CN116464028B - 一种微波-压力联合处理软弱地基的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波‑压力联合处理软弱地基的设备和方法，涉及软土地基处理领域，包括用于铺设在土体表面的底板、微波辐射组件、与微波辐射组件相匹配的微波发生组件、传质组件、用于监测土体温度的监控组件、用于向土体施压的压力组件；传质组件包括自土体表面开设的若干竖井、用于抽吸竖井内液体的抽水泵；压力组件包括锚固在竖井底部的锚杆、设置在底板上的若干千斤顶、位于千斤顶输出端的反力板、连接在锚杆与反力板之间的钢绞线。本发明用于解决现有技术中软土地基加固技术均存在适用范围有限、不适合大面积处理等问题，实现提高软土地基的处理效率与质量，同时扩大微波加固在软土地基处理中的适用范围、提高处理面积的目的。

Description

一种微波-压力联合处理软弱地基的设备和方法

技术领域

本发明涉及软土地基处理领域，具体涉及一种微波-压力联合处理软弱地基的设备和方法。

背景技术

软土通常具有含水率高、力学强度低的特点，且部分黏土的水稳定性差，这些特点将会造成上部无法建造大型建筑物或使上部的建筑物发生损坏。对含水率较高的软弱土体处理方式中，常见的有真空预压排水、堆载预压排水和黏土改良处理，真空预压排水的施工工艺要求高，需要在待处理的土体四周和上部设置较优的密封性设施，且在施工现场需要不断的对密封性进行检查，如遇破损需要及时补救，避免泄气；堆载预压排水是在软弱土体的上方堆载片石等重物，达到挤压出土体中的水并将土体压密实的处理方式。而黏土改良处理的工程量巨大，成本高且施工周期长，不适用于面积较大的软土地基施工；并且，由于黏土的渗透性差，注入的浆液不能很好地与黏土结合，因此该方式施工效果不理想。

除此之外，现有技术中，也出现了一些采用微波加热方式固化软土地基的技术构思，然而目前的微波加固单极天线包括若干沿轴向均匀分布的延伸组处理方式过于单一、应用范围有限，难以处理厚度较大的软土地层，受其磁控管或波导管长度限制，容易在土体较厚的软土地基处形成上硬下软的结构，于后续工程施工不利。

发明内容

本发明提供一种微波-压力联合处理软弱地基的设备和方法，以解决现有技术中软土地基加固技术均存在适用范围有限、不适合大面积处理等问题，实现提高软土地基的处理效率与质量，同时扩大微波加固在软土地基处理中的适用范围、提高处理面积的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种微波-压力联合处理软弱地基的设备，包括用于铺设在土体表面的底板、位于底板下方的微波辐射组件、与所述微波辐射组件相匹配的微波发生组件，以及用于抽吸土体中水分的传质组件、用于监测土体温度的监控组件、用于向土体施压的压力组件；

所述传质组件包括自土体表面开设的若干竖井、用于抽吸竖井内液体的抽水泵；

所述压力组件包括锚固在竖井底部的锚杆、设置在底板上的若干千斤顶、位于千斤顶输出端的反力板、连接在锚杆与反力板之间的钢绞线。

针对现有技术中微波加固方式适用工况较为单一的问题，本发明首先提出一种微波-压力联合处理软弱地基的设备，本设备包括底板、微波发生组件、微波辐射组件、传质组件、监控组件、压力组件，其中底板用于铺设在待处理的软弱地基土体表面，微波发生组件用于产生微波，微波辐射组件用于向土体内部传递和放大微波，传质组件用于抽吸土体中的水分，监控组件用于监测土体温度、便于反馈和控制微波发生组件的输出功率，压力组件用于向土体施压。

本申请中在土体表面开设若干竖井，利用抽水泵抽取其中水分，配合压力组件的施压，使得软土地层中更多的地下水进入竖井中被抽出，高效快速的实现对软土地基的固化处理。传统的真空预压排水技术需要在待处理的土体四周和上部设置较优的密封设施、传统的堆载预压排水技术采用上方堆载大量的片石等重物，这两种方式均不适用大范围、大面积的软土地基排水处理。本申请中的压力组件采用了底板和反力板配合的方式，利用锚杆锚固在竖井底部的地层内，利用钢绞线连接底板和反力板，通过锚杆的稳定锚固来实现对反力板的定位；当各千斤顶向上顶升时，其输出的作用力作用在反力板上，由于锚固和钢绞线的作用，反力板保持相对稳定，其反作用力作用至底板上，从而通过底板对土体表面进行施压。因此，本申请相对于传统的真空预压而言，不需要考虑土体密封性问题；相对于传统的堆载预压而言，省去了堆载材料的调配和运移，更加节省资源、节约施工成本；并且，本申请通过千斤顶施压，不仅能够向土体施加更大的压力、并且施压方式更为灵活、且施压大小可控可调，可以更广泛地应用于各个软土地基处理场景，并且显著提高单次处理的面积。

