CN110344390B - 一种用于高含水率粉质土的疏干系统的施工方法 - Google Patents

Abstract

一种用于高含水率粉质土的疏干系统的施工方法，属于高速公路填料疏干工程技术领域。所述用于高含水率粉质土的疏干系统，包括过滤排水装置、集水槽和降水场，所述过滤排水装置包括依次连通的真空泵、内侧管圈、外侧集水管圈和若干个滤水管；所述内侧管圈和外侧集水管圈均设置在集水槽的上方，所述内侧管圈与外侧集水管圈通过若干个第一连接管连通，且每个第一连接管均设置有气水控制阀门；所述滤水管设置在所述降水场的底部，降水场内放置待疏干的高含水率粉质土。所述用于高含水率粉质土的疏干系统的施工方法，快速高效、施工工艺简单、施工工程量小、工程造价低、可循环使用。

Description

一种用于高含水率粉质土的疏干系统的施工方法

技术领域

本发明涉及高速公路填料疏干工程技术领域，特别涉及一种用于高含水率粉质土的疏干系统的施工方法。

背景技术

在高速公路建设工程中，要求地基土和回填土应有足够的强度和稳定性，不能产生破坏和较大的变形，否则将会使高速公路路基和路面遭受破坏，从而无法满足使用要求。因此，路基填料的选择尤为重要，含水率过高的粉质土不可作路基填料，现有技术中采用翻晒处理、掺入石灰、在原地安装设备排除土体内水分等疏干处理方法。但是，上述疏干处理方法存在处理时间较长、土体内排水不均匀、以及一些设备只能在原地安装、不可取出、不可重复使用的等技术缺陷和问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种用于高含水率粉质土的疏干系统的施工方法，快速高效、施工工艺简单、施工工程量小、工程造价低、可循环使用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种用于高含水率粉质土的疏干系统，包括过滤排水装置、集水槽和降水场，所述过滤排水装置包括依次连通的真空泵、内侧管圈、外侧集水管圈和若干个滤水管；

所述内侧管圈和外侧集水管圈均设置在集水槽的上方，所述内侧管圈与外侧集水管圈通过若干个第一连接管连通，且每个第一连接管均设置有气水控制阀门；

所述滤水管设置在所述降水场的底部，降水场内放置待疏干的高含水率粉质土。

所述外侧集水管圈与滤水管通过导水管连通，导水管和第一连接管在外侧集水管圈的两侧交替设置。

所述外侧集水管圈和滤水管均分别采用一级滤水管。

所述集水槽和降水场均分别采用混凝土砖建成，所述集水槽包括内圈围墙和外圈围墙。

一种用于高含水率粉质土的疏干系统的施工方法，适用于上述用于高含水率粉质土的疏干系统，包括如下步骤：

S1：通过混凝土砖建成集水槽和降水场；

S2：待集水槽和降水场的围墙稳固了以后，安装过滤排水装置，具体方式如下：

S2.1：将滤水管均匀平铺在降水场的底部；

S2.2：将滤水管与导水管的一端通过导管连接器连通，并使导水管竖向固定平铺在降水场围墙的内表面；

S2.3：导水管的另一端与外侧集水管圈通过管道连接器连通；

S2.4：将外侧集水管圈与内侧管圈通过若干个第一连接管连通，并在每个第一连接管上安装气水控制阀门；

S2.5：将内侧管圈通过若干个第二连接管与真空泵连接；

S2.6：在滤水管的上方依次铺设砂垫层和土工布。

所述步骤S2.1中，铺设滤水管时，相邻两个滤水管的中心间距按照如下方式确定：

待疏干的高含水率粉质土的土体质量m_土为：

m_土＝ρ_土×V_土

式中，ρ_土为待疏干的高含水率粉质土的密度，V_土为土体体积；

待疏干的高含水率粉质土排出水的质量m_水为：

m_水＝m_土×(ω₁-ω₂)

