CN107119668A - 一种水循环式地基加热装置及应用该装置进行软土地基降水的施工方法 - Google Patents
一种水循环式地基加热装置及应用该装置进行软土地基降水的施工方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种水循环式地基加热装置及应用该装置进行软土地基降水的施工方法，水循环式地基加热装置包括电加热炉以及多个U形钢管，U形钢管打设在软土地基中，电加热炉的循环出水口和循环回水口通过总管路将所有U形钢管的进水口和出水口依次串联组成水循环回路；施工时，将该水循环式地基加热装置与真空预压法相结合，地基加固后期的水体主要以气态形式排出，加速土体排水固结，增加地基加固后的强度，减少工后沉降，地基处理效果好。
Description
技术领域
本发明属于大面积软土地基处理技术领域，特别是一种水循环式地基加热装置及应用该装置进行软土地基降水的施工方法。
背景技术
新吹填超软土的突出特点是表层强度极低，其地基处理是国内外公认的难题。对这类地基一般采用排水固结法进行加固，在我国主要采用堆载预压法、真空预压法或真空联合堆载预压法。然而采用常规的排水固结法加固新吹填的流泥、浮泥，经过3～5个月的预压加固，地基沉降量比较显著，常常超过理论计算的沉降量很多，但加固后的强度增加的数值较小，不能满足地基的使用要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水循环式地基加热装置及应用该装置进行软土地基降水的施工方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种水循环式地基加热装置，包括电加热炉以及多个U形钢管，每个U形钢管的顶端为进水口和出水口，U形钢管整体高度为5-10米，U形钢管由U型头和多节等长的直钢管通过螺纹拼接而成；每个U形钢管的相对的两节直钢管用抱箍连接，以增强U形钢管的强度，并在最顶端的两节直钢管的抱箍上连接拉索，拉索的顶端为拉环；
电加热炉具有循环出水口、循环回水口和注水口，电加热炉加热腔与循环出水口、循环回水口和注水口相连通；电加热炉的循环出水口和循环回水口通过总管路将所有U形钢管的进水口和出水口依次串联组成水循环回路，并在电加热炉的循环出水口管路上设置有管道泵压气阀。
应用上述水循环式地基加热装置进行软土地基降水的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：在需要处理的场地上铺设荆笆层，在荆笆层上铺设编制布，并在编制布层上铺设砂层，作为工作垫层；
步骤二：在土体中打设竖向塑料排水板，塑料排水板成点阵布置，在砂层上铺设横向滤管，并将塑料排水板板头绑扎到横向布置的滤管上；
步骤三：安放导压分流装置，导压分流装置的吸气口通过管路连接真空泵，导压分流装置的进水口通过密封管路连接滤管的出口端，并将导压分流装置的进水口、密封管路、滤管和塑料排水板板头埋在砂层中；
步骤四：将水循环式地基加热装置的U形钢管打入地基，U形钢管的打设深度与塑料排水板一致，U形钢管成点阵布置，将每个U形钢管顶端的进水口和出水口通过总管路依次串联，总管路放置在中粗砂层表面，U形钢管的拉索的顶端拉环放置在砂层表面；
步骤五：在砂层上铺设保温层，在保温层上铺设密封膜，导压分流装置穿过密封膜，并对导压分流装置与密封膜之间进行密封处理，将与U形钢管相连通的总管路透过出膜装置引出密封膜，并连接至电加热炉的循环出水口和循环回水口；最后将密封膜边缘踩入压膜沟中，形成闭式真空预压系统；
步骤六：开启导压分流装置，进行常规真空预压法地基加固处理；
步骤七：当常规排水固结进行到后期时，开启水循环式地基加热装置进行地基加热，并同时对地基进行抽真空，通过控制地基加热温度和地基绝对压强，使地基中的水份由液态转变为气态，气态水从地基中汇集至砂层，并进入滤管最终通过导压分流装置排出地基，从而进一步降低地基含水量，增强地基强度。
在上述技术方案中，在步骤七中，地基加热温度和地基绝对压强按照下表进行匹配，即，当地基加热温度为50℃时，地基绝对压强需小于12.34kPa，则水由液态转为气态；当地基加热温度为55℃时，地基绝对压强需小于15.743kPa，则水由液态转为气态；当地基加热温度为60℃时，地基绝对压强需小于19.923kPa，则水由液态转为气态；当地基加热温度为65℃时，地基绝对压强需小于25.014kPa，则水由液态转为气态；当地基加热温度为70℃时，地基绝对压强需小于31.164kPa，则水由液态转为气态。
| 温度(℃) | 50 | 55 | 60 | 65 | 70 |
| 绝对压强(kPa) | 12.34 | 15.743 | 19.923 | 25.014 | 31.164 |
在上述技术方案中，导压分流装置优选设置在需要处理的场地上的中心位置。
在上述技术方案中，地基中设置有温度检测传感器和绝对压强检测传感器，以便检测地基加热温度和地基绝对压强。
本发明的优点和有益效果为：
1、水循环式地基加热装置设计合理，适应于深层软弱土地基加热，加热效果好，布设方便，还可以方便回收；