所以，本申请可在待处理的土体表面开设大量竖井，地层水除了自然进入竖井外，还能够通过压力组件的作用被快速挤压至竖井内，由抽水泵快速抽走，因此可适用于大面积的软土地基处理。

除此之外，本申请在压力处理时还有微波发生组件、微波辐射组件配合作用，实现微波+压力的联合处理方式，地基固结效率更高，所形成的复合地基由于高温和压力共同作用，土体微观结构更为致密，强度大幅提升，土体内的膨胀性矿物也会因为高温，不再具有膨胀性。

并且，本案发明人在研究过程还发现，现有的微波加热软土技术，受磁控管或波导管长度限制，有效处理深度较浅，而本申请由于有大量竖井的设置，可通过加深竖井深度、配合上方的千斤顶施加更大的压力，来整体提高对软土地基的处理深度。

此外，本申请中有底板铺设在土体表面，可利用底板避免微波向空气中辐射、将向上传播的微波反射回土体内，不仅可节约能量、降低能量损失，还能够显著降低现有微波处理方式对地面工作人员潜在的健康危害；更是能够利用底板的导热性，使表层土体的热量均匀分布，显著提高对表层地基的整体加固效果，避免微波处理后的表层土体软硬不均的现象。

进一步的，所述微波发生组件包括位于底板上方的若干阵列分布的磁控管、用于为所述磁控管供电的微波电源。

其中，本方案中的阵列分布可采取本领域技术人员能够实现的任意阵列方式，在此不做限定。磁控管的输出向微波辐射组件传递，由于磁控管位于底板上方，因此本领域技术人员应当理解，底板上需要开设用于微波辐射组件穿过的孔洞。

进一步的，所述微波辐射组件包括单极天线、天线罩、连接座、石英天线保护套；

所述天线罩位于底板上表面与磁控管底部之间，所述磁控管的微波发射端位于天线罩内；

所述连接座安装在底板下表面，连接座用于连接石英天线保护套；

所述石英天线保护套位于连接座下方；

所述单极天线的顶端与所述微波发射端连接，且单极天线自上而下依次穿过天线罩、底板、连接座后进入石英天线保护套内部；

所述底板、单极天线、天线罩、连接座均由金属铜或铝制成。

其中，天线罩用于包覆磁控管的微波发射端和单极天线的顶端，通过金属铜或铝显著降低微波向外散溢导致的能量损失和对现场工作人员的潜在健康危害，同时有利于更好地将磁控管产生的微波馈入单极天线。

单极天线用于通过辐射的方式将微波输入至土体内部，通过单极天线的辐射，使得磁控管产生的微波能够顺利且通畅的穿过底板。

为了更好地使磁控管与单极天线匹配，连接座也为金属铜或铝制成。

进一步的，所述天线罩的外径为3λ/8，所述连接座的内径为λ/2，所述单极天线的长度为λ/4的整数倍；其中，λ为微波波长；相邻两根单极天线之间的间距为75~85cm。

本方案中对天线罩的外径、连接座的内径、单极天线的长度均做出与微波波长相关的限定，其目的在于便于微波穿过天线罩向土体内部稳定辐射，进而显著提高对天线罩周围土体的加热效果。此外，发明人在研究过程中还发现，若相邻单极天线的距离太近，微波之间容易简并导致大量能量损失；若间距太远，相互作用产生的热量不足以满足土体温度的需要；相邻单极天线的间距为75~85cm时，既不会因为微波简并而造成能量损失，也可以满足对土体的升温需要。

进一步的，所述底板由若干方形板拼接而成，所述方形板在四个顶点处开设四分之一圆形缺口；底板底面开设若干凹槽，底板顶面开设若干与所述凹槽连通的透气孔，所述凹槽内装填吸水材料；

所述单极天线包括若干沿轴向均匀分布的延伸组，每个延伸组均包括若干沿周向均匀分布的延伸段；

所述底板上开设用于连接座穿过的第一通孔，所述连接座包括与所述第一通孔相匹配的本体部、位于本体部上方且径向向外延伸的环形定位部、位于本体部下方且用于连接石英天线保护套的连接部；所述环形定位部的相对两侧对称开设第一定位孔、所述本体部上开设用于单极天线穿过的第二通孔、所述底板上开设与所述第一定位孔相匹配的第二定位孔；当所述本体部装配在第一通孔内时，所述第二通孔与第一通孔同轴，且第一定位孔与第二定位孔一一对应；

