CN110004869B - 一种快速降低填筑土体孔隙水压的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速降低填筑土体孔隙水压的装置和方法。一种快速降低填筑土体孔隙水压的装置，包括：间隔安装在填筑土体内的具有进风腔和排风腔和多根孔隙水消散线管；安装在地面上并与每根孔隙水消散线管的进风腔、排风腔分别连通的地面进风管路和地面排风管路；分别连接地面排风管路、地面进风管路的真空泵和压力空气泵。其中，压力空气泵与真空泵循环交替工作，用于对安装有孔隙水消散线管的填筑土体交替施加负压和压力通风，加速孔隙水的排出。本发明可以快速孔隙水压力，提升填筑土体的稳定安全系数。
Description
技术领域
本发明涉及粘性坝体或土体填筑技术领域，尤其涉及一种快速降低填筑土体孔隙水压的装置和方法。
背景技术
在水利水电等工程领域，粘性坝体或土体填筑是常见的的一种工程应用，但坝体或土体填筑过程中，粘性土体内孔隙水压力消散根据土体物理特性，消散的时间从几个月到几年甚至更长不等。因而在粘性土体填筑施工过程中，可能会产生较高孔隙水压力的情况，而高孔隙水压力的存在，往往会导致心墙中有效应力的降低，从而影响坝体尤其是高粘土心墙坝或高填筑体的稳定安全，进而不得不出现放慢填筑速度或长时间停工来保证后续施工的稳定安全。比如笔者经历的热带雨林的一个50米高的当地页岩材料心墙土石坝，由于心墙施工完工前后心墙部位存在较高孔隙水压，按规范要求不得不停工等半年后才实施坝顶心墙内的防渗墙工程，给施工带来很大的困扰。
国内外多次出现的尾矿坝垮塌的一个很重要的原因之一就是堆筑较高的尾矿坝体内存在较高孔隙水压力，没有得到及时消散，进而引起严重的稳定安全问题。
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问题，提供一种快速降低填筑土体孔隙水压的装置，为填筑土体的后续施工提供安全稳定的条件。
本发明的另一目的是提供一种快速降低填筑土体孔隙水压的方法。
为了实现本发明的第一目的，提供以下技术方案：
一种快速降低填筑土体孔隙水压的装置，包括：间隔安装在填筑土体内的多根孔隙水消散线管，其具有底部相通的进风腔和排风腔，且所述排风腔与填筑土体相通；安装在地面上并与每根孔隙水消散线管的进风腔连通的地面进风管路；安装在地面上并与每根孔隙水消散线管的排风腔连通的地面排风管路；连接所述地面排风管路的真空泵；连接所述地面进风管路并与所述真空泵循环工作的压力空气泵；其中，真空泵工作时，与其相连通的地面排风管路和排风腔内依次形成负压，在负压的作用下使位于每根孔隙水消散线管周围的孔隙水向孔隙水消散线管内集聚；压力空气泵工作时，其产生的压力空气经由地面进风管路依次进入每根孔隙水消散线管的进风腔和排风腔后，携带其内集聚的孔隙水经地面排风管路排出。
优选的，多根所述孔隙水消散线管在填筑土体内呈正三角布置。
优选的，每根所述孔隙水消散线管具有两个排风腔，一个进风腔，且三个腔体的底部相互打通；每个排风腔通过在其管壁上钻设透气透水的花孔与填筑土体相通。
优选的，每根所述孔隙水消散线管垂直安装在填筑土体内，且每根孔隙水消散线管与表面填筑土体接触的上部缠绕密封带，与表面填筑土体形成密封。
优选的，每根孔隙水消散线管在缠绕密封带的以下部位包裹透水透气的土工布。
优选的，所述地面进风管路包括：数根地面进风支管，在安装多根孔隙水消散线管的填筑土体的上方地面上平行设置，且每根地面进风支管与位于同一直线上的若干根孔隙水消散线管的进风腔连通；地面进风主管，安装在填筑土体以外的地面上，其与所有地面进风支管连通；所述地面排风管路包括：数根地面排风支管，在安装多根孔隙水消散线管的填筑土体的上方地面上平行设置，且每根地面排风支管与位于同一直线上的若干根孔隙水消散线管的排风腔连通；地面排风主管，安装在填筑土体以外的地面上，其与所有地面排风支管连通。
优选的，所述地面进风主管、地面排风主管通过气阀开关组分别连接所述压力空气泵和所述真空泵。
优选的，所述地面进风支管、地面排风支管通过专用变径接头分别连通所述孔隙水消散线管的进风腔和排风腔。
