CN110195429B - 一种真空预压联合闷晒式太阳能热水器的加热固结系统及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空预压联合闷晒式太阳能热水器的加热固结系统及施工方法，该系统包括若干中空芯板塑料排水板、循环水管、循环泵、真空滤管、真空预压射流泵、小围埝、压膜沟、密封膜和透明薄膜。本发明充分利用太阳能对真空预压密封膜膜上水进行加热，并通过循环泵使热水在中空芯板塑料排水板内循环流动，降低加热成本，促进了加热固结法在软土地基处理领域的应用，能够缩短软土固结时间，并增大地基最终沉降量。
Description
技术领域
本发明属于软土工程地基处理技术领域，具体涉及一种真空预压联合闷晒式太阳能热水器的加热固结系统及施工方法。
背景技术
在软土工程地基处理领域，排水固结法成为一种大面积深厚软土处理的首选工艺。通过在软土内打设塑料排水板缩短排水路径，然后真空预压或者堆载预压相结合，能够在3～4个月内使软土完成固结加固，在天津、黄骅港、连云港等地的围海造陆吹填土加固中得到了广泛应用。
排水固结法的理论主要包括太沙基一维固结理论、比奥固结理论等，预压荷载产生超孔隙水压力，孔隙水在压差作用下通过塑料排水板排出，从而增大土体的有效应力，最终土体的孔隙比减小，地基承载力提高。但塑料排水板插入土体的过程中，会对塑料排水板周围的土体造成扰动，该区域的土体原有结构遭到破坏，渗透系数变小，该区域称为“涂抹区”，其直径约为塑料排水板等效直径的3倍左右。涂抹区的存在阻碍了土体内孔隙水的排出，造成固结速率减小。如何减小涂抹区对孔隙水的排水阻碍作用成为加快土体固结的关键。
近年来对加热条件下土体的特性有了较深入的研究。正常固结土在加热后产生收缩的体积应变且不可逆。土体渗透系数随着温度的升高而显著增大，能够加快土体固结速率。泰国学者Abuel-Naga对曼谷软黏土进行了一系列室内大型固结仪试验和小型现场试验，通过对加热型塑料排水板与普通塑料排水板的固结过程进行对比，验证了加热塑料排水板可以加快软土固结，并能增大最终沉降量。土力学本构模型理论和现场试验都证明加热固结法处理软土是一项非常具有前景的地基处理技术。现有的加热型塑料排水板主要采用两种方式，一种是普通塑料排水板外面缠绕电热丝，另一种采用塑料排水板旁边设置U型管，然后在U型管内循环热水将塑料排水板周围的土体加热。这两种方式都存在能源消耗大且不适合大面积施工应用的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，为促进加热固结法的现场大规模应用，本发明借鉴农业生产中广泛使用的塑料大棚的构造，通过上层采用透明塑料膜、底层采用黑色塑料膜，充分利用太阳能提高膜上水的温度，降低加热热源的成本。通过与真空预压技术相结合，提供一种真空预压联合闷晒式太阳能热水器的加热固结系统及施工方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种真空预压联合闷晒式太阳能热水器的加热固结系统及施工方法，包括若干中空芯板塑料排水板、循环水管、循环泵、真空滤管、真空预压射流泵、小围埝、压膜沟、密封膜和透明薄膜；
所述中空芯板塑料排水板采用插板装置以相对折的方式插入土体内，形成U型，两端开口处位于土体表面并与循环水管相连，中空芯板塑料排水板外露板头及循环水管填埋在中粗砂排水垫层内，并在中粗砂排水垫层中铺设真空滤管；
在加固区周边挖压膜沟，并在压膜沟内侧填筑成环绕加固区的小围埝，所述中粗砂排水垫层表面覆盖密封膜，其四边埋入加固区周边的压膜沟内，在密封膜的上方铺设透明薄膜，使小围埝围成的区域内的密封膜上形成蓄水池；
所述真空滤管由密封膜上引出，与真空预压射流泵相连；真空预压射流泵抽出的水进入蓄水池内；
所述循环水管与蓄水池相连通(循环水管的进水端和出水端分别伸入蓄水池内的膜上覆水水面之下)。
在上述技术方案中，所述中空芯板塑料排水板包括中空圆管芯板和滤膜，所述中空圆管芯板内可循环热水，外表面等间距设置纵向楞骨，滤膜包裹在中空圆管芯板外围。