所述天线罩具有径向向外延伸的环形凸台，所述环形凸台上开设与所述第二定位孔相匹配的第三定位孔；

所述连接部内壁螺纹连接金属夹套，所述金属夹套底面开设环形凹槽，所述石英天线保护套的顶端装配在环形凹槽内。

本方案中，四分之一圆形缺口的圆心位于方形板的各顶点处，四块方形板拼接后即可形成一个圆孔，用于与竖井对应、设置与抽水泵连通的管道。并且，本申请中通过微波对下方土体进行加热，土体内部的水分被大量蒸发后向上散溢，但是由于有底板的存在，容易导致水蒸气无法快速散溢至空气中，为了克服这一问题，本方案在底板底面开设若干凹槽，每个凹槽均具有若干透气孔，并且在凹槽内装填吸水材料，使得向上散溢的水蒸气能够大量被吸水材料所吸收暂存，减少水蒸气在底板底面的冷凝量，再通过透气孔逐渐将吸水材料内的水分向外蒸发排走，从而避免水分在底板下方的土体表面的聚集。其中吸水材料可采用如海绵等本领域技术任意能够实现的任意材料。

此外，传统技术中对于土体的加热，均是沿单一方向加热，但是由于地层的各向异性，不同的地层会具有不同的倾角和走向，因此在不同方向上的导热性能也可能具有差异，这就导致热量向四周传递的难易程度具有差异，进而导致土体内部的升温程度不均、处理完成后土体内部的软硬程度不均。为了克服这一问题，本方案在单极天线上设置若干沿轴向均匀分布的延伸组，每个延伸组均包括若干沿周向均匀分布的延伸段，从而使得单极天线在不同深度上、朝着不同方向延伸，以此降低地层各向异性对热量传播的干扰，显著提高土体内部的温度均匀性，提高对软土硬化处理的整体性。

此外，本方案的连接座包括本体部、环形定位部、连接部三大部分，能够显著降低本申请的安装难度，使得可以在铺设底板后，再进行后续微波发生组件和微波辐射组件的安装。具体的，本体部与第一通孔相匹配，两者能够进行间隙配合；环形定位部用于坐落在第一通孔外的底板上，连接部用于连接石英天线保护套。本方案通过第三定位孔、第一定位孔和第二定位孔的配合，可利用定位销对天线罩的安装进行定位，以保证天线罩的居中安装、保证单极天线在天线罩内的位置居中。

其中，金属夹套与连接部螺纹连接以简化安装难度，而石英天线保护套可与其中的环形凹槽通过任意方式进行装配，优化为过盈配合。

进一步的，所述传质组件还包括设置在竖井内壁的排水板、延伸至竖井内部的支管道、位于支管道底端的滤网、与所有支管道均连通的主管道，所述抽水泵上水端与所述主管道连通，还包括与所述抽水泵排水端连通的蓄水箱，所述蓄水箱内设有排水泵、液位传感器；所述磁控管包括冷却接头，所述排水泵的排水端与所述冷却接头可拆卸连接。

本方案中，抽水泵抽出各竖井内的水，再通过排水泵将其泵送至磁控管的冷却接头上，通过抽出的地层冷水代替冷却液，避免了额外为磁控管布置冷却机构，同时也实现了废水再利用，降低了施工成本。当然，液位传感器用于监测蓄水箱内的液位高度，当液位不足时可自动或人工补水即可。

进一步的，所述监控组件包括控制模块、温度读数仪、若干插在土体中的热电偶，所述热电偶与温度读数仪通信连接，所述控制模块分别与温度读数仪和微波电源通信连接。

本方案通过若干热电偶实时监测土体温度，然后基于所监测的温度控制微波电源的输出，以此实现对微波输出功率的反馈控制。

利用微波-压力联合处理软弱地基的设备处理软弱地基的方法，包括：

步骤S1、整平场地，根据设计位置在土体表面开凿若干竖井，之后在土体表面铺设底板，并使底板上有对准各竖井的通孔；

步骤S2、在各竖井底部打入锚杆，使锚杆锚固在土体内部；在锚杆上端连接钢绞线，使钢绞线从所述通孔穿出至底板上方；

步骤S3、在各竖井内安装传质组件；

步骤S4、在底板的上设置若干输出端朝上的千斤顶，在所有千斤顶的输出端设置反力板，将所有钢绞线连接在反力板的下表面；

步骤S5、安装微波发生组件、微波辐射组件和监控组件；

步骤S6、启动各千斤顶，调节各千斤顶的输出力，通过抽水泵抽吸竖井中的水；

步骤S7、启动微波发生组件，通过微波辐射组件向土体内部输入微波；

步骤S8、控制微波发生组件的功率，使土体升温：

若土体强度等于或高于设定阈值：使土体温度保持在50-80℃，蒸发土体中的水分，待土体干燥后，拆除底板上方的设备，并用水泥砂浆充填各竖井；

若土体强度低于设定阈值：使土体温度上升至290-300℃，同时增大各千斤顶的输出力，保持设定时间后，拆除底板上方的设备，并用水泥砂浆充填各竖井。

可以看出，本方案使用一套设备和流程，可以根据需要对不同承载力要求的软土地基进行处理，显著提高了适用范围。其中，所述设定阈值由本领域技术人员根据实际需求进行适应性设置，在此不做限定。

