CN108005057B - 一种真空预压淋洗耦合清洁地基处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种真空预压淋洗耦合清洁地基处理系统，用于同期对污染软弱地基进行地基处理和污染场地的场地修复，包括地基密封组件、真空预压组件和土壤原位淋洗组件；真空预压组件包括真空预压动力机构、总抽水管和集水管、真空预压分布管路和塑料排水板；土壤原位淋洗组件包括淋洗动力机构、总注射管、注射管、淋洗分布管路和注射井，塑料排水板和注射井均插设在污染软弱地基中，真空预压分布管路与集水管和注射管连接，淋洗分布管路与集水管和注射管连接。与现有技术相比，本发明具有工程功能综合，耦合可实践性高，可对污染软弱地基进行震荡加载，可高效地降低工程的总造价，缩短工程的总工期等突出优点。

Description

一种真空预压淋洗耦合清洁地基处理系统
技术领域
本发明属于地基处理技术领域，涉及一种真空预压淋洗耦合清洁地基处理系统，尤其是涉及一种用于对污染软弱地基同期耦合进行真空预压地基处理与淋洗修复的系统。
背景技术
随着我国社会经济快速发展，近年对软弱地基的开发迅猛；随着我国人民生活水平的日益提高，环境污染问题越来越受到政府与民众的重视。而软弱地基所在地，如河湖海滩涂、新生造陆等，往往是污染排放口所在处。已有资料显示，我国一些重工业区邻近的河湖滩涂已受到了严重污染。
针对软弱地基的处理技术，国内外已有很长历史的研究，并已经产生了大量技术方法与行业标准规范，常见地基处理方法如换垫层法、地基预压加固法、强夯法、振冲法、砂石桩法、水泥搅拌法等，我国常见相关技术标准规范有《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2012)、《真空预压加固软土地基处理规程》(JTS 147-2-2009)、《水运工程塑料排水板应用技术规程》(JTS 206-1)等。真空空预压技术目前已发展成熟，并配套颁布有相应的行业规范标准，得到了国内外广泛应用。国内外在场地水土修复方面，也已经研发了诸如物理修复、化学修复、生物修复等多类方法。土壤原位淋洗法也已经在国内外许多场地修复工程案例及研究案例中得到有效实施，具有好的应用前景，不过工程经验表明，该法在低渗透性土壤中效果不佳。
中国专利CN105839655A公开了一种基坑降水与污染场地整治耦合的清洁基坑降水系统。本发明涉及一种基坑降水与污染场地整治耦合的清洁基坑降水系统，用于实现控制范围场地内的基坑降水与污染场地修复，所述的控制范围场地从上到下包括第一隔水层、含水层和第二隔水层，所述的基坑降水系统包括活性渗滤沟、基坑帷幕、抽水井和观测井等设备构件；通过基坑降水的大规模抽排水可以有效的实现对控制范围场地内污染物的清洁作用。该专利也是基于将活性渗滤墙淋洗法场地修复与基坑降水技术耦合的思路进行研制的，但是该装置不能对软弱地基进行地基处理。
中国专利CN105645709A公开了一种溶解气-药剂真空预压法。本发明提供一种溶解气-药剂真空预压法，其包括以下步骤：步骤一，现场采取工程废浆样品；步骤二，根据步骤一的分析结果确定化学药剂及溶解气等；步骤三，设计废浆沉淀池等；步骤四，将废浆经泵送管打入沉淀池中到一定高度；步骤五，将化学药剂等依次经泵送管打入沉淀池中；步骤六，将溶解气体通过加气装置及注气管送入废浆；步骤七，将加入化学药剂后的废浆混合物静置；步骤八，将横向排水管与竖向排水管布置在分离池中；步骤九，将沉淀物用泵抽送至已布置好真空网络排水系统的固液分离池；步骤十，完成布置后进行真空加载；步骤十一，停止真空加载；步骤十二，结束后拆除真空网络排水系统。本发明达到较为彻底的固液分离的目的，但其施工步骤程序繁多，且并对场地进行场地并无修复功效。
故为了应对我国工程建设需要与突出的环境问题，为改进土壤原位淋洗法在相对低渗透性土体中的应用效果，本文提出将真空预压地基处理方法与土壤原位淋洗进行耦合，并对相关组件及工法进行研发探讨。如此，可有效对污染的软弱地基进行同期地基处理与场地修复，可提高工程效率、降低工程成本、缩短总工期，这无疑是应用前景巨大的技术。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种真空预压淋洗耦合清洁地基处理系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种真空预压淋洗耦合清洁地基处理系统，用于同期对污染软弱地基进行地基处理和污染场地的场地修复，包括地基密封组件、真空预压组件和土壤原位淋洗组件；
