CN204626433U - 水汽分离降水系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种水汽分离降水系统，其特征在于它包括真空泵（1）、水汽分离平衡筒（2）、抽真空管（3）、集水总管（4）、网络布置的管井（5）、每个管井（5）顶部的控制端（6）以及连接控制端（6）与集水总管（4）的集水支管（7）。本实用新型水汽分离降水系统具有施工步骤简单，施工周期短成本低，解决软弱地基工后沉降量大承载力低的优点。

Description

水汽分离降水系统

技术领域

本实用新型涉及一种软土地基处理方法上用到的水汽分离降水系统，属地基处理技术领域。

背景技术

目前，利用沿江、沿海滩涂通过吹填造地的方法以解决用地不足，由于新吹填土高含水量、高流变性、高压缩性、低强度。吹填完成后难以进入机械设备展开后续施工，为加快建设速度，常用井点降水结合强夯、管井降水给合强夯以及真空预压的方法，其主要解决土体含水量过高的问题，通过井点降水或管井降水的方法，以降低土体含水量，使之满足强夯工艺，达到加固处理的目的，提高土体的承载力及压实度。也就是说，在这所有的加固措施中，降低土体含水量是主要目的，只有在土体满足动力加固最佳含水量的条件下，通过强夯、振动碾压等动力加固方法，才能改变土体三高一低土质特性。我国现在软土地基中降低含水量的方法有轻型井点降水，塑料排水板降水、管井降水，其主要作用就是降低地下水。

但在工程实践中，井点降水由于受井点管长度的限制（一般入土深度仅6m），因此其降水深度仅为2m左右，对于2m以下的软弱土体，其含水量根本无法满足强夯所需的最佳含水量，因此，其加固深度一般仅为4～6m，而且土体的密实度随着加固深度而急剧衰减，所谓的“硬壳层”实际上也只有4m左右；常规的管井降水则是利用水力释重的原理，其降水深度随着管井置入深度而定，一般可达到5～6m，为强夯对土体的压实创造了条件，由于其5～6m的软弱土体含水量满足强夯夯实的条件，因此其加固深度根据工程实践，一般可达到7～8m，所以在这两种降水方法上，管井降水结合经夯方法更适合软弱地基的加固处理。但由于管井降水属自流排水，特别是在大面积软弱地基的处理时，通过结合强夯法、振动法等动力加固处理，在施加这些动力加固过程中，动力加固对土体施加的冲击、振动压力，会产生超静孔隙水压力，土体在动力加固的过程中经历破坏——恢复过程，而管井降水由于属被动降水，当土体经动力加固的冲击及载荷压力下，土体因变形产生超静孔隙水和超静孔隙压力（统称为超静孔隙水压力），特别是在强夯的冲击过程中，土体内超静孔隙水压力一般高达50KPa以上，冲击力越高，产生的超静孔隙水压力越高，对软弱地基加固处理，一般都采取少击多遍的原则，当采用多遍强夯时，需等待该压力消散至90%以上，让土体恢复后，才能进行下一遍强夯。

采用真空井点降水，通过真空泵对土体一定层厚抽真空，土体内超静孔隙压力随超静孔隙水被排出土体，但由于其井点入土深度有限，下卧层土体超静孔隙压力仍无法消散，其消散是依靠孔隙水被真空泵排出井点后缓慢消散；因此，真空井点降水结合强夯的方法，其夯击能、夯击数无法提高，其原因就是超静孔隙压力在地表2m以下难以消散而造成。

管井降水由于管井属被动降水，因此，强夯后在土体内产生的超静孔隙水压力消散速度更慢。管井降水是利用水力释重的原理降水，因此不如真空井点降水那样，通过真空泵（负压）抽真空而使超静孔隙水压力主动消散。对于软弱地基特别是粉质黏土等渗透系数小的土质，其孔隙水压力消散时间长甚至无法消散，造成土体结构破坏，土体结构一经破坏，其恢复期少则几月，多则一年以上。

另外，降水方法的选用是根据土的渗透系数K（经验值）来确定，根据土的渗透系数K经验值：真空井点降水其适用渗透系数为K≧0.1～50m/d的土层中，而管井降水适用于渗透系数为K≧20～200m/d。由此可见这两种降水方法仅适用于渗透系数较大的砂性土、粉质土；而对于渗透系数K≤0.1m/d的土质如淤泥质粉质粘土、粉质黏土等低渗透性的土层，则无法适用。