进一步的，步骤S3中安装传质组件的方法包括：

步骤S301、在各竖井内壁设置排水板，将底端带有滤网的支管道置入各竖井内，再将所有支管道的上端连通至主管道；

步骤S302、将主管道与抽水泵上水端相连，将抽水泵排水端连通至蓄水箱；

步骤S303、在蓄水箱内设置排水泵、液位传感器、补水管线；将所述排水泵的排水端连接至磁控管的冷却接头上。

进一步的，步骤S5中安装微波发生组件、微波辐射组件的方法包括：

步骤S501、将石英天线保护套的顶端安装至开设有环形凹槽的金属夹套内；

步骤S502、将金属夹套与连接座的连接部进行螺纹连接；

步骤S503、将连接座的本体部装入至底板上的第一通孔内，使连接座的环形定位部坐落在第一通孔周围的底板上，调整连接座的方位，使环形定位部上的第一定位孔与底板上的第二定位孔相互正对且连通；

步骤S504、将单极天线的底端穿过天线罩后，插入至石英天线保护套内部，使天线罩底端置于连接座上；调整天线罩的方位，使天线罩上的第三定位孔与第二定位孔相互正对且连通；将定位销依次穿过第三定位孔、第一定位孔、第二定位孔，并插入至土体内；

步骤S505、在天线罩上安装磁控管，使磁控管的微波发射端与单极天线的顶端相配合，再使天线罩与磁控管之间通过电探针接触；

步骤S506、为磁控管连接微波电源和控制模块。

可以看出，本方案能够在已经铺设了底板的情况下对微波发生组件、微波辐射组件进行快速安装，避免了需要将底板掀起进行安装的诸多缺陷，显著提高了处理效率和现场施工的方便性。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种微波-压力联合处理软弱地基的设备和方法，相对于传统的真空预压而言，不需要考虑密土体封性问题；相对于传统的堆载预压而言，省去了堆载材料的调配和运移，更加节省资源、节约施工成本；本申请不仅能够向土体施加更大的压力、并且施压方式更为灵活、且施压大小可控可调，可以更广泛地应用于各个软土地基处理场景，并且显著提高了单次处理的面积。

2、本发明一种微波-压力联合处理软弱地基的设备和方法，可适用于大面积的软土地基处理，还可整体提高对软土地基的处理深度；并且，本申请可实现微波+压力的联合处理方式，地基固结效率更高，所形成的复合地基由于高温和压力共同作用，土体微观结构更为致密，强度大幅提升，土体内的膨胀性矿物也会因为高温，不再具有膨胀性。

3、本发明一种微波-压力联合处理软弱地基的设备和方法，可利用底板避免微波向空气中辐射、将向上传播的微波反射回土体内，不仅可节约能量、降低能量损失，还能够显著降低现有微波处理方式对地面工作人员潜在的的健康危害；更是能够利用底板的导热性，使表层土体的热量均匀分布，显著提高对表层地基的整体加固效果，避免微波处理后的表层土体软硬不均的现象。

4、本发明一种微波-压力联合处理软弱地基的设备和方法，可降低地层各向异性对热量传播的干扰，显著提高土体内部的温度均匀性，提高对软土硬化处理的整体性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例的整体结构示意图；

图2为本发明具体实施例中压力组件的结构示意图；

图3为本发明具体实施例中底板的俯视图；

图4为本发明具体实施例中传质组件的局部示意图；

图5为本发明具体实施例中滤网的示意图；

图6为本发明具体实施例中单个磁控管的结构示意图；

图7为本发明具体实施例中单个磁控管的局部连接示意图；

图8为本发明具体实施例中微波辐射组件的连接示意图；

图9为本发明具体实施例中微波辐射组件的连接剖视图；

图10为本发明具体实施例中底板的局部剖视图；

图11为本发明具体实施例中微波发生组件和微波辐射组件的连接示意图；

图12为本发明具体实施例中微波辐射组件另一实施方式的连接剖视图；

图13为本发明具体实施例中单极天线的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

101-微波电源；102-磁控管；103-阳极接线点；104-微波发射端；105-冷却接头；106-冷却管；201-单极天线；202-天线罩；203-连接座；204-石英天线保护套；205-延伸段；206-金属夹套；301-热电偶；302-控制模块；303-底板；304-温度读数仪；305-竖井；306-透气孔；307-吸水材料；308-第一通孔；401-排水板；402-支管道；403-主管道；404-多通接头；405-抽水泵；406-蓄水箱；407-排水泵；408-滤网；501-千斤顶；502-反力板；503-钢绞线；504-锚杆；505-套头；506-挂钩；601-定位销；2021-环形凸台；2022-第三定位孔；2031-本体部；2032-环形定位部；2033-连接部；2034-第一定位孔；2035-第二通孔；2036-第二定位孔。