在上述技术方案中，所述蓄水池内放置若干组支架，该支架用于将透明薄膜支起。
在上述技术方案中，所述支架包括1个柱头、3根支柱杆和3个柱脚，支柱杆一端与柱头相连接，另一端安装柱脚，使整个支架呈正三棱锥形，所述柱头、柱脚呈圆球状，并在支柱杆、柱脚外部包裹土工布，使支架在支撑的同时避免戳破密封膜和透明薄膜。
在上述技术方案中，各所述支架之间的间距为5-10米。
在上述技术方案中，所述小围埝的高度为50-100cm。
在上述技术方案中，所述膜上覆水的深度为30-50cm。
在上述技术方案中，所述膜上覆水的水面与透明薄膜留有一定距离。
在上述技术方案中，所述透明薄膜四周开有通气孔，通过通气孔的启闭调节透明薄膜下的温度和压力。
在上述技术方案中，所述蓄水池内设置电热棒，用于在阳光较弱的条件下，进行辅助加热。
在上述技术方案中，所述透明薄膜四边与密封膜在小围埝处用砂袋压合。
一种真空预压联合闷晒式太阳能热水器的加热固结系统及施工方法，按照下列步骤进行：
步骤一、将地基内打设完成的U型中空芯板塑料排水板的露出砂垫层的部分与循环水管进行连接，循环水管的两端引出加固区外，然后将塑料排水板外露部分和循环水管埋入砂垫层内，
步骤二、在砂垫层内埋设真空滤管，并将砂垫层表面进行整平；
步骤三、在加固区周边挖压膜沟，并将挖出的土体在压膜沟内侧填筑成环绕加固区的小围埝，在加固区内铺设真空预压密封膜，并将密封膜的四边埋入压膜沟内，并用黏土回填密实，防止抽真空过程中漏气；
步骤四、在密封膜上安装真空预压射流泵，并将射流泵与砂垫层内的真空滤管相连。
步骤五、在密封膜上按照一定的方格间距布置支架，支架的支腿要采取包裹土工布措施，防止损坏密封膜；
步骤六、将透明塑料薄膜(聚乙烯或者聚氯乙烯)覆盖到加固区上，并用支架支起，四边用砂袋将透明塑料薄膜压住密封，每边留出一个通气口；
步骤七、在真空预压射流泵开始工作后，汇集抽出的水到密封膜上，利用太阳光对膜上覆水进行加热，夏天能够加热到60℃。
步骤八、循环泵将膜上加热后的水在循环水管及中空芯板的塑料排水板内循环流动，从而提高塑料排水板周围土体的温度。
本发明的优点和有益效果为：
本发明的一种真空预压联合闷晒式太阳能热水器的加热固结系统及施工方法，充分利用太阳能对真空预压密封膜膜上水进行加热，并通过循环泵使热水在中空芯板塑料排水板内循环流动，降低加热成本，促进了加热固结法在软土地基处理领域的应用，能够缩短软土固结时间，并增大地基最终沉降量。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为支架局部结构示意图。
其中：1为循环水管出口，2为密封膜，3为膜上覆水，4为支架，4-1为柱头，4-2为支柱杆，4-3为柱脚，5为透明薄膜，6为循环泵，7为循环水管进口，8为小围埝，9为压膜沟，10为中粗砂排水垫层，11为中空芯板塑料排水板，12为真空滤管，13为真空预压射流泵，14为砂袋。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
如图1和图2所示，一种真空预压联合闷晒式太阳能热水器的加热固结系统及施工方法，包括若干中空芯板塑料排水板11、循环水管、循环泵6、真空滤管12、真空预压射流泵13、小围埝8、压膜沟9、密封膜2和透明薄膜5；
所述中空芯板塑料排水板采用插板装置以相对折的方式插入土体内，形成U型，两端开口处位于土体表面并与循环水管相连，中空芯板塑料排水板外露板头及循环水管填埋在中粗砂排水垫层内，并在中粗砂排水垫层中铺设真空滤管；
在加固区周边挖压膜沟，并在压膜沟内侧填筑成环绕加固区的小围埝，所述中粗砂排水垫层表面覆盖密封膜，其四边埋入加固区周边的压膜沟内，在密封膜的上方铺设透明薄膜，使小围埝围成的区域内的密封膜上形成蓄水池；
所述真空滤管由密封膜上引出，与真空预压射流泵相连；真空预压射流泵抽出的水进入蓄水池内；