所述的真空预压组件包括依次连接的真空预压动力机构、总抽水管和集水管，集水管上连接有至少一条真空预压分布管路，每条真空预压分布管路上均连接有多个塑料排水板；
所述的土壤原位淋洗组件包括依次连接的淋洗动力机构、总注射管和注射管，所述的注射管上连接有至少一条淋洗分布管路，每条淋洗分布管路上均连接有多个注射井；
所述的塑料排水板和注射井均插设在污染软弱地基中；
所述的真空预压分布管路还通过注射支管与注射管连接，淋洗分布管路还通过集水支管与集水管连接，注射支管上以及注射管与淋洗分布管路的连接处均设有注射阀，集水支管上以及集水管与真空预压分布管路的连接处均设有排水阀。
注射阀和排水阀这两种阀门规格一致，均采用耐腐蚀、高强度材质的可360度旋转开闭的旋转阀门。
本发明能够同期耦合进行真空预压地基处理与淋洗修复，塑料排水板为真空预压组件的主要末端设备，注射井为土壤原位淋洗组件的主要末端设备，但是由于两者都分别与集水管、注射管接通，故通过调节注射阀与排水阀，两者的功能可以互换，从而在施工过程中，根据场地实际及施工需要，对场地进行震荡式加载(将阀门由塑料排水板接通集水管、注射井接通注射管，调节为塑料排水板接通注射管、注射井接通集水管)。此举一方面可有利于污染软弱地基场地中的孔隙在反复方向渗流梯度与气压梯度作用下更加畅通，提高真空预压的效率与土壤淋洗的效果；另一方面，可有效降低塑料排水板及注射井外围的涂抹效应，提高工程施工效能。
作为优选的实施方式，所述的注射井由注射井本体、位于注射井本体顶部的注射井顶帽以及位于注射井本体底部的管底封盖组成，所述的注射井本体由从上到下依次连接的上部输水段、中部滤管段和下部沉淀管段组成，所述的中部滤管段的侧壁上开孔。
作为优选的实施方式，所述的下部沉淀管段的长度为20±5cm，中部滤管段的长度根据污染软弱地基的污染物垂向分布，设置在污染浓度相对较高的区间，中间滤管段开孔直径为2～5mm，开孔率为15％，当中部滤管段的顶部埋深大于3m时，在管外包裹80目尼龙细纱布，以防止外部土体大颗粒进入注射管。
作为优选的实施方式，所述的塑料排水板由排水板本体和设置在排水板本体顶部的排水板顶帽组成，排水板顶帽的底端埋深为5～8cm。
作为优选的实施方式，所述的地基密封组件用于封闭污染软弱地基，包括密封沟和土工密封膜层，所述的密封沟设置在污染软弱地基周围或将污染软弱地基分区后设置在各分区周围，所述的土工密封膜层覆盖在密封沟侧壁和污染软弱地基的原地表上并与密封沟配合将污染软弱地基圈闭，密封沟侧壁上的土工密封膜层上还堆积有护坡黏土；
真空预压组件的真空预压动力机构、总抽水管和集水管以及土壤原位淋洗组件的淋洗动力机构、总注射管和注射管均设置在土工密封膜层外，所述的真空预压分布管路穿过土工密封膜层与塑料排水板连接，所述的淋洗分布管路穿过土工密封膜层与注射井连接。
本发明的射流真空泵、空压机、淋洗液箱作为主动力源设备，应相邻放置于处理区外围稳定地基上，一套主动力源设备控制处理面积宜为1000～1500m2。各套设备的空间相对布设应本着满足工程需求、便于排污便捷处理、便于淋洗液便捷补充的原则进行。由于施工后期，各套设备开启数量应超过总数的80％。在恶劣天气状况下，应对这些主动力源设备做好防护工作；极端天气状况下应该停工。
射流真空泵、空压机、淋洗液箱组成的主动力源设备，所处的地势，应该高于处理区土工密封膜高程，在抽真空施工期间，向处理区内引入未被污染的水，一方面可有效提高土工密封膜密闭性能，防止外部空气进入土工膜内侧；另一方面，引入水体可起到堆载预压的效果，促进地基压密固结。
所述射流真空泵抽出的污水不能直接排放至周边环境，需对污水水质进行及时抽检，当其中污染物超标时，需要按照相关环保法规，进行收集去污处理后再排放；当其水质达到当地环保法规标准后，才可按照真空预压地基处理相关规范如《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2012)、《真空预压加固软土地基处理规程》(JTS147-2-2009)、《水运工程塑料排水板应用技术规程》(JTS 206-1)进行排放。
本发明的处理的污染软弱地基的场地范围在平面上为密封沟与土工密封膜层圈闭的区域，当处理区面积巨大时，需要将之分区处理，分区方法应按相关规范如《建筑地基基础工程施工验收规范》(GB50202-2002)的条文要求进行。
作为优选的实施方式，所述的土工密封膜层与污染软弱地基的原地表之间填充有用于保护真空预压分布管路和淋洗分布管路的垫层，以防止其在施工期间陷入地基或者遭到来自地表因素的严重扰动乃至损毁，垫层和土工密封膜层之间设有第一土工无纺布层，垫层和污染软弱地基的原地表之间设有第二土工无纺布层，该系统还包括用于测量土工密封膜层下侧承受的竖向气压的密封膜压力表，所述的密封膜压力表的表盘位于土工密封膜层外，感应端穿过土工密封膜层，并设置在土工密封膜层与第一土工无纺布层之间。压力表量程至少需要达到100KPa，精度不得小于0.1KPa。
作为优选的实施方式，所述的真空预压分布管路和淋洗分布管路均由平铺在污染软弱地基上方的一级水管和二级水管组成，所述的二级水管一端连接集水管或注射管，另一端封闭，一级水管的一端连接在二级水管侧壁上并与二级水管垂直，另一端向下弯曲并连接塑料排水板或注射井，塑料排水板和注射井在水平截面上成排交替分布。
作为优选的实施方式，集水管上连接有多条真空预压分布管路，多条真空预压分布管路沿集水管长度方向依次布设，注射管上连接有多条分别与各真空预压分布管路相匹配的淋洗分布管路，塑料排水板在水平截面上布置的形式根据工程需求，可呈方阵排列，此时注射井位于方阵的最小正方形单元的中心点处，也可呈等边三角形状排列，注射井位于等边三角形的中心点处。
作为优选的实施方式，所述的二级水管上设有用于监控二级水管中流体压力的流体压力表。该流体压力表对二级水管内的气体和液体压力均能监测，量程应该达到1MPa或以上，精度至少需要达到0.1KPa。
其中，总抽水管采用防漏水漏气、耐腐蚀、高强度的PVC软管，尺寸需与射流真空泵接口对应。注射管及总抽水管规格一致，均采用防漏水漏气、耐腐蚀、高强度的PVC管或涂漆钢管，内径可采用50mm尺寸者；注射管及集水管均分别同时与二级水管紧密连接。二级水管采用防漏水漏气、耐腐蚀、高韧性的PVC软管，内径可采用20～25mm尺寸者。二级水管侧壁上设有二级水管支管，二级水管支管通过与之紧密连接的一级水管与塑料排水板或注射井衔接。一级水管采用防漏水漏气、耐腐蚀、高韧性的PVC软管，内径可采用约20mm尺寸者；一级水管通过注射井顶帽、排水板顶帽分别与注射井、塑料排水板顶端紧密衔接，注射井顶帽、排水板顶帽材质均采用防漏水漏气、耐腐蚀、高韧性的PVC材料，尺寸根据对应的注射井、塑料排水板尺寸配置，为防止塑料排水板将深部污染水大量排放至地表，排水板顶帽与塑料排水板衔接后，其下部需要埋入原地表下5～8cm深。塑料排水板的选用及布设均需根据工程实际情况，按照相关规范如《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2012)、《真空预压加固软土地基处理规程》(JTS 147-2-2009)、《水运工程塑料排水板应用技术规程》(JTS 206-1)进行。
注射井采用防漏水漏气、耐腐蚀、高韧性的PVC管材质，内径可采用20～48mm；地基和外部的水、气可通过中部滤管段相互交换，设置下部沉淀管段是为使得在施工过程中，对注射井进行抽真空时候，土体中颗粒进入注射井后便于沉淀。
本系统中的第一土工无纺布层、第二土工无纺布层、垫层、土工密封膜层及护坡黏土的选用及布设，密封沟的布设，一级水管及二级水管在垫层中的布设均应根据工程实际情况，按照相关规范如《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2012)、《真空预压加固软土地基处理规程》(JTS 147-2-2009)、《水运工程塑料排水板应用技术规程》(JTS 206-1)进行。
二级水管的主体则位于垫层中，二级水管一端的接头通过穿破土工密封膜和土工无纺布之后分别与集水管或注射管连接的，穿破处需要按照工程实际及《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2012)、《真空预压加固软土地基处理规程》(JTS147-2-2009)、《水运工程塑料排水板应用技术规程》(JTS 206-1)等规范条文，做好密封措施，以防止外部水汽大量进入土工密封膜内侧。
作为优选的实施方式，所述的真空预压动力机构为射流真空泵，所述的淋洗动力机构包括空压机以及淋洗液箱，所述的淋洗液箱上设有进气口、加液口和出液口，所述的空压机与进气口连接，总注射管与出液口连接。
