CN107574814A - 一种基于电加热排水板的地基处理系统及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电加热排水板的地基处理系统，包括电加热排水板，电加热排水板包括塑料芯板，塑料芯板四周包裹两层滤布，在两层滤布之间的夹层内设置有电加热丝；在地基中竖向设置上述电加热排水板，电加热排水板板头绑扎在横向布置的滤管上，在地基上设置导压分流装置，导压分流装置的进水口与滤管连通；地基上铺设有砂垫层，所述导压分流装置的进水口、滤管和电加热排水板板头埋设在该砂垫层中，砂垫层上铺设保温层，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，电加热排水板的电加热丝的供电导线通过出膜装置引出密封膜并连接外部电源，密封膜边缘压入压膜沟中，形成闭式真空预压系统。
Description
技术领域
本发明属于大面积软土地基处理技术领域，特别是一种基于电加热排水板的地基处理系统及其施工方法。
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，提供一种基于电加热排水板的地基处理系统及其施工方法。其通过真空预压法与地基加热法相结合，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。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于电加热排水板的地基处理系统，包括电加热排水板，电加热排水板包括塑料芯板，塑料芯板四周包裹两层滤布，在两层滤布之间的夹层内设置有电加热丝，所述电加热丝沿电加热排水板长向成蛇形排布，或者电加热丝成螺旋状围绕在电加热排水板外围；
在地基中竖向设置上述电加热排水板，电加热排水板成点阵布置，电加热排水板板头绑扎在横向布置的滤管上，在地基上设置导压分流装置，导压分流装置的进水口与滤管连通；地基上铺设有砂垫层，所述导压分流装置的进水口、滤管和电加热排水板板头埋设在该砂垫层中，砂垫层上铺设保温层，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，电加热排水板的电加热丝的供电导线通过出膜装置引出密封膜并连接外部电源，密封膜边缘压入压膜沟中，形成闭式真空预压系统。
所述基于电加热排水板的地基处理系统的施工方法，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：在土体中打设电加热排水板，电加热排水板成点阵布置，在砂层上铺设横向滤管，并将电加热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、滤管和电加热排水板板头埋在砂层中；
步骤四：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，电加热排水板的电加热丝的供电导线通过出膜装置引出密封膜并连接外部电源，将密封膜边缘踩入压膜沟中，形成闭式真空预压系统；
步骤五：开启导压分流装置，进行常规真空预压法地基加固处理；
步骤六：当常规排水固结进行到后期时，开启电加热排水板的电加热丝进行地基加热，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，在步骤六中，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、电加热排水板设计合理，同时具备电加热和排水功能，适应于深层软弱土地基加热，加热效果好，布设方便；
2、电加热排水板通道和土体中的水分，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、电加热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、电加热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是电加热排水板的俯视图。
图2是电加热排水板的结构示意图。
图3是电加热排水板的结构示意图。
图4是基于电加热排水板的地基处理系统的施工结构示意图。
图5是图4的局部放大示意图。
图6是电加热排水板的点阵布置图。
图7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。
一种基于电加热排水板的地基处理系统，包括电加热排水板4，参见附图1，电加热排水板包括塑料芯板4-1，塑料芯板四周包裹两层滤布4-2、4-3，在两层滤布之间的夹层内设置有电加热丝4-4，所述电加热丝沿电加热排水板长向成蛇形排布(参见附图2)，或者电加热丝成螺旋状围绕在电加热排水板外围(参见附图3)；
在地基中竖向设置上述电加热排水板，电加热排水板成点阵布置，电加热排水板板头绑扎在横向布置的滤管上，在地基上设置导压分流装置，导压分流装置的进水口与滤管连通；地基上铺设有砂垫层，所述导压分流装置的进水口、滤管和电加热排水板板头埋设在该砂垫层中，砂垫层上铺设保温层，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，电加热排水板的电加热丝的供电导线通过出膜装置引出密封膜并连接外部电源，密封膜边缘压入压膜沟中，形成闭式真空预压系统。
上述基于电加热排水板的地基处理系统进行地基加热联合真空预压处理软土地基的施工方法，包括以下步骤(参见附图4-7)：
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：在土体中打设电加热排水板4，电加热排水板4成点阵布置(参见附图6)，在中粗砂3上铺设横向滤管5，并将电加热排水板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a通过密封管路连接所有的滤管5的出口端(参见附图7，导压分流装置7设置有6个进水口a)，并将导压分流装置7的进水口、密封管路、滤管5和电加热排水板4板头埋在中粗砂层3中；
步骤四：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，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；电加热排水板的电加热丝的供电导线通过出膜装置引出密封膜并连接外部电源12，将密封膜9边缘踩入压膜沟11中，形成闭式真空预压系统；
步骤五：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；
步骤六：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)，开启电加热丝进行地基加热，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，优先从电加热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。
在步骤六中，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，电加热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 (3)
1.一种基于电加热排水板的地基处理系统，其特征在于：包括电加热排水板，电加热排水板包括塑料芯板，塑料芯板四周包裹两层滤布，在两层滤布之间的夹层内设置有电加热丝，所述电加热丝沿电加热排水板长向成蛇形排布，或者电加热丝成螺旋状围绕在电加热排水板外围；
在地基中竖向设置上述电加热排水板，电加热排水板成点阵布置，电加热排水板板头绑扎在横向布置的滤管上，在地基上设置导压分流装置，导压分流装置的进水口与滤管连通；地基上铺设有砂垫层，所述导压分流装置的进水口、滤管和电加热排水板板头埋设在该砂垫层中，砂垫层上铺设保温层，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，电加热排水板的电加热丝的供电导线通过出膜装置引出密封膜并连接外部电源，密封膜边缘压入压膜沟中，形成闭式真空预压系统。
2.应用权利要求1所述的基于电加热排水板的地基处理系统的施工方法，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：在土体中打设电加热排水板，电加热排水板成点阵布置，在砂层上铺设横向滤管，并将电加热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、滤管和电加热排水板板头埋在砂层中；
步骤四：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，电加热排水板的电加热丝的供电导线通过出膜装置引出密封膜并连接外部电源，将密封膜边缘踩入压膜沟中，形成闭式真空预压系统；
步骤五：开启导压分流装置，进行常规真空预压法地基加固处理；
步骤六：当常规排水固结进行到后期时，开启电加热排水板的电加热丝进行地基加热，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：在步骤六中，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。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180112 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |