CN108517857A - 一种利用太阳能的地基处理装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用太阳能的地基处理装置及其使用方法，处理装置包括太阳能集热单元、第一水箱、第二水箱和U型金属管加热单元，第二水箱的出水端经第一水泵与太阳能集热单元的入水端相连，第二水箱先后经第二水泵和第一阀门与第一水箱相连，太阳能集热单元的出水端与第一水箱的入水端相连，第二水箱上分别安装有温度计、防溢开关和控温开关，U型金属管加热单元的入水端和出水端分别与第一水箱和第二水箱相连，U型金属管加热单元的入水端与第一水箱之间安装有第二阀门。本发明利用太阳能作为热源，绿色、环保、节能，可加快地基固结速度，使软土可以在较短时间内达到预期的固结度和强度，固结效率高，有利于节省工程工期，确保工程质量。

Description

一种利用太阳能的地基处理装置及其使用方法

技术领域

本发明属于地基处理技术领域，具体涉及一种利用太阳能的地基处理装置及其使用方法。

背景技术

我国东南沿海地区广泛分布有软土地基。软土地基具有含水量高、强度低、压缩性高和承载力低等特点。因此，在建筑物、道路和水利堤坝等建设时，需要对软土地基进行处理。软土地基处理的方法有很多，例如垫层法、预压砂井法、旋喷法、桩法等。其中，垫层法的优点是可以就地取材、价格便宜、施工工艺比较简单，但不适用于软土埋深较深、开挖方量太大的场地；预压砂井法的加固时间长，抽真空处理范围有限，适用于工期要求较宽的淤泥或淤泥质土地基处理，不适用于流变特性很强的软粘土、泥炭土等；旋喷法适用于冲填土、软黏土和粉细砂地基的加固，不适用于有机质成分较高的地基土；桩法承载力高，但通常成本也较高。

近年来，上述地基处理技术得到了持续、长足的发展。然而随着国家基础设施建设的逐步推进，不可避免地面临越来越多特殊地基的处理，这为地基处理新技术的发展提供了机会，也带来了挑战。大量的土体物理力学性状研究表明，对土体进行加热可以提高土体的渗透性，缩短土体固结时间。为此，学术界提出了将排水固结法与加热联合的地基处理方法。

目前，已有一些学者对加热处理软土地基展开了试验研究。这些研究的加热方式可分为两种：一种是将U型管插设到土体中，通过往U型管中通热水间接对土体加热；另一种是在土体插设加热棒，以通电的方法对加热棒进行加热。上述方法能耗较大，且存在不安全。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种绿色、环保、节能、安全、高效的利用太阳能的地基处理装置及其使用方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种利用太阳能的地基处理装置，包括太阳能集热单元、第一水箱、第二水箱和U型金属管加热单元，所述的第二水箱的出水端经第一水泵与所述的太阳能集热单元的入水端相连，所述的第二水箱先后经第二水泵和第一阀门与所述的第一水箱相连，所述的太阳能集热单元的出水端与所述的第一水箱的入水端相连，所述的第二水箱上分别安装有温度计、防溢开关和控温开关，所述的U型金属管加热单元的入水端和出水端分别与所述的第一水箱和所述的第二水箱相连，所述的U型金属管加热单元的入水端与所述的第一水箱之间安装有第二阀门。

优选地，所述的U型金属管加热单元包括若干U型金属管，所述的若干U型金属管的入口依次相通并与所述的第一水箱相连，所述的若干U型金属管的出口依次相通并与所述的第二水箱相连。

进一步地，每根所述的U型金属管包括依次连通的第一立管、弯管和第二立管，所述的第一立管与所述的第二立管并行设置，所述的第一立管与所述的第二立管上绕设有钢丝，所述的钢丝用于将所述的第一立管与所述的第二立管横向定位连接。

