一种增加地下水含气量的液化地基处理装置及施工方法.pdf

本发明公开了一种增加地下水含气量的液化地基处理装置及施工方法，包括水管、土工布、外用抽水泵、气体发生装置，所述的水管为外层包裹土工布的带孔水管，有两根，分别为抽水管和进水管；所述，抽水管和进水管的带孔部分均置于液化地基中，抽水管与外用抽水泵、气体发生装置、进水管依次连接后，与液化地基形成封闭的水流系统；所述的外用抽水泵，其扬程大于抽水管的长度，以保证抽水管深部的地下水可以抽出。外用抽水泵将液化地基中的地下水抽出，经气体发生装置往抽取的地下水中充入气泡后，再将水从进水管补给到液化地基中。因此，本发明实现在不损坏地基结构、不浪费资源的情况下，达到降低液化地基饱和度的目的。

1.  一种增加地下水含气量的液化地基处理装置，包括水管、土工布、外用抽水泵、气体发生装置，其特征在于：所述的水管为外层包裹土工布的带孔水管，有两根，分别为抽水管和进水管；所述抽水管和进水管的带孔部分均置于液化地基中，抽水管与外用抽水泵、气体发生装置、进水管依次经软管连接后，与液化地基形成封闭的水流系统；所述的外用抽水泵，其扬程大于抽水管的长度。

2.  根据权利要求1所述的一种增加地下水含气量的液化地基处理装置，其特征在于：所述的带孔水管为PVC塑料材质，直径为10～20cm，厚度为5～10mm，带孔水管上的小孔直径3～8mm，小孔间距为5～10cm。

3.  根据权利要求1所述的一种增加地下水含气量的液化地基处理装置，其特征在于：所述气体发生装置产生的气泡直径小于等于100um。

4.  根据权利要求1所述的一种增加地下水含气量的液化地基处理装置，其特征在于：在抽水管和外用抽水泵之间还设有水体含气量检测装置。

5.  一种如权利要求4所述的增加地下水含气量的液化地基处理装置的施工方法，包括以下技术步骤：
1)根据液化地基的位置和深度，将抽水管和进水管位于液化地基的部分布设小孔；
2)将抽水管和进水管用土工布包裹后分别打入到液化地基不同位置，且保证抽水管和进水管的带孔部分均位于液化地基中；
3)将抽水管、水体含气量检测装置、外用抽水泵、气体发生装置和进水管通过软管依次连接，与液化地基形成封闭的水流系统；
4)同时开启水体含气量检测装置、外用抽水泵和气体发生装置，外用抽水泵抽取液化地基中的地下水，气体发生装置将气泡注入抽取的地下水中，带气泡的地下水通过进水管回灌液化地基，使得液化地基中的地下水在抽水管、气体发生装置和进水管之间循环；
5)通过水体含气量检测装置对抽取的地下水含气量进行分析，当地下水中含气量超过5％时，停止抽水和进水；
6)定期重复步骤1～5，保持液化地基长期处于减饱和状态。

6.  如权利要求5所述的一种增加地下水含气量的液化地基处理装置的施工方法，其特征在于水体含气量检测装置对抽取的地下水含气量进行分析的方法为：体积模量法，计算方式为，检测出抽取的地下水的体积模量，按式Ⅱ进行计算得到地下水中气体含量，
C=BaBf]]>   (式Ⅱ)
式Ⅱ中C为抽取的地下水含气量，也是液化地基中地下水的含气量；B_f为测得抽取的地下水的体积模量；B_a为空气的体积模量，取为0.142MPa，当液化地基中地下水的体积模量为2.84MPa时，液化地基中地下水的含气量达到5％，液化地基的饱和度减小为95％。

