CN114319306A - 一种仿生排水加固软土地基的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于软土地基处理技术领域,公开了一种仿生排水加固软土地基的方法,利用排水竖井装置进行软土地基排水加固,排水竖井装置包括储液罐、排水直筒、透析膜、支撑网;先按照排水竖井装置的设计布置打设竖井,在竖井中安装排水竖井装置后回填软土至地基表面;然后通过排水直筒向储液罐中灌入高浓度的渗吸液,软土地基中的水分子将会通过透析膜进入储液罐;待排水直筒中液面稳定不变后,抽取溶液并加入溶质使储液罐中渗吸液保持高浓度;重复上述操作至排水直筒中液面始终无变化,说明软土地基排水加固完成。本发明能够在保持经济、快速、节能、安全的同时,实现不同地区、不同周围环境下软土地基的有效加固。
Description
技术领域
本发明属于软土地基处理技术领域,具体的说,是涉及一种仿生排水加固软土地基的方法。
背景技术
随着我国经济和城市建设的不断发展,一些沿海城市的土地需求不断扩大,现有陆地资源已经不能满足城市继续发展的需求,吹填法填海造陆工程已成为我国乃至世界沿海城市主要的土地开发手段。工程上通常选用近海底吹填淤泥沉积而成的吹填土作为建筑物地基,但由于其含水量高、压缩性高、孔隙比大、强度和承载力低、呈流动状等特点,吹填土在自然条件下固结非常慢,必须对其进行加固处理,才能满足后续工程建设的要求。
目前国内外常用的吹填土地基加固方法主要是预压排水固结法,主要包括:真空预压法、堆载预压法、堆载-真空联合预压法等。其中,堆载预压法施工简单、成本低廉、加固效果显著,但是由于软土地基的抗剪强度较低,该方法的填涂速率不能过快,施工效率较低,社会经济效益受到很大的影响,且堆载施工的过程会对周围环境造成影响。相比之下,真空预压法施工方便,对环境影响小,作业效率高,具有很大的经济和社会效益,但该方法能施加的最大荷载只有95kPa左右,有效加固深度较小,有时甚至需要对局部区域地基进行二次加固处理,且处理含水率极高、透水性极差的疏浚泥时效果欠佳。真空-堆载联合法将真空预压和堆载预压结合起来,可产生130kPa的等效荷载,加固效果更好,但是加固所需的时间较长。
因此,探索研发一种经济、快速、节能、安全、地区适用性更强的软土地基加固方法是目前市场发展的迫切需求。
发明内容
本发明着力于解决软土地基加固的相关技术问题,提供了一种仿生排水加固软土地基的方法,该方法能够在保持经济、快速、节能、安全的同时,实现不同地区、不同周围环境下软土地基的有效加固。
为了解决上述技术问题,本发明通过以下的技术方案予以实现:
本发明提供了一种仿生排水加固软土地基的方法,按照如下步骤进行:
(1)准备排水竖井装置,所述排水竖井装置包括储液罐、排水直筒、透析膜、支撑网;
所述储液罐包括主体结构和设置于所述主体结构顶部的连接段,所述主体结构均匀分布有孔隙;所述排水直筒与所述连接段密封连接,使所述储液罐内腔与所述排水直筒内腔相连通;所述储液罐外部包裹所述透析膜,所述透析膜外部由所述支撑网进行支撑;
(2)按照所述排水竖井装置的设计布置打设竖井,在所述竖井中安装排水竖井装置后,向所述竖井中回填软土至地基表面;
(3)通过所述排水直筒的顶部开口向所述储液罐中灌入高浓度的渗吸液,所述渗吸液用于使所述透析膜两侧形成渗透压差,实现软土地基中的水分子通过所述透析膜和所述储液罐的孔隙进入所述储液罐内腔;
(4)所述排水直筒中液面稳定不变后,抽取所述排水竖井装置中的溶液至液面不高于软土地基水平面,再向所述排水竖井装置加入所述渗吸液的溶质使所述储液罐中渗吸液保持高浓度;
(5)重复步骤(4)若干次至所述排水直筒中液面始终无变化,说明软土地基排水加固完成。
进一步地,所述排水直筒的横截面积为所述储液罐的主体结构横截面积的1/12~1/9,所述排水直筒的高度为所述储液罐的主体结构高度的4~6倍。
进一步地,所述储液罐的主体结构的容量为2000L~16000L。
进一步地,所述透析膜的截留分子量为100~500,脱盐率高于95%。
进一步地,步骤(2)中,所述储液罐的主体结构顶面低于软土地基水平面,所述排水直筒的顶面高于软土地基水平面。