优选地，每根所述的U型金属管的底部活动连接有一倒锥形金属帽。

优选地，所述的倒锥形金属帽的上部开设有U型槽口，所述的U型槽口用于插设所述的弯管，所述的U型槽口的上部设置有上口大、下口小的圆台形插槽，所述的圆台形插槽横跨在所述的U型槽口的上部的两侧，所述的圆台形插槽用于插设一圆台形金属插件，所述的圆台形金属插件可拆卸地连接在一导杆的底端，所述的导杆用于将所述的U型金属管和所述的倒锥形金属帽垂直压入地基土体内，使用时，将每根U型金属管的弯管分别插入一个倒锥形金属帽的U型槽口内，再将装有圆台形金属插件的导杆的底端朝下竖直插入圆台形插槽内，然后在导杆的顶端施压，使U型金属管和倒锥形金属帽以静压的方式垂直插入地基土体内。

优选地，所述的U型金属管为U型钢管。

优选地，所述的太阳能集热单元为平板型太阳能集热器。

上述利用太阳能的地基处理装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)将太阳能集热单元置于光照充裕的空旷场地，并完成第一水箱、第二水箱、第一水泵、第二水泵、第一阀门、第二阀门、温度计、防溢开关和控温开关的安装连接；

(2)在一盛土箱中填装待处理的地基土，再将U型金属管加热单元以静压的方式垂直插入地基土体内；

(3)将U型金属管加热单元的入水端和出水端分别与第一水箱和第二水箱连接，在地基土的上表面加盖一盖板，并在盖板上安装一用于观测地基沉降变化的百分表；

(4)开启太阳能集热单元，打开第一水泵、防溢开关和控温开关，地基处理装置即开始工作，太阳能集热单元加热来自第二水箱的冷水并向第一水箱通热水，当第一水箱的水温达到60℃时，开启第二阀门，由第一水箱向U型金属管加热单元中通热水对土体进行间接加热，经土体冷却后的水进入第二水箱并供给太阳能集热单元继续被加热，如此循环，实现对土体的循环加热。

优选地，当第一水箱的水温超过90℃时，打开第二水泵和第一阀门，从第二水箱向第一水箱内通冷水，当防溢开关检测到第一水箱内的水位超标时，关闭第一阀门，不再向第一水箱提供冷水。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

一、本发明利用太阳能的地基处理装置及其使用方法，利用太阳能作为热源，绿色、环保、节能。通过太阳能热源加热地基土，可加快地基固结速度，使软土可以在较短时间内达到预期的固结度和强度，固结效率高，有利于节省工程工期，确保工程质量。本发明利用太阳能光转换的热能加热土体，可以避免通电直接加热地下土的不安全型，适合在工程中广泛运用。

二、本发明中所采用的U型金属管具有较好的热传递效果，进一步地，在U型金属管的底部焊接有倒锥形金属帽可以使U型金属管更好地插入土体，方便施工，此外，在U型金属管上绕设钢丝，将第一立管与第二立管横向定位连接，可以固定U型金属管上的立管，防止U型金属管在施工过程中及施工后倾斜，稳定U型管，保证对土体的加热效果。

三、本发明一方面可以用于软土地基的处理，包括天然地基和吹填地基等，同时也可以用于市政清淤工程，通过对高含水量的淤泥进行加热，使得水分蒸发，减少土体的含水量，进而实现减小土体体积的目的。

附图说明

图1为实施例1中利用太阳能的地基处理装置的结构连接示意图；

图2为实施例2中导杆与金属帽拆分后的外观图；

图3为实施例2中金属帽的俯视图；

图4为图3中A-A剖视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1的利用太阳能的地基处理装置，如图1所示，包括太阳能集热单元1、第一水箱2、第二水箱3和U型金属管加热单元4，本实施例中，太阳能集热单元1为平板型太阳能集热器，第二水箱3的出水端经第一水泵5与太阳能集热单元1的入水端相连，第二水箱3先后经第二水泵6和第一阀门7与第一水箱2相连，太阳能集热单元1的出水端与第一水箱2的入水端相连，第二水箱3上分别安装有温度计31、防溢开关32和控温开关33，U型金属管加热单元4的入水端和出水端分别与第一水箱2和第二水箱3相连，U型金属管加热单元4的入水端与第一水箱2之间安装有第二阀门8。

