CN109763479A - 一种增压式真空柔性管井降排水系统及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增压式真空柔性管井降排水系统及其施工方法，真空柔性管井是由管靴、过滤式柔性管、密封管、抽气排水管及连接接头五部分组成的；管靴位于真空柔性管井的下部，上部呈空心管状，下部呈管锥状，底部封闭；过滤式柔性管为中空圆管，管体由弹性骨架外缠多孔滤布制成；密封管位于过滤式柔性管的上部，是一种中空硬管；抽气排水管位于过滤式柔性管的内部，为中空硬管。该降排水系统是由多个增压式真空管、管井连接管、气液分离罐、单向溢流阀、主排水管、真空泵及空压机组成。该发明实现了快速降排水的目标。

Description

一种增压式真空柔性管井降排水系统及其施工方法

技术领域

本发明涉及地基加固及深基坑加固与软土开挖领域，具体的来说涉及一种从淤泥类软土内快速排水固结的方法。

背景技术

在软土区域建造道路及建筑物时，需要对淤泥类软土进行加固处理，最常见的办法是通过排水固结的方法，使淤泥类软土的强度或承载力得到快速提高，但目前的砂井处理法、真空排水法均存在排水时间长、排水难及排水板淤堵等问题，难以满足工程需求。

在地下空间的开发过程中，大量的深基坑不断出现。由于地下水的存在，基坑工程施工往往面临基坑开挖降水与排水问题，降水效果将直接影响到基坑的安全及挖运土效率与环保。例如，在软土中开挖深基坑时，通过坑内降水使软土固结能有效提高基坑被动土体的抗力，从而提高基坑的安全度。通过降水来提高基坑被动区土体的强度，将会节省大量的工程费用，因为提高基坑被动区抗力而采用的基坑内侧软土加固措施，如搅拌桩加固或高压旋喷桩及注浆加固的成本高、时间长。

将基坑内的含水量较高的软土挖运出去，不仅开挖成本高，增加挖机的开挖和运输难度，需要铺设专门的道路，才能实现这类土体的挖运。此外，土体在运输过程将产生泥水抛洒问题，引起环境污染，同时也给弃土场带来堆放的困难。

目前，将淤泥及淤泥质粘性土中的水份排出是一大难题，因为这种软粘土的渗透性很差，其中的水份很难在较短的时间内排出。当前采用真空管井法降排水，每个管井要实现100平方米以上面积的淤泥土中降排水，难以达到工程的要求。现行的真空管井，采用的过滤管是由钢管或塑料管经人工打孔后制成，外侧包裹纱网，其孔径较大，粘土颗粒易通过这些孔进入到滤管内。较小的滤孔中常被粘土小颗粒占据，将滤管及过滤网堵塞，排水完全失效。此外，过滤管外的砂滤层是在打井时由人工抛砂制成的，其质量也无法控制；用粘土颗粒制成的密封层更是难以达到好的封堵效果，无法形成较高的真空度。

由于在淤泥及淤泥质土中降排水采用真空管井，材料成本及施工成本较高，设置的间距较大时，降排水路径长；过滤层易淤堵，达到的降排水效果很差。

基于工程界迫切希望在淤泥中快速、有效降排水，实现排水固结提高强度的要求，需要克服现行真空管井法降排水存在的缺陷和不足，需要一种增压式真空柔性管井降排水系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种增压式真空柔性管井降排水系统及其施工方法。

一种增压式真空柔性管井，主要是由管靴、过滤式柔性管、密封管、抽气排水管四部分组成；其每个部件的作用如下：

1、管靴，他位于真空柔性管井的下部，上部呈空心管状，下部呈圆锥状，底部封闭；管靴有一定的空间存放微小土颗粒沉积物和土体排出的水；管靴的底部具有较强的穿越能力；

2、过滤式柔性管，是一个中空圆管，管体的弹性骨架是弹性材料旋转制成，在弹性骨架外侧缠绕多孔滤布制成圆管；过滤式柔性管中的骨架具有较高弹性变形能力，沿轴向能伸长或缩短；在真空负压作用下，管体能产生振动，将吸附于管壁过滤层微孔中的土颗粒给清除；过滤式柔性管的管体上分布微孔，在真空压力作用下，土体中的水能通过微孔过滤流进管壁内，土颗粒被阻止在管壁外。

