CN107829425B - 一种用于软基排水固结的装置及排水固结方法 - Google Patents

一种用于软基排水固结的装置及排水固结方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于软基排水固结的装置及排水固结方法，其中装置包括：强排水管、上端接头、下端接头；其中，强排水管包括管道、沿管道轴向设置在管道外表面上的格栅，所述格栅的外表面上覆盖有滤膜形成排水槽，排水槽和管道通过连接装置连通达到循环功能；上端接头的内径与强排水管的外径相等，所述上端接头的内壁上设置有密闭环，密闭环的内径与强排水管管道的内径相同，强排水管的上端插接入上端接头的下端，密闭环对强排水管上端的格栅进行密闭。本发明实现了软基排水固结，可有效抵抗深部土体的高土压力。

Description

一种用于软基排水固结的装置及排水固结方法
技术领域
本发明涉及地基处理和污泥脱水领域，更具体地，涉及一种用于软基排水固结的装置及排水固结方法。
背景技术
目前来说，软土地基处理领域中最常用的方法之一是排水固结法，此方法通过加载压力在地基中产生水头差，使土体中的水沿竖向排水体排出，并逐渐固结。竖向排水体通常采用普通排水板和袋装砂井，此两种竖向排水体都只有单向导水的作用，在竖向排水体中储水量小，也不具有使水或液体在其中循环流动的作用，更不具有将其中水或液体排空的功能（即无法利用地下水水头压差）。如果排空竖向排水体中的水（最好能够迅速排空），则排水体内外压差（包括地下水水头压差和荷载压差）将会很大，能大幅提高软土排水固结效率及效果。
另一方面，对于污泥脱水问题，极高含水率的污泥的首要处置问题就是如何将其含水率降至60%以下，采用循环盐液渗析对污泥进行脱水是一种快速高效的方法，但是此方法渗析液成本较高，现阶段尚没有能让渗析液体循环流动重复使用的且最终可排空回收渗析液体的竖向排水体装置。
发明内容
本发明为解决现有技术的缺陷及要求，研发提供了一种用于软基排水固结的装置及排水固结方法，且可有效抵抗深部土体的高土压力。
为实现以上发明目的，采用的技术方案是：
一种具有循环排空功能圆柱式强排水管，包括管道、沿管道轴向设置在管道外表面上的格栅，所述格栅的外表面上覆盖有滤膜。
上述方案中，格栅的外表面包裹滤膜形成排水槽，格栅间距及格栅大小可根据工程需要改变，以适应不同的地质条件。同时强排水管内的管道亦可以作为排水管道，排水槽和排水管道可以通过连接装置连通达到循环功能；可通过注气措施迅速排空储存在强排水管中的液体且采用圆形管可以有效抵抗深部土地压力，防止被压扁。
同时，本发明还提供了一种用于软基排水固结的装置，其具体的方案如下：
一种用于软基排水固结的装置，包括强排水管、上端接头、下端接头、隔板和固定环；
其中下端接头采用一段强排水管制成，下端接头通过一外径与强排水管管道内径相等的筒状连接件插接入下端接头的上端、强排水管的下端实现两者之间的连接，强排水管的格栅与下端接头的格栅一一对准，下端接头格栅的下端、管道的下端密封；所述下端接头管道的内壁上开设有通孔，下端接头的格栅通过通孔与管道连通；固定环设置在下端接头通孔上方的管道内壁上；隔板设置于固定环的上方，隔板与固定环铰接，隔板用于对固定环进行封闭或打开；
上端接头的内径与强排水管的外径相等，所述上端接头的内壁上设置有密闭环，密闭环的内径与强排水管管道的内径相同，强排水管的上端插接入上端接头的下端，密闭环对强排水管上端的格栅进行密闭。
其进行排水固结处理的方法过程如下：
S1.确定真空预压场区后对装置进行打设；
S2.将上端接头的上端与真空泵、注气泵连接及连通起来；