实施例1中，U型金属管加热单元包括三根U型钢管，三根U型钢管的入口依次相通并与第一水箱2相连，三根U型钢管的出口依次相通并与第二水箱3相连；每根U型钢管包括依次连通的第一立管11、弯管13和第二立管12，第一立管11与第二立管12并行设置，第一立管11与第二立管12上绕设有钢丝15，钢丝15用于将第一立管11与第二立管12横向定位连接。

实施例1的利用太阳能的地基处理装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)将太阳能集热单元1置于光照充裕的空旷场地，并完成第一水箱2、第二水箱3、第一水泵5、第二水泵6、第一阀门7、第二阀门8、温度计31、防溢开关32和控温开关33的安装连接；

(2)在一盛土箱9中填装待处理的地基土91，再将U型金属管加热单元4以静压的方式垂直插入地基土91体内；

(3)将U型金属管加热单元4的入水端和出水端分别与第一水箱2和第二水箱3连接，在地基土91的上表面加盖一盖板92，并在盖板92上安装一用于观测地基沉降变化的百分表(图中未示出)；

(4)开启太阳能集热单元1，打开第一水泵5、防溢开关32和控温开关33，地基处理装置即开始工作，太阳能集热单元1加热来自第二水箱3的冷水并向第一水箱2通热水，当第一水箱2的水温达到60℃时，开启第二阀门8，由第一水箱2向U型金属管加热单元4中通热水对土体进行间接加热，经土体冷却后的水进入第二水箱3并供给太阳能集热单元1继续被加热，如此循环，实现对土体的循环加热。图1中箭头所示为水流方向。在对土体循环加热过程中，通过观测盖板92上的百分表读数，记录沉降变化或其他土性参数。

实施例1中，当第一水箱2的水温超过90℃时，打开第二水泵6和第一阀门7，从第二水箱3向第一水箱2内通冷水，当防溢开关32检测到第一水箱2内的水位超标时，关闭第一阀门7，不再向第一水箱2提供冷水。

实施例2的利用太阳能的地基处理装置，参见图1，与实施例1的结构基本相同，不同之处在于，实施例2中，如图2-图4所示，每根U型钢管的底部活动连接有一倒锥形金属帽14，倒锥形金属帽14的上部开设有U型槽口16，U型槽口16用于插设弯管13，U型槽口16的上部设置有上口大、下口小的圆台形插槽17，圆台形插槽17横跨在U型槽口16的上部的两侧，圆台形插槽17用于插设一圆台形金属插件18，圆台形金属插件18可拆卸地连接在一导杆19的底端，导杆19用于将U型钢管和倒锥形金属帽14垂直压入地基土91体内。

实施例2的利用太阳能的地基处理装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)将太阳能集热单元1置于光照充裕的空旷场地，并完成第一水箱2、第二水箱3、第一水泵5、第二水泵6、第一阀门7、第二阀门8、温度计31、防溢开关32和控温开关33的安装连接；

(2)在一盛土箱9中填装待处理的地基土91，将每根U型钢管的弯管13分别插入一个倒锥形金属帽14的U型槽口16内，再将装有圆台形金属插件18的导杆19的底端朝下竖直插入圆台形插槽17内，然后在导杆19的顶端施压，使U型钢管和倒锥形金属帽14以静压的方式垂直插入地基土91体内；

(3)将U型金属管加热单元4的入水端和出水端分别与第一水箱2和第二水箱3连接，在地基土91的上表面加盖一盖板92，并在盖板92上安装一用于观测地基沉降变化的百分表；

(4)开启太阳能集热单元1，打开第一水泵5、防溢开关32和控温开关33，地基处理装置即开始工作，太阳能集热单元1加热来自第二水箱3的冷水并向第一水箱2通热水，当第一水箱2的水温达到60℃时，开启第二阀门8，由第一水箱2向U型金属管加热单元4中通热水对土体进行间接加热，经土体冷却后的水进入第二水箱3并供给太阳能集热单元1继续被加热，如此循环，实现对土体的循环加热。在对土体循环加热过程中，通过观测盖板92上的百分表读数，记录沉降变化或其他土性参数。

