CN111827248A - 孔内气囊膨胀加压和真空-电渗复合疏干降水系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种孔内气囊膨胀加压和真空‑电渗复合疏干降水系统及方法，该系统包括抽真空机构、直流供电机构、空气压缩机构、多个真空疏干井及分布于每个真空疏干井周围的多个横向加压孔；降水方法包括：(1)真空管井降水，使大部分自由水在真空吸力作用下排出，节省电渗降水时间；(2)真空电渗降水，使部分孔隙水在真空吸力、电渗力作用下被排出，土体含水量进一步降低；(3)真空横向加压降水，利用加压气囊膨胀挤压周围土体使孔隙比迅速减小，增加疏干降水速度和加固土体。与现有技术相比，本发明利用真空吸水、气囊加压、电渗作用，降低在高含水率、低渗透性土层中基坑开挖涌水、土体移动破坏桩基的风险，实现淤泥质土的快速疏干降水。

Description

孔内气囊膨胀加压和真空-电渗复合疏干降水系统和方法

技术领域

本发明属于地质工程、岩土工程、基坑工程技术领域，，尤其是涉及一种孔内气囊膨胀加压和真空-电渗复合疏干降水系统和方法。

背景技术

在地下水位较高的施工环境中，常采用井点降水疏干地基土中的水分、促使土体固结，提高地基强度，提供比较干的施工条件。但淤泥质粉状黏土及粉状黏土层含水率高、渗透性差，采用常规方法疏干降水困难，可能导致土方含水量高、变形大，基坑开挖时可能出现涌水风险，导致土体移动破坏桩基等问题，需采取适当的降水手段以提高疏干降水效率。

电渗法作为一种软土加固的方法很早以前就得到了成功的应用，真空电渗降水方法也被证实能有效用于高含水率、低渗透性土的排水，并且有人提出将真空电渗降水联合低能量强夯或真空预压方法以加固土体，在工程实践中得到成功应用。

但是，在高含水率、低渗透性土层中，真空管井降水出水效率不高并易出现断流，真空电渗降水虽出水效率较高但花费成本也高。

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缺陷而提供一种孔内气囊膨胀加压和真空-电渗复合疏干降水系统和方法。本发明将真空管井降水和电渗降水联合使用，并使用廉价的气囊适时进行横向加压，达到相同降水效果的情况下，可适当减少真空管井降水和电渗降水的时间及布置数量，从而节约成本。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明第一方面提供一种孔内气囊膨胀加压和真空-电渗复合疏干降水系统，包括抽真空机构、直流供电机构、空气压缩机构、多个真空疏干井以及分布于每个真空疏干井周围的多个横向加压孔；

所述的真空疏干井的井管通过阴极连接电线与直流供电机构的阴极连接，井管内设有抽水机构以及与抽真空机构连接的真空抽气管；

所述的横向加压孔内放置有阳极金属柱和柔性气囊，且柔性气囊和阳极金属柱的外侧填充有填孔泥浆，所述的阳极金属柱通过阳极连接电线与直流供电机构的阳极连接，所述的柔性气囊上设有气囊充气口，并通过该气囊充气口与空气压缩机构连接。

作为优选的技术方案，所述的真空疏干井和横向加压孔按梅花形交错布置，每个真空疏干井周围布置有四个横向加压孔。

作为优选的技术方案，所述的真空疏干井的井管包括一上一下布置在井孔内侧的钢管实管和钢管滤管，所述的钢管滤管外侧包裹有滤网，并在钢管滤管与井孔之间填充有中粗砂滤料以形成过滤层，所述的钢管实管与井孔之间填充有粘性土；真空疏干井的顶部密封。

作为优选的技术方案，所述的阳极金属柱为钢管或钢筋(进一步优选采用直径50-75mm钢管或直径20-25mm钢筋)，且阳极金属柱相对于柔性气囊位于靠近真空疏干井的一侧。