S3.开启真空泵进行真空水载预压，此时隔板打开固定环，软土地基中的水分在地下水水头压力和抽真空作用下通过格栅、通孔进入到下端接头、强排水管的管道内，在强排水管中可储相当量的水，抽真空满一定时间后，下端接头、强排水管的管道内充满水后，关闭真空泵；开启注气泵，此时隔板密闭固定环，气体进入强排水管的管道，将强排水管管道内的水清空排净；然后关闭注气泵；
S4.循环往复执行步骤S3，直至土体固结完成。
上述方案中，利用注气泵注气将强排水管管道内的水排出后再进行抽真空处理，此时在强排水管管道内外水头压差及真空压力作用下，土层中的水分快速进入格栅中的排水槽，再从底端的通孔进入并储存在强排水管的管道中。上述方案另一优点为减少了密封膜、密封墙等密封工序，控制了工程成本。
同时，本发明还提供了一种用于污泥脱水装置，其具体的方案如下：
一种用于污泥脱水装置，包括强排水管、上部接头和下部接头；
下部接头采用一段强排水管制成，下部接头、强排水管的滤膜上覆盖有渗析膜；下部接头通过一外径与强排水管管道内径相等的筒状连接件插接入下部接头的上端、强排水管的下端实现两者之间的连接，强排水管的格栅与下部接头的格栅一一对准，下部接头格栅的下端、管道的下端密封；所述下部接头管道的内壁上开设有通孔，下部接头的格栅通过通孔与管道连通；
所述上部接头包括内管和外管，内管设置在外管内，内管、外管之间留有通道；其中所述内管底端的外径与强排水管管道的内径相等，内管的底端插接入强排水管管道内，所述外管底端的内径与强排水管格栅的外径相等，强排水管的顶端插接入外管内。
上述污泥脱水装置具体的工作原理如下：
S1.向内管、外管之间的通道内注入渗析液，渗析液进入到强排水管、下部接头的格栅内，储有相当量的渗析液，渗析液通过格栅上的渗析膜对污泥中的水分进行充分渗析，使得污泥中的水分在渗析作用下进入渗析液，此时渗析液的浓度降低；
S2.对内管进行抽真空处理，真空压力作用下，强排水管、下部接头的格栅内的渗析液沿格栅、通孔进入下部接头、强排水管的管道内，并经过内管流出；
S3.浓度降低的渗析液在装置外经处理后浓度升高，再次从内管、外管之间的通道内注入，进行下一次渗析，从而形成循环;
S4.渗析处理后可通过注气等方法将管中渗析液全部排空收集起来以便下次重复使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明提供的强排水管中，格栅的外表面包裹滤膜形成排水槽，格栅间距及格栅大小可根据工程需要改变，以适应不同的地质条件。同时强排水管内的管道亦可以作为排水管道，排水槽和排水管道可以通过连接装置连通达到循环功能；可通过注气措施迅速排空储存在强排水管中液体且采用圆形管可以有效抵抗深部土地压力，防止被压扁。
（2）本发明提供的用于软基排水固结的装置与方法中，利用注气泵注气将强排水管管道内的水排出后再进行抽真空处理，此时在管道内外水头压差及真空压力作用下，土层中的水分快速进入格栅中的排水槽，再从底端的通孔进入并储存在强排水管管道中。
（3）本发明提供的污泥处理装置与方法中，能够使渗析液体循环流动，渗析处理后可通过注气等方法将管中渗析液全部排空收集起来以便下次重复使用。
附图说明
图1为强排水管的横向剖面示意图。
图2为强排水管的轴向剖面示意图。
图3为用于软基排水固结的装置的结构示意图。
图4为下端接头的结构示意图。
图5为上端接头的轴向剖面示意图。
图6为上端接头的结构示意图。
图7为上端接头的横向剖面示意图。
图8为用于污泥脱水的装置的横向剖面示意图。
图9为用于污泥脱水的装置的轴向剖面示意图。
图10为上部接头的透视图。
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
本实施例提供了一种具有循环排空功能圆柱式强排水管，如图1、2所示，包括管道1、沿管道1轴向设置在管道1外表面上的格栅2，所述格栅2的外表面上覆盖有滤膜4。
