若干个权利要求1至4任一项所述的用于加固软黏土地基的排水装置，以及水平排水管、真空泵和止水组件；所述排水装置竖直打入软黏土地基，所述水平排水管的一端与排水装置连通，另一端与真空泵连接；所述止水组件包括导电排水板和通过导线与导电排水板连接的电源。

6.如权利要求5所述的用于加固软黏土地基的排水系统，其特征在于，所述外层排水管的外周包覆有土工布。

7.如权利要求5所述的用于加固软黏土地基的排水系统，其特征在于，所述内层排水管和/或外层排水管的材质为PVC或PPR。

8.如权利要求5所述的用于加固软黏土地基的排水系统，其特征在于，所述外层排水管的内径为30-50mm，壁厚为0.5-2.5mm。

9.一种用于加固软黏土地基的方法，其特征在于，该方法基于权利要求5至8任一项所述的用于加固软黏土地基的排水系统实现并包括如下步骤：

S1、在预加固软黏土地基的外围打设两圈导电排水板，外面一圈为阴极，里面一圈为阳极，各通过一根导线连接直流电源，用于形成止水帷幕；

S2、垂直于地表向软黏土地基插入排水装置，间距为1～1.5m，排水装置呈梅花形或方形布置；

S3、在软黏土地基表面布置水平排水系统，通过螺纹三通将水平排水管与双层竖向排水体连接，再将水平排水管与真空泵连接；

S4、排水：

S41、开启真空泵，对双层竖向排水体外层排水管最下端的周向密封件以下的周围土体进行排水固结，直至地表沉降量持续3天低于5mm；

S42、停止抽真空，拆开水平排水管与双层竖向排水体的连接，通过系绳部向上提拉内层排水管至其底端到达上一周向密封件以下0.1～0.2m，将抽出的一节内层排水管拆卸掉，其下一节的内层排水管端部与螺纹帽连接后固定在外层排水管内；

S43、重新将水平排水管与双层竖向排水体连接，开启真空泵，开始对该周向密封件以下的周围土体进行排水加固，至地表沉降量持续3天低于5mm；

S44、停止抽真空，重复步骤S42和S43，直至完成对整个地基沿深度方向的加固。

10.如权利要求9所述的用于加固软黏土地基的方法，其特征在于，软黏土地基的渗透系数为10^－6～10^－8cm/s。