实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”、“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，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

实施例1

如图1与图2所示的一种微波-压力联合处理软弱地基的设备，包括用于铺设在土体表面的底板303、位于底板303下方的微波辐射组件、与所述微波辐射组件相匹配的微波发生组件，以及用于抽吸土体中水分的传质组件、用于监测土体温度的监控组件、用于向土体施压的压力组件；本实施例中的微波发生组件包括磁控管102。

本实施例如图1、图4、图5、图6和图7所示：

所述传质组件包括自土体表面开设的若干竖井305、用于抽吸竖井305内液体的抽水泵405、设置在竖井305内壁的排水板401、延伸至竖井305内部的支管道402、位于支管道402底端的滤网408、与所有支管道402均连通的主管道403，所述抽水泵405上水端与所述主管道403连通，还包括与所述抽水泵405排水端连通的蓄水箱406，所述蓄水箱406内设有排水泵407、液位传感器；所述磁控管102包括冷却接头105，所述排水泵407的排水端通过冷却管106与所述冷却接头105连接。其中，支管道402与主管道403通过多通接头404连接。

所述压力组件包括锚固在竖井305底部的锚杆504、设置在底板303上的若干千斤顶501、位于千斤顶501输出端的反力板502、连接在锚杆504与反力板502之间的钢绞线503。

所述监控组件包括控制模块302、温度读数仪304、若干插在土体中的热电偶301，所述热电偶301与温度读数仪304通信连接，所述控制模块302分别与温度读数仪304和微波电源101通信连接。

本实施例中，控制模块302采用PLC，温度读数仪304采用多通道温度显数读数仪，通过数据线连接在PLC上，防止微波的干扰，同时PLC还与微波电源101连接，控制微波电源101的输出功率；热电偶301为K型铠装热电偶，实时监测土体温度，控制微波输出功率，铠装热电偶可以降低微波的干扰，提高测温的准确性，多个铠装热电偶连接在多通道温度显数读数仪上。

在更为优选的实施方式中，如图3所示，底板303是边长为80cm的方形铝板，铝板厚度0.3cm，以铝板的四个顶点为圆心，截取掉半径为10cm的四分之一圆，四块相同的铝板拼接后即可形成一个半径10cm的圆孔，这个圆孔与竖井305对应，用于设置支管道402抽吸地下土体中的水，竖井305为半径10cm的圆孔，深度根据需要设计；同时在方形铝板的正中心开设直径2.5cm的小孔，用于插入单极天线201；使用铝板作为底板，一方面可以反射微波防止微波泄露对人体产生不良影响，另一方面作为安装微波发生组件、微波辐射组件与传质组件的平台，可以更好地受力。

竖井305的底部设置有锚杆504，锚杆504的上端固定有挂钩506。钢绞线503通过套头505连接在反力板502的下表面，钢绞线503的另一端与挂钩506连接，当千斤顶501向下施加压力时，利用锚杆504与土体的摩擦力形成向上的反力，方便千斤顶501施压，该施压方式不仅压力大，而且结构简单，操作方便高效。

本实施例中，支管道402与主管道403使用不同直径的PVC硬管，支管道402的下端出口连接如图5所示的滤网408，用于过滤水中杂质。

实施例2

一种微波-压力联合处理软弱地基的设备，在实施例1的基础上，所述微波发生组件包括位于底板303上方的若干阵列分布的磁控管102、用于为所述磁控管102供电的微波电源101。

如图8与图9所示，所述微波辐射组件包括单极天线201、天线罩202、连接座203、石英天线保护套204；所述天线罩202位于底板303上表面与磁控管102底部之间，所述磁控管102的微波发射端104位于天线罩202内；

所述连接座203安装在底板303下表面，连接座203用于连接石英天线保护套204；所述石英天线保护套204位于连接座203下方；

所述单极天线201的顶端与所述微波发射端104连接，且单极天线201自上而下依次穿过天线罩202、底板303、连接座203后进入石英天线保护套204内部；

所述底板303、单极天线201、天线罩202、连接座203均由金属铜或铝制成。

所述天线罩202的外径为3λ/8，所述连接座203的内径为λ/2，所述单极天线201的长度为λ/4的整数倍；其中，λ为微波波长；相邻两根单极天线201之间的间距为75~85cm，优选为80cm。

