一种加热真空预压联合交替注气的软基处理系统的制作方法

1.本实用新型涉及软基处理和施工领域技术，尤其是指一种加热真空预压联合交替注气的软基处理系统。


背景技术：

2.近年来，随着我国沿海地区经济的快速发展，各沿海城市的规模不断扩大，铁路公路建设不断增大，在建设过程中出现了越来越多的软基处理工程。我国沿海地区大多存在近代沉积的软弱黏土层，这种软弱黏土具有含水率高、压缩性大、渗透性差、强度低、土层厚和分布极不均匀等特点，若在这些土层上建造建筑物将会遇到地基失稳、沉降和不均匀沉降显著等问题，因此需要进行地基处理。
3.真空预压法是软基处理常用的排水方法之一，而常规的真空预压固结排水法存在以下缺点：容易产生淤堵且在排水板周围形成土柱导致不均匀沉降、真空度沿竖向排水板衰减导致深层土体处理效果差，工期较长且工后沉降较大等等。
4.基于以上缺点，本实用新型可大量减低排水板附近的淤堵，减缓真空度的衰减，提高固结效果，缩短工期并减低工后沉降。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种加热真空预压联合交替注气的软基处理系统，其可大量减低排水板附近的淤堵，减缓真空度的衰减，提高固结效果，缩短工期并减低工后沉降。
6.为实现上述目的，本实用新型采用如下之技术方案：
7.一种加热真空预压联合交替注气的软基处理系统，包括有第一抽注气真空预压处理系统、第二抽注气真空预压处理系统以及加热系统；
8.该第一抽注气真空预压处理系统包括有第一真空泵装置、第一注气装置和第一排水管网；该第一排水管网包括有第一主滤管和多个第一支滤管；该第一主滤管的一端连接第一真空泵装置和第一注气装置，该多个第一支滤管纵向间隔排布，每一第一支滤管均横向延伸，每一第一支滤管均连接第一主滤管的另一端，每一第一支滤管均连接有多个第一排水板，多个第一排水板横向间隔排布，每一第一排水板均竖向延伸插入土体中；
9.该第二抽注气真空预压处理系统包括有第二真空泵装置、第二注气装置和第二排水管网；该第二排水管网包括有第二主滤管和多个第二支滤管；该第二主滤管的一端连接第二真空泵装置和第二注气装置，该多个第二支滤管纵向间隔排布并与多个第一支滤管交替设置，每一第二支滤管均横向延伸，每一第二支滤管均连接第二主滤管的另一端，每一第二支滤管均连接有多个第二排水板，多个第二排水板横向间隔排布，每一第二排水板均竖向延伸插入土体中；
10.该加热系统包括有太阳能加热装置和多排加热棒，多排加热棒均连接太阳能加热装置，多排加热棒分别位于相邻的第一支滤管和第二支滤管之间，每一排加热棒均由多个
横向间隔排布的加热棒组成，每一个加热棒均竖向延伸插入土体中。
11.优选的，所述第一真空泵装置和第一注气装置均配置有第一阀门，该第二真空泵装置和第二注气装置均配置有第二阀门。
12.优选的，所述第一排水管网和第二排水管网布设于待处理软基表面以上并位于垫层中间，且在第一排水管网和第二排水管网以上设置对待处理软基表面形成密封的柔性密封层。
13.优选的，所述柔性密封层由双层真空膜和土工布叠合构成，柔性密封层周边压实在待处理软基表面上，软基横向两侧边缘设置止水结构。
14.优选的，所述第一排水板和第二排水板均为塑料排水板。
15.优选的，所述每一排加热棒采用并联的方式与太阳能加热装置连接。
16.本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：
17.通过配合设置第一抽注气真空预压处理系统、第二抽注气真空预压处理系统以及加热系统，大大提升处理效率以及处理效果；加热系统中每一横排的加热棒采用并联的方式，提高加热棒的利用率；由于热传递的作用加热棒的长度可短于排水板长度，既可以使土体均匀加热又可以节约用电减低成本；以及，采用太阳能加热装置，充分利用太阳能来转化为电能，再由电能转化为热能，实现绿色环保，另外，交替式抽注气真空预压系统分为两个独立的系统，实现一边抽气一边间歇式注气，大大提高了真空预压固结效果。
18.为更清楚地阐述本实用新型的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本实用新型进行详细说明。
附图说明
19.图1是本实用新型之较佳实施例的主视图；
20.图2是本实用新型之较佳实施例的俯视图；
21.图3是本实用新型之较佳实施例中抽注气系统的俯视图；
22.图4是本实用新型之较佳实施例中加热系统的俯视图。
23.附图标识说明：
24.10、第一抽注气真空预压处理系统
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11、第一真空泵装置
25.111、排水管