为了实现本发明的第二目的，提供以下技术方案：
一种快速降低填筑土体孔隙水压的方法，包括：在填筑土体内间隔安装多根孔隙水消散线管，使每根孔隙水消散线管具有底部相通的进风腔和排风腔，且使所述排风腔与填筑土体相通；在地面上安装地面进风管路，并使所述地面进风管路与每根孔隙水消散线管的进风腔连通；在地面上安装地面排风管路，并使所述地面排风管路与每根孔隙水消散线管的排风腔连通；将所述地面排风管路与真空泵连接；将所述地面进风管路与压力空气泵连接，并使所述压力空气泵与所述真空泵循环工作；其中，真空泵工作时，与其相连通的地面排风管路和排风腔内依次形成负压，在负压的作用下使位于每根孔隙水消散线管周围的孔隙水向孔隙水消散线管内集聚；压力空气泵工作时，其产生的压力空气经地面进风管路依次进入每根孔隙水消散线管的进风腔和排风腔后，携带其内集聚的孔隙水经地面排风管路排出。
优选的，使多根所述孔隙水消散线管在填筑土体内呈正三角布置。
本发明的有益效果体现在以下方面：
1)本发明通过在填筑土体内安装多根孔隙水消散线管，缩短孔隙水消散距离；通过主动施加真空负压措施并适时进行压力空气循环，及时带走孔隙水消散线管周边土体汇聚的孔隙水，实现快速降低填筑土体孔隙水压的目的，对提高填筑土体稳定安全系数有积极作用，并且节省后续施工工序时间；
2)本发明所用管线可以重复使用，所用施工机具材料简单，实施成本不高。
附图说明
图1是本发明快速降低填筑土体孔隙水压的装置的平面示意图；
图2是图1所示的A-A剖视图；
图3a是本发明的真空泵工作的气路图；
图3b是本发明的压力空气泵工作的气路循环图；
图4是本发明快速降低填筑土体孔隙水压的装置的气路流程图；
图5是本发明的孔隙水消散线管的纵向剖视图；
图6是本发明的孔隙水消散线管与专用变径接头的连接部位的横向剖视图；
图7和图8是本发明的专用变径接头的结构示意图。
附图标记说明：1-孔隙水消散线管；1a-进风腔；1b、1c-排风腔；2-土工布；3-花孔；4-专用变径接头；4a-硬塑料管；4b-橡胶塞；5-密封带；6-地面进排风双支管；7-地面进排风双主管；8、11-气阀开关组；9-真空泵；10-压力空气泵。
具体实施方式
本发明旨在提供一种能够提升和改善填筑土体内的孔隙水压的消散条件的装置和方法，从而快速降低填筑土体内的孔隙水压。
本发明提升和改善填筑土体内的孔隙水压的消散条件的方法如下：在填筑土体内间隔安装具有进风腔和排风腔的多根孔隙水消散线管，并通过多根孔隙水消散线管对填筑土体施加真空负压和压力空气循环，孔隙水通过布置在其附近的孔隙水消散线管而快速消散。多根孔隙水消散线管在填筑土体内的间隔布置大大减小了土体孔隙水的消散路径，真空负压使得土体孔隙水的消散渗透加快，压力空气使得汇聚在孔隙水消散线管周围的水分迅速排出，而真空负压和压力空气的的交替循环实施为土体提供一种脉冲能量，让孔隙水排出更为顺畅，实现快速降低填筑土体内的孔隙水压力。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
如图1和2所示，本实施例提供一种快速降低填筑土体孔隙水压的装置，包括：间隔安装在填筑土体内具有进风腔和排风腔的多根孔隙水消散线管1；安装在地面上并与每根孔隙水消散线管1的进风腔连通的地面进风管路；安装在地面上并与每根孔隙水消散线管1的排风腔连通的地面排风管路；连接地面排风管路的真空泵9；连接地面进风管路并与真空泵9循环工作的压力空气泵10。其中，真空泵9工作时，与其相连通的地面排风管路和孔隙水消散线管1的排风腔内依次形成负压，在负压的作用下使位于每根孔隙水消散线管1周围的孔隙水向孔隙水消散线管1内集聚；压力空气泵10工作时，其产生的压力空气经由地面进风管路依次进入每根孔隙水消散线管1的进风腔和排风腔后，携带其内集聚的孔隙水经地面排风管路排出。
本实施例的孔隙水消散线管1采用市场已有的PVC三腔线管。如图5和6所示，每根孔隙水消散线管1具有两个排风腔1b、1c，一个进风腔1a；排风腔1b、1c分别在其管壁上纵向间隔钻设透气透水的1.5mm花孔3与填筑土体相通，相邻花孔3间距20-40cm；进风腔1a管壁不钻孔。三个腔体的底部相互打通。