3、密封管，他位于过滤式柔性管的上部，是一种中空硬管；密封管是由钢材或塑料制成，其外侧与地层紧密粘合，将过滤式柔性管与土层外的大气层隔断。

4、抽气排水管，他位于过滤式柔性管的内部，为中空硬管。抽气排水管是由钢材或塑料制成，其底部位于管靴处，上部穿过密封管与管井连接管相连；在密封管与抽气排水管之间的空隙用密封胶泥充填。

增压式真空柔性管井降排水系统是由多个增压式真空柔性管井、管井连接管、气液分离罐、单向溢流阀、主排水管和真空泵与空压机组成的。

其主要性能及作用如下：

1、气液分离罐，是由钢材或塑料制成，具有抵抗负压和水压的能力，其容积不小于1立方米。在其底部引出多个接口，与管井连接管相连；在其中上部安装有一个单向溢流阀；在其顶部有一个密封盖，引出一个抽真空的接口；

2、管井连接管，是一种直径不小于30mm的硬质塑料管或钢管，将每个真空柔性管井内的抽气排水管连接在一起；

3、单向溢流阀，是一种排水时能自动打开的单向阀，能将气液分离罐的内外隔离，确保罐内的真空度，同时又能将分离灌内的水排到主排水管中；

4、真空泵，是用于抽真空的设备，他通过硬质管道与气液分离罐相连，在气液分离罐内和防淤堵管井内形成较高的真空度。

5、空气压缩机，是用于产生具有一定压力的气体的设备，通过向抽气排水管道中压入气体，将真空柔性管井中的环境由负压变为正压，使堵于微孔滤布上的粘粒被冲去，同时在粘性土中产生新的排水裂隙，实现快速排水的效果。

6、真空柔性管井，是将软土地层中的水通过负压差作用，过滤排入到管井中，当过滤层被粘性颗粒塞堵和排水裂隙闭合时，即抽水量减少时，能通过连接的空压机向管井内压入空气，向管井内加气压，反向作用使堵孔的微颗粒冲走，同时产生新的排水裂隙。

这种增压式柔性管井降排水系统的施工方法，具体步骤如下：

1)将过滤式柔性管插入到一根牵引钢管的内部，然后将管靴与过滤式柔性管在底部连接起来，使牵引钢管的底端顶在管靴的上端部，牵引钢管的上端与一个振动锤相连；

2)启动振动锤，在激振力的作用下，牵引钢管带动柔性管井插入到土层中，达到设计的标高位置；

3)振动拔出牵引钢管；

4)在柔性管井上部密封管区域缠上膨胀材料，使封管区域的管体与外侧地层紧贴；

5)在过滤式柔性管内插入一根抽气排水管，通过连接接头把每个管井中的抽气排水管连接到管井连接管中

6)将管井连接管接入到气液分离罐中，气液分离罐的上端与真空泵连接，下端安装有单向溢流阀，将管井内抽出的水通过这个单向溢流阀排到主排水管中。

有益效果：与现有技术相比，解决了管井过滤层的淤堵难题及密封的困难，利用气液分离方法，产生了较高的真空度，节省了抽真空的能源消耗，能快速将粘土颗粒中的孔隙水给压滤进入管井。由于这个柔性真空管井布置的间距较小，减小了降水半径，实现淤泥土的快速排水固结，从而降低了工程造价，缩短了降水时间，提高了降水效果，与软水固化技术相比，达到了无排放污染物，节能环保，绿色降水的目标。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明所述一种增压式真空柔性管井结构剖面图；

图2为本发明所述一种传统真空管井结构剖面图；

图3为本发明所述一种增压式真空柔性管井结构断面图。

图4为本发明所述一种增压式真空柔性管井降排水系统示意图

图5为本发明所述一种增压式真空柔性管井埋入地层的施工示意图。

图中：11--抽真空管；12--钢管；13--封孔粘土球体；14--多孔钢管外缠过滤网；15--颗粒状过滤材料；16--管底沉渣层；17--排水管；

21--管井接头；22--抽气排水管；23--膨胀性密封体；24--微孔过滤布；25--柔性管架；26--管靴；27--管井连接管；28--柔性管井；29--密封管。

