CN107190727B - 一种新型排水固结系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型排水固结系统及方法，该系统及方法是一种综合真空水压渗析可封堵的高压固结系统，一种围绕渗析脱水法开展的高效连贯的污泥填埋地基和软土地基排水固结处理的综合方法，包括若干新型的排水板、真空管和真空泵，其中排水板通过真空管与真空泵连接及连通，所述排水固结系统还包括有盐液储存室、注气增压设备、注气管和开关阀；其中所述排水板与真空管的一端、注气管的一端连接及连通，注气管的另一端与注气增压设备连接及连通，盐液储存室通过开关阀与注气管连接及连通。
Description
技术领域
本发明涉及地基固结的技术领域，更具体地，涉及一种新型的综合真空水压渗析可封堵的高压固结系统及固结方法。
背景技术
经济发展带来国民的生活水平提高，使得污水量也越来越大，污水经污水厂处理后形成的污泥通常采用填埋的方法进行处理；在污泥填埋场区施工作业面临着地基承载力极低的问题。另一方面，随着经济的发展，为满足土地需求，沿海的一些城市会进行填海造陆；填海造陆形成的软土地基含水率高、强度低，不能满足工程需要，需进行加固处理，完成软土地基预压排水，固结沉降并提高软土地基的承载力。自20世纪八十年代开始，真空预压处理软弱地基的方法开始在全球普遍应用。随着工程实践的增多，真空预压法的理论和技术不断被完善，使之在实际工程中更具可行性，越来越适合污泥填埋地基和软土地基的处理。
真空预压法虽然在国内外得到了普遍的使用，但也存在一些问题。一是真空预压法的预压荷载最多为1个大气压，排水固结效果有上限，而且加固周期长，一般真空预压法的前期施工加上抽真空以及工后处理，整个过程需耗时两到四个月；二是真空度损耗大，在真空度的竖向传递过程中，随着深度加深而不断耗散；三是真空预压过程中，排水板容易淤堵，随着真空预压的不断进行，不能通过滤膜孔眼的土颗粒不断在排水板周围聚集，最后堵塞排水板；四是真空预压结束后，打设的排水板仍然是排水通道，加大工后沉降；五是真空预压法实际上一般只能取得60-80kPa的真空预压荷载，处理后地基的承载力较低，软土仍处于软塑甚至流塑状态，含水率较高，物理力学特性仍旧很差，之后往往还需要采用一些其它常规加固方法(如堆载预压、强夯或桩基复合地基等)以进一步提高承载力；六是现有的真空、堆载等预压法对污泥填埋地基的排水固结效果不明显，处理后土壤的含水率仍然非常高。
发明内容
本发明为解决以上现有技术在固结污泥填埋地基、软土地基时所具有的固结周期长、排水板易堵塞、固结效果不明显的技术缺陷，提供了一种综合真空水压渗析可封堵的高压固结系统及其相应的固结方法。
为实现以上发明目的，采用的技术方案是：
一种新型排水固结系统，即综合真空水压渗析可封堵的高压固结系统，包括若干新型的排水板、真空管和真空泵，其中排水板通过真空管与真空泵连接及连通，所述排水固结系统还包括有盐液储存室、注气增压设备、注气管和开关阀；其中所述排水板与真空管的一端、注气管的一端连接及连通，注气管的另一端与注气增压设备连接及连通，盐液储存室通过开关阀与注气管连接及连通；
所述排水板的板芯包括有一体化设置的从左到右依次排列的若干条管道，所述排水板内的若干条管道中，位于中部的管道与注气管的一端连接及连通，其余的管道与真空管连接及连通；所述排水板内的若干条管道在底部相互连通，使得液体和气体可在其内部循环；
所述排水板的板芯表面上依次覆盖有一层渗析膜和一层土工布滤膜。
利用上述固结系统进行固结的方法过程如下：
S1.将排水板打设入地基内；
S2.启用真空泵，利用真空泵的抽真空作用使得地基中水分进入排水板的通道内，并最终被抽取至真空泵，再通过排水沟排出场区；
S3.启用真空泵持续一段时间后关闭真空泵，然后启用注气增压设备向排水板内注气；
S4.重复执行步骤S2～S3；
S5.通过步骤S2～S4的抽真空作用完成地基的初步固结，然后执行步骤S6；
S6.开启开关阀使盐液储存室接入注气管，盐液储存室内储存有盐液；
S7.启用真空泵，利用真空泵的抽真空作用使得盐液储存室内存储的盐液进入排水板的中部管道内，并通过管道之间的连通作用循环进整个排水板中，利用渗析作用析出地基中的水分；此时通过真空泵的抽真空作用将排水板中的浓度降低后的盐液抽取出来；