作为优选的技术方案，阳极金属柱外露0.2-0.4m，入土深度比真空疏干井的井管深0.5m。电极上端涂一层沥青，阴、阳极分别用电线连接成通路，并分别接到直流供电机构的相应电极上。

作为优选的技术方案，所述的柔性气囊上还设有气囊注水口，用于注水避免上浮。一般情况下，注入少量水即可。

作为优选的技术方案：

所述的抽真空机构为真空泵；

所述的直流供电机构为直流发电机；

所述的空气压缩机构为空压机；

所述的抽水机构包括伸入真空疏干井的井管内的排水管和设置于排水管底端的潜水泵。

本发明第二方面提供一种孔内气囊膨胀加压和真空-电渗复合疏干降水方法，采用所述的系统，该方法包括先后进行的真空管井降水和真空间歇电渗降水，所述的真空间歇电渗降水采用持续进行的真空管井降水和间歇进行的电渗降水，在电渗降水的间隙进行真空横向加压降水，所述的真空横向加压降水是指真空管井降水的同时进行横向加压；

所述的真空管井降水利用真空疏干井进行，用于使大部分自由水在真空吸力的作用下排出，以节省电渗降水时间；

所述的真空间歇电渗降水通过利用真空疏干井进行真空管井降水，并利用直流供电机构、阳极金属柱和井管间歇进行电渗降水，用于使部分孔隙水在真空吸力和电渗力作用下被排出，土体含水量进一步降低；

所述的真空横向加压降水通过利用真空疏干井进行真空管井降水，并利用柔性气囊和空气压缩机构进行横向加压，用于通过膨胀柔性气囊挤压周围土体使孔隙比迅速减小，以加固土体，并产生超孔压，增大和真空管井降水产生的负孔压的孔压梯度，增加疏干降水速度。

作为优选的技术方案，电渗降水时，工作电压不大于60V，土体通电时的电流密度为0.5-1.0A/m²，通过间歇通电实现电渗降水的间歇进行，间歇通电时：每通电24h，停电2-3h，如此循环。进一步优选地，可通过使用智能网络仪表采集设备用电信息并通过后台软件判断其运行情况是否良好来保障用电安全。

作为优选的技术方案，降水结束后，(优选采用起重机)拔出管井、阳极金属柱和柔性气囊，以重复使用；所留空洞，下部用砂，上部1～2m用黏土填实。

与现有技术相比，本发明利用真空吸水、气囊加压、电渗作用，实现淤泥质土的快速疏干降水，使地下水位降至施工要求以下，能够为工程地质、岩土工程、基坑工程领域提供一种新的降水方法思路。

附图说明

图1为本发明疏干降水系统示意图；

图2为本发明中真空疏干井和横向加压孔平面布置示意图。

图中，I为真空疏干井，II为横向加压孔，1为钢管实管，2为钢管滤管，3为滤网，4为中粗砂滤料，5为粘性土，6为潜水泵，7为真空抽气管，8为抽真空机构，9为柔性气囊，10为阳极金属柱，11为填孔泥浆，12为气囊充气口，13为气囊注水口，14为阴极连接电线，15为阳极连接电线，16为直流供电机构，17为空气压缩机构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种孔内气囊膨胀加压和真空-电渗复合疏干降水系统，如图1～2所示，包括抽真空机构8(优选为真空泵)、直流供电机构16(优选为直流发电机)、空气压缩机构17(优选为空压机)、多个真空疏干井I以及分布于每个真空疏干井I周围的多个横向加压孔II；

真空疏干井I的井管通过阴极连接电线14与直流供电机构16的阴极连接，井管内设有抽水机构以及与抽真空机构8连接的真空抽气管7；

横向加压孔II内放置有阳极金属柱10和柔性气囊9，且柔性气囊9和阳极金属柱10的外侧填充有填孔泥浆11，阳极金属柱10通过阳极连接电线15与直流供电机构16的阳极连接，柔性气囊9上设有气囊充气口12，并通过该气囊充气口12与空气压缩机构17连接(以实现在横向加压阶段使气囊膨胀挤压土体)。