所述循环水管与蓄水池相连通(循环水管的出口1和进口7分别伸入蓄水池内的膜上覆水水面之下)。
所述中空芯板塑料排水板包括中空圆管芯板和滤膜，所述中空圆管芯板内可循环热水，外表面等间距设置纵向楞骨，滤膜包裹在中空圆管芯板外围。
所述蓄水池内放置若干组支架4，该支架用于将透明薄膜支起。
所述支架包括1个柱头4-1、3根支柱杆4-2和3个柱脚4-3，支柱杆一端与柱头相连接，另一端安装柱脚，使整个支架呈正三棱锥形，所述柱头、柱脚呈圆球状，并在支柱杆、柱脚外部包裹土工布，使支架在支撑的同时避免戳破密封膜和透明薄膜。
各所述支架之间的间距为5-10米。
所述小围埝的高度为50-100cm。
所述膜上覆水的深度为30-50cm。
所述膜上覆水的水面与透明薄膜留有一定距离。
所述透明薄膜四周开有通气孔，通过通气孔的启闭调节透明薄膜下的温度和压力。
所述蓄水池内设置电热棒，用于在阳光较弱的条件下，进行辅助加热。
所述透明薄膜四边与密封膜在小围埝处用砂袋14压合。
实施例2
一种真空预压联合闷晒式太阳能热水器的加热固结系统及施工方法，按照下列步骤进行：
步骤一、将地基内打设完成的U型中空芯板塑料排水板的露出砂垫层的部分与循环水管进行连接，循环水管的两端引出加固区外，然后将塑料排水板外露部分和循环水管埋入砂垫层内，
步骤二、在砂垫层内埋设真空滤管，并将砂垫层表面进行整平；
步骤三、在加固区周边挖压膜沟，并将挖出的土体在压膜沟内侧填筑成环绕加固区的小围埝，在加固区内铺设真空预压密封膜，并将密封膜的四边埋入压膜沟内，并用黏土回填密实，防止抽真空过程中漏气；
步骤四、在密封膜上安装真空预压射流泵，并将射流泵与砂垫层内的真空滤管相连。
步骤五、在密封膜上按照一定的方格间距布置支架，支架的支腿要采取包裹土工布措施，防止损坏密封膜；
步骤六、将透明塑料薄膜(聚乙烯或者聚氯乙烯)覆盖到加固区上，并用支架支起，四边用砂袋将透明塑料薄膜压住密封，每边留出一个通气口；
步骤七、在真空预压射流泵开始工作后，汇集抽出的水到密封膜上，利用太阳光对膜上覆水进行加热，夏天能够加热到60℃。
步骤八、循环泵将膜上加热后的水在循环水管及中空芯板的塑料排水板内循环流动，从而提高塑料排水板周围土体的温度。
实施例3
实施例1和实施例2中所述中空芯板塑料排水板具有如下结构：
包括中空圆管芯板和滤膜，所述中空圆管芯板用于循环热水，中空圆管芯板外表面等间距设置纵向楞骨，滤膜包裹在中空圆管芯板外。
所述中空圆管芯板采用聚乙烯、聚丙烯或耐热聚乙烯整体挤塑而成，所述内管的内径为28-32mm，管壁壁厚为1.3-1.7mm。
所述中空圆管芯板的环刚度为>6kN/m2。
所述中空圆管芯板的抗弯折性能须在10倍弯曲直径下热煨弯时不弯折。
所述中空圆管芯板的舌型撕裂强度为>20N。
所述纵向楞骨宽度0.8-1.2mm，高度1.8-2.2mm，间距1.8-2.2mm。
所述滤膜采用非织造土工织物。
所述滤膜的单位面积质量为>90g/m2。
所述滤膜的厚度为>0.3mm。
所述滤膜在延伸率为10％时的纵向干态抗拉强度在为>30N/cm。
所述滤膜在水中浸泡24h后、延伸率为15％时的纵向湿态抗拉强度为>25N/cm。
所述滤膜在水中浸泡24h后的渗透系数K20为>5.0*10-3cm/s。
所述滤膜的等效孔径O95为<0.075mm。
所述排水板整体的抗拉强度为>1.6kN。
所述排水板整体的延伸率为>4％。
所述排水板整体在侧压力为350kPa的条件下的纵向通水量为>40cm3/s。
中空芯板塑料排水板的安插过程如下所述：通过插板机械的套管将所述排水板按一定速率插入到指定深度，插入过程中使排水板两端的开口保留在地面之上，后拔出套管将排水板保留在土体内，通过一个端口向排水板注入循环热水，热水温度保持在60摄氏度以上，通过在中空芯板的塑料排水板内循环热水对周边土体进行加热，增大土体的渗透系数，加速土体固结。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种真空预压联合闷晒式太阳能热水器的加热固结系统的施工方法，其特征在于：按照下列步骤进行：
