CN113550341A - 一种深层快速降水动力固结装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深层快速降水动力固结装置，包括水环式真空泵、连接管路、水气分离罐、强夯机、降水管路及深层井式降水装置；加固土体的地面设有若干成孔，深层井式降水装置插设于成孔内，深层井式降水装置顶部通过降水管路与水气分离罐进行连接，水气分离罐与水环式真空泵连接，深层井式降水装置包括圆锥状的塑料堵头、竖向降水管、空心管状的透水体、固定卡扣、软管、转换接头、水平向降水管、抽真空装置和粘土回填密封段；本发明还公开对应深层快速降水动力固结方法，采用水环式真空泵，电缆布置更简单，有利于用电安全，施工面积远大于传统螺杆泵；提高降水井与土体的接触面积，从而实现较大的单井出水量，实现快速降水固结。
Description
技术领域
本专利涉及降水工程领域，具体说是一种深层快速降水动力固结法。
背景技术
在地下工程建设过程中，如何处理好地下水是一大难题。管井降水的主要原理就是通过施工降水井，使地下水在重力作用下向井中汇集，再通过水泵将地下水抽出，从而达到排除地下水的目的。
目前，真空管井降水得到越来越多的应用，降水工程主要原理是通过降低抽水井中的地下水位，使得地层中的水位与抽水井中的水位存在一个水头差。在水头差的作用下，地下水从地层向井中渗流，水头差越大，水的流动越快，地层中的水排出也越快，从而达到排除地下水的目的。这种降水方法不仅保留了管井重力释水的优点，而且可以在交互地层中形成负压，能有效解决粘性土、饱和粉土等弱透水层的疏干难题。
为实现较大的降水深度，需要将降水井的管口埋设至一定的深度；同时，为保证出水量，过滤器需留有一定的长度；在有限的深度内，就产生了管口埋深和过滤器长度的相互制约；管口设置深，过滤器就需要相应缩短；过滤器留长，管口埋设深度就需要减小；同时，降水井外围需回填滤料以降低淤堵，保证出水量。但因轻型井点直径较小，回填滤料施工困难。在部分工程项目中，经常采用挤密成孔或水冲成孔的方法，导致井点与土体接触面积小，出水量小。
另一方面，传统的传统螺杆真空泵用于降水上，存在施工面积小，电缆布置复杂的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明目的在于提供一种电缆布置简单、施工面积大降水速度快，水位下降深，单井出水量大，施工工艺简单，施工过程易控，施工质量可靠的深层快速降水动力固结装置及方法。
本发明采用的技术方案是：一种深层快速降水动力固结装置，包括水环式真空泵、连接管路、水气分离罐、强夯机、降水管路及深层井式降水装置；加固土体的地面设有若干成孔，深层井式降水装置插设于成孔内，深层井式降水装置顶部通过降水管路与水气分离罐进行连接，水气分离罐与水环式真空泵连接，
深层井式降水装置包括圆锥状的塑料堵头、竖向降水管、空心管状的透水体、固定卡扣、软管、转换接头、水平向降水管和粘土回填密封段；
塑料堵头位于透水体的下端，其上端设有凸起部，凸起部插入透水体内部；固定卡扣设置在透水体的上端起到固定透水体的作用；竖向降水管的一部分插入透水体内，另一部分被粘土回填密封段所包裹；竖向降水管的上端与软管相套接，软管的另一端通过转换接头和水平向降水管的一端相连接；水平向降水管的另一端和水气分离罐3的输入端相连；
所述透水体为规则或不规则的三维立体网状结构，其外周包覆有滤布。
进一步的，所述软管为PVC钢丝软管。
进一步的，所述透水体也可采用透水波纹管、滤管代替。
进一步的，所述固定卡扣为上窄下宽的中空环状结构，注塑制作而成，通过插入销钉起到固定透水体的作用。
进一步的，所述竖向降水管为PVC管或钢管，长度和直径可根据需要进行调整，一端插入透水体，另一端与软管相连。
进一步的，所述透水体的三维立体网状结构，为塑料丝相互缠绕构成的塑料芯体，塑料丝之间形成细小空隙，起到对砂石的过滤作用；塑料芯体是在塑料热熔状态下，通过喷嘴挤压出细的塑料丝条，再通过成型装置将挤出的塑料丝在结点上熔接，形成三维立体网状结构。
进一步的，所述转换接头为变径三通或四通，所述水平向降水管也可以通过转换接头和多个深层井式降水装置的软管相连接。
本发明的有益效果和特点是：
(1)本发明的深层快速降水动力固结装置；采用水环式真空泵，相较于传统螺杆真空泵，其通气量以及真空度的传递效率要更高，抽气频率也更高，电缆布置更简单，有利于用电安全，施工面积远大于传统螺杆泵。