本实施例中，优选真空疏干井I和横向加压孔II按梅花形交错布置，每个真空疏干井I周围布置有四个横向加压孔II。进一步优选真空疏干井I与其周围的横向加压孔II之间的距离d为3m(间距需综合考虑电极间电流强度、管井间距、降水需求，通过试验确定，此处给出参考初值)。

本实施例中优选真空疏干井I的井管包括一上一下布置在井孔内侧的钢管实管1和钢管滤管2，钢管滤管2外侧包裹有滤网3，并在钢管滤管2与井孔之间填充有中粗砂滤料4以形成过滤层，钢管实管1与井孔之间填充有粘性土5；真空疏干井I的顶部密封。抽水机构包括伸入真空疏干井I的井管内的排水管和设置于排水管底端的潜水泵6。

本实施例中，优选阳极金属柱10为钢管或钢筋(进一步优选采用直径50-75mm钢管或直径20-25mm钢筋)，且阳极金属柱10相对于柔性气囊9位于靠近真空疏干井I的一侧。进一步优选阳极金属柱外露0.2-0.4m，入土深度比真空疏干井的井管深0.5m。电极上端涂一层沥青，阴、阳极分别用电线连接成通路，并分别接到直流供电机构的相应电极上。可根据工程降水需要确定是否在每个加压孔内皆放入阳极钢管(钢筋)。优选柔性气囊9上还设有气囊注水口13，用于注水避免上浮。一般情况下，注入少量水即可，充水后需将其关闭。实际中，可在垂直放入柔性气囊9和阳极金属柱10后，利用下一钻孔排出泥浆倒灌填孔，使柔性气囊9和阳极金属柱10与土接触良好。

实施例2

一种孔内气囊膨胀加压和真空-电渗复合疏干降水方法，采用实施例1的的系统，该方法包括先后进行的真空管井降水和真空间歇电渗降水，真空间歇电渗降水采用持续进行的真空管井降水和间歇进行的电渗降水，在电渗降水的间隙进行真空横向加压降水，真空横向加压降水是指真空管井降水的同时进行横向加压；

真空井点降水利用真空疏干井I进行，用于使大部分自由水在真空吸力的作用下排出，以节省电渗降水时间；

真空间歇电渗降水通过利用真空疏干井I进行真空管井降水，并利用直流供电机构16、阳极金属柱10和井管间歇进行电渗降水，用于使部分孔隙水在真空吸力和电渗力作用下被排出，土体含水量进一步降低；

由于电渗降水几乎不改变土体孔隙比，因此采用真空横向加压降水，通过利用真空疏干井I进行真空管井降水，并利用柔性气囊9和空气压缩机构17进行横向加压，用于通过膨胀柔性气囊9挤压周围土体使孔隙比迅速减小，以加固土体，并产生超孔压，增大和真空管井降水产生的负孔压的孔压梯度，增加疏干降水速度。

本实施例中，优选电渗降水时，工作电压不大于60V，土体通电时的电流密度为0.5-1.0A/m²，通过间歇通电实现电渗降水的间歇进行，间歇通电时：每通电24h，停电2-3h，如此循环。可通过使用智能网络仪表采集设备用电信息并通过后台软件判断其运行情况是否良好来保障用电安全

本实施例中优选降水结束后，(优选采用起重机)拔出管井、阳极金属柱10和柔性气囊9，以重复使用；所留空洞，下部用砂，上部1～2m用黏土填实。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种孔内气囊膨胀加压和真空-电渗复合疏干降水系统，其特征在于，包括抽真空机构(8)、直流供电机构(16)、空气压缩机构(17)、多个真空疏干井(I)以及分布于每个真空疏干井(I)周围的多个横向加压孔(II)；