S8.重复执行步骤S7，直至地基固结至设定的条件。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)利用抽真空作用进行初步的固结之后，再利用盐液渗析的方法对污泥填埋地基、软土地基进行进一步的固结，渗析压力可达1-5Mpa，进一步降低污泥填埋地基、软土地基的含水率，污泥填埋地基、软土地基的含水率可降低至30％以下，使污泥填埋地基、软土地基最终达到可塑，甚至达到硬塑。
2)增设注气增压设备，一方面使其在真空预压过程中对排水板进行注气，板内水分被挤出，然后再抽真空，此时排水板外地基土天然地下水水压力大于排水板内的负气压，形成排水板内外远大于1个大气压压差的有利现象，压差倍数可达传统真空预压的M(M＝1+排水板打设深度/10)倍以上，土层(尤其是深部土层)中的水分更易更快排出；另一方面，当抽真空效果不明显时注气不仅可以有效冲走堵塞在排水板滤膜上的土颗粒，避免排水板被堵塞，而且抽真空与注气来回反复的进行可使得排水板周围的淤堵层胀缩而形成大量裂隙，从而可达到防淤堵效果，以保障后续的排水固结过程。
3)排水固结过程全部完成后，向排水板内的管道中注入过筛的水泥浆，水泥浆填充整个排水板，凝固后形成排水板桩，封堵排水通道，防止工后荷载作用下地下水沿排水板通道的继续渗出，达到降低工后沉降的效果，同时灌注进排水板的水泥浆液凝固后还可形成排水板桩，可有效提高地基强度。
附图说明
图1为系统的侧视结构示意图。
图2为系统的俯视结构示意图。
图3为排水板的结构示意图。
图4为连接装置的结构及使用原理示意图。
图5为板套的结构及使用原理示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
如图1、2、3所示，固结系统包括N个排水板1、真空管2和真空泵3，其中排水板1通过真空管2与真空泵3连接，所述排水固结系统还包括有盐液储存室4、盐液池5、注气增压设备6、注气管7、开关阀8和喷雾器9；其中所述排水板1与真空管2的一端、注气管7的一端连接及连通，注气管7的另一端与注气增压设备6连接及连通，盐液储存室4通过开关阀8与注气管7连接及连通。其中N为大于1的整数；排水板1之间的间距可根据软土地基的物理力学性质设计，如排水板1间距为1～2m。
其中如图3所示，所述排水板包括有一体化设置的从左到右依次排列的若干条管道10，所述排水板内的若干条管道10中，位于中部的管道10与注气管7的一端连接及连通，其余的管道10与真空管2连接及连通；所述排水板的若干条管道10之间相互连通。排水板1的表面上依次覆盖有一层渗析膜12和一层土工布滤膜13。
在具体的实施过程中，如图4所示，所述排水板内的管道10通过一连接装置14与真空管2、注气管7连接及连通，所述连接装置14包括外管15和套取在外管内的内管18，内管15的底端与排水板位于中部的管道10的顶端连接及连通，外管18的底端与排水板其余的管道10的顶端连接及连通，外管15的顶端与真空管2的一端连接及连通，内管18的顶端与注气管7的一端连接及连通。
在具体的实施过程中，如图5所示，排水板内的若干条管道之间通过设置在底端的板套16进行连通；所述板套16呈上部开口的桶状，其横向剖面的形状与排水板1的横向剖面的形状一致，板套16通过其上部的开口与排水板1的底端连接。其中所述板套16内设置有若干短柱17，短柱17的两端分别与板套16的前后两侧连接，起支撑作用。
实施例2
实施例1提供的固结系统固结污泥填埋地基、软土地基的具体过程如下：
第一步、确定真空预压场区后进行排水板的打设，排水板之间的间距可根据污泥填埋地基、软土地基的物理力学性质设计，如排水板间距为1～2m。打设排水板时，排水板底端插入板套内，并用强力胶水粘结，确保加固过程中盐液与气体不会在连接处渗漏，板套长度25～35cm，从底部10cm处翻折，利用插板机将排水板整体打设到预定深度。
第二步、将出露的排水板中的土工布滤膜、渗析膜及管道从端部剪掉5～8cm，保留排水板中部的管道，排水板中部的管道及其余的管道分别和连接装置中内管和外管连接，排水板端部的土工布滤膜和渗析膜和连接装置连接，并分别用强力胶水粘牢，并保证密封性，见图4。