其中，每根孔隙水消散线管1垂直安装在填筑土体内，并且，如图1所示，多根孔隙水消散线管1在填筑土体内呈正三角布置，使周围的孔隙水进入孔隙水消散线管1内的消散路径最短，从而大大减小土体孔隙水的消散路径。
本实施例孔隙水消散线管1采用25mm规格以上内径，填筑土体内钻孔采用26mm左右的螺旋钻钻孔，以减少土体的挤压避免引起孔隙水压的升高。孔距根据计算和经验按100cm-200cm考虑。
安装孔隙水消散线管1时，对与表面填筑土体(约位于填筑土体顶部50cm左右范围内的土体)接触的孔隙水消散线管1上部部位缠绕密封带5，与表面填筑土体形成密封。由于表面填筑土体暴露在空气中，孔隙水消散条件较好，对与表面填筑土体接触的孔隙水消散线管1的部位进行密封不影响表面填筑土体的孔隙水的消散，同时可以避免孔隙水消散线管1的上部部位跑水漏气。实施时，采用橡胶密封胶带对孔隙水消散线管1的上部部位和表面填筑土体进行密封，并使用粘土或膨润土泥浆辅助加强密封。
安装孔隙水消散线管1前，如图5所示，每根孔隙水消散线管1在缠绕密封带5的以下部位包裹透水透气的土工布2，可以避免细颗粒堵塞孔隙水消散线管1上钻的花孔3，同时也可实现水气在管壁内外的汇聚流动。
其中，孔隙水消散线管1分别通过地面进风管路、地面排风管路实现与压力空气泵10和真空泵9的连接。
具体的，地面进风管路包括：数根地面进风支管和地面进风主管。地面进风支管在安装多根孔隙水消散线管1的填筑土体的上方地面上平行设置，且每根地面进风支管与位于同一直线上的若干根孔隙水消散线管1的进风腔1a连通；地面进风主管安装在填筑土体以外的地面上，其与所有地面进风支管连通。
地面排风管路包括：数根地面排风支管和地面排风主管。地面排风支管在安装多根孔隙水消散线管1的填筑土体的上方地面上平行设置，且每根地面排风支管与位于同一直线上的若干根孔隙水消散线管1的排风腔1b、1c连通；地面排风主管安装在填筑土体以外的地面上，其与所有地面排风支管连通。
其中，地面进风主管、地面排风主管通过气阀开关组8、11分别连接压力空气泵10和真空泵9。具体的，气阀开关组8、11具有进气阀和排气阀。地面进风主管通过进气阀连通压力空气泵10，地面排风主管通过排气阀连通真空泵9。
如图1和2所示，本实施例的地面进风主管和地面排风主管双管并行设置，形成地面进排风双主管7。地面进排风双主管7采用市场上标准耐压的PVC管材制作，通过两根PVC管材并行制成，或者采用双腔PVC管材。
同样的，本实施例的地面进风支管和地面排风支管也采用双管并行设置，形成地面进排风双支管6。地面进排风双支管6采用市场上标准耐压的PVC管材制作，通过两根PVC管材并行制成，或者采用双腔PVC管材。
地面进排风双主管7和地面进排风双支管6的尺寸根据现场安装孔隙水消散线管1的数量和尺寸进行计算，选用合适功率的压力空气泵10和真空泵9。
地面进排风双主管7和地面进排风双支管6连接时使用密封胶辅助密封，保持气密性。并且为了便于气密性检查，每根地面进排风双支管6可以单独设置气阀开关。
其中，为了适应地面进风支管、地面排风支管以及孔隙水消散线管1不同的管径，本实施例通过专用变径接头4实现地面进风支管、地面排风支管与孔隙水消散线管1的连通。如图7和8所示，专用变径接头4采用橡胶塞4b钻孔加工，并在孔内塞入硬塑料管4a；为了增加气密性，橡胶塞与PVC管材采用胶水粘结。
下面结合附图说明本发明的实施步骤：
1、根据工程需要，计算确定处理区域，采用比孔隙水消散线管1管径稍大的螺旋钻具(本实施例采用26mm的螺旋钻具)，采用人工或小型回转钻机干钻钻孔，清渣成孔；
2、孔位按正三边形分排均匀布孔，孔距控制在60cm-150cm，若后期需要施工地下连续墙的开挖区域可以不用布孔；
3、及时安装制作好的孔隙水消散线管1，采用橡胶密封带和泥浆辅助把孔隙水消散线管1与表面填筑土体接触的部位密封牢固不透气，并连接好专用变径接头4；
4、通过专用变径接头与地面进排风双支管6连接，再连接到地面进排风双主管7，考虑到检查气密性的需要，可以分区在地面进排风双支管6上设置气阀开关；