上述方案中，格栅2的外表面包裹滤膜4形成排水槽3，格栅2间距及格栅2大小可根据工程需要改变，以适应不同的地质条件。同时强排水管内的管道1亦可以作为排水管道1，排水槽3和排水管道1可以通过连接装置连通达到循环功能；可通过注气措施迅速排空储存在强排水管中液体且采用圆形管可以有效抵抗深部土地压力，防止被压扁。
其中，管道1以普通PVC管（或弹簧软管或可降解管）为主体，外圈间隔设置塑料格栅2形成排水槽3，最外围包裹滤膜4，间隔设置的塑料格栅2可以是原管挖刻凹槽形成，也可由其他材料热压连接在管道1外壁，或格栅2与滤膜4热压成整体后环绕固定在管道1外壁，如图1。管道1以PVC管为主体可在厂家生产时一次成型，按实际工程需要裁剪；弹簧软管为主体，缠绕成桶装，方便运输；可降解管为主体，用于某些工程，工程结束后场地无残留。
实施例2
本实施例提供了一种用于软基排水固结的装置，如图3所示，包括实施例1所述的强排水管101、上端接头102、下端接头103、隔板104和固定环105；
其中下端接头103采用一段强排水管制成，下端接头103通过一外径与强排水管101管道1内径相等的筒状连接件106插接入下端接头103的上端、强排水管101的下端实现两者之间的连接，强排水管101的格栅2与下端接头103的格栅2一一对准，下端接头103格栅2的下端、管道1的下端密封；所述下端接头103管道1的内壁上开设有通孔107，下端接头103的格栅2通过通孔107与管道1连通；固定环105设置在下端接头103通孔107上方的管道1内壁上；隔板104设置于固定环105的上方，隔板104与固定环105铰接，隔板104用于对固定环105进行封闭或打开；
上端接头102的内径与强排水管101的外径相等，所述上端接头102的内壁上设置有密闭环108，密闭环108的内径与强排水管101管道1的内径相同，强排水管101的上端插接入上端接头102的下端，密闭环108对强排水管101上端的格栅2进行密闭；所述密闭环108的内壁上沿其径向方向开设有两头相通的长槽109。
其对软土地基排水固结处理的方法过程如下：
S1.确定真空预压场区后，将上端接头102、下端接头103与强排水管101插接起来；
S2.将上端接头102的上端与真空泵、注气泵连接及连通起来；
S3.开启真空泵进行真空水载预压，此时隔板104打开固定环105，软土地基中的水分在地下水水头压力和抽真空作用下通过格栅2、通孔107进入到下端接头103、强排水管101的管道1内，地下水水头压力作用和抽真空满一定时间后，下端接头103、强排水管101的管道1内储存相当量的水后，关闭真空泵；开启注气泵，此时隔板104密闭固定环105，气体进入强排水管101的管道1，挤压将强排水管101管道1内的水从上端接头102密闭环108的长槽109处排出；然后关闭注气泵；
S4.循环往复执行步骤S3,直至土体固结完成;
S5.土体固结完成后，可用机器拔出装置，土体内无任何残留；也可向装置的管道1内插入钢筋并注入泥浆；泥浆凝固后形成钢筋水泥管桩，封堵排水管道1，防止工后荷载作用下地下水沿装置管道1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。
上述方案中，利用注气泵注气将装置内的水排出后再进行抽真空处理，此时在装置内外水头压差及真空压力作用下，土层中的水分快速进入格栅2中的排水槽3，再从底端的通孔107进入并储存在强排水管101中。
在具体的实施过程中，所述上端接头102内密闭环108的上方还设置有限位环110，所述限位环110的内径与筒状连接件106的内径相等；所述强排水管101的管道1内放置有活塞球111，活塞球111的直径大于限位环110的内径与筒状连接件106的内径。
