一种上部封闭式低位真空预压系统及施工方法与流程

本发明涉及软土地基处理的，特别是涉及上覆砂层的深厚软弱淤泥的真空预压地基处理方法。

背景技术：

1、针对深厚的软弱淤泥，真空预压排水固结法对加快软土固结速率，提高地基强度，是行之有效的方法。在沿海沿江及围海造地工程中，出于工程需要，大部分软弱土层会上覆一定厚度的砂层或其他透水透气材料。目前真空预压通常采用“塑料排水板+砂垫层+密封膜/土工布+密封墙+抽真空”或“塑料排水板+板头连接件+主次排水管+密封膜/土工布+密封墙+抽真空”形成的真空密闭系统。其主要存在以下缺点：

2、(1)为防止上部砂层漏气，影响预压效果，需要在地基处理边界开挖密封沟或用搅拌桩机施工密封墙，形成密闭区域；密封墙施工的时间和经济成本较高，施工周期长。地基处理结束后，密封墙区域需要进行额外加固处理；

3、(2)真空预压使用的土工布和密封膜，均为一次性材料，材料成本较高；

4、(3)为保证真空效果，通常真空预压需要铺设500mm厚的砂垫层，材料成本较高；

5、上述存在的问题概括起来主要是由施工设备及工艺的局限性引起的，因此对深厚软土地基处理的真空预压施工方法的研发与创新是非常必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对上覆砂层或其他透水透气材料的深厚软土地基处理，提供一种不需要密封膜/土工布、不开挖密封墙、不需要铺设砂垫层、施工工序少、工期短，可快速和高质量加固下卧深厚软弱土层的上部封闭式的低位真空预压系统。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样的：

3、一种上部封闭式低位真空预压系统及施工方法，该系统由竖向排水子系统、水平排水子系统和抽真空子系统组成；竖向排水子系统由透水的竖向排水体、不透水的竖向排水管和竖向转换接头组成；水平排水子系统由水平排水支管、水平排水主管和多向变径管道接头组成；抽真空子系统由水气分离罐、抽真空管和真空泵组成。竖向排水体与竖向排水管由竖向转换接头连接，插板机将连接好的竖向排水系统打入土层中，使竖向排水体位于要加固的软土层，竖向排水管位于软土层上部的透水透气层并出露地表；竖向排水管通过多向变径管道接头连接由水平排水支管、水平排水主管和水气分离罐组成的水平排水网络，真空泵连接水气分离罐进行抽真空作业；水气分离罐中的水，由水泵抽出并排出场外。

4、竖向排水管为不透水的可伸缩塑料或钢丝波纹管，直径10mm～25mm，在承受外压时需保持其外形；

5、竖向排水体为塑料排水板或带螺旋钢丝的排水滤管，排水滤管直径50mm～100mm。

6、竖向转换接头是由塑料制成，与竖向排水管相连接部位呈圆管状，套接于竖向排水管的端部；竖向排水体为塑料排水板，相连部位呈扁平状，套接于塑料排水板的端部；竖向排水体为排水滤管，相连部位呈圆管状，套接于排水滤管的端部；

7、上覆砂层等透水透气土层以及要加固的软土层厚度通过地质勘查确定，地质土层情况相同或相似区域作为一个施工单元，当土层变化复杂时，可以缩小施工单元面积，以确保一个施工单元内的土层厚度基本相同为原则。施工单元内透水透气层和软土层厚度取平均值，作为插板时竖向排水体和竖向排水管的长度计算依据；

8、竖向排水体长度等于软土层厚度减500mm，竖向排水管长度等于透水透气层厚度+500mm+地表出露长度，地表出露长度等于排水体设计打设间距的1/2；

9、插板机套管内有一可上下移动的牵引钢板，牵引钢板上端通过钢丝绳连接卷扬机，卷扬机放置在插板机平台上；牵引钢板提升时由卷扬提供动力，下降时依靠自身重力下滑。

10、竖向排水管和竖向排水体分别套入竖向转换接头，用大号订书机钉牢，竖向排水管从插板机套管底部卡入套管内伸出的牵引钢板的卡口内，牵引钢板提升，将竖向排水体与竖向排水管拉入套管内，当提升高度达到设计长度时，切断竖向排水体，安装桩靴，进行插板作业；

11、插板时，控制牵引钢板的卷扬机处于空置放松状态，牵引钢板随插板套管同步下降，直至套管到达设计深度；套管上提时，牵引绞车的卷扬机处于闭锁状态，牵引钢板保持不动，直至套管提出地面；

12、竖向排水体位于要加固的软土层中，竖向排水管位于软土层上部的透水透气层并出露地表，竖向转换接头须位于透水透气层和软土层交界面以下500mm以内；

13、多向变径管道接头由硬质塑料制成，将竖向排水管与水平抽排水支管连接在一起；

14、水平排水主管与多根水平抽排水支管通过多向变径管道接头连接起来，接入到水气分离罐中，将地基中抽出的水和气排入到水气分离罐中。

15、水气分离罐是由金属材料或高强塑料制成，呈上部小、下部大的圆柱状，内部能形成真空环境，罐体能承受较高的压力作用。

16、水气分离罐的底部分布有多个抽排水的接入口，与水平排水主管相连，利用真空泵将地层中的水气抽排进入到水气分离罐中；其上部有抽真空接口和外排水接口，抽真空接口连接抽真空管道和真空泵，抽出罐中的气体形成真空；外排水接口与排水管相连，将水气分离罐内的水排出。

