一種淤泥質土軟基的脈動真空預壓排水裝置及方法與流程

2023-05-11 14:21:01

本發明涉及一種淤泥質土軟基的高效脫水裝置及方法，具體地，涉及一種淤泥質土軟基的脈動真空預壓排水裝置及方法。

背景技術：
吹填造陸是解決我國土地資源緊張的一個重要途徑。未來十年我國將會更大規模地利用吹填土進行灘涂圍墾。真空預壓工法是軟基處理工程施工的主要工法，但淤泥質土的滲透率極低，在淤泥質土中傳遞真空度和排水固結非常困難，需要的時間很長；對於淤泥質地基，傳統的真空預壓法的處理效果難以達到建築物對地基承載力的要求。為加強淤泥質土的地基處理效果，現有的真空預壓軟基處理技術通常是增加塑料排水板的插板密度，延長了真空預壓軟基處理的施工工期，且其對淤泥質土地基的處理效果仍有不足之處。在疏浚吹填施工中，前期含水率很高，如何降低吹填土的含水率是吹填區地基處理的一項關鍵工作。土體的含水率高低決定吹填區地基承載力的大小。目前主要採用真空預壓快速排水固結的方法對於吹填地基進行排水處理。該方法的能量損耗較大，工期較長，且影響因素較多。經對現有技術文獻和專利檢索發現：中國專利號：CN101215832A，專利名稱為：直排式真空預壓地基處理方法，該發明公開了一種直排式真空預壓地基處理方法，在真空裝置上設有主管，主管上分出若干支管，每個支管通過連接管與排水板相連，將排水板內的水分直接排出。該發明除去了現有處理方法中水平排水砂墊層和真空濾管、濾膜，直接用連接管將軟基中的塑料排水板與真空管相聯接。其主要不足之處在於：1)軟基中的排水板過水通道易被堵塞，會嚴重影響排水效果；2)該處理方法排水效率較低，排水周期較長，影響工期。中國專利號：201310692142.4，公開(公告)號：CN103711118A，專利名稱：高壓電脈衝增強真空預壓軟地基處理法，該發明公開的技術為：通過在真空預壓軟地基處理區域設置高壓電脈衝作業井，安裝高壓脈衝電源，在高壓電脈衝作業井中垂直向放置放電電極，將高壓脈衝電源與放電電極的地面端用高壓電纜相連接，在真空預壓施工期間啟動高壓脈衝電源，使高壓脈衝電源輸出高壓直流脈衝電流，高壓直流脈衝電流通過高壓電纜傳輸到放電電極，放電電極向放電電極四周的軟地基處理區域的軟土層釋放高壓直流脈衝電流，對軟地基處理區域的軟土層進行高壓電脈衝處理。其不足之處在於：1)需在軟地基處理區域設置高壓電脈衝作業井，工程難度大，成本高，且會對地基強度造成影響；2)軟地基處理區域廣，作業面大，電脈衝在土中損耗大，其方法難以達到預期效果；3)在含水率高的軟地基區域輸出高壓直流脈衝電流，作業危險性高；4)該處理方法耗能大，成本高。此外，中國專利號：200710025252.X，專利名稱：複合真空預壓軟基綜合加固方法。該發明公開的技術為：通過了運用真空預壓和電滲降水兩工法的複合，保留了原真空預壓的優點，同時結合電滲降水，實現真空預壓工法在淤泥類軟土層地基上的運用，且使軟土加固深度得到增加，施工時間縮短。其不足之處在於地球作為一個大導體，其對電能的稀釋作用極強，電滲的方法應用在軟基處理上難以形成預期的電流通路，從而難以實現預期的處理效果。

技術實現要素：
針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種淤泥質土軟基的脈動真空預壓排水裝置及方法，排水效果得到顯著提高。為實現上述目的，本發明採用了以下技術方案：根據本發明的一個方面，提供一種淤泥質土軟基的脈動真空預壓排水裝置，包括裝有抽真空部件、單向閥門、閥門控制部件的主管路，以及旁開支路，其中：抽真空部件與單向閥門之間通過真空管路連接，單向閥門連接閥門控制部件；所述閥門控制部件控制所述單向閥門的開閉頻率，通過所述單向閥門的周期性開閉使主管路的真空度產生高頻紊動，將抽真空部件對主管路的持續抽真空作用改變為間歇性抽真空作用，從而使得主管路內氣流形成高頻瞬時脈衝；所述旁開支路兩端接口分別設置於單向閥門的兩端，在所述單向閥門關閉時，水流從所述旁開支路通過，從而保證排水過程的連續性。優選地，所述單向閥門為直通式常開單向閥門，直通式常開單向閥門安裝在抽真空部件進氣口前端的主管路上。優選地，所述閥門控制部件採用循環定時電源控制器。優選地，所述旁開支路繞過單向閥門，在所述單向閥門關閉時，所述旁開支路與所述主管路相通。