上述方案中，筒状连接件106、限位环110起到对活塞球111进行限位的作用，防止其脱出强排水管101内，活塞球111在强排水管101内是可以自由移动的，要求密度约1.2g/cm3，活塞球111的直径大于限位环110的内径与筒状连接件106的内径，但小于管道1的直径。当土层中的水渗入强排水管101的管道1内时，活塞球111沉入底部，注气时，隔板104闭合，活塞球111在气压作用下推动强排水管101管道1内的水从上端接头102挤向管道1外，并最终卡在限位环110。
在具体的实施过程中，所述装置还包括有辅助管路112，辅助管路112的一端形成两条支路113分别与限位环110的底部位置、隔板104上方的下端接头103的内壁连接，两条支路113与强排水管101、下端接头103连通，与下端接头103连通的支路113的末端设置有单向阀114。其中，在使用的时候，辅助管路112是与装置一起与真空泵和注气泵连接及连通的，单向阀114保证与其连接的支路113的注气能够进入到下端接头103内。同时，在进行抽真空处理时，活塞球111被吸附至限位环110底部处，此时与限位环110的底部位置连接的支路113也在进行抽真空处理，因此活塞球111被吸附偏移，使得活塞球111与限位环110之间仍有缝隙，水流可以流过。
实施例3
本实施例提供了一种用于污泥脱水装置，如图8~10所示，包括强排水管101、上部接头201和下部接头301；下部接头301采用一段强排水管制成，下部接头301、强排水管101的滤膜4上覆盖有渗析膜5；下部接头301通过一外径与强排水管101管道1内径相等的筒状连接件401插接入下部接头301的上端、强排水管101的下端实现两者之间的连接，强排水管101的格栅2与下部接头301的格栅2一一对准，下部接头301格栅2的下端、管道1的下端密封；所述下部接头301管道1的内壁上开设有通孔107，下部接头301的格栅2通过通孔107与管道1连通；所述上部接头201包括内管202和外管203，内管202设置在外管203内，内管202、外管203之间留有通道；其中所述内管202底端的外径与强排水管101管道1的内径相等，内管202的底端插接入强排水管101管道1内，所述外管203底端的内径与强排水管101格栅2的外径相等，强排水管101的顶端插接入外管203内。
上述污泥脱水装置的工作过程如下：
S1.将上部接头201、下部接头301分别与强排水管101插接起来，在使用的时候，向上部接头201内管202、外管203之间的通道内注入渗析液，渗析液进入到强排水管101、下部接头301的格栅2内，在强排水管中可储相当量的渗析液，渗析液通过格栅2上的渗析膜5对污泥中的水分进行渗析，使得污泥中的水分在渗析作用下进入渗析液，此时渗析液的浓度降低；
S2.对内管202进行抽真空处理，真空压力作用下，强排水管101、下部接头301的格栅2内的渗析液沿格栅2、通孔107进入下部接头301、强排水管101的管道1内，并经过上部接头201的内管202流出；
S3.浓度降低的渗析液在浓度升高后，再次从内管202、外管203之间的通道内注入，进行下一次渗析，从而形成循环。
S4.渗析处理完成后可通过注气等方法将管中渗析液全部排空收集，以供下次重复使用。
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 (9)

1.一种用于软基排水固结的装置，其特征在于：包括强排水管、上端接头、下端接头；
其中，强排水管包括管道、沿管道轴向设置在管道外表面上的格栅，所述格栅的外表面上覆盖有滤膜形成排水槽，排水槽和管道通过连接装置连通达到循环功能；下端接头采用一段强排水管制成，下端接头通过一外径与强排水管管道内径相等的筒状连接件插接入下端接头的上端、强排水管的下端实现两者之间的连接，强排水管的格栅与下端接头的格栅一一对准，下端接头格栅的下端、管道的下端密封；所述下端接头管道的内壁上开设有通孔，下端接头的格栅通过通孔与管道连通；固定环设置在下端接头通孔上方的管道内壁上；隔板设置于固定环的上方，隔板与固定环铰接，隔板用于对固定环进行封闭或打开；