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12、第一注气装置
26.13、第一排水管网
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131、第一主滤管
27.132、第一支滤管
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133、第一排水板
28.14、第一阀门
29.20、第二抽注气真空预压处理系统
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21、第二真空泵装置
30.22、第二注气装置
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23、第二排水管网
31.231、第二主滤管
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232、第二支滤管
32.233、第二排水板
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24、第二阀门
33.30、加热系统
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31、太阳能加热装置
34.311、加热阳极
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312、加热阴极
35.32、加热棒
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40、土体
36.41、垫层
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42、密封沟
37.50、柔性密封层
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51、双层真空膜
38.52、土工布
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60、止水结构
具体实施方式
39.请参照图1至图4所示，本实用新型揭示了一种加热真空预压联合交替注气的软基处理系统，采用第一抽注气真空预压处理系统10、第二抽注气真空预压处理系统20以及加热系统30。
40.该第一抽注气真空预压处理系统10包括有第一真空泵装置11、第一注气装置12和第一排水管网13；该第一排水管网13包括有第一主滤管131和多个第一支滤管132；该第一主滤管131的一端连接第一真空泵装置11和第一注气装置12，该多个第一支滤管132纵向间隔排布，每一第一支滤管132均横向延伸，每一第一支滤管132均连接第一主滤管131的另一端，每一第一支滤管132均连接有多个第一排水板133，多个第一排水板133横向间隔排布，每一第一排水板133均竖向延伸插入土体40中。在本实施例中，所述第一真空泵装置11和第一注气装置12均配置有第一阀门14，所述第一排水板133为塑料排水板。
41.该第二抽注气真空预压处理系统20包括有第二真空泵装置21、第二注气装置22和第二排水管网23；该第二排水管网23包括有第二主滤管231和多个第二支滤管232；该第二主滤管231的一端连接第二真空泵装置21和第二注气装置22，该多个第二支滤管232纵向间隔排布并与多个第一支滤管132交替设置，每一第二支滤管232均横向延伸，每一第二支滤管232均连接第二主滤管231的另一端，每一第二支滤管232均连接有多个第二排水板233，多个第二排水板233横向间隔排布，每一第二排水板233均竖向延伸插入土体40中。该第二真空泵装置21和第二注气装置22均配置有第二阀门23。所述第二排水板233为塑料排水板。
42.该加热系统30包括有太阳能加热装置31和多排加热棒32，多排加热棒32均连接太阳能加热装置31，多排加热棒32分别位于相邻的第一支滤管132和第二支滤管232之间，每一排加热棒32均由多个横向间隔排布的加热棒32组成，每一个加热棒32均竖向延伸插入土体40中；所述每一排加热棒32采用并联的方式与太阳能加热装置31连接，提高加热棒32的利用率并减轻某一加热棒32损坏对整个加热系统30的影响。
43.以及，所述第一排水管网13和第二排水管网23布设于待处理软基表面以上并位于垫层41中间，且在第一排水管网13和第二排水管网23以上设置对待处理软基表面形成密封的柔性密封层50。所述柔性密封层50由双层真空膜51和土工布52叠合构成，柔性密封层50周边压实在待处理软基表面上，软基横向两侧边缘设置止水结构60。