優選地，所述的抽真空部件設有壓力表，用於實時記錄真空管路內的真空度。優選地，所述的真空管路與抽真空部件、單向閥門的連接處用寶塔型對絲連接並密封以保證連接密閉。優選地，所述裝置進一步設有排水部件，所述排水部件通過轉換接頭與主管路末端連接，所述排水部件插在待處理軟土層中，作為豎向排水通道。優選地，所述的排水部件由若干高性能塑料排水板組成，其外包濾膜，所述濾膜採用土工布。根據本發明的一個方面，提供一種淤泥質土軟基的脈動真空預壓排水方法，所述方法在現有真空預壓排水系統的抽真空部件進氣口前端連接一單向閥門，採用閥門控制部件控制所述單向閥門的開閉頻率，通過所述單向閥門的周期性開閉使主管路的真空度產生高頻紊動，將抽真空部件對主管路的持續抽真空作用改變為間歇性抽真空作用，從而使得主管路內氣流形成高頻瞬時脈衝，加劇氣體的剪切作用，傳遞到主管路末端土體使其發生剪切流變，進一步促使土體快速排水沉降固結；氣流的高頻瞬時脈衝作用對土體內排水板表面的土工布及土體內滲水通道的防堵起到明顯的促進作用；所述單向閥門的兩端分別連接一旁開支路兩端接口，在所述單向閥門關閉時，水流從所述旁開支路通過，從而保證排水過程的連續性。具體的，所述方法包括如下步驟：①將所述單向閥門接入現有真空預壓排水系統中，按照真空預壓排水系統的布置方法在待處理區域布設所述脈動真空預壓排水裝置；②將所述閥門控制部件設置為循環工作模式；③打開抽真空部件進行抽真空排水，同時打開單向閥門同步工作；④隨著含水率的降低，在不同排水階段，通過所述閥門控制部件控制所述單向閥門開閉工作頻率進行變頻，增強氣流剪切作用，更合理高效地促進排水；⑤在所述單向閥門的兩端分別連接所述旁開支路兩端接口，在所述單向閥門關閉時，水流從所述旁開支路通過，從而保證排水過程的連續性。與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：本發明是在真空預壓排水法的基礎上改進而來，操作簡單，使用安全，成本低廉，能耗較低，經室內模型試驗測試排水效果得到顯著提高；本發明可在不同待處理區域反覆使用，只需在現有真空預壓系統中加裝一個單向閥門及一個旁開支路，並根據現場實際工況調控開閉頻率，易安裝拆卸，達到了高效經濟、節能安全等多重功效。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯：圖1為本發明一較優實施例的裝置結構示意圖；圖中：真空泵1、直通式常開單向閥門2、真空系統主管路3、排水板4、密封膜5、閥門控制部件6、旁開支路7。具體實施方式下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助於本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬於本發明的保護範圍。實施例1對於泥沙中值粒徑d50＝5μm，含水率為86％的泥漿，本實施例提供一種淤泥質土軟基的脈動真空預壓排水裝置，本實施例中，抽真空部件採用真空泵，單向閥門採用直通式常開單向閥門2，閥門控制部件6採用循環定時電源控制器。當然，其他實施例中，也可以選擇其他的部件或者設備，能實現相應的功能即可。具體的，所述裝置由真空泵1、直通式常開單向閥門2、真空系統主管路3、排水板4、密封膜5、閥門控制部件6和旁開支路7組成，其中：抽真空部件、單向閥門、閥門控制部件安裝在主管路上，真空泵1與直通式常開單向閥門2之間用主管路3連接，連接處用寶塔型對絲連接並密封以保證連接密閉，使系統內具有較高的真空度；直通式常開單向閥門2安裝在真空泵1的進氣口前段，並經由閥門控制部件6連接電源以控制閥門開閉，旁開支路7的兩端接口分別設置於直通式常開單向閥門2的兩端，排水板4通過轉換接頭連接在主管路3的末端，並插入土體作為過氣排水通道。本實施例中，所述真空泵1額定電壓220V/50HZ，外形尺寸395mm*145mm*318mm，抽氣速率14.4m3/h，用於抽氣形成真空，其上自帶壓力表，可實時記錄脈動真空預壓排水系統內的真空度。本實施例中，所述直通式常開單向閥門2，型號為2W-15K，尺寸長62mm*高123mm，4分口徑，額定電壓AC220v，兩端通過4分的對絲與主管路3連接，並經由閥門控制部件6連接電源以控制單向閥門2的開閉。