式中，ω₁为排水前含水率，ω₂为排水后含水率；

待疏干的高含水率粉质土排出水的体积V_水为：

V_水＝m_水/ρ_水

式中，ρ_水为水的密度；

利用单井降水公式：

式中，R₁为影响半径，S₁为水位降深，H为含水层高度，K为渗透系数经验值；

其中，

由此，得到滤水管的影响半径R为：

式中，n为滤水管的数量；s_管为每个滤水管的横截面积(㎡)；

根据相邻两个滤水管的中心间距小于等于2R，确定相邻两个滤水管的中心间距。

一种用于高含水率粉质土的疏干方法，采用上述用于高含水率粉质土的疏干系统，包括如下步骤：

步骤一：将高含水率粉质土倒入滤水传输机中，移动滤水传输机使高含水率粉质土均匀的倒入降水场内，用真空膜盖住高含水率粉质土使其密封；

步骤二：所有气水控制阀门处于开启状态，开启真空泵开始真空抽气工作，当外侧集水管圈开始渗水时，依次关闭真空泵和气水控制阀门，当外侧集水管圈停止渗水时，依次打开气水控制阀门和真空泵；再当外侧集水管圈开始渗水时，依次关闭真空泵和气水控制阀门，再当外侧集水管圈停止渗水时，依次打开气水控制阀门和真空泵；循环操作，直到打开气水控制阀门和真空泵，而外侧集水管圈不渗水时停止真空抽气工作，完成高含水率粉质土的降水固结；

步骤三：将真空膜取走，将疏干后的高含水率粉质土运出。

本发明的有益效果：

1)本发明的用于高含水率粉质土的疏干系统区别于原位土体自下而上的降水方法利用真空负压结合重力形成自上而下的排水系统，符合水流自然规律，效果更佳；

2)集水槽和降水场均分别采用混凝土砖建成，集水槽包括内圈围墙和外圈围墙，构建的混凝土砖围墙坚固耐用、防水防潮、与传统重力排水系统相比具有环保、节水、节电等优点，可按实际工程的需求，构筑若干个用于高含水率粉质土的疏干系统；

3)本发明的用于高含水率粉质土的疏干系统及其施工方法工艺简单，与原位降水的系统相比，本发明可以循环重复使用，工程造价显著降低；

4)相邻两个滤水管的中心间距的设置按照单个滤水管计算降水影响范围，同时考虑降水范围衰减适度设置降水影响重叠区，最终确定每两个滤水管之间的排距，即通过相邻两个滤水管的中心间距小于等于2R确定，既不会因间排距过小浪费材料，又不会因间排距过大而影响疏干效果；

5)本发明的高含水率粉质土降水固结完成后，由于滤水管被砂垫层包围盖住，并设置了标高，在挖取土体的时候能够保证滤水管的安全，不被破坏；

6)本发明固结排水时间短，尤其适用于渗透系数经验值为小于5×10^-9m/s的粘土和渗透系数经验值为5×10^-9～5×10^-7m/s的粉质粘土。

本发明的其他特征和优点将在下面的具体实施方式中部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明高含水率粉质土疏干系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中高含水率粉质土疏干系统的结构示意图；

图3是本发明降水场底部的纵向剖面图；

图4是现有技术中滤水传输机的示意图。

说明书附图中的附图标记包括：

1-真空泵，2-导水管，3-内侧管圈，4-集水槽，5-外侧集水管圈，6-滤水管，7-砂垫层，8-土工布，9-降水场，10-气水控制阀门，11-内圈围墙，12-外圈围墙。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“一端”、“另一端”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了解决现有技术存在的问题，如图1至图3所示，本发明提供了一种用于高含水率粉质土的疏干系统的施工方法，快速高效、施工工艺简单、施工工程量小、工程造价低、可循环使用。

如图1所示，一种用于高含水率粉质土的疏干系统，包括过滤排水装置、集水槽4和降水场9，过滤排水装置包括依次连通的真空泵1、内侧管圈3、外侧集水管圈5和若干个滤水管6；内侧管圈3和外侧集水管圈5均设置在集水槽4的上方，内侧管圈3与外侧集水管圈5通过若干个第一连接管连通，且每个第一连接管均设置有气水控制阀门10；滤水管6设置在降水场9的底部，降水场9内放置待疏干的高含水率粉质土。

本发明的用于高含水率粉质土的疏干系统适用于高含水率的粘土、粉质粘土等粒径很小的土体，本系统在使用时可以与如图4所示的现有技术中的滤水传输机配合使用，滤水传输机运输土体的时候可以排出一些可以自由流出的水。滤水管6置于土体底部，过滤排水装置设置在土体外部，利用真空负压进行排水、操作简便、可循环使用，采用立体疏干加固，效率高，并且相对于传统的原地降水装置，周期短。在对各类土体处理时遇到的故障，可及时发现与处理，适应实际工程的需要。外侧集水管圈5和滤水管6均分别采用一级滤水管6，一级滤水管6为渗水塑料波纹管+外套滤水膜套，且为现有技术，真空泵1采用2BV206型水环式真空泵，真空泵1安装在集水槽4内圈围墙11的内部。集水槽4和降水场9均分别采用混凝土砖建成，集水槽4包括内圈围墙11和外圈围墙12。集水槽4包括内圈围墙11和外圈围墙12，构建的混凝土砖围墙坚固耐用、防水防潮、与传统重力排水系统相比具有环保、节水、节电等优点。