44.施工时，通过第一注气装置12或第二注气装置22向土体40注入高压气体导致土体产生气压劈裂，其中生成的裂隙能提供排水导气通道或增强排水通道的通畅性，缓解淤堵泥层形成，加快土体的固结速率；从土体40非饱和带角度出发，提出注气增压能够改变土体饱和度与含水率，提高水气交界非饱和土基质吸力，使气水界面越靠近土颗粒，从而水占有孔隙的体积减小，促进土体排水固结，而交替式排水固结，在第一排水板133和第二排水板233上分阶段交替施加真空压力，利用交替真空荷载产生的反向渗流力，使路径中聚积的细颗粒发生方向相反的运移，从而减缓“土柱”现象，避免或减缓在加固过程中细颗粒在排水板附近聚积堵塞渗透路径的问题。
45.同时太阳能加热装置31将太阳能转化为电能，电流通过加热阳极311流到加热棒32中，部分电能转化为热能，对土体40进行加热处理，当土体40温度达到60-70℃时进行保温处理，随后电流经过加热阴极312形成回路。
46.具体而言：
47.施工前要做好现场准备工作，平整场地，并开挖出纵横向排水沟排除积水；然后开始铺设垫层41，垫层41为砂垫层，砂垫层分两层摊铺，铺设下层砂垫层后打设第一排水板133和第二排水板233土体40中，第一排水板133的板头与第一支滤管132相接，第二排水板233的板头与第二支滤管232相接，然后汇集在第一主滤管131和第二主滤管231中；相接完成后再铺设上层砂垫层。密封沟42开挖时应将沟内砂层全部清理干净，埋设好密封膜后采用分层回填土并压实，在加固区密封膜顶部和四周便捷开挖的密封沟42内注水，以水封的方式来保证加固区内的真空度。随后进行真空预压：
48.首先，第一抽注气真空预压处理系统10进行运作，打开第一真空泵装置11的第一阀门14开始启动抽气，随着软基内部负压的增大，土体40中的水先经过第一排水板133抽出，经过第一支滤管132，再汇集到第一主滤管131中回到第一真空泵装置11，再由第一真空泵装置11中的排水管111排出。真空预压的过程中保持膜下真空度为-85kpa以上，排水施工过程应确保密封系统的安全工作状态。
49.当排水效率逐渐缓慢时，第二抽注气真空预压处理系统20开始运作，打开第二注气装置22的第二阀门24开始进行间歇式注气，气压控制在300kpa左右，每次注气持续时间为15分钟左右。气体通过第二排水管网23进入到第二排水板233中，然后通过第二排水板233将气体注入土体40中，使得土体40中排水通道打开，减缓排水通道淤堵，使得排水效率提升。直到排水效果再次下降后，关闭第二抽注气真空预压处理系统20的第二注气装置22并开始第二真空泵装置21开始抽气，第一抽注气真空预压处理系统10的第一真空泵装置11逐渐关闭，第一抽注气真空预压处理系统10停止运作，保证膜下真空度保持在-85kpa以上。
50.此时，相邻横排的排水板真空压力的交替，从而改变土颗粒的运移方向，土颗粒逐渐从第一抽注气真空预压处理系统20的第一排水板133周边逐渐移动到第二抽注气真空预压处理系统20的第二排水板233周围，避免或减缓在加固过程中细颗粒在排水板附近聚积堵塞渗透路径的问题。当排水效率逐渐缓慢时，第一抽注气真空预压处理系统20再次运作，打开第一注气装置12的第一阀门14开始进行注气，从而形成循环。直到软土固结达到目标效果后停止真空预压。
51.另外，加热对真空预压的影响机理：土中孔隙水在不同温度下状态不同，当温度升高到一定值时(如60℃)，结合水性能接近自由水；将真空预压与加热联合，滤膜土体和泥膜中的结合水逐渐转化为自由水，渗透性提高。真空预压抽真空时，由于土中细颗粒聚集，在竖井周围形成泥膜；排水板滤膜也产生不同程度淤积，淤堵的滤膜和弱透水的泥膜产生屏蔽作用，使得负压向土体40内的传递减弱，影响水的排出，减弱排水固结法的加固效果；将真空预压与加热联合，滤膜土体和泥膜中的结合水逐渐转化为自由水，渗透性提高，细颗粒在滤膜上的淤积在一定程度上减弱，进而加速排水固结。此外，液态水的沸点会随着真空度上升而逐渐降低，真空度维持在-85kpa使土体发生真空汽化，发现真空汽化作用大幅度提升了排水速率。
52.本实用新型的设计重点是：通过配合设置第一抽注气真空预压处理系统、第二抽
注气真空预压处理系统以及加热系统，大大提升处理效率以及处理效果；加热系统中每一横排的加热棒采用并联的方式，提高加热棒的利用率；由于热传递的作用加热棒的长度可短于排水板长度，既可以使土体均匀加热又可以节约用电减低成本；以及，采用太阳能加热装置，充分利用太阳能来转化为电能，再由电能转化为热能，实现绿色环保，另外，交替式抽注气真空预压系统分为两个独立的系统，实现一边抽气一边间歇式注气，大大提高了真空预压固结效果。
53.以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。