31--振动锤；41--牵引钢管；51--气液分离罐；52--单向液流阀；53--主排水管；61--真空泵；62--空压机；71---密封地层；72—排水降水地层。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

为了充分说明这种新型增压降排水系统的工作原理，我们将一种增压式真空柔性管井结构剖面如图1与传统的真空管井剖面如图2一并列出。从图2可以看出，传统的真空管井是采用钢管12、排水部位的多孔钢管外缠过滤网管14、颗粒状过滤材料15及封孔粘土球体13组成，在井管内设有抽真空管11和排水管17。当为较大直径的管井时，则内部直接设有潜水泵用于排水。管井的底部设有管底沉渣层16。这种真空管井当过滤网被堵塞后，就无法抽排水了。此外，抽排的气和水没有集中分离，给形成真空环境产生较大阻力。当真空排水一段时间后，位于管井四周的土体固结将原排水裂隙封闭后，管井排水量就大大减少了，从而增加了排水的时间。

针对传统真空管井降排水的不足，我们发明了一种增压式真空柔性管井28，他是由管井接头21、抽气排水管22、膨胀性密封体23、微孔过滤布24、柔性管架25、管靴26、管井连接管27和密封管29组成，如图1所示。

增压式真空柔性管井28，其中的弹性骨架25是弹性材料旋转制成，在柔性管架外侧缠绕多孔滤布24制成圆管，如图3所示；柔性管架25具有较高弹性变形能力，沿轴向能伸长或缩短；在真空负压作用下，管体能产生振动，将吸附于管壁过滤层微孔中的土颗粒给清除；

当增压式真空柔性管井28的滤布24被土颗粒淤堵后，可以通过向抽气排水管道22中压入气体，将真空柔性管井中的环境由负压变为正压，使堵于微孔滤布24上的粘粒被冲去，消除了淤堵问题；

此外，当真空柔性管井28周围的地层因固结，将地层中的排水裂隙闭合后，通过空压机62压入气体，在地层中产生新的排水裂隙，实现快速排水的效果。

增压式真空柔性管井降排水系统如图4所示，是由多个增压式真空柔性管井28、管井连接管27、气液分离罐51、单向溢流阀52、主排水管53和真空泵61与空压机62组成。

通过管井连接管27，将系列增压式真空柔性管井28与气液分离罐51与主排水管53、真空泵61和空压机62连接组成一个降排水系统。真空泵61在这个系统中的作用是形成一个真空负压环境，使增压式真空柔性管井28周围的土体与井内形成一个压差，将周围土体中的水排到管井中并抽出。在管井连接管27中抽出的是水气混合物，经气液分离罐51分离后，液体水经单向溢流阀排入到主排水管53中。

当排水管53中的排水量较小时，表明真空柔性管井28发生了淤堵，这时关闭真空泵61，打开空压机62，向系统内压入气体，实现增压的目的，解决了排水淤堵难题。

这种增压式真空柔性管井降排水系统的施工方法，是先将这些增压式真空柔性管井28按设计要求位置，采用机械振动法插入到地层中，如图5，具体过程如下：

1)将过滤式柔性管25插入到一根牵引钢管41的内部，然后将管靴26与过滤式柔性管25在底部连接起来，使牵引钢管41的底端顶在管靴26的上端部，牵引钢管41的上端与一个振动锤31相连；

2)启动振动锤，31在激振力的作用下，牵引钢管41带动增加式柔性管25进入到降排水地层72中，并达到设计的标高位置；

3)振动拔出牵引钢管41；

4)在真空柔性管井28上部密封管区域的土体71，使密封管29区域用膨胀密封体填充，使密封管的管体与外侧地层71紧贴，达到隔离大气体的目的；

5)在过滤式柔性管25内插入一根抽气排水管22，通过连接接头21把每个管井中的抽气排水管22连接到管井连接管27中。

6)将管井连接管27接入到气液分离罐51中，气液分离罐51的上端与真空泵61连接，下端安装有单向溢流阀52，将管井内抽出的水通过这个单向溢流阀52排到主排水管53中。