其中，射流真空泵需配备空抽时可产生高于95KPa真空吸力的款型，射流真空泵与集水管通过总抽水管紧密连接。空压机规格根据工程加压需要配备，一般需要至少可连续长期产生200KPa的款型；空压机与淋洗液箱顶部连接，淋洗液箱体量根据场地污染程度及治理要求设置，材质采用可抗1MPa高压、可防漏水漏气、耐腐蚀的刚性材料，淋洗液可通过加液口加入淋洗液箱，空压机产生的高压气体可通过进气口进入淋洗液箱，加液口关闭后，淋洗液箱可保证不漏气。在施工期间淋洗液箱液面上部的气压，可根据工程需要通过调节空压机施加的气压、淋洗液箱中水液面高程、注射阀开闭程度等进行设置；对于不需要明显高于大气压的注射压力的工况，可直接关闭空压机，打开淋洗液箱加液口施工；通过测量淋洗液箱液面相对于注射井滤管顶端的高度、淋洗液密度及空压机压力表压力值，可估算注射井顶端所施加的注射总水头压力；淋洗液箱底部通过总注射管紧密连接于注射管，总注射管与注射管材质及尺寸一致。
各个部件规格的配备是在充分了解场地实际，如场地面积、场地软弱土层厚度、场地土层基本土工性质、场地污染空间分布规律、污染种类及污染程度等，并依据国内外相关的法规及行业标准规范，国内有相关依据条文的，以国内为准；国内没有而国外具有可行参考依据的，可据场地实况适当参考国外法规或行业标准规范，从而制定出施工方案。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)工程功能综合：在对污染软弱地基进行场地修复的同期，可对场地进行真空预压地基处理。而目前国内外尚未见有将该两过程耦合于一体的技术报道或应用案例。
(2)耦合可实践性高：鉴于真空预压地基处理技术已有《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2012)、《真空预压加固软土地基处理规程》(JTS 147-2-2009)、《水运工程塑料排水板应用技术规程》(JTS 206-1)等多项规范标准进行参考保证。土壤原位淋洗技术在国内外已发展研究多年，在许多场地修复实践中也得到了成功运用，国际上也已经有相应的技术指南出版。本系统主要是将该两种技术进行了耦合实施，部件多有现货购买，或者便于制造或者便于对现有设备改装而成；社会市场中已培养有较多相关技术人员。这使得本系统具有较高的实践可行性保证。
(3)震荡式加载：本装置不仅继承了传统真空预压法通过调节射流真空泵来控制场地的真空荷载加载工况，还可以通过调节注射阀与排水阀，通过塑料排水板与注射井对场地进行反复方向的真空预压加载和土壤淋洗加载。该震荡式加载作用有利于更充分高效地去除土体中的污染物，有利于降低注射井与塑料排水板的涂抹效应，以达到一加一大于二的效果。
(4)操作灵活度高，可高效应用于复杂工程地质与复杂环境地质状况的场地，根据场地固结程度、土性等工程地质特性，污染物浓度空间分布特征，场地处理效果进程及场地不同区块的处理要求，通过调节排水阀、注射阀等组件，灵活地以相对少的总功耗使场地总体达到处理要求。
(5)可高效地降低工程的总造价，缩短工程的总工期。
附图说明
图1为本发明的剖面结构示意图(图中省略符5及省略区段23表示重复或简化的结构内容)；
图2为本发明的平面结构示意图(图中省略符5及省略区段23表示重复或简化的结构内容)；
图3为本发明的排水阀、注射阀及邻近部件的剖面结构示意图；
图4为本发明的排水阀、注射阀及邻近部件的平面结构示意图；
图5为本发明的塑料排水板的结构示意图；
图6为本发明的注射井的结构示意图；
图7为本发明的二级水管的结构示意图；
图8为本发明的土壤原位淋洗组件及邻近部件的剖面结构示意图；
图9为本发明的地基密封组件及邻近部件的剖面结构示意图；
图10为本发明中塑料排水板方阵的最小正方形单元的平面结构示意图。
图中，1为注射井，2为塑料排水板，3为一级水管，4为二级水管，5为省略符，6为注射管，7为集水管，8为注射阀，9为排水阀，10为流体压力表，11为密封膜压力表，12为总注射管，13为总抽水管，14为射流真空泵，15为淋洗液箱，16为空压机，17为原地表，18为密封沟，19为护坡黏土，20为土工密封膜层，21为第一土工无纺布层，22为第二土工无纺布层，23为省略区段，24为中部滤管段，25为下部沉淀管段，26为垫层，27为细纱布，28为管底封盖，29为排水板顶帽，30为注射井顶帽，31为二级水管支管，32为加液口，33为空压机气压表。