本实施例中磁控管102如图6与图7所示，微波电源101可以将220v或者380v的交流电转换为10kv的直流电，微波电源101通过耐高压导线与磁控管102上的阳极接线点103连接。

本实施例中石英天线保护套204为高强耐高温的石英管，用于保护单极天线201，石英管的外直径为2.7cm，壁厚0.5mm，长度比单极天线长1~2cm；石英管通过连接座203与天线罩202连接，磁控管102安装在天线罩202的上部。

天线罩202上有一个电探针，通过该电探针与磁控管102装配，其目的在于更好的实现阻抗匹配，减少能量损失；单极天线201的上端与磁控管102的微波发射端104连接，通过天线罩202可以更好地将磁控管102产生的微波馈入单极天线201，单极天线201通过辐射的方式将微波输入至土体中。

为了更好地使磁控管102与单极天线201匹配，连接座203为金属铜或铝制成，连接座203的内直径取λ/2，厚度为2mm，天线罩202的外径取3λ/8，其中微波波长λ为12.2cm，频率为2450MHz。单极天线201为实心铜或铝制成，直径为2cm，其长度按照实际需求设计，一般为λ/4的整数倍。

实施例3

一种微波-压力联合处理软弱地基的设备，在实施例2的基础上，所述底板303由若干方形板拼接而成，所述方形板在四个顶点处开设四分之一圆形缺口；

本实施例中如图10所示，在底板303底面开设若干凹槽，底板303顶面开设若干与所述凹槽连通的透气孔306，所述凹槽内装填吸水材料307；

本实施例中的单极天线201如图12和13所示，包括若干沿轴向均匀分布的延伸组，每个延伸组均包括若干沿周向均匀分布的延伸段205。

在更为优选的实施方式中，如图11与12所示，所述底板303上开设用于连接座203穿过的第一通孔308，所述连接座203包括与所述第一通孔308相匹配的本体部2031、位于本体部2031上方且径向向外延伸的环形定位部2032、位于本体部2031下方且用于连接石英天线保护套204的连接部2033；所述环形定位部2032的相对两侧对称开设第一定位孔2034、所述本体部2031上开设用于单极天线201穿过的第二通孔2035、所述底板303上开设与所述第一定位孔2034相匹配的第二定位孔2036；当所述本体部2031装配在第一通孔308内时，所述第二通孔2035与第一通孔308同轴，且第一定位孔2034与第二定位孔2036一一对应；

所述天线罩202具有径向向外延伸的环形凸台2021，所述环形凸台2021上开设与所述第二定位孔2036相匹配的第三定位孔2022；

所述连接部2033内壁螺纹连接金属夹套206，所述金属夹套206底面开设环形凹槽，所述石英天线保护套204的顶端装配在环形凹槽内。

实施例4

一种微波-压力联合处理软弱地基的方法，基于上述任一实施例所记载的设备来实现，具体包括：

步骤S1、整平场地，根据设计位置在土体表面开凿若干竖井305，之后在土体表面铺设底板303，并使底板303上有对准各竖井305的通孔；

步骤S2、在各竖井305底部打入锚杆504，使锚杆504锚固在土体内部；在锚杆504上端连接钢绞线503，使钢绞线503从所述通孔穿出至底板303上方；

步骤S3、在各竖井305内安装传质组件；

步骤S4、在底板303的上设置若干输出端朝上的千斤顶501，在所有千斤顶501的输出端设置反力板502，将所有钢绞线503连接在反力板502的下表面；

步骤S5、安装微波发生组件、微波辐射组件和监控组件；

步骤S6、启动各千斤顶501，调节各千斤顶501的输出力，通过抽水泵405抽吸竖井305中的水；

步骤S7、启动微波发生组件，通过微波辐射组件向土体内部输入微波；

步骤S8、控制微波发生组件的功率，使土体升温：

若土体强度等于或高于设定阈值：使土体温度保持在50-80℃，蒸发土体中的水分，待土体干燥后，拆除底板303上方的设备，并用水泥砂浆充填各竖井305；

若土体强度低于设定阈值：使土体温度上升至290-300℃，同时增大各千斤顶501的输出力，保持设定时间后，拆除底板303上方的设备，并用水泥砂浆充填各竖井305。