Claims (9)

1.一种利用太阳能的地基处理装置，其特征在于包括太阳能集热单元、第一水箱、第二水箱和U型金属管加热单元，所述的第二水箱的出水端经第一水泵与所述的太阳能集热单元的入水端相连，所述的第二水箱先后经第二水泵和第一阀门与所述的第一水箱相连，所述的太阳能集热单元的出水端与所述的第一水箱的入水端相连，所述的第二水箱上分别安装有温度计、防溢开关和控温开关，所述的U型金属管加热单元的入水端和出水端分别与所述的第一水箱和所述的第二水箱相连，所述的U型金属管加热单元的入水端与所述的第一水箱之间安装有第二阀门。

2.根据权利要求1所述的一种利用太阳能的地基处理装置，其特征在于所述的U型金属管加热单元包括若干U型金属管，所述的若干U型金属管的入口依次相通并与所述的第一水箱相连，所述的若干U型金属管的出口依次相通并与所述的第二水箱相连。

3.根据权利要求2所述的一种利用太阳能的地基处理装置，其特征在于每根所述的U型金属管包括依次连通的第一立管、弯管和第二立管，所述的第一立管与所述的第二立管并行设置，所述的第一立管与所述的第二立管上绕设有钢丝，所述的钢丝用于将所述的第一立管与所述的第二立管横向定位连接。

4.根据权利要求3所述的一种利用太阳能的地基处理装置，其特征在于每根所述的U型金属管的底部活动连接有一倒锥形金属帽。

5.根据权利要求4所述的一种利用太阳能的地基处理装置，其特征在于所述的倒锥形金属帽的上部开设有U型槽口，所述的U型槽口用于插设所述的弯管，所述的U型槽口的上部设置有上口大、下口小的圆台形插槽，所述的圆台形插槽横跨在所述的U型槽口的上部的两侧，所述的圆台形插槽用于插设一圆台形金属插件，所述的圆台形金属插件可拆卸地连接在一导杆的底端，所述的导杆用于将所述的U型金属管和所述的倒锥形金属帽垂直压入地基土体内，使用时，将每根U型金属管的弯管分别插入一个倒锥形金属帽的U型槽口内，再将装有圆台形金属插件的导杆的底端朝下竖直插入圆台形插槽内，然后在导杆的顶端施压，使U型金属管和倒锥形金属帽以静压的方式垂直插入地基土体内。

6.根据权利要求2所述的一种利用太阳能的地基处理装置，其特征在于所述的U型金属管为U型钢管。

7.根据权利要求1所述的一种利用太阳能的地基处理装置，其特征在于所述的太阳能集热单元为平板型太阳能集热器。

8.权利要求1-7中任一项所述的一种利用太阳能的地基处理装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将太阳能集热单元置于光照充裕的空旷场地，并完成第一水箱、第二水箱、第一水泵、第二水泵、第一阀门、第二阀门、温度计、防溢开关和控温开关的安装连接；

(2)在一盛土箱中填装待处理的地基土，再将U型金属管加热单元以静压的方式垂直插入地基土体内；

(3)将U型金属管加热单元的入水端和出水端分别与第一水箱和第二水箱连接，在地基土的上表面加盖一盖板，并在盖板上安装一用于观测地基沉降变化的百分表；

(4)开启太阳能集热单元，打开第一水泵、防溢开关和控温开关，地基处理装置即开始工作，太阳能集热单元加热来自第二水箱的冷水并向第一水箱通热水，当第一水箱的水温达到60℃时，开启第二阀门，由第一水箱向U型金属管加热单元中通热水对土体进行间接加热，经土体冷却后的水进入第二水箱并供给太阳能集热单元继续被加热，如此循环，实现对土体的循环加热。

9.根据权利要求8所述的一种利用太阳能的地基处理装置的使用方法，其特征在于，当第一水箱的水温超过90℃时，打开第二水泵和第一阀门，从第二水箱向第一水箱内通冷水，当防溢开关检测到第一水箱内的水位超标时，关闭第一阀门，不再向第一水箱提供冷水。