5、地面进排风双主管7通过两个气阀开关组8、11分别连接压力空气泵10和真空泵9，具体连接方法是在地面进排风双主管7的地面进风主管、地面排风主管上分别按设计安装具有进气阀和排气阀的气阀开关组8、11，地面进风主管通过进气阀连通压力空气泵10，地面排风主管通过排气阀连通真空泵9；
6、完成管路连接后，需要整体或分区检查气密性，满足气密要求后，启动真空泵9向安装孔隙水消散线管1的填筑土体内施加真空负压，在负压的作用下使位于每根孔隙水消散线管1周围的孔隙水向孔隙水消散线管1内加速集聚；若关闭真空泵9启动压力空气泵10，可以实现外部空气经过孔隙水消散线管1进行循环，带走其中集聚的孔隙水分，加速土体孔隙水的消散；
如图3a和4所示，真空泵9工作时：打开气阀开关组8的排气阀，并关闭气阀开关组11，启动真空泵9向管外抽排空气，与气阀开关组8的排气阀相连通的地面排风主管、地面排风支管内依次形成负压，与地面排风支管相连通的孔隙水消散线管1的排风腔1b、1c内也形成负压，从而使孔隙水消散线管1周围土体内形成负压，使孔隙水向孔隙水消散线管1内加速汇聚。
如图3b和4所示，压力空气泵10工作时：打开气阀开关组8的排气阀，并打开气阀开关组11的进气阀，启动压力空气泵10向管内施加压力空气，其产生的压力空气经由与气阀开关组11的进气阀相连通的地面进风主管、地面进风支管依次进入每根孔隙水消散线管1的进风腔1a，使进风腔1a内气压上升，压力空气从进风腔1a的底部进入排风腔1b、1c后携带孔隙水消散线管1内集聚的孔隙水经地面排风主管、地面排风支管排出管路外。
可以在夜间和白天的大部分时段使用真空泵9施加真空负压功能，仅在白天空气干燥时段使用压力空气泵10施加压力空气循环功能，排出孔隙水消散线管1内水分，真空泵9和压力空气泵10交替作用对土体空隙具有脉冲动能，能保持细颗粒孔隙通畅，加快孔隙水的消散速度。
本发明所提供的装置和方法能使得土坝心墙或尾矿坝等高填筑土体的孔隙水压快速降低，提升填筑土体的稳定安全系数，节省后续施工工序时间；而且所用管线可以重复使用，所用施工机具材料简单，实施成本不高。
尽管上述对本发明做了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种快速降低填筑土体孔隙水压的装置，其特征在于，包括：
间隔安装在填筑土体内的多根孔隙水消散线管，每根所述孔隙水消散线管具有两个排风腔，一个进风腔，且三个腔体的底部相互打通；每个排风腔通过在其管壁上钻设透气透水的花孔与填筑土体相通；
安装在地面上并与每根孔隙水消散线管的进风腔连通的地面进风管路；
安装在地面上并与每根孔隙水消散线管的排风腔连通的地面排风管路；
连接所述地面排风管路的真空泵；
连接所述地面进风管路并与所述真空泵循环交替工作的压力空气泵；
其中，地面进风主管、地面排风主管通过气阀开关组分别连接所述压力空气泵和所述真空泵；
其中，真空泵工作时，与其相连通的地面排风管路和排风腔内依次形成负压，在负压的作用下使位于每根孔隙水消散线管周围的孔隙水向孔隙水消散线管内集聚；压力空气泵工作时，其产生的压力空气经由地面进风管路依次进入每根孔隙水消散线管的进风腔和排风腔后，携带其内集聚的孔隙水经地面排风管路排出。
2.根据权利要求1所述的快速降低填筑土体孔隙水压的装置，其特征在于，多根所述孔隙水消散线管在填筑土体内呈正三角布置。
3.根据权利要求1所述的快速降低填筑土体孔隙水压的装置，其特征在于，每根所述孔隙水消散线管垂直安装在填筑土体内，且每根孔隙水消散线管与表面填筑土体接触的上部缠绕密封带，与表面填筑土体形成密封。
4.根据权利要求1所述的快速降低填筑土体孔隙水压的装置，其特征在于，每根孔隙水消散线管在缠绕密封带的以下部位包裹透水透气的土工布。
5.根据权利要求1所述的快速降低填筑土体孔隙水压的装置，其特征在于，
所述地面进风管路包括：
数根地面进风支管，在安装多根孔隙水消散线管的填筑土体的上方地面上平行设置，且每根地面进风支管与位于同一直线上的若干根孔隙水消散线管的进风腔连通；
地面进风主管，安装在填筑土体以外的地面上，其与所有地面进风支管连通；
所述地面排风管路包括：