优选的，步骤S3中安装传质组件的方法包括：

步骤S301、在各竖井305内壁设置排水板401，将底端带有滤网408的支管道402置入各竖井305内，再将所有支管道402的上端连通至主管道403；

步骤S302、将主管道403与抽水泵405上水端相连，将抽水泵405排水端连通至蓄水箱406；

步骤S303、在蓄水箱406内设置排水泵407、液位传感器、补水管线；将所述排水泵407的排水端连接至磁控管102的冷却接头105上。

优选的，步骤S5中安装微波发生组件、微波辐射组件的方法包括：

步骤S501、将石英天线保护套204的顶端安装至金属夹套206内；

步骤S502、将金属夹套206与连接座203的连接部2033通过螺纹连接；

步骤S503、将连接座203的本体部2031装入至底板303上的第一通孔308内，使连接座203的环形定位部2032坐落在第一通孔308周围的底板303上，调整连接座203的方位，使环形定位部2032上的第一定位孔2034与底板303上的第二定位孔2036相互正对且连通；

步骤S504、将单极天线201的底端穿过天线罩202后，插入至石英天线保护套204内部，使天线罩202底端置于连接座203上；调整天线罩202的方位，使天线罩202上的第三定位孔2022与第二定位孔2036相互正对且连通；将定位销601依次穿过第三定位孔2022、第一定位孔2034、第二定位孔2036，并插入至土体内；

步骤S505、在天线罩202上安装磁控管102，使磁控管102的微波发射端104与单极天线201的顶端相配合，再使天线罩202与磁控管102之间通过电探针接触；

步骤S506、为磁控管102连接微波电源101和控制模块302。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体，意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以是经由其他部件间接相连。

Claims (6)

1.一种微波-压力联合处理软弱地基的设备，其特征在于，包括用于铺设在土体表面的底板（303）、位于底板（303）下方的微波辐射组件、与所述微波辐射组件相匹配的微波发生组件，以及用于抽吸土体中水分的传质组件、用于监测土体温度的监控组件、用于向土体施压的压力组件；

所述传质组件包括自土体表面开设的若干竖井（305）、用于抽吸竖井（305）内液体的抽水泵（405）；

所述压力组件包括锚固在竖井（305）底部的锚杆（504）、设置在底板（303）上的若干千斤顶（501）、位于千斤顶（501）输出端的反力板（502）、连接在锚杆（504）与反力板（502）之间的钢绞线（503）；

所述微波发生组件包括位于底板（303）上方的若干阵列分布的磁控管（102）、用于为所述磁控管（102）供电的微波电源（101）；

所述微波辐射组件包括单极天线（201）、天线罩（202）、连接座（203）、石英天线保护套（204）；

所述天线罩（202）位于底板（303）上表面与磁控管（102）底部之间，所述磁控管（102）的微波发射端（104）位于天线罩（202）内；

所述连接座（203）安装在底板（303）下表面，连接座（203）用于连接石英天线保护套（204）；

所述石英天线保护套（204）位于连接座（203）下方；

所述单极天线（201）的顶端与所述微波发射端（104）连接，且单极天线（201）自上而下依次穿过天线罩（202）、底板（303）、连接座（203）后进入石英天线保护套（204）内部；

所述底板（303）、单极天线（201）、天线罩（202）、连接座（203）均由金属铜或铝制成；

所述底板（303）由若干方形板拼接而成，所述方形板在四个顶点处开设四分之一圆形缺口；底板（303）底面开设若干凹槽，底板（303）顶面开设若干与所述凹槽连通的透气孔（306），所述凹槽内装填吸水材料（307）；

所述单极天线（201）包括若干沿轴向均匀分布的延伸组，每个延伸组均包括若干沿周向均匀分布的延伸段（205）；

所述底板（303）上开设用于连接座（203）穿过的第一通孔（308），所述连接座（203）包括与所述第一通孔（308）相匹配的本体部（2031）、位于本体部（2031）上方且径向向外延伸的环形定位部（2032）、位于本体部（2031）下方且用于连接石英天线保护套（204）的连接部（2033）；所述环形定位部（2032）的相对两侧对称开设第一定位孔（2034）、所述本体部（2031）上开设用于单极天线（201）穿过的第二通孔（2035）、所述底板（303）上开设与所述第一定位孔（2034）相匹配的第二定位孔（2036）；当所述本体部（2031）装配在第一通孔（308）内时，所述第二通孔（2035）与第一通孔（308）同轴，且第一定位孔（2034）与第二定位孔（2036）一一对应；