所述的真空疏干井(I)的井管通过阴极连接电线(14)与直流供电机构(16)的阴极连接，井管内设有抽水机构以及与抽真空机构(8)连接的真空抽气管(7)；

所述的横向加压孔(II)内放置有阳极金属柱(10)和柔性气囊(9)，且柔性气囊(9)和阳极金属柱(10)的外侧填充有填孔泥浆(11)，所述的阳极金属柱(10)通过阳极连接电线(15)与直流供电机构(16)的阳极连接，所述的柔性气囊(9)上设有气囊充气口(12)，并通过该气囊充气口(12)与空气压缩机构(17)连接。

2.根据权利要求1所述的孔内气囊膨胀加压和真空-电渗复合疏干降水系统，其特征在于，所述的真空疏干井(I)和横向加压孔(II)按梅花形交错布置，每个真空疏干井(I)周围布置有四个横向加压孔(II)。

3.根据权利要求1所述的孔内气囊膨胀加压和真空-电渗复合疏干降水系统，其特征在于，所述的真空疏干井(I)的井管包括一上一下布置在井孔内侧的钢管实管(1)和钢管滤管(2)，所述的钢管滤管(2)外侧包裹有滤网(3)，并在钢管滤管(2)与井孔之间填充有中粗砂滤料(4)以形成过滤层，所述的钢管实管(1)与井孔之间填充有粘性土(5)；真空疏干井(I)的顶部密封。

4.根据权利要求1所述的孔内气囊膨胀加压和真空-电渗复合疏干降水系统，其特征在于，所述的阳极金属柱(10)为钢管或钢筋，且阳极金属柱(10)相对于柔性气囊(9)位于靠近真空疏干井(I)的一侧。

5.根据权利要求1所述的孔内气囊膨胀加压和真空-电渗复合疏干降水系统，其特征在于，所述的柔性气囊(9)上还设有气囊注水口(13)，用于注水避免上浮。

6.根据权利要求1所述的孔内气囊膨胀加压和真空-电渗复合疏干降水系统，其特征在于：

所述的抽真空机构(8)为真空泵；

所述的直流供电机构(16)为直流发电机；

所述的空气压缩机构(17)为空压机；

所述的抽水机构包括伸入真空疏干井(I)的井管内的排水管和设置于排水管底端的潜水泵(6)。

7.一种孔内气囊膨胀加压和真空-电渗复合疏干降水方法，其特征在于，采用权利要求1～6任一所述的系统，该方法包括先后进行的真空管井降水和真空间歇电渗降水，所述的真空间歇电渗降水采用持续进行的真空管井降水和间歇进行的电渗降水，在电渗降水的间隙进行真空横向加压降水，所述的真空横向加压降水是指真空管井降水的同时进行横向加压；

所述的真空管井降水利用真空疏干井(I)进行，用于使大部分自由水在真空吸力的作用下排出，以节省电渗降水时间；

所述的真空间歇电渗降水通过利用真空疏干井(I)进行真空管井降水，并利用直流供电机构(16)、阳极金属柱(10)和井管间歇进行电渗降水，用于使部分孔隙水在真空吸力和电渗力作用下被排出，土体含水量进一步降低；

所述的真空横向加压降水通过利用真空疏干井(I)进行真空管井降水，并利用柔性气囊(9)和空气压缩机构(17)进行横向加压，用于通过膨胀柔性气囊(9)挤压周围土体使孔隙比迅速减小，以加固土体，并产生超孔压，增大和真空管井降水产生的负孔压的孔压梯度，增加疏干降水速度。

8.如权利要求7所述的孔内气囊膨胀加压和真空-电渗复合疏干降水方法，其特征在于，电渗降水时，工作电压不大于60V，土体通电时的电流密度为0.5-1.0A/m²，通过间歇通电实现电渗降水的间歇进行，间歇通电时：每通电24h，停电2-3h。

9.如权利要求6所述的孔内气囊膨胀加压和真空-电渗复合疏干降水方法，其特征在于，降水结束后，拔出管井、阳极金属柱(10)和柔性气囊(9)，以重复使用；所留空洞，下部用砂，上部1～2m用黏土填实。

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