2、塑料排水板通道和部分土体中的水分，在真空压力和地基温度的提高的作用下转化为气态，迅速排出，加速土体固结；
3、将滤管系统埋设在砂层中，并在砂层上铺设保温层，保温层上铺设密封膜，这样的结构一方面保证了地基加热的保温性能，另一方面，气化的水分能够通过砂层良好的进入滤管，并最后从导压分流装置排出；
4、塑料排水板通道中的物质主要以气为主，区别于上排水时通道中的物质主要以水为主，增大了真空吸力和毛细作用，促进排水，加速土体固结；
5、塑料排水板通道中的物质主要以气为主，水位降低，使加固土体的有效应力增加，有效加固荷载增大。
总之，通过本发明，软弱地基土的加固质量得到充分保证。
附图说明
图1是水循环式地基加热装置的结构示意图。
图2是本发明的施工结构示意图。
图3是图2的局部放大示意图。
图4是导压分流装置的进水口结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例一：
参见附图1，一种水循环式地基加热装置，包括电加热炉6.1以及多个U形钢管6.2，每个U形钢管的顶端为进水口6.6和出水口6.7，U形钢管整体高度为5-10米，U形钢管由U型头6.3和多节长度为1米的直钢管6.4通过螺纹6.5拼接而成，从而方便U形钢管的组装和运输；每个U形钢管的相对的两节直钢管6.4用抱箍6.8连接，以增强U形钢管的强度，并在最顶端的两节直钢管6.4的抱箍6.8上连接拉索6.9，拉索6.9的顶端为拉环6.10，以便使用完后将U形钢管6.2拉出地基；
电加热炉具有循环出水口6.11、循环回水口6.12和注水口6.13，电加热炉加热腔与循环出水口、循环回水口和注水口相连通；电加热炉的循环出水口和循环回水口通过总管路6.16将所有U形钢管的进水口和出水口依次串联组成水循环回路，并在电加热炉的循环出水口管路上设置有管道泵6.14压气阀6.15。
实施例二：
应用实施例一的水循环式地基加热装置进行软土地基降水的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：在需要处理的场地上铺设两层荆笆1，在荆笆层上铺设250g/m2编制布2，并在编制布层上铺设40cm厚的中粗砂3，作为工作垫层；
步骤二：在土体中打设竖向塑料排水板4，塑料排水板4成点阵布置，在中粗砂3上铺设横向滤管，并将塑料排水板4板头绑扎到横向布置的滤管5上；
步骤三：安放导压分流装置7(所述导压分流装置7采用专利号为201520348699.0的“一种适合于真空预压地基加固的导压分流装置”)，导压分流装置7的吸气口b通过管路连接真空泵10，导压分流装置7的进水口通过密封管路连接所有的滤管5的出口端(参见附图4，导压分流装置7设置有6个进水口)，并将导压分流装置7的进水口、密封管路、滤管5和塑料排水板板头埋在中粗砂层3中；
步骤四：将水循环式地基加热装置的U形钢管打入地基，U形钢管6.2的打设深度与塑料排水板4一致，U形钢管6.2成点阵布置，将每个U形钢管顶端的进水口6.6和出水口6.7通过总管路6.16依次串联，总管路放置在中粗砂层3表面，U形钢管的拉索的顶端拉环放置在中粗砂层3表面；
步骤五：在中粗砂层3上铺设保温层8，在保温层8上铺设密封膜9，所述导压分流装置7穿过密封膜9，并对导压分流装置7与密封膜9之间进行密封处理；将与U形钢管相连通的总管路6.16透过出膜装置m引出密封膜9，并连接至电加热炉6.1的循环出水口和循环回水口；最后将密封膜9边缘踩入压膜沟11中，形成闭式真空预压系统；
步骤六：开启导压分流装置7，进行常规真空预压法地基加固处理，水从排水口c排出；
步骤七：当常规排水固结进行到后期时(沉降速率小于4mm/d或真空泵10排水出口的出水量小于1.6m3/h后)，开启水循环式地基加热装置进行地基加热，并同时对地基进行抽真空，通过控制地基加热温度和地基绝对压强，使地基中的水份由液态转变为气态，气态水从地基中汇集至中粗砂层3(地基中的水分气化后，优先从塑料排水板向上汇集至中粗砂层，也会直接透过地基土体向上汇集至中粗砂层)，并进入滤管最终通过导压分流装置排出地基，从而进一步降低地基含水量，增强地基强度。
在步骤七中，地基加热温度和地基绝对压强按照表1进行匹配，例如，当地基加热温度为60℃时，地基绝对压强需小于19.923kPa，则水由液态转为气态。在实际施工中，地基所能达到的最小绝对压强为10kPa左右，地基所能达到的最高加热温度为70度左右，所以实际施工中，地基加热温度和地基绝对压强按照表2进行匹配。
通过工程实践表明，当地基加热温度为60度，地基绝对压强为19.923kPa时(约每5000m2配置一台7.5kw的真空泵，能够保证地基绝对压强为19.923kPa)，综合能耗最低，地基加固效率最好。
表1水蒸气饱和蒸汽压与温度的关系
| 温度(℃) | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | 60 | 65 |
| 绝对压强(kPa) | 4.2474 | 5.6207 | 7.3766 | 9.5837 | 12.34 | 15.743 | 19.923 | 25.014 |