(2)本发明的深层快速降水动力固结装置；其深层井式降水装置用了降水管和透水体分别独立设置措施，降水管的管口可埋设在较深的位置，实现更大的降水深度；透水体长度不受降水管管口埋深限制，可以根据需要调整透水体的长度和直径，提高降水井与土体的接触面积，从而实现较大的单井出水量。
(3)本发明的深层快速降水动力固结装置；其深层井式降水装置透水性好，不易淤堵；塑料丝结构的透水体，空隙率大，透水性强，不易淤堵；强度高，能够承受一定的冲击荷载；透水体的结点采用熔接技术，强度高，在外力作用下变形小，能够承受一定的冲击荷载；塑料丝结构的透水体可预制，透水段长度和厚度检测简单，施工工艺简单，克服了常用轻型井点滤料设置不均匀，甚至不设置的不足，成井质量大幅提高。施工质量易控制，施工过程可视可控。
(4)可预先装配，施工过程可视可控，成井质量好。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的整体结构示意图；
图2为图1表层揭开后的结构示意图；
图3为本发明较佳实施例降水强夯的施工示意图(
-第一遍点夯符号，
第二遍点点夯符号，箭头为强夯机后退方向)；
图4为本发明较佳实施例深层井式降水装置的结构示意图。
1—水环式真空泵、2—连接管路、3—水气分离罐、4—强夯机、5—降水管路、6—深层井式降水装置、61-塑料堵头、62-竖向降水管、63-空心管状的透水体、64-固定卡扣、65-软管、66—转换接头、67—水平向降水管、68-粘土回填密封；
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
请参考图1，图2，图4，一种深层快速降水动力固结装置，包括水环式真空泵1、连接管路2、水气分离罐3、强夯机4、降水管路5及深层井式降水装置6；加固土体的地面设有若干成孔，深层井式降水装置6插设于成孔内，深层井式降水装置6顶部通过降水管路5与水气分离罐3进行连接，水气分离罐3与水环式真空泵1连接；
深层井式降水装置6包括圆锥状的塑料堵头61、竖向降水管62、空心管状的透水体63、固定卡扣64、软管65、转换接头66、水平向降水管67及粘土回填密封段68。
塑料堵头61位于透水体63的下端，其上端设有凸起部，凸起部插入透水体63内部；竖向降水管62为PVC管或钢管，长度和直径可根据需要进行调整，一端插入透水体63，另一端与软管65相连。透水体63为规则或不规则的三维立体网状结构，其外周包覆有滤布；也可采用透水波纹管、滤管代替。固定卡扣64设置在透水体63的上端起到固定透水体63的作用；所述固定卡扣64为上窄下宽的中空环状结构，注塑制作而成，通过插入销钉起到固定透水体63的作用。
竖向降水管62的一部分插入透水体63内，另一部分被粘土回填密封段69所包裹；竖向降水管62的上端与采用PVC钢丝软管制作的软管65相套接，软管65的另一端通过转换接头66和水平向降水管67的一端相连接；水平向降水管67的另一端水气分离罐3的输入端相连；
作为优选的方案，所述透水体63为三维立体网状结构，为塑料丝相互缠绕构成的塑料芯体，塑料丝之间形成细小空隙，起到对砂石的过滤作用；塑料芯体是在塑料热熔状态下，通过喷嘴挤压出细的塑料丝条，再通过成型装置将挤出的塑料丝在结点上熔接，形成三维立体网状结构。
作为优选的方案，所述转换接头66为变径三通或四通，所述水平向降水管67也可以通过转换接头66和多个深层井式降水装置6的软管65相连接。
请参考图3，上述深层快速降水动力固结装置的固结方法，包括如下步骤:
步骤1：施工区域清理
施工场地先进行清表，排除施工区域内的表面积水(若有积水)，清除表面杂草以及树根；并进行场地形成粗平；清表后，在施工范围内回填不小于50cm的碎石或砂砾层；
步骤2：开挖深排水沟
深排水沟的位置应结合场地情况，尽可能布置在场地外围，累计挖深达到2.5m—3m；因地下水位较高，表层2米左右主要为回填粘性土，深沟无法一次成型，需经多次、逐步加深，以阻断外部表层地下水和确保大雨天的排水，同时便于真空泵抽出的地下水通过深沟排走；
步骤3：开挖浅排水沟
根据现场情况，浅排水沟的位置应选在真空泵附近，沟底标高要控制好，沟内不能有积水；以便于水环式真空泵1抽出的地下水通过浅沟有序排出；如果浅沟开挖在施工场区内，进行排水前，应在沟底部以及边铺设一层防水材料，以防止渗水；