进一步地,步骤(2)中,相邻所述排水竖井装置的中心距为4~6m。
进一步地,步骤(2)中,所述排水竖井装置在水平方向上均匀分布。
进一步地,步骤(2)中,多个所述排水竖井装置按照深浅交错或者梯度递进的方式布置。
进一步地,步骤(3)中,所述渗吸液灌满所述储液罐的主体结构。
进一步地,步骤(4)中,加入的渗吸液溶质质量不低于抽出溶液的体积(L)×0.8×渗吸液溶质相对分子质量计算所得(g)。
本发明的有益效果是:
(一)本发明利用正渗透技术实现软土地基的排水固结,正渗透是一种自然渗透,将透析膜两侧溶液的渗透压差作为驱动力,使软土地基中的水能够自发地通过透析膜进入排水竖井装置中,因此属于低能耗、低污染的节能方法。
(二)本发明中软土地基排水固结是由透析膜两侧溶液浓度差所驱动的,这种浓度差驱动水分子从软土地基通过透析膜进入排水竖井装置,同时由于透析膜的特性,排水竖井装置中的渗吸液溶质无法穿过透析膜进入软土地基中,保证了周围环境的土质安全,同时渗吸液经过简单处理之后也可回收反复使用,减少了废弃物排放,具有较强的环保性和经济性。
(三)本发明中排水竖井装置与渗吸液溶质具有一定的通用性,因此在不同工程中无需现场设计与制备,现场施工过程仅有打设竖井和安装排水竖井装置两项大作业,降低施工难度和风险,便于快速施工,大大降低时间成本。
(四)本发明将透析膜两侧溶液的渗透压差作为驱动力,而渗透压差可以远远高于真空预压法能施加的95kPa的最大荷载,同时可以通过向渗吸液中添加溶质等方法增大驱动力,加速软土地基的固结,因此操作便捷,在保证施工方便性的前提下,大大提高了工程的稳定性和安全性,同时可以有效缩短软土地基排水固结的时间。
(五)本发明利用自然渗透实现软土地基的排水固结,在不同的地质和环境条件下可以选用不同种类的透析膜和渗吸液溶质,具有较强的环境适应性。
附图说明
图1为实施例所提供的仿生排水加固软土地基的方法中排水竖井装置的结构示意图;
图2为实施例所提供的仿生排水加固软土地基的方法中排水竖井装置的平面布置示意图;
图3为实施例所提供的仿生排水加固软土地基的方法中排水竖井装置的竖向布置示意图。
上述图中:1,排水直筒;2,储液罐;3,透析膜;4,支撑网。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果,以下将结合实施例与附图来详细说明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
本实施例提供了一种仿生排水加固软土地基的方法,该方法根据工程中软土地基的实际情况利用排水竖井装置进行施工,包括如下步骤:
(1)准备排水竖井装置,可以根据工程中软土地基的实际情况设计制作排水竖井装置,也可以利用已有排水竖井装置。如图1所示,排水竖井装置包括排水直筒1、储液罐2、透析膜3、支撑网4。
排水直筒1为竖直长筒状结构,其横截面形状不做限制,顶面和底面均为开口。排水直筒1最好由透明材料制成,考虑其应具有抗弯性能,故具有强度,且强度应随着高度及横截面的增加而增加;其材料可以选用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、苯乙烯-丙烯晴共聚物(SAN)、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(MS)等。
储液罐2包括主体结构和设置于主体结构顶部的连接段,主体结构与连接段相连通,连接段通常设置于主体结构顶部中心并且与主体结构一体成型。
储液罐2的主体结构为用于贮存渗吸液的容置体,且容置体壁面均匀分布有用于过水的孔隙。储液罐2的主体结构形状不做严格限制,其材料需具有支撑作用且耐腐蚀。例如,储液罐2的主体结构可以是仅与连接段连接处开口的圆筒结构,圆筒结构上均匀分布有透水孔;也可以是由钢筋编织而成的钢筋笼,通过钢筋笼的孔隙透水。储液罐2的主体结构高度和截面可根据实际工程的情况确定,地基中含水量越高,则储液罐2的主体结构高度越高、横截面积越大,同时也需综合考虑软弱土层的深度。通常,储液罐2的主体结构横截面积在1m2~4m2范围内选择,高度在2m~4m范围内选择,其能够存储渗吸液的容量为2000L~16000L。