步骤一、将地基内打设完成的U型中空芯板塑料排水板的露出砂垫层的部分与循环水管进行连接，循环水管的两端引出加固区外，然后将塑料排水板外露部分和循环水管埋入砂垫层内；
步骤二、在砂垫层内埋设真空滤管，并将砂垫层表面进行整平；
步骤三、在加固区周边挖压膜沟，并将挖出的土体在压膜沟内侧填筑成环绕加固区的小围埝，在加固区内铺设真空预压密封膜，并将密封膜的四边埋入压膜沟内，并用黏土回填密实，防止抽真空过程中漏气；
步骤四、在密封膜上安装真空预压射流泵，并将射流泵与砂垫层内的真空滤管相连；
步骤五、在密封膜上按照一定的方格间距布置支架，支架的支腿要采取包裹土工布措施，防止损坏密封膜；
步骤六、将透明塑料薄膜覆盖到加固区上，并用支架支起，四边用砂袋将透明塑料薄膜压住密封，每边留出一个通气口；
步骤七、在真空预压射流泵开始工作后，汇集抽出的水到密封膜上，利用太阳光对膜上覆水进行加热，夏天能够加热到60℃；
步骤八、循环泵将膜上加热后的水在循环水管及中空芯板的塑料排水板内循环流动，从而提高塑料排水板周围土体的温度；
所述真空预压联合闷晒式太阳能热水器的加热固结系统包括中空芯板塑料排水板、循环水管、循环泵、真空滤管、真空预压射流泵、小围埝、压膜沟、密封膜和透明薄膜；
所述中空芯板塑料排水板采用插板装置以相对折的方式插入土体内，形成U型，两端开口处位于土体表面并与循环水管相连，中空芯板塑料排水板外露板头及循环水管填埋在中粗砂排水垫层内，并在中粗砂排水垫层中铺设真空滤管；
在加固区周边挖压膜沟，并在压膜沟内侧填筑成环绕加固区的小围埝，所述中粗砂排水垫层表面覆盖密封膜，其四边埋入加固区周边的压膜沟内，在密封膜的上方铺设透明薄膜，使小围埝围成的区域内的密封膜上形成蓄水池；
所述真空滤管由密封膜上引出，与真空预压射流泵相连；真空预压射流泵抽出的水进入蓄水池内；
所述循环水管与蓄水池相连通；
所述中空芯板塑料排水板包括中空圆管芯板和滤膜，所述中空圆管芯板内可循环热水，外表面等间距设置纵向楞骨，滤膜包裹在中空圆管芯板外围。
2.根据权利要求1所述的一种真空预压联合闷晒式太阳能热水器的加热固结系统的施工方法，其特征在于：所述蓄水池内放置若干组支架，该支架用于将透明薄膜支起；所述支架包括1个柱头、3根支柱杆和3个柱脚，支柱杆一端与柱头相连接，另一端安装柱脚，使整个支架呈正三棱锥形，所述柱头、柱脚呈圆球状，并在支柱杆、柱脚外部包裹土工布，使支架在支撑的同时避免戳破密封膜和透明薄膜；各所述支架之间的间距为5-10米。
3.根据权利要求1所述的一种真空预压联合闷晒式太阳能热水器的加热固结系统的施工方法，其特征在于：所述小围埝的高度为50-100cm。
4.根据权利要求1所述的一种真空预压联合闷晒式太阳能热水器的加热固结系统的施工方法，其特征在于：所述膜上覆水的深度为30-50cm。
5.根据权利要求1所述的一种真空预压联合闷晒式太阳能热水器的加热固结系统的施工方法，其特征在于：所述膜上覆水的水面与透明薄膜留有一定距离。
6.根据权利要求1所述的一种真空预压联合闷晒式太阳能热水器的加热固结系统的施工方法，其特征在于：所述透明薄膜四周开有通气孔，通过通气孔的启闭调节透明薄膜下的温度和压力。
7.根据权利要求1所述的一种真空预压联合闷晒式太阳能热水器的加热固结系统的施工方法，其特征在于：所述蓄水池内设置电热棒，用于在阳光较弱的条件下，进行辅助加热。
8.根据权利要求1所述的一种真空预压联合闷晒式太阳能热水器的加热固结系统的施工方法，其特征在于：所述透明薄膜四边与密封膜在小围埝处用砂袋压合。
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- 2019-05-06 CN CN201910371210.4A patent/CN110195429B/zh active Active
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