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种真空预压淋洗耦合清洁地基处理系统，如图1～10所示(图中省略符5及省略区段23表示重复或简化的结构内容)，用于同期对污染软弱地基进行地基处理和污染场地的场地修复，包括地基密封组件、真空预压组件和土壤原位淋洗组件；真空预压组件包括依次连接的真空预压动力机构、总抽水管13和集水管7，集水管7上连接有至少一条真空预压分布管路，每条真空预压分布管路上均连接有多个塑料排水板2；土壤原位淋洗组件包括依次连接的淋洗动力机构、总注射管12和注射管6，注射管6上连接有至少一条淋洗分布管路，每条淋洗分布管路上均连接有多个注射井1；塑料排水板2和注射井1均插设在污染软弱地基中；真空预压分布管路还通过注射支管与注射管6连接，淋洗分布管路还通过集水支管与集水管7连接，注射支管上以及注射管6与淋洗分布管路的连接处均设有注射阀8，集水支管上以及集水管7与真空预压分布管路的连接处均设有排水阀9，如图1～4所示。
其中，真空预压动力机构为射流真空泵14，淋洗动力机构包括空压机16以及淋洗液箱15，淋洗液箱15上设有进气口、加液口32和出液口，空压机16与进气口连接，总注射管12与出液口连接，如图1和图8所示。注射井1由注射井本体、位于注射井本体顶部的注射井顶帽30以及位于注射井本体底部的管底封盖28组成，注射井本体由从上到下依次连接的上部输水段、中部滤管段24和下部沉淀管段25组成，中部滤管段24的侧壁上开孔。塑料排水板2由排水板本体和设置在排水板本体顶部的排水板顶帽29组成。地基密封组件用于封闭污染软弱地基，包括密封沟18和土工密封膜层20，密封沟18设置在污染软弱地基周围或将污染软弱地基分区后设置在各分区周围，土工密封膜层20覆盖在密封沟18侧壁和污染软弱地基的原地表17上并与密封沟18配合将污染软弱地基圈闭，密封沟18侧壁上的土工密封膜层20上还堆积有护坡黏土19；真空预压组件的真空预压动力机构、总抽水管13和集水管7以及土壤原位淋洗组件的淋洗动力机构、总注射管12和注射管6均设置在土工密封膜层20外，真空预压分布管路穿过土工密封膜层20与塑料排水板2连接，淋洗分布管路穿过土工密封膜层20与注射井1连接。
真空预压分布管路和淋洗分布管路均由平铺在污染软弱地基上方的一级水管3和二级水管4组成，二级水管4一端连接集水管7或注射管6，另一端封闭，二级水管4上设有用于监控二级水管4中流体压力的流体压力表10，一级水管3的一端连接在二级水管4侧壁上并与二级水管4垂直，另一端向下弯曲并连接塑料排水板2或注射井1，塑料排水板2和注射井1在水平截面上成排交替分布。集水管7上连接有多条真空预压分布管路，多条真空预压分布管路沿集水管7长度方向依次布设，注射管6上连接有多条分别与各真空预压分布管路相匹配的淋洗分布管路，塑料排水板2在水平截面上呈方阵排列，注射井位于方阵的最小正方形单元的中心点处，土工密封膜层20与污染软弱地基的原地表17之间填充有用于保护真空预压分布管路和淋洗分布管路的垫层26，垫层26和土工密封膜层20之间设有第一土工无纺布层21，垫层26和污染软弱地基的原地表17之间设有第二土工无纺布层22，该系统还包括用于测量土工密封膜层20下侧承受的竖向气压的密封膜压力表11，密封膜压力表11的表盘位于土工密封膜层20外，感应端穿过土工密封膜层20，并设置在土工密封膜层20与第一土工无纺布层21之间，如图9所示。
具体地：
本实施例针对提供一种真空预压淋洗耦合清洁地基处理系统，基于所需场地的基本工程地质及环境地质特征的充分调查分析，制定好开展本技术的施工方案。这里以场地固结程度、宏观土性总体均一，土体污染程度总体均一的场地为实施例。所处理的场地范围，在图2所示的平面上为本系统的密封沟18圈闭的区域，当处理区面积巨大时，需要将之分区处理，分区方法应按相关规范如《建筑地基基础工程施工验收规范》(GB50202-2002)的条文要求进行，图1所示的剖面上为本设备中注射管1与塑料排水板2下插的深度。
关于本实施例的真空预压组件和土壤原位淋洗组件。其中，空压机16规格根据工程加压需要配备，一般需要至少可连续长期产生200KPa的款型；空压机16与淋洗液箱15顶部连接，淋洗液箱15体量根据污染软弱地基的场地污染程度及治理要求设置，材质采用可抗1MPa高压、可防透气透水、耐腐蚀的刚性材料，淋洗液箱15顶部设置有一加液口32和一个与空压机16连接的进气口，淋洗液可通过加液口32加入，空压机16产生的高压气体可通过进气口进入淋洗液箱15，加液口关闭后，淋洗液箱15可保证不漏气。在施工期间淋洗液箱液面上部的气压，可根据工程需要通过调节空压机16施加的气压、淋洗液箱15中水液面高程、注射阀8的开闭程度等进行设置；对于不需要明显高于大气压的注射压力的工况，可直接关闭空压机16，打开淋洗液箱加液口32施工；通过测量淋洗液箱15液面相对于注射井滤管24顶端的高度h1、淋洗液密度ρ及空压机压力表33压力值p1，运用公式