步骤4：抽真空设备配置，安装深层井式降水装置及降水管路
抽真空设备采用水环式真空泵1并配合若干水气分离罐3；单台水气分离罐内内置潜水泵，当水气分离罐内水位到达一定高度之后自动开启将罐体内的水排出，单台罐控制面积6000m2～8000m2之间；若干台水气分离罐与55kW，水环式真空泵房相连；
先进行深层井式降水装置6装配、采用振动沉管打设井孔、将组装后的低位集成吊装入井孔内，回填粘土密封、连接PVC钢丝软管和水平向降水管、连接水平向降水管和水环式真空泵1、启动水环式真空泵1抽真空、降水；
使用机械设备安装深层井式降水装置，降水井间距根据设计要求为4m×4m、5m×5m、4m×5m；长度为5m至7m，根据不同的地质条件及要求，下部透水芯体长度为3m至1m；横管采用Φ50mmPVC给水管，降水井与横管采用变径三通连接；
深层井式降水装置6连接运行，同时设置水位观测孔，每天早晚各一次观测水位变化，当水位达到地表3米以下，开始第一遍点夯；
步骤5：进行降水强夯施工
5.1第一遍降水
深层井式降水装置6同时设置水位观测孔，每天早晚各一次观测水位变化，在实际施工是可根据现场土质条件进行适当调整，时间为2～3天，降水深度大于3.0米，以保证降水的效果，在地下水位满足夯坑无水的条件下，进行第一遍点夯；
5.2第一遍点夯
强夯采用的夯锤质量以满足夯击能为主，底面积直径2.1-2.5m；夯点间距、夯击能量、每点夯击数，具体根据试夯时的每击贯入量、夯坑深度、周边隆起量确定，相关参数详见下表；
5.3第二遍降水
第一遍点夯结束后，未拔井管继续第二遍降水，时间间隔为3-4天，降水深度大于5.0米；
5.4第二遍点夯
待上一次强夯作用在地层中产生的超孔隙水压力消散80％～90％后，进行第二遍满夯，要求与第一遍点夯相同；
5.5第三遍降水
第二遍点夯结束后，进行第三遍降水，保证夯坑内无积水，撤掉降水系统，推平夯坑，进行最后一遍满夯；
5.6第三遍满夯
待上一次强夯作用在地层中产生的超孔隙水压力消散80％～90％后，进行第三遍满夯，满夯夯印搭接1/4，夯击能量不少于为1000kN·m，每点2击；满夯结束后平整场地，消散期过后交付检测。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的结构关系及原理，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。
Claims (8)
1.一种深层快速降水动力固结装置，其特征在于:包括水环式真空泵(1)、连接管路(2)、水气分离罐(3)、强夯机(4)、降水管路(5)及深层井式降水装置(6)；加固土体的地面设有若干成孔，深层井式降水装置(6)插设于成孔内，深层井式降水装置(6)顶部通过降水管路(5)与水气分离罐(3)进行连接，水气分离罐(3)与水环式真空泵(1)连接，
深层井式降水装置(6)包括圆锥状的塑料堵头(61)、竖向降水管(62)、空心管状的透水体(63)、固定卡扣(64)、软管(65)、转换接头(66)、水平向降水管(67)、粘土回填密封段(68)；
塑料堵头(61)位于透水体(63)的下端，其上端设有凸起部，凸起部插入透水体(63)内部；固定卡扣(64)设置在透水体(63)的上端起到固定透水体(63)的作用；竖向降水管(62)的一部分插入透水体(63)内，另一部分被粘土回填密封段(69)所包裹；竖向降水管(62)的上端与软管(65)相套接，软管(65)的另一端通过转换接头(66)和水平向降水管(67)的一端相连接；水平向降水管(67)的另一端和水气分离罐(3)的输入端相连；
所述透水体(63)为规则或不规则的三维立体网状结构，其外周包覆有滤布。
2.根据权利要求1所述的深层快速降水动力固结装置，其特征在于:所述软管(65)为PVC钢丝软管。
3.根据权利要求1所述的深层快速降水动力固结装置，其特征在于:所述透水体(63)也可采用透水波纹管、滤管代替。
4.根据权利要求1所述的深层快速降水动力固结装置，其特征在于:所述固定卡扣(64)为上窄下宽的中空环状结构，注塑制作而成，通过插入销钉起到固定透水体(63)的作用。
5.根据权利要求1所述的深层快速降水动力固结装置，其特征在于:所述竖向降水管(62)为PVC管或钢管，长度和直径可根据需要进行调整，一端插入透水体(63)，另一端与软管(65)相连。