如图1和图2所示，外侧集水管圈5与滤水管6通过导水管2连通，导水管2和第一连接管在外侧集水管圈5的两侧交替设置，且每个第一连接管均设置有气水控制阀门10，能够通过开关气水控制阀门10配合真空泵1的工作；气水控制阀门10与内侧管圈3能够保护真空泵1，防止真空泵1损坏；通过气水控制阀门10能够方便、快捷地检测出位于相邻的两个气水控制阀门10之间的滤水管6段是否存在问题，如不能排气、排水，则可对存在故障的滤水管6段予以闭死或将相应的滤水管6取出、更换，重新置入，恢复正常工作，实现对疏干加固系统的有效控制和管理。

一种用于高含水率粉质土的疏干系统的施工方法，适用于上述用于高含水率粉质土的疏干系统，包括如下步骤：

S1：通过混凝土砖建成集水槽4和降水场9；

S2：待集水槽4和降水场9的围墙稳固了以后，安装过滤排水装置，具体方式如下：

S2.1：将滤水管6均匀平铺在降水场9的底部；

步骤S2.1中，铺设滤水管6时，相邻两个滤水管6的中心间距按照如下方式确定：

待疏干的高含水率粉质土的土体质量m_土为：

m_土＝ρ_土×V_土

式中，ρ_土为待疏干的高含水率粉质土的密度，V_土为土体体积；

待疏干的高含水率粉质土排出水的质量m_水为：

m_水＝m_土×(ω₁-ω₂)

式中，ω₁为排水前含水率，ω₂为排水后含水率；

待疏干的高含水率粉质土排出水的体积V_水为：

V_水＝m_水/ρ_水

式中，ρ_水为水的密度；

利用单井降水公式：

式中，R₁为影响半径，S₁为水位降深，H为含水层高度，K为渗透系数经验值；

其中，

由此，得到滤水管6的影响半径R为：

式中，n为滤水管6的数量；s_管为每个滤水管6的横截面积(㎡)；

根据相邻两个滤水管6的中心间距小于等于2R，确定相邻两个滤水管6的中心间距；

本实施例中，H为含水层的高度，即为土体的高；

S2.2：将滤水管6与导水管2的一端通过导管连接器连通，并使导水管2竖向固定平铺在降水场9围墙的内表面；

S2.3：导水管2的另一端与外侧集水管圈5通过管道连接器连通；

S2.4：将外侧集水管圈5与内侧管圈3通过若干个第一连接管连通，并在每个第一连接管上安装气水控制阀门10；

S2.5：将内侧管圈3通过若干个第二连接管与真空泵1连接；

S2.6：在滤水管6的上方依次铺设砂垫层7和土工布8。

一种用于高含水率粉质土的疏干方法，采用上述用于高含水率粉质土的疏干系统，包括如下步骤：

步骤一：将高含水率粉质土倒入滤水传输机中，移动滤水传输机使高含水率粉质土均匀的倒入降水场9内，用真空膜盖住高含水率粉质土使其密封；

步骤二：所有气水控制阀门10处于开启状态，开启真空泵1开始真空抽气工作，当外侧集水管圈5开始渗水时，依次关闭真空泵1和气水控制阀门10，当外侧集水管圈5停止渗水时，依次打开气水控制阀门10和真空泵1；再当外侧集水管圈5开始渗水时，依次关闭真空泵1和气水控制阀门10，再当外侧集水管圈5停止渗水时，依次打开气水控制阀门10和真空泵1；循环操作，直到打开气水控制阀门10和真空泵1，而外侧集水管圈5不渗水时停止真空抽气工作，完成高含水率粉质土的降水固结；

步骤三：将真空膜取走，将疏干后的高含水率粉质土运出。

实施例

以对某高速公路路基填料进行降水固结为例，该项目的路基填料主要以粉质粘土为主，该土体的渗透系数经验值为5×10^-7m/s，由于此地大气降水及人工开采，地下水从西北向东南方向流动，导致此地基中的粉质粘土含水率(ω₁)达到25％及以上，不满足作为路基填料的要求，采用本用于高含水率粉质土的疏干系统的施工方法将含水率降到12％～15％(ω₂)，使粉质粘土满足作为此高速公路路基填料的要求。