7)当抽水量明显减少时，启动空气压缩机62，向管井28内增压，使管井外侧滤网24上的泥土颗粒被清除，同时，增压的空气使管井周围的地层渗流路径被打开。

8)增压持续时间为10分钟左右，然后关闭空气压缩机62，开启真空泵61，继续抽气排水。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.一种增压式真空柔性管井降排水系统及其施工方法，其特征是，增压式真空柔性管井由管靴、过滤式柔性管、密封管、抽气排水管及连接接头五部分组成；管靴位于真空柔性管井的下部，上部呈空心管状，下部呈锥状，底部封闭；过滤式柔性管为中空圆管，管体由弹性骨架外缠多孔滤布制成；密封管位于过滤式柔性管的上部，是一种中空硬管；抽气排水管位于过滤式柔性管的内部，为中空硬管；增压式真空柔性管井降排水系统是由多个增压式真空管井、管井连接管、气液分离罐、单向溢流阀、主排水管、真空泵与空压机组成。

2.根据权利要求1所述的一种增压式真空柔性管井降排水系统及其施工方法，其特征是，过滤式柔性管中的骨架是由覆塑钢丝经绕制而成，沿轴向能伸长或缩短；在真空负压作用下，管体产生振动，将吸附于管壁过滤层微孔中的土颗粒给清除。

3.根据权利要求1所述的一种增压式真空柔性管井降排水系统及其施工方法，其特征是，过滤式柔性管的管体上分布微孔，在真空压力作用下，土体中的水能通过微孔过滤流进管井内，土颗粒被阻止在管井外；当管井增压时，气压将微孔中的堵塞物冲走，同时在管井周围土体中造裂，形成排水通道。

4.根据权利要求1所述的一种增压式真空柔性管井降排水系统及其施工方法，其特征是，管靴有一定的空间存放微小土颗粒沉积物和土体排出的水；管靴的底部具有较强的穿越能力。

5.根据权利要求1所述的一种增压式真空柔性管井降排水系统及其施工方法，其特征是，密封管是由金属材料或塑料制成，其外侧缠有膨胀材料与地层紧密粘合，将过滤式柔性管与土层外的大气系统隔断。

6.根据权利要求1所述的一种增压式真空柔性管井降排水系统及其施工方法，其特征是，抽气排水管是由钢材或塑料制成，其底部位于管靴处，上部穿过密封管与管井连接管相连。

7.根据权利要求1所述的一种增压式真空柔性管井降排水系统及其施工方法，其特征是，气液分离罐是由钢材或塑料制成，其底部由多个接口，与管井连接管相连；在气液分离罐的中上部安装有一个单向溢流阀，能将气液分离罐内的水自由排入到主排水管中；在气液分离罐顶部有一个密封盖中安装有二个接口，通过硬质管道与真空泵相联接，另一接口与空压机相联。

8.根据权利要求1所述的一种增压式真空柔性管井降排水系统及其施工方法，其特征是，具体施工步骤如下：

第一步：先将过滤式柔性管插入到一根牵引钢管的内部，牵引钢管的底端顶在管靴的上端部，牵引钢管的上端与振动锤相连；

第二步：开动振动锤，在振动力的作用下，牵引钢管带动真空柔性管井插入到土层中，达到设计的标高位置；

第三步：振动拔出牵引钢管；

第四步：在真空柔性管井上部密封管区域，缠入膨胀材料使密封管区域与外侧地层紧贴；

第五步：在柔性管井内插入一根抽气排水管，通过连接接头把每个管井中的抽气排水管连接到管井连接管中；

第六步：将管井连接管接入到气液分离罐中，气液分离罐的上端与真空泵和空压机相连接，下端接入单向溢流阀。打开真空泵，将地层中的水份从管井内抽出，进入汽液分离罐，通过这个单向溢流阀排到主排水管中。

第七步：当抽水量明显减少时，启动空气压缩机，经增压管向管井内增压，使管井外侧滤网上的泥土颗粒被清除，同时，增压的空气使管井周围的地层渗流路径被打开。

第八步：增压持续时间为10分钟左右，然后关闭空气压缩机，开启真空泵，继续抽气排水。