技术特征：

1.一种上部封闭式低位真空预压系统，该系统包括竖向排水子系统、水平排水子系统和抽真空子系统；竖向排水子系统包括透水的竖向排水体、不透水的竖向排水管和竖向转换接头；水平排水子系统包括水平排水支管、水平排水主管和多向变径管道接头；抽真空子系统包括水气分离罐、抽真空管和真空泵；竖向排水体与竖向排水管通过竖向转换接头连接；竖向排水体位于要加固的软土层中，竖向排水管位于软土层上部的透水透气层并出露地表；竖向排水管通过多向变径管道接头依次连接水平排水支管、水平排水主管和水气分离罐，水气分离罐连接真空泵。

2.根据权利要求1所述的一种上部封闭式低位真空预压系统，其特征是，竖向排水管为不透水的可伸缩波纹管，直径10mm～25mm。

3.根据权利要求1所述的一种上部封闭式低位真空预压系统，其特征是，透水的竖向排水体为塑料排水板。

4.根据权利要求1所述的一种上部封闭式低位真空预压系统，透水的竖向排水体为带螺旋钢丝的排水滤管，排水滤管直径50mm～100mm。

5.根据权利要求3所述的一种上部封闭式低位真空预压系统，其特征是，竖向转换接头设置有扁平状接头，扁平状接头套接于塑料排水板的端部。

6.根据权利要求4所述的一种上部封闭式低位真空预压系统，其特征是，竖向转换接头设置有圆管状接头，圆管状接头接于排水滤管的端部。

7.根据权利要求1所述的一种上部封闭式低位真空预压系统，其特征是，多向变径管道接头将出露地表的竖向排水管与水平排水支管连接在一起，形成真空抽排水的连通网络。

8.根据权利要求1所述的一种上部封闭式低位真空预压系统，其特征是，水平排水支管与水平排水主管通过多向变径管道接头连接起来，并连接水气分离罐。

9.根据权利要求1所述的一种上部封闭式低位真空预压系统，其特征是，水气分离罐包括罐体，罐体呈上部小、下部大的圆柱状，内部真空，罐体承受压力作用。

10.根据权利要求1所述的一种上部封闭式低位真空预压系统，其特征是，水气分离罐的底部分布有多个抽排水的接入口，与水平抽排水主管相连；水气分离罐上部设有抽真空接口和外排水接口，抽真空接口连接抽真空管道和真空泵；外排水接口与外排水主管相连。

11.一种上部封闭式低位真空预压系统的施工方法，其特征是，通过地质勘查确定透水透气层和要加固的软土层厚度，地质土层情况相同或相似区域作为一个施工单元；施工单元内透水透气层和软土层厚度取平均值，作为插板时竖向排水体和竖向排水管的长度依据；竖向排水体和竖向排水管用转换接头连接后，再通过插板机插入土层中；竖向排水体位于要加固的软土层中，竖向排水管位于软土层上部的透水透气层并出露地表。

12.根据权利要求11所述的一种上部封闭式低位真空预压系统的施工方法，其特征是，当土层变化复杂时，缩小施工单元面积，确保一个施工单元内的土层厚度基本相同。

13.根据权利要求11所述的一种上部封闭式低位真空预压系统的施工方法，其特征是，竖向排水体长度等于软土层厚度-500mm，竖向排水管长度等于透水透气层厚度+500mm+地表出露长度，地表出露长度等于排水体设计打设间距的1/2。

14.根据权利要求11所述的一种上部封闭式低位真空预压系统的施工方法，其特征是，竖向转换接头位于透水透气层和软土层交界面以下500mm范围内。

15.根据权利要求11所述的一种上部封闭式低位真空预压系统的施工方法，其特征是，所述插板机设置有一套管，套管内设有一可上下移动的牵引钢板，牵引钢板上端通过钢丝绳连接卷扬机，牵引钢板下端接竖向排水管，卷扬机放置在插板机平台上；牵引钢板提升时由卷扬提供动力，下降时依靠自身重力下滑。

16.根据权利要求11所述的一种上部封闭式低位真空预压系统的施工方法，其特征是，竖向排水管和竖向排水体分别套入竖向转换接头，用大号订书机钉牢，竖向排水管从插板机套管底部卡入套管内伸出的牵引钢板的卡口内，牵引钢板提升，将竖向排水体与竖向排水管拉入套管内，当提升高度达到设计长度时，切断竖向排水体，安装桩靴，进行插板作业。

17.根据权利要求16所述的一种上部封闭式低位真空预压系统的施工方法，其特征是，插板时，控制牵引钢板的卷扬机处于空置放松状态，牵引钢板随插板套管同步下降，直至套管到达设计深度；套管上提时，牵引绞车的卷扬机处于闭锁状态，牵引钢板保持不动，直至套管提出地面。

技术总结
本发明公开了一种上部封闭式低位真空预压系统及施工方法，该系统包括竖向排水子系统、水平排水子系统和抽真空子系统；根据上部透水透气层和拟加固的软土层厚度，确定竖向排水管和排水板的长度，通过竖向管‑板转换接头连接后，将竖向排水管从插板机套管底部卡入套管内的牵引钢板的卡口内，提升至设计高度后，然后随套管一起打入土层中，使转换接头的位于土层交界面以下不大于500mm范围内。将出露地表的竖向排水管连接地表排水系统，通过气液分离装置与真空泵相连，进行真空预压。本发明保证了真空度不受损失，使真空度直接传递到下部软土层中，提高了真空预压的效果；大幅减少施工工序，缩短铺设工期一半以上，节约成本30％以上。

技术研发人员：郑少河
受保护的技术使用者：郑少河
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11