| 温度(℃) | 70 | 75 | 80 | 85 | 90 | 95 | 100 | 105 |
| 绝对压强(kPa) | 31.164 | 38.551 | 47.379 | 57.875 | 70.136 | 84.556 | 101.33 | 120.85 |
表2水蒸气饱和蒸汽压与温度的关系
| 温度(℃) | 50 | 55 | 60 | 65 | 70 |
| 绝对压强(kPa) | 12.34 | 15.743 | 19.923 | 25.014 | 31.164 |
在上述技术方案中，地基中设置有温度检测传感器和绝对压强检测传感器，以便检测地基加热温度和地基绝对压强；
在上述技术方案中，保温层采用聚氨酯材料保温板作为保温层，导热系数≤0.024W/(m.K)；
在上述技术方案中，塑料排水板采用耐高温材料，温度100度时，纵向通水量≥30cm3/s，复合板的高温抗拉强度要求≥1.6kN/10cm，滤布渗透系数k20>5.0×10-3cm/s；
在上述技术方案中，滤管包覆有滤布，滤管采用耐高温材料，温度100℃时满足环刚度≥6kN/m2，透水面积≥2500mm2/m，滤布渗透系数k20为10-1～10-3cm/s；
在上述技术方案中，密封管路采用耐高温材料，温度100℃时满足环刚度≥6KN/m2的要求；
在上述技术方案中，密封膜采用耐高温材料，温度100℃抗拉强度大于16.5MPa，渗透系数≤5×10-11cm/s。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种水循环式地基加热装置，其特征在于：包括电加热炉以及多个U形钢管，每个U形钢管的顶端为进水口和出水口，U形钢管整体高度为5-10米，U形钢管由U型头和多节等长的直钢管通过螺纹拼接而成；每个U形钢管的相对的两节直钢管用抱箍连接，以增强U形钢管的强度，并在最顶端的两节直钢管的抱箍上连接拉索，拉索的顶端为拉环；
电加热炉具有循环出水口、循环回水口和注水口，电加热炉加热腔与循环出水口、循环回水口和注水口相连通；电加热炉的循环出水口和循环回水口通过总管路将所有U形钢管的进水口和出水口依次串联组成水循环回路，并在电加热炉的循环出水口管路上设置有管道泵压气阀。
2.应用权利要求1所述的水循环式地基加热装置进行软土地基降水的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：在需要处理的场地上铺设荆笆层，在荆笆层上铺设编制布，并在编制布层上铺设砂层，作为工作垫层；
步骤二：在土体中打设竖向塑料排水板，塑料排水板成点阵布置，在砂层上铺设横向滤管，并将塑料排水板板头绑扎到横向布置的滤管上；
步骤三：安放导压分流装置，导压分流装置的吸气口通过管路连接真空泵，导压分流装置的进水口通过密封管路连接滤管的出口端，并将导压分流装置的进水口、密封管路、滤管和塑料排水板板头埋在砂层中；
步骤四：将水循环式地基加热装置的U形钢管打入地基，U形钢管的打设深度与塑料排水板一致，U形钢管成点阵布置，将每个U形钢管顶端的进水口和出水口通过总管路依次串联，总管路放置在中粗砂层表面，U形钢管的拉索的顶端拉环放置在砂层表面；
步骤五：在砂层上铺设保温层，在保温层上铺设密封膜，导压分流装置穿过密封膜，并对导压分流装置与密封膜之间进行密封处理，将与U形钢管相连通的总管路透过出膜装置引出密封膜，并连接至电加热炉的循环出水口和循环回水口；最后将密封膜边缘踩入压膜沟中，形成闭式真空预压系统；
步骤六：开启导压分流装置，进行常规真空预压法地基加固处理；
步骤七：当常规排水固结进行到后期时，开启水循环式地基加热装置进行地基加热，并同时对地基进行抽真空，通过控制地基加热温度和地基绝对压强，使地基中的水份由液态转变为气态，气态水从地基中汇集至砂层，并进入滤管最终通过导压分流装置排出地基，从而进一步降低地基含水量，增强地基强度。
3.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于，在步骤七中，地基加热温度和地基绝对压强按照下表进行匹配，即，当地基加热温度为50℃时，地基绝对压强需小于12.34kPa，则水由液态转为气态；当地基加热温度为55℃时，地基绝对压强需小于15.743kPa，则水由液态转为气态；当地基加热温度为60℃时，地基绝对压强需小于19.923kPa，则水由液态转为气态；当地基加热温度为65℃时，地基绝对压强需小于25.014kPa，则水由液态转为气态；当地基加热温度为70℃时，地基绝对压强需小于31.164kPa，则水由液态转为气态。
4.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于，导压分流装置优选设置在需要处理的场地上的中心位置。
5.根据权利要求2所述的施工方法，其特征在于，地基中设置有温度检测传感器和绝对压强检测传感器，以便检测地基加热温度和地基绝对压强。
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