综上所述；真空井点降水虽能快速消散因动力加固后产生的孔隙水压力，但由于其降水深度有限，因此仅能消散浅层的孔隙水压力；而管井降水虽能将地下水位降至地表以下5～6m，但由于管井降水属被动降水，因此动力加固后产生的孔隙水压力消散慢；根据这两种降水方法的适用范围，仅适用于渗透系数为K≧0.1～50m/d的土层中以上的土质，对于渗透系数K≤0.1m/d的土质则无法满足动力加固所需的降水要求。

根据上述真空井点降水及管井降水两者的优缺点，通过在管井上设置水汽分离控制端，利用真空泵抽真空，既能利用管井的水力释重原理，达到所需的地下水位降深要求，又利用抽真空达到快速消散需加固深度范围内的夯后孔隙水压力，即软弱地基“快速分离夯实法”。该方法经大面积施工使用，不仅提高了强夯的夯击能，使强夯加固深度达到8m以下，而且夯后的孔隙水压力得到了快速消散，为降水强夯软弱地基的加固提供了一种有效的加固方法，但在使用过程中，由于其根本性问题是：每口管井内置潜水泵，在降水运行过程中，每口井的出水需在场地设置排水沟，由排水沟连接总沟，再由总沟排至指定地定，由于大面积降水，场地中沟道纵横，不利于文明施工；其二潜水泵需三相供电，大量的管井内置潜水泵，施工安全用电要求需设置一机一闸，漏电保护，造成需加固区域电缆线交叉纵横，不利用安全施工；其三经强夯后，土体被挤压密实，特别是在第二遍高能量的夯击下，部分土体挤压使管井变形，造成潜水泵后续无法回收，其损耗率在10%以上；因此该工艺不利于文明施工，不利于安全施工，虽然效果明显，但费时费力成本高。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种施工步骤简单，施工周期短成本低，解决软弱地基工后沉降量大承载力低的主要问题的水汽分离降水系统。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种水汽分离降水系统，它包括真空泵、水汽分离平衡筒、抽真空管、集水总管、网络布置的管井、每个管井顶部的控制端以及连接控制端与集水总管的集水支管；水汽分离平衡筒包括筒体、抽真空吸气口、真空表、水汽分离调节阀、潜水泵、排水口以及吸水口，真空吸气口通过抽真空管连接真空泵，吸水口连接集水总管，控制端包括控制端安装管，控制端安装管的顶部设置盖板，盖板上设置上下贯通布置的连接管与真空发生管，连接管上设置有真空压力调节阀，盖板上还设置有压力表，每个控制端的连接管通过集水支管与集水总管连接

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

使用本实用新型水汽分离平衡系统具有以下优点：

1、实施简单，适用范围广

通过抽真空并建立水汽分离控制，能根据土质条件选择施加不同的真空压力，使之能满足淤泥质粉质粘土、粉质黏土等低渗透性的土层进行加固处理；通过水汽分离的方法，在对大面积软弱地基的加固处理过程中，不仅仅加快土体在加固处理过程中的超静孔隙水压力消散，而且适用于渗透系数K≤0.1m/d的土质如淤泥质粉质粘土等低渗透性的土层，为低渗透性的土质加固提供了一种全新的降水方法。

2、施工时间短，速度快，成本低：

本实用新型与传统软弱地基处理方法相比，将管井降水、真空井点降水通过水汽分离平衡，使三者合而为一，既能深层降低地下水位，又能快速消散动力加固后产生的孔隙压力，改变了传统降水模式，由于水汽分离快速消散了孔隙水压力，在单位面积施工仅需一周时间就能达到所需的软弱地基加固技术要求；

3、节能降耗，使用方便

与常见的软弱地基加固降水强夯方法相比，由于采用了大功率抽真空设备，用一根真空发生管替代了传统管井内置潜水泵，不仅改变了传统管井的抽水方法，而且无需动力，其管井的排水方法由推力转变为吸力，节约了大量的电力资源；真空发生管除吸水作用外，可在该发生管的任意位置布置吸水滤孔，在水位下降至该滤孔发下时，其作用转变为真空发生，使管井成为真空管井，因此对地层结构不同的区域可根据需要确定抽真空区域，为解决一定深度范围内夹层土的均匀处理创造了条件，而且施工方便。以常规的大面积管井降水强夯为例，以15m×15m的布井方式降水，一万平方需布井约45~50口井，传统管井降水每口井设置0.75KW~1.5KW的潜水泵一台，则所需用电功率为35~70KW；而本方法采用管代泵后，相同的管井数量则仅需2台15KW的真空泵即能达到效果，每24小时可节约电力120KW以上；且无需购置潜水泵，无维修成本。

4、施工场地安全文明

本方法采取以管代泵后，数十口井通过集水总管连接水气分离平衡筒，其排水由原来的井内潜水泵排出改为由平衡筒内置潜水泵排出，平衡筒内置的潜水泵通过水管直接排泄至总沟，场地内无须设置沟道网络；摒弃井内置的潜水泵，由管替代，无须动力，数十口井仅需一台真空泵，因此不但可以省略数十口管井内置潜水泵的电缆线和配电箱，施工现场更加安全文明。

5、一次布置降水网络可实施多遍动力加固。

本方法根据需加固区域的土质条件布置水汽分离管井网格，正常运转后，在地下水位下降至所需深度，孔隙水压力消散至90%以上时（一般仅需1～2天时间），即可进入下一遍动力加固施工，对渗透系数小的土质，还可实施边加固边施工的工艺，对孔隙水压力的消散和地下水位的下降速度更快，基本可以达到连续动力加固的目的，解决了软弱地基动力加固过程中孔隙水压力消散不易掌握时间的困难。

6、深层降水，效率高，加固效果明显

综合管井水力释重、真空井点抽真空的降水优点，水汽分离平衡控制可调可控的三大原理，快速消散软弱地基经动力加固后产生的超静孔隙压力。其降水深度及超静孔隙水压力消散层厚达5～7m，保证了该层厚满足动力加固，为提高强夯对软弱地基的夯击能创造了条件，经此法加固处理后的承载力达到120KPa～150KPa，不但达到深层加固密实的效果，同时为减小工后沉降，提高软弱地基的承载力奠定了坚实的基础。

附图说明

图1为本实用新型的水汽分离降水系统的结构示意图。

图2为图1中水汽分离平衡筒的结构示意图。

图3为图1中管井与控制端的结构示意图。

其中：

真空泵1

水汽分离平衡筒2、筒体2.1、抽真空吸气口2.2、真空表2.3、水汽分离调节阀2.4、潜水泵2.5、排水口2.6、吸水口2.7

抽真空管3

集水总管4

管井5

控制端6、控制端安装管6.1、盖板6.2、连接管6.3、真空发生管6.4、真空压力调节阀6.5、压力表6.6

集水支管7。

具体实施方式

参见图1~图3，本实用新型涉及的一种水汽分离降水系统，它包括真空泵1、水汽分离平衡筒2、抽真空管3、集水总管4、网络布置的管井5、每个管井5顶部的控制端6以及连接控制端6与集水总管4的集水支管7。

其中：真空泵1可以选用常规的真空泵，真空泵1最好选用W型往复式真空泵。

水汽分离平衡筒2包括筒体2.1、抽真空吸气口2.2、真空表2.3、水汽分离调节阀2.4、潜水泵2.5、排水口2.6以及吸水口2.7，所述抽真空吸气口2.2、真空表2.3以及水汽分离调节阀2.4均设置在筒体2.1的顶部，所述吸水口2.7设置在筒体1中下部位置的筒壁上，所述潜水泵2.5设置于筒体1内底部，潜水泵2.5的输出端连接排水口2.6，排水口2.6的水输送出施工区域。真空吸气口2.2通过抽真空管3连接真空泵1。吸水口2.7连接集水总管4。