如图2所示，构筑用于高含水率粉质土的疏干系统，在该建设高速公路的项目周围规划出一个长22m，宽22m的正方形空地，清除地表的杂物和杂草，在正方形的空地中心先构建集水槽4的正八边形的内圈围墙11，真空泵1放置在内圈围墙11内部，在内圈围墙11的外部，且距内圈围墙11的距离为1m的地方构建一个中心对称八边形的外圈围墙12，内侧围墙和外侧围墙及其中间的空间构成集水槽4，围墙要坚固，防水且耐久，其中，外圈围墙12的墙体长度为4m和4.2m顺序依次交替，高为1.6m；以外圈围墙12的短边(即边长为4m的边)的围墙为降水场9的一个边，沿外圈围墙12的周向构建四个底面为等腰梯形的降水场9，该等腰梯形的短边长度为4m、长边长度为16m、高为6m，降水场9的围墙高为1.6m。四个降水场9最多同时容纳土体体积为：(4m+16m)×6m×1.6m÷2×4＝384m³。

本实施例中，将土体的含水率从25％降到15％，粉质粘土的密度ρ_土为2×10^-3kg/cm³，水的密度ρ_水为1×10^-3kg/cm³，降水场9的底部为等腰梯形，该等腰梯形的面积S为：

S＝(4+16)×6÷2＝60m²

土体体积V_土为：

V_土＝S×H＝60×1.6＝96m³

式中，H为土体的高；

土体质量质量m_土为：

m_土＝V_土×ρ_土＝96×2×10^-3＝192×10^-3kg

排出水的质量m_水为：

m_水＝(25％-15％)×192×10^-3＝192×10^-4kg

排出水的体积V_水为：

单个滤水管6的影响半径：

计算出单个滤水管6的影响半径为1.76m，考虑越远离导水管2排水效果越弱，故两滤水管6影响区域应部分重叠，即通过相邻两个滤水管6之间的距离小于等于2R确定，确定相邻两个滤水管6的中心间距为1m，用以完全吸收土体中的水。

本实施例中，如图2所示，通过混凝土砖建成集水槽4和降水场9，待集水槽4和降水场9的围墙建好并稳固了以后，安装过滤排水装置，安装步骤如下：将滤水管6均匀平铺在四个降水场9的围墙内的地上，使其固定，相邻两个滤水管6的中心间距为1m；将滤水管6与导水管2的一端用导管连接器连接，并且使导水管2竖向固定平铺在对应的外圈围墙12部分的外表面，本实施例中，降水场9的围墙与对应的外圈围墙12边长为4m的围墙部分共用；将导水管2的另一端通过管道连接器与外侧集水管圈5连通，本实施例中，外侧集水管圈5为中心对称的正八边形；将外侧集水管圈5与内侧管圈3通过若干个第一连接管连通，内侧管圈3也为中心对称的正八边形，并在每个第一连接管上安装气水控制阀门10；将内侧管圈3与外圈围墙124m的边(4个)对应的边上均连接两个第二连接管，并将所有第二连接管(共8个)都与真空泵1相连；如图3所示，在滤水管6上铺设砂垫层7，设置标高20mm，将滤水管6覆盖住，之后再在砂垫层7上铺设一层土工布8。

四个降水场9的设置，缩小了土体的体积，使其均的分布到四个梯形降水场9内，可以加快土体疏干降水的速度，四个梯形降水场9之间的过道为了降水之前土体运入降水场9和降水之后挖掘机驶入挖取土体时可以更加方便、均匀、完全，可以采用四个滤水传输机向四个降水场9内运土。根据实际需要，本发明的用于高含水率粉质土的疏干系统可构筑多个同时使用，方便高效。