所述天线罩（202）具有径向向外延伸的环形凸台（2021），所述环形凸台（2021）上开设与所述第二定位孔（2036）相匹配的第三定位孔（2022）；

所述连接部（2033）内壁螺纹连接金属夹套（206），所述金属夹套（206）底面开设环形凹槽，所述石英天线保护套（204）的顶端装配在环形凹槽内；

所述传质组件还包括设置在竖井（305）内壁的排水板（401）、延伸至竖井（305）内部的支管道（402）、位于支管道（402）底端的滤网（408）、与所有支管道（402）均连通的主管道（403），所述抽水泵（405）上水端与所述主管道（403）连通，还包括与所述抽水泵（405）排水端连通的蓄水箱（406），所述蓄水箱（406）内设有排水泵（407）、液位传感器；所述磁控管（102）包括冷却接头（105），所述排水泵（407）的排水端与所述冷却接头（105）可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的一种微波-压力联合处理软弱地基的设备，其特征在于，所述天线罩（202）的外径为3λ/8，所述连接座（203）的内径为λ/2，所述单极天线（201）的长度为λ/4的整数倍；其中，λ为微波波长；相邻两根单极天线（201）之间的间距为75~85cm。

3.根据权利要求2所述的一种微波-压力联合处理软弱地基的设备，其特征在于，所述监控组件包括控制模块（302）、温度读数仪（304）、若干插在土体中的热电偶（301），所述热电偶（301）与温度读数仪（304）通信连接，所述控制模块（302）分别与温度读数仪（304）和微波电源（101）通信连接。

4.利用权利要求3所述的一种微波-压力联合处理软弱地基的设备处理软弱地基的方法，其特征在于，包括：

步骤S1、整平场地，根据设计位置在土体表面开凿若干竖井（305），之后在土体表面铺设底板（303），并使底板（303）上有对准各竖井（305）的通孔；

步骤S2、在各竖井（305）底部打入锚杆（504），使锚杆（504）锚固在土体内部；在锚杆（504）上端连接钢绞线（503），使钢绞线（503）从所述通孔穿出至底板（303）上方；

步骤S3、在各竖井（305）内安装传质组件；

步骤S4、在底板（303）的上设置若干输出端朝上的千斤顶（501），在所有千斤顶（501）的输出端设置反力板（502），将所有钢绞线（503）连接在反力板（502）的下表面；

步骤S5、安装微波发生组件、微波辐射组件和监控组件；

步骤S6、启动各千斤顶（501），调节各千斤顶（501）的输出力，通过抽水泵（405）抽吸竖井（305）中的水；

步骤S7、启动微波发生组件，通过微波辐射组件向土体内部输入微波；

步骤S8、控制微波发生组件的功率，使土体升温：

若土体强度等于或高于设定阈值：使土体温度保持在50-80℃，蒸发土体中的水分，待土体干燥后，拆除底板（303）上方的设备，并用水泥砂浆充填各竖井（305）；

若土体强度低于设定阈值：使土体温度上升至290-300℃，同时增大各千斤顶（501）的输出力，保持设定时间后，拆除底板（303）上方的设备，并用水泥砂浆充填各竖井（305）。

5.根据权利要求4所述的处理软弱地基的方法，其特征在于，步骤S3中安装传质组件的方法包括：

步骤S301、在各竖井（305）内壁设置排水板（401），将底端带有滤网（408）的支管道（402）置入各竖井（305）内，再将所有支管道（402）的上端连通至主管道（403）；

步骤S302、将主管道（403）与抽水泵（405）上水端相连，将抽水泵（405）排水端连通至蓄水箱（406）；

步骤S303、在蓄水箱（406）内设置排水泵（407）、液位传感器、补水管线；将所述排水泵（407）的排水端连接至磁控管（102）的冷却接头（105）上。

6.根据权利要求4所述的处理软弱地基的方法，其特征在于，步骤S5中安装微波发生组件、微波辐射组件的方法包括：

步骤S501、将石英天线保护套（204）的顶端安装至金属夹套（206）内；

步骤S502、将金属夹套（206）与连接座（203）的连接部（2033）通过螺纹连接；

步骤S503、将连接座（203）的本体部（2031）装入至底板（303）上的第一通孔（308）内，使连接座（203）的环形定位部（2032）坐落在第一通孔（308）周围的底板（303）上，调整连接座（203）的方位，使环形定位部（2032）上的第一定位孔（2034）与底板（303）上的第二定位孔（2036）相互正对且连通；

步骤S504、将单极天线（201）的底端穿过天线罩（202）后，插入至石英天线保护套（204）内部，使天线罩（202）底端置于连接座（203）上；调整天线罩（202）的方位，使天线罩（202）上的第三定位孔（2022）与第二定位孔（2036）相互正对且连通；将定位销（601）依次穿过第三定位孔（2022）、第一定位孔（2034）、第二定位孔（2036），并插入至土体内；

步骤S505、在天线罩（202）上安装磁控管（102），使磁控管（102）的微波发射端（104）与单极天线（201）的顶端相配合，再使天线罩（202）与磁控管（102）之间通过电探针接触；

步骤S506、为磁控管（102）连接微波电源（101）和控制模块（302）。