6.根据权利要求1所述的深层快速降水动力固结装置，其特征在于:所述透水体(63)的三维立体网状结构，为塑料丝相互缠绕构成的塑料芯体，塑料丝之间形成细小空隙，起到对砂石的过滤作用；塑料芯体是在塑料热熔状态下，通过喷嘴挤压出细的塑料丝条，再通过成型装置将挤出的塑料丝在结点上熔接，形成三维立体网状结构。
7.根据权利要求1所述的深层快速降水动力固结装置，其特征在于:所述转换接头(66)为变径三通或四通，所述水平向降水管(67)也可以通过转换接头(66)和多个深层井式降水装置(6)的软管(65)相连接。
8.根据权利要求1所述的深层快速降水动力固结装置的固结方法，其特征在于包括如下步骤:
步骤1：施工区域清理
施工场地先进行清表，排除施工区域内的表面积水，清除表面杂草以及树根；并进行场地形成粗平；清表后，在施工范围内回填不小于50cm的碎石或砂砾层；
步骤2：开挖深排水沟
深排水沟的位置应结合场地情况，尽可能布置在场地外围，累计挖深达到2.5m—3m；因地下水位较高，表层2米左右主要为回填粘性土，深沟无法一次成型，需经多次、逐步加深，以阻断外部表层地下水和确保大雨天的排水，同时便于真空泵抽出的地下水通过深沟排走；
步骤3：开挖浅排水沟
根据现场情况，浅排水沟的位置应选在真空泵附近，沟底标高要控制好，沟内不能有积水；以便于真空泵抽出的地下水通过浅沟有序排出；如果浅沟开挖在施工场区内，进行排水前，应在沟底部以及边铺设一层防水材料，以防止渗水；
步骤4：抽真空设备配置，安装深层井式降水装置及降水管路
抽真空设备采用水环式真空泵(1)并配合若干水气分离罐(3)；单台水气分离罐内内置潜水泵，当水气分离罐内水位到达一定高度之后自动开启将罐体内的水排出；
先进行深层井式降水装置(6)装配、采用振动沉管打设井孔、将组装后的低位集成吊装入井孔内，回填粘土密封、连接PVC钢丝软管和水平向降水管、连接水平向降水管和抽真空装置、启动抽真空装置抽真空、降水；
使用机械设备安装深层井式降水装置，下部透水芯体长度为3m至1m；横管采用Φ50mmPVC给水管，，降水井与横管采用变径三通连接；
深层井式降水装置(6)连接运行，同时设置水位观测孔，每天早晚各一次观测水位变化，当水位达到地表3米以下，开始第一遍点夯；
步骤5：进行降水强夯施工
5.1.第一遍降水
深层井式降水装置(6)同时设置水位观测孔，每天早晚各一次观测水位变化，在实际施工是可根据现场土质条件进行适当调整，时间为2～3天，降水深度大于3.0米，以保证降水的效果，在地下水位满足夯坑无水的条件下，进行第一遍点夯；
5.2.第一遍点夯
强夯采用的夯锤质量以满足夯击能为主，底面积直径2.1-2.5m；夯点间距、夯击能量、每点夯击数，具体根据试夯时的每击贯入量、夯坑深度、周边隆起量确定，相关参数详见下表；
5.3.第二遍降水
第一遍点夯结束后，未拔井管继续第二遍降水，时间间隔为3-4天，降水深度大于5.0米；
5.4.第二遍点夯
待上一次强夯作用在地层中产生的超孔隙水压力消散80％～90％后，进行第二遍满夯，要求与第一遍点夯相同；
5.5.第三遍降水
第二遍点夯结束后，进行第三遍降水，保证夯坑内无积水，撤掉降水系统，推平夯坑，进行最后一遍满夯；
5.6.第三遍满夯
待上一次强夯作用在地层中产生的超孔隙水压力消散80％～90％后，进行第三遍满夯，满夯夯印搭接1/4，夯击能量不少于为1000kN·m，每点2击；满夯结束后平整场地，消散期过后交付检测。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118007619A (zh) * | 2024-04-07 | 2024-05-10 | 中国建筑东北设计研究院有限公司 | 针对深厚软土地基的强夯联合光纤导入深层晾晒加固法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101260665A (zh) * | 2008-04-15 | 2008-09-10 | 叶凝雯 | 砂袋井点复合轻型井点深层速排动力固结法 |
| CN112523240A (zh) * | 2020-12-19 | 2021-03-19 | 姜志全 | 一种装配式降水井装置及其降水方法 |
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