p2＝p1+ρgh1
可估算所施加的总注射水头压力p2；可通过与注射管6连接的二级水管4上的流体压力表10压力读数p3、该流体压力表10相对于注射井中部滤管段24顶端的高度h2及淋洗液密度ρ，运用
p4＝p3+ρgh2
可估算注射井中部滤管段24顶端的注射液压p4。
淋洗液箱16底部通过总注射管12紧密连接于注射管6，总注射管12与注射管6材质及尺寸一致。在施工期间淋洗液箱15液面上部的气压，根据工程需要设置，对于不需要明显高于大气压的注射压力的工况，可直接关闭空压机16，打开淋洗液箱加液口32施工；淋洗液箱15底部通过总注射管12紧密连接于注射管6，总注射管12与注射管6材质及尺寸一致。射流真空泵14需配备空抽时可产生高于95KPa真空吸力的款型，射流真空泵14与集水管7通过总抽水管13紧密连接，总抽水管13采用防漏水漏气、耐腐蚀、高强度的PVC软管，尺寸需与射流真空泵接口对应。集水管7及总抽水管13规格一致，均采用防漏水漏气、耐腐蚀、高强度的PVC管或涂漆钢管，内径可采用50mm尺寸者；注射管6及集水管7均分别与二级水管4紧密连接。二级水管4采用防漏水漏气、耐腐蚀、高韧性的PVC软管，内径可采用20～25mm尺寸者。二级水管4的侧壁上设有二级水管支管31，二级水管支管31通过紧密连接的一级水管3与塑料排水板2或注射井1衔接，如图9所示，一级水管3采用防漏水漏气、耐腐蚀、高韧性的PVC软管，内径可采用20mm±(约20mm)尺寸者；一级水管3通过注射井顶帽29、排水板顶帽30分别与注射井1、塑料排水板2顶端紧密衔接，注射井顶帽30、排水板顶帽29材质均采用防漏水漏气、耐腐蚀、高韧性的PVC材料，尺寸根据对应的注射井1、塑料排水板2尺寸配置，为防止塑料排水板2将深部污染水大量排放至原地表17，排水板顶帽29与塑料排水板2衔接后，其下部需要埋入原地表下5～8cm深(图5)。塑料排水板2的选用及布设均需根据工程实际情况，按照相关规范如《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2012)、《真空预压加固软土地基处理规程》(JTS147-2-2009)、《水运工程塑料排水板应用技术规程》(JTS 206-1)进行。连接塑料排水板2的二级水管4没有直接向垫层26开口，主要是为了防止地下抽出的污水在施工期间会由此对处理区近地表土层造成二次污染。垫层26主要用于防护原地表17的各类管线，以防止其在施工期间陷入地基或者遭到来自地表因素的严重扰动乃至损毁。真空预压淋洗场地内，在塑料排水板2及注射井1之间的中点处均匀设置一些密封膜压力表11以测试土工密封膜层20下侧的竖向压力，密封膜压力表11刻度盘在土工密封膜层20外侧，密封膜压力表11的感应端设置在土工密封膜层20与第一土工无纺布21之间，密封膜压力表11量程100KPa，精度0.1KPa。通过密封膜压力表11，可实时监测场地内由于抽真空产生的土工密封膜层20下侧承受的竖向气压。
注射井1采用防漏水漏气、耐腐蚀、高韧性的PVC管材质，内径可采用20～48mm；注射井1结构由顶部注射井顶帽30、上部输水段、中部滤管段24及下部沉淀管段25组成，底部由管底封盖28封闭(如图6所示)；地基和外部的水、气可可通过中部滤管段相互交换，设置下部沉淀管段25是为使得在施工过程中，对注射井1进行抽真空的时候，土体中颗粒在进入注射井1后便于沉淀，不会堵塞管道或破坏对动力设备，下部沉淀管段25长度可设置为20±5cm；中部滤管段24的长度及分布部位可根据场地的污染物垂向分布进行设置，布置在污染浓度相对较高的区间，中部滤管段24开孔率应保持为15％，开孔直径应设置为2～5mm，但是中部滤管段24顶埋深大于3m时，布设前应在管外包裹80目尼龙细纱布27，以防止外部土体大颗粒进入注射管6。
本系统中的第一土工无纺布层21、第一土工无纺布层22、垫层26及土工密封膜层20及护坡黏土19的选用及布设，密封沟18的布设，一级水管3及二级水管4在垫层26中的布设均应根据工程实际情况，按照相关规范如《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2012)、《真空预压加固软土地基处理规程》(JTS 147-2-2009)、《水运工程塑料排水板应用技术规程》(JTS 206-1)进行。塑料排水板2在水平截面上排列呈方阵，注射井1位于方阵的最小正方形单元的中心点处，如图10所示，实际中，塑料排水板2布置的形式根据工程需求采用合适的形式，例如呈三角形排列等。