本實施例中，所述真空系統主管路3是由內徑2cm的PVC管做成，其長短可根據現場實際情況改變，並可在排水系統主管路尾端分接多股真空支管以連接多個排水板4，用做過氣過水通道。本實施例中，所述排水板4由高性能塑料排水板組成，塑料排水板長度為1.5m，間距50cm×50cm，其外包密封膜5採用土工布，插在待處理軟土層中，作為豎向排水通道。本實施例中，所述閥門控制部件6採用通、斷電工作頻率為通電2秒、斷電4秒的循環定時電源開關，能夠實現對單向閥門開閉的精準控制。本實施例中，所述旁開支路7繞過單向閥門2，在所述單向閥門2關閉時，所述旁開支路7與所述主管路3相通。旁開支路7的管徑較小。本實施例脈動真空預壓排水法的工作步驟如下：1、改裝真空預壓排水系統，將直通式常開單向閥門2接入真空系統中，按照真空預壓排水系統的布置方法在待處理區域布設脈動真空預壓排水裝置；2、將閥門控制部件6設置為通電2秒、斷電4秒的循環工作模式；3、打開真空泵1進行抽真空排水，同時打開直通式常開單向閥門2同步工作；4、隨著含水率的降低，在不同排水階段，採用閥門控制部件6控制直通式常開單向閥門2開閉工作頻率(作變頻處理)，增強氣流剪切作用，更合理高效地促進排水；5、在單向閥門的兩端分別連接一旁開支路兩端接口，在所述單向閥門關閉時，水流從旁開支路通過，從而保證排水過程的連續性。實施效果：經過實際試驗驗證，對於泥沙中值粒徑d50＝5μm，含水率86％的泥漿，真空度-68kpa，在相同排水時間內，相比於原始真空預壓排水法，含水率降低速率將明顯提高，說明閥門的周期性瞬時開閉產生的脈動作用促進了真空排水，這種脈動作用對土工布及土壤內過水通道的防堵起到能夠良好促進作用，脫水效果提高明顯。實施例2對於泥沙粒徑d50＝8μm，含水率為75％的泥漿，本實施例提供一種淤泥質土軟基的脈動真空預壓排水裝置，由真空泵1、直通式常開單向閥門2、真空系統主管路3、排水板4、密封膜5、閥門控制部件6和旁開支路7組成，各部件連接方法同實施例1中所述。本實施例中，所述真空泵1額定電壓380V/60HZ，抽氣速率35m3/h，用於抽氣形成真空，其上自帶壓力表，可實時記錄系統內的真空度。本實施例中，所述直通式常開單向閥門2，為1.5寸口徑，額定電壓AC380v，兩端與主管路3密閉連接，並經由閥門控制部件6連接電源以控制其閥門開閉。本實施例中，所述真空管3是由內徑5cm的PE管做成，其長短可根據現場實際情況改變，並可在主管路尾端可分接多股真空支管以連接多個排水板4,用做過氣過水通道。本實施例中，所述排水板4是由高性能塑料排水板組成，塑料排水板長度為1.5m，間距80cm×80cm，其外包密封膜5採用土工布，插在待處理軟土層中，作為豎向排水通道。本實施例中，所述閥門控制部件6採用通、斷電工作頻率為通電2秒，斷電2秒的循環定時電源開關，能夠實現對閥門開閉的精準控制。本實施例脈動真空預壓排水法的工作步驟如下：1、改裝真空預壓排水系統，將直通式常開單向閥門2接入真空系統中，按照真空預壓排水系統的布置方法在待處理區域布設脈動真空預壓排水裝置；2、將閥門控制部件6設置為通電2秒、斷電2秒的循環工作模式；3、打開真空泵1進行抽真空排水，同時打開直通式常開單向閥門2同步工作；4、隨著含水率的降低，在不同排水階段，採用閥門控制部件6控制直通式常開單向閥門2開閉工作頻率(作變頻處理)，增強氣流剪切作用，更合理高效地促進排水；5、在單向閥門的兩端分別連接一旁開支路兩端接口，在述單向閥門關閉時，水流從旁開支路通過，從而保證排水過程的連續性。實施效果：對於泥沙中值粒徑d50＝8μm，含水率75％的泥漿，真空度-80kpa，在相同排水時間內，相比於原始真空預壓排水法，閥門的周期性瞬時開閉產生的脈動作用促進了真空排水，這種脈動作用對土工布及土壤內過水通道的防堵起到能夠良好促進作用，脫水效果提高明顯。本發明整套裝置易安裝拆卸，能耗低效果好，能夠反覆使用且成本較低，達到了高效經濟安全多重功效。以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明並不局限於上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的範圍內做出各種變形或修改，這並不影響本發明的實質內容。