第三步、盐液储存室中调配吸水盐液，采用聚乙二醇固体作为溶质，与水配合比1:10。打开开关阀，盐液流入加固区场地的密封膜上部，形成盐液池。开启真空泵，对整个场地进行真空水载预压。抽真空两周后，关闭真空泵，启动注气增压设备，开始进行连续注气，直至将排水板中水排出，关闭注气增压设备，重新开启真空泵，对场地再次进行真空水载预压，并重复上述过程。
第四步、待真空预压场区排出的水量小且地基土固结变化不大后可停止真空阶段。将开关阀打开，重新开启真空泵，加固区场地的盐液池中的盐液通过盐液储存室流入排水板中，盐液在排水板中缓慢流动，渗析压达5MPa，脱出土中大量水分，再通过喷雾装置喷洒在场地内，利用无雨天气的蒸发作用(有雨天气下盐液全储存在盐液池中)，使盐液浓度再次升高，重新抽进盐液池，形成循环系统。
第五步、盐液循环渗析结束后，再次向排水板注气挤出板内盐液，收集盐液以备再利用，并向排水板内的管道中注入过筛的水泥浆。水泥浆冷却后形成水泥排水板桩，封堵排水通道，防止工后荷载作用下地下水沿排水板通道的继续渗出，达到降低工后沉降的效果，同时增加加固区土体的强度。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种新型排水固结系统，即综合真空水压渗析可封堵的高压固结系统，包括若干新型的排水板、真空管和真空泵，其中排水板通过真空管与真空泵连接及连通，其特征在于：所述排水固结系统还包括有盐液储存室、注气增压设备、注气管和开关阀；其中所述排水板与真空管的一端、注气管的一端连接及连通，注气管的另一端与注气增压设备连接及连通，盐液储存室通过开关阀与注气管连接及连通；
所述排水板的板芯包括有一体化设置的从左到右依次排列的若干条管道，所述排水板内的若干条管道中，位于中部的管道与注气管的一端连接及连通，其余的管道与真空管连接及连通；所述排水板内的若干条管道在底部相互连通，使得液体和气体可在其内部循环；
所述排水板的板芯表面上依次覆盖有一层渗析膜和一层土工布滤膜。
2.根据权利要求1所述的新型排水固结系统，其特征在于：所述排水板的管道通过一连接装置与真空管、注气管连接及连通，所述连接装置包括外管和套取在外管内的内管，内管的底端与排水板位于中部的管道的顶端连接及连通，外管的底端与排水板其余的管道的顶端连接及连通，外管的顶端与真空管的一端连接及连通，内管的顶端与注气管的一端连接及连通。
3.根据权利要求2所述的新型排水固结系统，其特征在于：排水板的若干条管道之间通过设置在底端的板套进行连通；所述板套呈上部开口的桶状，其内由若干短柱连接支撑，其横向剖面的形状与排水板的横向剖面的形状一致，板套通过其上部的开口与排水板的底端连接。
4.根据权利要求1~3任一项所述的新型排水固结系统，其特征在于：所述固结系统还包括有一喷雾器，喷雾器的输入端与真空泵的输出端连接。
5.根据权利要求1~4任一项所述系统的固结方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.将排水板打设入地基内；
S2.启用真空泵，利用真空泵的抽真空作用使得地基中水分进入排水板内，并最终被抽取至真空泵，再通过排水沟排出场区；
S3.启用真空泵持续一段时间后关闭真空泵，然后启用注气增压设备向排水板内注气；
S4.重复执行步骤S2~S3；
S5.通过步骤S2~S4的抽真空作用完成地基的初步固结，然后执行步骤S6；
S6.开启开关阀使盐液储存室接入注气管，盐液储存室内储存有盐液；
S7.启用真空泵，利用真空泵的抽真空作用使得盐液储存室内存储的盐液进入排水板的中部管道内，并通过管道之间的连通作用循环进整个排水板中，利用渗析作用析出地基中的水分；此时通过真空泵的抽真空作用将排水板中的浓度降低后的盐液抽取出来；
S8.重复执行步骤S7，直至地基固结至设定的条件。
6.根据权利要求5所述的排水固结方法，其特征在于：所述完成步骤S8后，向排水板内灌注水泥浆。
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