总注射管12、总抽水管13、集水管7、注射管6、排水阀9及注射阀8均位于土工密封膜层20外侧，二级水管4主体则位于土工密封膜20内的垫层26中，真空预压组件和土壤原位淋洗组件的二级水管4一端的接头通过穿破土工密封膜层20和第一土工无纺布层21之后分别与集水管7、注射管6连接，穿破处需要按照工程实际及《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)、《真空预压加固软土地基处理规程》(JTS 147-2-2009)、《水运工程塑料排水板应用技术规程》(JTS 206-1)等规范条文，做好密封措施，以防止外部水汽大量进入膜20、21内侧。
在场地内装置各组件布设到位后，开始真空预压淋洗施工。先向场地土工密闭膜层20顶外侧引入未被污染的水，以保证土工密闭膜层20将其之下的场地处理区与外部大气隔绝。考虑到土体高空孔隙率时候，更有利于地下渗流的运移，故首先应该关闭排水阀9，打开注射阀8，按照施工方案项淋洗液箱15中加入4/5体积的淋洗液，淋洗液的配置根据工程施工方案实施，不得采用可对场地造成明显二次污染的淋洗液；打开空压机16加压，使得场地内土体可在淋洗液作用下充分饱和浸泡，关闭注射阀8。浸泡时间按施工方案进行。之后，打开集水管7与真空预压分布管路的连接处的排水阀9和注射管6与淋洗分布管路的连接处的注射阀8，关闭其余排水阀和注射阀，同步进行真空预压与土壤淋洗处理。通过流体压力表10可实时监测各二级水管4中的流体压力，对于工程地质条件如场地固结程度、土性不均一，场地污染平面分布不均一，或者场地不同区块处理要求不一的场地，可通过观测各二级水管4上的流体压力表10，调节真空预压分布管路的连接处的排水阀9和注射管6与淋洗分布管路的连接处的注射阀8的开闭程度，来实现同一场地内不同区块不同强度加载，以降低场地真空预压淋洗处理总体所需的功耗。
塑料排水板2为本发明装置真空预压地基处理的主要末端设备，注射井1为本发明装置土壤原位淋洗修复的主要末端设备，但是由于两者都分别与集水管7、注射管6接通，故通过调节注射阀8与排水阀9，两者的功能可以互换，从而在施工过程中，根据场地实际及施工需要，对场地进行震荡式加载，通过打开注射支管上的注射阀8和集水支管上的集水阀9，关闭其余注射阀8和集水阀9，将阀门由塑料排水板2接通集水管7、注射井1接通注射管6，调节为塑料排水板2接通注射管6、注射井1接通集水管7，以使得场地中的孔隙在反复方向渗流梯度与气压梯度作用下更加畅通，提高真空预压的效率与土壤淋洗的效果，同时降低塑料排水板2及注射井1外围的涂抹效应，提高工程施工效能。
在抽真空施工期间，向处理区引入未被污染的水，一方面可有效提高土工密封膜层20密闭性能，防止外部空气进入土工膜层20内侧；另一方面，引入水体可起到堆载预压的效果，促进地基压密固结。
射流真空泵14抽出的污水不能直接排放至周边环境，需对污水水质进行及时抽检，当其中污染物超标时，需要按照相关环保法规，进行收集去污处理后再排放；当其水质达到当地环保法规标准后，才可按照真空预压地基处理相关规范如《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2012)、《真空预压加固软土地基处理规程》(JTS147-2-2009)、《水运工程塑料排水板应用技术规程》(JTS 206-1)进行排放。当所排出水质达到场地修复要求后，关闭注射阀8，而排水阀9均需要打开，使得场地中塑料排水板2与注射井1同步作为竖向排水体，促使场地地基排水压缩固结直至地基处理效果达到工程施工方案预期要求。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种真空预压淋洗耦合清洁地基处理系统，用于同期对污染软弱地基进行地基处理和污染场地的场地修复，其特征在于，包括地基密封组件、真空预压组件和土壤原位淋洗组件；
所述的真空预压组件包括依次连接的真空预压动力机构、总抽水管(13)和集水管(7)，集水管(7)上连接有至少一条真空预压分布管路，每条真空预压分布管路上均连接有多个塑料排水板(2)；
所述的土壤原位淋洗组件包括依次连接的淋洗动力机构、总注射管(12)和注射管(6)，所述的注射管(6)上连接有至少一条淋洗分布管路，每条淋洗分布管路上均连接有多个注射井(1)；