上端接头的内径与强排水管的外径相等，所述上端接头的内壁上设置有密闭环，密闭环的内径与强排水管管道的内径相同，强排水管的上端插接入上端接头的下端，密闭环对强排水管上端的格栅进行密闭。
2.根据权利要求1所述的用于软基排水固结的装置，其特征在于：所述上端接头内密闭环的上方还设置有限位环，所述限位环的内径与筒状连接件的内径相等；所述强排水管的管道内放置有活塞球，活塞球的直径大于限位环的内径与筒状连接件的内径。
3.根据权利要求2所述的用于软基排水固结的装置，其特征在于：活塞球的密度为1.2g/cm3。
4.根据权利要求2所述的用于软基排水固结的装置，其特征在于：所述装置还包括有辅助管路，辅助管路的一端形成两条支路分别与限位环的底部位置、隔板上方的下端接头的内壁连接，两条支路与强排水管、下端接头连通，与下端接头连通的支路的末端设置有单向阀。
5.根据权利要求2所述的用于软基排水固结的装置，其特征在于：所述密闭环的内壁上沿其径向方向开设有两头相通的长槽。
6.一种根据权利要求1~5任一项所述用于软基排水固结的装置的排水固结方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.确定真空预压场区后对装置进行安装并打设；
S2.将上端接头的上端与真空泵、注气泵连接及连通起来；
S3.开启真空泵进行真空水载预压，此时隔板打开固定环，软土地基中的水分在地下水水头压力和抽真空作用下通过格栅、通孔进入到下端接头、强排水管的管道内，在强排水管中可储相当量的水，抽真空满一定时间后，下端接头、强排水管的管道内充满水后，关闭真空泵；开启注气泵，此时隔板密闭固定环，气体进入强排水管的管道，将强排水管管道内的水清空排净；然后关闭注气泵；
S4.循环往复执行步骤S3，直至土体固结完成。
7.根据权利要求6所述的排水固结方法，其特征在于：土体固结完成后，可用机器拔出装置，也可向装置内插入钢筋并注入泥浆或水泥土浆。
8.一种用于污泥脱水的装置，其特征在于：包括强排水管、上部接头和下部接头；
其中，强排水管包括管道、沿管道轴向设置在管道外表面上的格栅，所述格栅的外表面上覆盖有滤膜形成排水槽，排水槽和管道通过连接装置连通达到循环功能；
下部接头采用一段强排水管制成，下部接头、强排水管的滤膜上覆盖有渗析膜；下部接头通过一外径与强排水管管道内径相等的筒状连接件插接入下部接头的上端、强排水管的下端实现两者之间的连接，强排水管的格栅与下部接头的格栅一一对准，下部接头格栅的下端、管道的下端密封；所述下部接头管道的内壁上开设有通孔，下部接头的格栅通过通孔与管道连通；
所述上部接头包括内管和外管，内管设置在外管内，内管、外管之间留有通道；其中所述内管底端的外径与强排水管管道的内径相等，内管的底端插接入强排水管管道内，所述外管底端的内径与强排水管格栅的外径相等，强排水管的顶端插接入外管内。
9.一种根据权利要求8所述用于污泥脱水的装置的污泥脱水方法，其特征在于：包括有以下步骤：
S1.向内管、外管之间的通道内注入渗析液，渗析液进入到强排水管、下部接头的格栅内，渗析液通过格栅上的渗析膜对污泥中的水分进行渗析，使得污泥中的水分在渗析作用下进入渗析液，此时渗析液的浓度降低；
S2.对内管进行抽真空，在真空压力作用下，强排水管、下部接头的格栅内的渗析液沿格栅、通孔进入下部接头、强排水管的管道内，并经过内管流出；
S3.浓度降低的渗析液在装置外经处理后浓度升高，再次从内管、外管之间的通道内注入，进行下一次渗析，从而形成循环；
S4.渗析处理完成后将管中的渗析液全部排空收集起来以便下次重复使用。
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