管井5根据场地吹填物的含砂量指标确定，一般当吹填物含砂量小于40%时，管井布置网络为10×10m，当含砂量大于40%以上时，则管井布置网络为15×15m，在外围水源丰富地区，可设置外围管井和内层管井相结合的方法，外围管井井距10m，布置在需加固区域周边；内层管井设置在中间，根据土质条件及地下水位情况，设置数排，井距15m。管井采用PVC波纹滤管，距上口1.5m以下设置滤孔，滤孔间距为20cm等比例设置，直至管井底部；而本方法在设置管井滤孔则根据土质条件，将滤孔设置在渗透系数小的土层，对渗透系数较好的砂性土、粉质土尽量不设置滤孔。同时须注意的是由于采取控制端连接真空泵的工艺，因此滤孔的设置须距管井上口2～3m以下方可设置滤孔。管井采用高强度PVC波纹滤管，也可采用铁管或砂滤水管等。根据吹填物土质条件，在无法进入设备和人员的场地，则管井采取加筋的方法，即在管壁垂直绑4～6根筋，筋的材料用泡沫塑料或其他柔软的材料，然后在加筋后的井壁用80～100目的尼龙网包裹2层。

控制端6包括控制端安装管6.1，控制端安装管6.1的顶部设置盖板6.2，盖板6.2上设置上下贯通布置的连接管6.3与真空发生管6.4，连接管6.3上设置有真空压力调节阀6.5，盖板6.2上还设置有压力表6.6。控制端安装管6.1采用铁管制作（也可用塑料或PVC管制作），控制端安装管6.1从上端插入管井5，盖板6.2为圆形盖板，盖板6.2的直径大于管井内径，盖板6.2搁置于管井顶部。控制端安装管6.1与管井密封连接，密封连接处使用缠绕膜缠绕密封。每个控制端6的连接管6.3通过集水支管7与集水总管4连接。真空压力调节阀可以控制该处管井的真空压力，并在管井运行过程中，由于土质不同而造成某一管井运行不正常的情况下，可通过该真空压力调节阀关闭，以保证其他管井的正常运行。真空压力调节阀通过连接管连接真空发生管，真空发生管采用尼龙管或PVC管，其置入管井内的长度直接关系到地下水位的下降值，在地下水位丰富时，作为吸水管，因该管通过控制端连接集水总管，集水总管连接水汽分离平衡筒的吸水口；在地下水位下降至一定位置，或所需深度的条件下，则由于真空泵持续运行，该管在无水可抽的条件下，产生真空负压，对需加固的土质进行负压固结。在控制端盖板上还设置有压力表，其作用是对该管井实现可调可控。

管井上安装完控制端后，控制端连接集水支管，集水支管连接集水总管，集水总管再连接水汽分离平衡筒，水汽分离平衡筒再连接真空泵，一般一台真空泵通过上述连接可连接10～20口管井。

水汽分离降水系统布置完成后需要进行试验，启动真空泵，进行抽水试验，水汽分离平衡筒通过真空表显示真空泵运行的真空度，实际使用过程中，如发现真空压力小于40KPa，无法提高真空度时，需检查各管井的密封质量以及土体漏气现象，在密封良好的情况下，则是连接管井多的原因，可减少连接管井的数量，满足真空度达到60KPa以上；根据控制端的压力表显示的真空度，可确定该管井的运行质量，及时进行调试，以确保集成管井的运行正常。

Claims (1)

1.一种水汽分离降水系统，其特征在于它包括真空泵（1）、水汽分离平衡筒（2）、抽真空管（3）、集水总管（4）、网络布置的管井（5）、每个管井（5）顶部的控制端（6）以及连接控制端（6）与集水总管（4）的集水支管（7）；水汽分离平衡筒（2）包括筒体（2.1）、抽真空吸气口（2.2）、真空表（2.3）、水汽分离调节阀（2.4）、潜水泵（2.5）、排水口（2.6）以及吸水口（2.7），真空吸气口（2.2）通过抽真空管（3）连接真空泵（1），吸水口（2.7）连接集水总管（4），控制端（6）包括控制端安装管（6.1），控制端安装管（6.1）的顶部设置盖板（6.2），盖板（6.2）上设置上下贯通布置的连接管（6.3）与真空发生管（6.4），连接管（6.3）上设置有真空压力调节阀（6.5），盖板（6.2）上还设置有压力表（6.6），每个控制端（6）的连接管（6.3）通过集水支管（7）与集水总管（4）连接。