储液罐2的连接段用于与排水直筒1插装连接,其内径稍大于排水直筒1的外径;连接段高度优选为排水直筒1高度的1/8~1/10。排水直筒1与储液罐2的连接段插装连接后,两者连接处通过密封防水胶固定形成密封连接,使排水直筒1内腔与储液罐2的主体结构内腔相连通。
作为一种可选的实施方式,排水直筒1的横截面积为储液罐2的主体结构横截面积的1/12~1/9、排水直筒2的高度为储液罐2的主体结构高度的4~6倍。
透析膜3包裹在储液罐2的主体结构外部,并将储液罐2的主体结构全部覆盖,透析膜3应保证完整性,可以通过绑扎带、防水胶等进行封口以达到固定的目的。透析膜3选用各种分离膜,包括但不仅限于正渗透膜、反渗透膜、微滤膜、超滤膜,其截留分子量为100~500,仅允许水分子和分子量较小的物质通过,脱盐率高于95%。储液罐2的主体结构容置渗吸液后,透析膜3能够在渗透压差的作用下使软土地基中的水单向渗透至储液罐2的主体结构内。
支撑网4覆盖在透析膜3外部,起到对透析膜3固定支撑的作用。支撑网4的材料和网格目数,只要能够起到防腐蚀和有效支撑的作用即可。支撑网4可以通过绑扎带封口等方式达到固定的目的。
(2)根据场地大小按照排水竖井装置的设计布置打设竖井,并在竖井中安装排水竖井装置。在不同的工程地质情况下,需选用不同规格的排水竖井装置以及采取不同布置形式安装排水竖井装置。
具体地,首先在软土地基上铺设垫层,以确保打桩机的进场;然后利用打桩机打设竖井,竖井根据场地大小按照排水竖井装置的设计布置;再在各个竖井中放置排水竖井装置;最后,向各个竖井中回填软土至地基表面防止排水竖井装置倾斜。
作为一种优选地实施方式,水平方向上排水竖井装置均匀分布。各排水竖井装置之间间距并不严格限制,但考虑相邻排水竖井装置之间的有效吸水范围,建议相邻排水竖井装置的中心距为4~6m为最佳配置。并且,排水竖井装置通常在水平方向上阵列布置,可以是成排阵列,也可以是环形阵列,或者按照其他规律的阵列布置。
打桩机打设竖井的横截面积应略大于储液罐2的横截面积,一般可以为储液罐1横截面积的1.1倍~1.2倍,使排水竖井装置刚好插入,方便安装。
打桩机打设竖井的深度应使竖直方向上排水竖井装置中储液罐2主体结构的顶面低于软土地基水平面,并且排水直筒1的顶面高于软土地基水平面。一般来讲,打桩机打设竖井的深度范围一般在2.5m~20m,而排水直筒1的顶面相对于软土地基水平面的高度差不小于2m。
为保证排水效率的同时节省材料,排水竖井装置的竖向布置按照不同深度长短搭配的形式为佳,即多个排水竖井装置按照深浅交错的方式布置;例如一个较深安装的排水竖井装置周围相邻的排水竖井装置均为较浅设置的排水竖井装置,一个较浅安装的排水竖井装置周围相邻的排水竖井装置均为较深设置的排水竖井装置。还可以采用多个排水竖井装置的深度按照梯度递进设置,即多个排水竖井装置的安装深度逐渐变大或者逐渐变小,相邻梯度差设置为1m~3m。上述措施均能够保证不同深度同步排水,加大排水效率。
(3)通过排水直筒1的顶部开口,向每个排水竖井装置中灌入高浓度渗吸液至储液罐2主体结构与排水直筒1交界面处,再向排水竖井装置的高浓度渗吸液中放入液位计,用于随时记录排水直筒1中的液面变化。
其中,渗吸液溶质为大分子高溶解度物质,例如蔗糖,具体溶质的选用视地基环境情况而定。渗吸液的浓度不低于0.8mol/L,亦可配置过饱和溶液作为渗吸液,以确保渗吸液具有较高的渗透压。
(4)向储液罐2中灌入的高浓度渗吸液后,排水竖井装置即可吸取软土地基中的水分,直至排水直筒1中液面长时间稳定不变后,说明透析膜3两侧压力相当,水分子不再通过透析膜3进入排水竖井装置,此时需要抽取排水竖井装置中的溶液至液面不高于软土地基水平面(消除液面差对装置渗透吸水的影响),然后再向排水竖井装置加入渗吸液溶质使储液罐2中渗吸液保持高浓度。其中,加入的渗吸液溶质质量不低于抽出溶液的体积(单位:L)×0.8×渗吸液溶质相对分子质量计算所得(单位:g),加入渗吸液中的溶质也可过量,以确保渗吸液的渗透压足够大。