数根地面排风支管，在安装多根孔隙水消散线管的填筑土体的上方地面上平行设置，且每根地面排风支管与位于同一直线上的若干根孔隙水消散线管的排风腔连通；
地面排风主管，安装在填筑土体以外的地面上，其与所有地面排风支管
连通。
6.根据权利要求5所述的快速降低填筑土体孔隙水压的装置，其特征在于，
所述地面进风支管、地面排风支管通过专用变径接头分别连通所述孔隙水消散线管的进风腔和排风腔。
7.一种快速降低填筑土体孔隙水压的方法，其特征在于，包括：
在填筑土体内间隔安装多根孔隙水消散线管，使每根孔隙水消散线管具有两个排风腔，一个进风腔，且三个腔体的底部相互打通，且使每个排风腔通过在其管壁上钻设透气透水的花孔与填筑土体相通；
在地面上安装地面进风管路，并使所述地面进风管路与每根孔隙水消散线管的进风腔连通；
在地面上安装地面排风管路，并使所述地面排风管路与每根孔隙水消散线管的排风腔连通；
将所述地面排风管路与真空泵连接；
将所述地面进风管路与压力空气泵连接，并使所述压力空气泵与所述真空泵循环工作；
其中，真空泵工作时，与其相连通的地面排风管路和排风腔内依次形成负压，在负压的作用下使位于每根孔隙水消散线管周围的孔隙水向孔隙水消散线管内集聚；压力空气泵工作时，其产生的压力空气经地面进风管路依次进入每根孔隙水消散线管的进风腔和排风腔后，携带其内集聚的孔隙水经地面排风管路排出。
8.根据权利要求7所述的快速降低填筑土体孔隙水压的方法，其特征在于，使多根所述孔隙水消散线管在填筑土体内呈正三角布置。
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| CN201910109613.1A Active CN110004869B (zh) | 2019-02-11 | 2019-02-11 | 一种快速降低填筑土体孔隙水压的装置和方法 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN110004869B (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1908891A1 (de) * | 1968-02-23 | 1969-09-18 | Stichting Waterbouwkundig Lab | Poren-Wasserdruckmesser |
| US3785158A (en) * | 1970-09-18 | 1974-01-15 | Nat Res Dev | Hydraulic engineering installations |
| CN201068566Y (zh) * | 2007-07-30 | 2008-06-04 | 刘华 | 虹吸管式导流取水装置 |
| CN101560762A (zh) * | 2009-05-13 | 2009-10-21 | 天津城市建设学院 | 真空预压改进技术方法 |
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-
2019
- 2019-02-11 CN CN201910109613.1A patent/CN110004869B/zh active Active
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| 低渗透砂岩渗流特性试验研究;杨琼;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》(第03期);全文 * |
| 真空预压软土地基加固法在东苕溪工程中的应用;李庆;《广西水利水电》(第02期);22-25 * |
| 膨胀力表征非饱和膨胀土强度特性的试验研究;张金存;《铁道科学与工程学报》;第13卷(第09期);1702-1710 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110004869A (zh) | 2019-07-12 |
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