所述的塑料排水板(2)和注射井(1)均插设在污染软弱地基中；
所述的真空预压分布管路还通过注射支管与注射管(6)连接，淋洗分布管路还通过集水支管与集水管(7)连接，注射支管上以及注射管(6)与淋洗分布管路的连接处均设有注射阀(8)，集水支管上以及集水管(7)与真空预压分布管路的连接处均设有排水阀(9)。
2.根据权利要求1所述的一种真空预压淋洗耦合清洁地基处理系统，其特征在于，所述的注射井(1)由注射井本体、位于注射井本体顶部的注射井顶帽(30)以及位于注射井本体底部的管底封盖(28)组成，所述的注射井本体由从上到下依次连接的上部输水段、中部滤管段(24)和下部沉淀管段(25)组成，所述的中部滤管段(24)的侧壁上开孔。
3.根据权利要求2所述的一种真空预压淋洗耦合清洁地基处理系统，其特征在于，所述的下部沉淀管段(25)的长度为20±5cm，中部滤管段(24)的长度根据污染软弱地基的污染物垂向分布，设置在污染浓度相对较高的区间，中间滤管段开孔直径为2～5mm，开孔率为15％，当中部滤管段(24)的顶部埋深大于3m时，在管外包裹80目尼龙细纱布(27)。
4.根据权利要求1所述的一种真空预压淋洗耦合清洁地基处理系统，其特征在于，所述的塑料排水板(2)由排水板本体和设置在排水板本体顶部的排水板顶帽(29)组成，排水板顶帽(29)的底端埋深为5～8cm。
5.根据权利要求1所述的一种真空预压淋洗耦合清洁地基处理系统，其特征在于，所述的地基密封组件用于封闭污染软弱地基，包括密封沟(18)和土工密封膜层(20)，所述的密封沟(18)设置在污染软弱地基周围或将污染软弱地基分区后设置在各分区周围，所述的土工密封膜层(20)覆盖在密封沟(18)侧壁和污染软弱地基的原地表(17)上并与密封沟(18)配合将污染软弱地基圈闭，密封沟(18)侧壁上的土工密封膜层(20)上还堆积有护坡黏土(19)；
真空预压组件的真空预压动力机构、总抽水管(13)和集水管(7)以及土壤原位淋洗组件的淋洗动力机构、总注射管(12)和注射管(6)均设置在土工密封膜层(20)外，所述的真空预压分布管路穿过土工密封膜层(20)与塑料排水板(2)连接，所述的淋洗分布管路穿过土工密封膜层(20)与注射井(1)连接。
6.根据权利要求5所述的一种真空预压淋洗耦合清洁地基处理系统，其特征在于，所述的土工密封膜层(20)与污染软弱地基的原地表(17)之间填充有用于保护真空预压分布管路和淋洗分布管路的垫层(26)，垫层(26)和土工密封膜层(20)之间设有第一土工无纺布层(21)，垫层(26)和污染软弱地基的原地表(17)之间设有第二土工无纺布层(22)，该系统还包括用于测量土工密封膜层(20)下侧承受的竖向气压的密封膜压力表(11)，所述的密封膜压力表(11)的表盘位于土工密封膜层(20)外，感应端穿过土工密封膜层(20)，并设置在土工密封膜层(20)与第一土工无纺布层(21)之间。
7.根据权利要求1或5所述的一种真空预压淋洗耦合清洁地基处理系统，其特征在于，所述的真空预压分布管路和淋洗分布管路均由平铺在污染软弱地基上方的一级水管(3)和二级水管(4)组成，所述的二级水管(4)一端连接集水管(7)或注射管(6)，另一端封闭，一级水管(3)的一端连接在二级水管(4)侧壁上并与二级水管(4)垂直，另一端向下弯曲并连接塑料排水板(2)或注射井(1)，塑料排水板(2)和注射井(1)在水平截面上成排交替分布。
8.根据权利要求7所述的一种真空预压淋洗耦合清洁地基处理系统，其特征在于，集水管(7)上连接有多条真空预压分布管路，多条真空预压分布管路沿集水管(7)长度方向依次布设，注射管(6)上连接有多条分别与各真空预压分布管路相匹配的淋洗分布管路，塑料排水板(2)在水平截面上呈方阵排列，注射井(1)位于方阵的最小正方形单元的中心点处。
9.根据权利要求7所述的一种真空预压淋洗耦合清洁地基处理系统，其特征在于，所述的二级水管(4)上设有用于监控二级水管(4)中流体压力的流体压力表(10)。
10.根据权利要求1所述的一种真空预压淋洗耦合清洁地基处理系统，其特征在于，所述的真空预压动力机构为射流真空泵(14)，所述的淋洗动力机构包括空压机(16)以及淋洗液箱(15)，所述的淋洗液箱(15)上设有进气口、加液口(32)和出液口，所述的空压机(16)与进气口连接，总注射管(12)与出液口连接。
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