(5)重复步骤(4)若干次至排水直筒1中液面始终无变化,说明软土地基排水加固完成。重复过程中抽取的排水直筒1中溶液可通过自然晾晒、太阳能蒸发等步骤增大溶液浓度,重复利用。软土地基排水加固完成后,回收排水竖井装置与渗吸液,回收的排水竖井装置和渗吸液均可在其他类似工程中重复利用。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,并不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可以作出很多形式的具体变换,这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种仿生排水加固软土地基的方法,其特征在于,按照如下步骤进行:
(1)准备排水竖井装置,所述排水竖井装置包括储液罐、排水直筒、透析膜、支撑网;
所述储液罐包括主体结构和设置于所述主体结构顶部的连接段,所述主体结构均匀分布有孔隙;所述排水直筒与所述连接段密封连接,使所述储液罐内腔与所述排水直筒内腔相连通;所述储液罐外部包裹所述透析膜,所述透析膜外部由所述支撑网进行支撑;
(2)按照所述排水竖井装置的设计布置打设竖井,在所述竖井中安装排水竖井装置后,向所述竖井中回填软土至地基表面;
(3)通过所述排水直筒的顶部开口向所述储液罐中灌入高浓度的渗吸液,所述渗吸液用于使所述透析膜两侧形成渗透压差,实现软土地基中的水分子通过所述透析膜和所述储液罐的孔隙进入所述储液罐内腔;
(4)所述排水直筒中液面稳定不变后,抽取所述排水竖井装置中的溶液至液面不高于软土地基水平面,再向所述排水竖井装置加入所述渗吸液的溶质使所述储液罐中渗吸液保持高浓度;
(5)重复步骤(4)若干次至所述排水直筒中液面始终无变化,说明软土地基排水加固完成。
2.根据权利要求1所述的一种仿生排水加固软土地基的方法,其特征在于,所述排水直筒的横截面积为所述储液罐的主体结构横截面积的1/12~1/9,所述排水直筒的高度为所述储液罐的主体结构高度的4~6倍。
3.根据权利要求1所述的一种仿生排水加固软土地基的方法,其特征在于,所述储液罐的主体结构的容量为2000L~16000L。
4.根据权利要求1所述的一种仿生排水加固软土地基的方法,其特征在于,所述透析膜的截留分子量为100~500,脱盐率高于95%。
5.根据权利要求1所述的一种仿生排水加固软土地基的方法,其特征在于,步骤(2)中,所述储液罐的主体结构顶面低于软土地基水平面,所述排水直筒的顶面高于软土地基水平面。
6.根据权利要求1所述的一种仿生排水加固软土地基的方法,其特征在于,步骤(2)中,相邻所述排水竖井装置的中心距为4~6m。
7.根据权利要求1所述的一种仿生排水加固软土地基的方法,其特征在于,步骤(2)中,所述排水竖井装置在水平方向上均匀分布。
8.根据权利要求1所述的一种仿生排水加固软土地基的方法,其特征在于,步骤(2)中,多个所述排水竖井装置按照深浅交错或者梯度递进的方式布置。
9.根据权利要求1所述的一种仿生排水加固软土地基的方法,其特征在于,步骤(3)中,所述渗吸液灌满所述储液罐的主体结构。
10.根据权利要求1所述的一种仿生排水加固软土地基的方法,其特征在于,步骤(4)中,加入的渗吸液溶质质量不低于抽出溶液的体积(L)×0.8×渗吸液溶质相对分子质量计算所得(g)。
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CN111807663A (zh) * | 2020-06-22 | 2020-10-23 | 河海大学 | 一种自吸式半透膜排水网及其实施方法 |
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2021
- 2021-12-15 CN CN202111533142.0A patent/CN114319306A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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