本实施例中的疏干方法具体为：将某高速公路原路基土体挖取出来的高含水率粉质土运输来并倒入滤水传输机中，滤水传输机在四个降水场9之间运动传送土体，并且在传输过程中可以滤掉一些自行流出的水；移动滤水传输机，使土体均匀的倒入降水场9内；用真空膜盖住土体使其密封；开启2BV206型水环式真空泵1，极限真空度为0.004Mpa，抽气速率为15.6m³/h,额定功率为1.45kw，管道末端初始负压条件下能达到3-4L/s的平均传输流量，将液体流速保持1.5-2.5m/s的平均流速，使管道流通较好，不易堵塞，开始真空抽气工作，具体为：所有气水控制阀门10处于开启状态，开启真空泵1开始真空抽气工作，当外侧集水管圈5开始向集水槽4渗水时，依次关闭真空泵1和气水控制阀门10，当外侧集水管圈5停止向集水槽4渗水时，依次打开气水控制阀门10和真空泵1；再当外侧集水管圈5开始向集水槽4渗水时，依次关闭真空泵1和气水控制阀门10，再当外侧集水管圈5停止向集水槽4渗水时，依次打开气水控制阀门10和真空泵1；循环操作，直到打开气水控制阀门10和真空泵1，而外侧集水管圈5不渗水时停止真空抽气工作，完成高含水率粉质土的降水固结；待降水固结完成后，将真空膜取走取走用小型挖掘机挖取砂垫层7标高以上的土体；剩余的的土体由人工挖取，用皮带传输机运出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于高含水率粉质土的疏干系统的施工方法，其特征在于，

所述用于高含水率粉质土的疏干系统包括过滤排水装置、集水槽和降水场，所述过滤排水装置包括依次连通的真空泵、内侧管圈、外侧集水管圈和若干个滤水管；

所述内侧管圈和外侧集水管圈均设置在集水槽的上方，所述内侧管圈与外侧集水管圈通过若干个第一连接管连通，且每个第一连接管均设置有气水控制阀门；所述外侧集水管圈与滤水管通过导水管连通，导水管和第一连接管在外侧集水管圈的两侧交替设置；所述外侧集水管圈和滤水管均分别采用一级滤水管；

所述滤水管设置在所述降水场的底部，降水场内放置待疏干的高含水率粉质土；所述集水槽和降水场均分别采用混凝土砖建成，所述集水槽包括内圈围墙和外圈围墙；

所述用于高含水率粉质土的疏干系统的施工方法包括如下步骤：

S1：通过混凝土砖建成集水槽和降水场；

S2：待集水槽和降水场的围墙稳固了以后，安装过滤排水装置，具体方式如下：

S2.1：将滤水管均匀平铺在降水场的底部；

所述步骤S2.1中，铺设滤水管时，相邻两个滤水管的中心间距按照如下方式确定：

待疏干的高含水率粉质土的土体质量m_土为：

m_土＝ρ_土×V_土

式中，ρ_土为待疏干的高含水率粉质土的密度，V_土为土体体积；

待疏干的高含水率粉质土排出水的质量m_水为：

m_水＝m_土×(ω₁-ω₂)

式中，ω₁为排水前含水率，ω₂为排水后含水率；

待疏干的高含水率粉质土排出水的体积V_水为：

V_水＝m_水/ρ_水

式中，ρ_水为水的密度；

利用单井降水公式：

式中，R₁为影响半径，S₁为水位降深，H为含水层高度，K为渗透系数经验值；

其中，

由此，得到滤水管的影响半径R为：

式中，n为滤水管的数量；s_管为每个滤水管的横截面积(㎡)；

根据相邻两个滤水管的中心间距小于等于2R，确定相邻两个滤水管的中心间距；

S2.2：将滤水管与导水管的一端通过导管连接器连通，并使导水管竖向固定平铺在降水场围墙的内表面；

S2.3：导水管的另一端与外侧集水管圈通过管道连接器连通；

S2.4：将外侧集水管圈与内侧管圈通过若干个第一连接管连通，并在每个第一连接管上安装气水控制阀门；

S2.5：将内侧管圈通过若干个第二连接管与真空泵连接；

S2.6：在滤水管的上方依次铺设砂垫层和土工布。

2.根据权利要求1所述的用于高含水率粉质土的疏干系统的施工方法，其特征在于，所述用于高含水率粉质土的疏干系统疏干高含水率粉质土包括如下步骤：

步骤一：将高含水率粉质土倒入滤水传输机中，移动滤水传输机使高含水率粉质土均匀的倒入降水场内，用真空膜盖住高含水率粉质土使其密封；

步骤二：所有气水控制阀门处于开启状态，开启真空泵开始真空抽气工作，当外侧集水管圈开始渗水时，依次关闭真空泵和气水控制阀门，当外侧集水管圈停止渗水时，依次打开气水控制阀门和真空泵；再当外侧集水管圈开始渗水时，依次关闭真空泵和气水控制阀门，再当外侧集水管圈停止渗水时，依次打开气水控制阀门和真空泵；循环操作，直到打开气水控制阀门和真空泵，而外侧集水管圈不渗水时停止真空抽气工作，完成高含水率粉质土的降水固结；

步骤三：将真空膜取走，将疏干后的高含水率粉质土运出。

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