一种增加地下水含气量的液化地基处理装置及施工方法
技术领域
本发明属于土木建筑工程技术领域，特别涉及一种增加地下水含气量的液化地基处理装置及施工方法。
背景技术
液化是造成场地地震损害的首要原因之一，地震引起的地基失事约50％起因于液化。近几年来，我国地震灾害不断发生，其中砂土液化引起了道路管线、地下工程、堤坝等的严重破坏，引起工程界的普遍关注。
砂土液化的防治主要从预防砂土液化的发生和防止或减轻建筑物不均匀沉陷两方面入手。包括合理选择场地；采取振冲、夯实、爆炸、挤密桩等措施，提高砂土密度；排水降低砂土孔隙水压力；换土，板桩围封，以及采用整体性较好的筏基、深桩基等方法，国内在工程上最常用的是桩基处理法。这些方法共性的缺点是造价高，在大面积液化地基上应用费用高昂。
减饱和法是近年来提出的一种液化地基处理方法，其基本原理是通过工程措施减小饱和砂土地基中的饱和度，将饱和砂土地基变成不饱和的砂土地基，从而提高地基的抗液化强度，减轻地震时产生的液化震害。研究证实，当地下水中的含气量提高到5％，即地基饱和度降低到95％时，砂土的抗液化强度将提高2～3倍。减饱和法目前主要包括地下充气法、降低地下水位法等，地下充气法要施加较大的气压才能在地基深部充入气泡，而所施加的较大气会压劈裂地基土体造成地基结构损伤；而降低地下水位的方法则改变了地基的应力状态，会造成地基的沉降，而且需要采取长期措施才能保持较低的地下水位，增加了该方法的适用性。
发明内容
本发明提出一种增加地下水含气量的液化地基处理装置，目的在于：克服现有地下充气法、降低地下水位法两种减饱和法对地基结构产生损伤的缺陷。
本发明解决技术问题所采取的技术方案是：
一种增加地下水含气量的液化地基处理装置，包括水管、土工布、外用抽水泵、气体发生装置，所述的水管为外层包裹土工布的带孔水管，有两根，分别为抽水管和进水管；所述，抽水管和进水管的带孔部分均置于液化地基中，抽水管与外用抽水泵、气体发生装置、进水管依次经软管连接后，与液化地基形成封闭的水流系统；所述的外用抽水泵，其扬程大于抽 水管的长度。
作为本发明的优选方案，所述的带孔水管为PVC塑料材质，直径为10～20cm，厚度为5～10mm，带孔水管上的小孔直径3～8mm，小孔间距为5～10cm。
作为本发明的优选方案，所述气体发生装置产生的气泡直径小于等于100um。
作为本发明的优选方案，在抽水管和外用抽水泵之间还设有水体含气量检测装置。
本发明的另一目的在于，提供一种增加地下水含气量的液化地基处理装置的施工方法，包括以下技术步骤：
1)根据液化地基的位置和深度，将抽水管和进水管位于液化地基的部分布设小孔；
2)将抽水管和进水管用土工布包裹后分别打入到液化地基不同位置，且保证抽水管和进水管的带孔部分均位于液化地基中；
3)将抽水管、水体含气量检测装置、外用抽水泵、气体发生装置和进水管通过软管依次连接，与液化地基形成封闭的水流系统；
4)同时开启水体含气量检测装置、外用抽水泵和气体发生装置，外用抽水泵抽取液化地基中的地下水，气体发生装置将气泡注入抽取的地吸水中，带气泡的地下水通过进水管回灌液化地基，使得液化地基中的地下水在抽水管、气体发生装置、进水管之间循环；
5)通过水体含气量检测装置对抽取的地下水含气量进行分析，当地下水中含气量超过5％时，停止抽水和进水；
6)定期重复步骤1～5，保持地基长期处于减饱和状态。
作为本发明的优选方案，所述的水体含气量检测装置对抽取的地下水的含气量进行分析的方法为：体积模量法，按照下式Ⅰ进行计算：
C=1-Bw(Bf-Ba)Bf(Bw-Ba).]]>
式中，C为抽取的地下水含气量，也是液化地基中地下水含气量；B_f为测得抽取的地下水的体积模量；B_w为纯水的体积模量，取2.2GPa，B_a为空气的体积模量，取为0.142MPa。
由于公式空气的体积模量B_a远小于纯水的体积模量B_w，因此式Ⅰ可近似为式Ⅱ：
C=BaBf.]]>
当液化地基中的地下水的体积模量为2.84MPa时，液化地基中地下水的含气量达到5％，液化地基的饱和度减小为95％。
本发明的优点和效果在于：
1、本发明采用将抽水管、水体含气量检测装置、外用抽水泵、气体发生装置和进水管通过软管依次连接，与液化地基形成封闭的水流系统，将抽取地下水注入气泡后回灌于液化地基内，并进行循环的方法，将饱和液化地基变成减饱和状态的地基，避免了地基充气法的高压空气劈裂地基土体产生地基结构损伤的缺点。
2、本发明利用地基中的地下水进行循环，在施工中既不需要降低水位以改变地基的应力状态，不会对地基结构产生损害；也不需要额外加入大量水源造成资源浪费。
3、本发明采用的外用抽水泵的扬程大于抽水管的长度，可以保证抽水管深部的地下水可以抽出。
4、本发明采用水体含气量检测装置检测地下水含气量的方法可以准确测量地基的饱和度，施工质量可控。
5、本发明成本低廉，设备简单，在不同环境中抽水管和进水管分布于不同位置，可适用于大面积液化地基的处理。
6、通过软管连接抽水管、水体含气量检测装置、外用抽水泵、气体发生装置和进水管，可实现在可液化地基上部构筑物施工后也可以持续进行抽水和灌水的作业，使地基达到长期处于减饱和状态，达到地基抗液化目的。
附图说明：
图1本发明所述的一种增加地下水含气量的液化地基处理装置用于新建建筑地的液化地基的施工示意图；
图2本发明所述的一种增加地下水含气量的液化地基处理装置用于液化地基上部构筑物施工后的施工示意图。
图中，1为液化地基，2为地表覆盖层，3为抽水管，4为土工布，5为小孔，6为进水管，7为软管，8为外用抽水泵，9为气体发生装置，10为水体含气量检测装置，11为水流方向，12为上部构筑物。
具体实施方式
一种增加地下水含气量的液化地基处理装置，包括水管、土工布4、外用抽水泵8、气体发生装置9，所述的水管为外层包裹土工布4的带孔水管，有两根，分别为抽水管3和进水管6；所述，抽水管3和进水管6的带孔部分均置于液化地基1中，抽水管3与外用 抽水泵8、气体发生装置9、进水管6依次经软管7连接后，与液化地基1形成封闭的水流系统；所述的外用抽水泵8，其扬程大于抽水管3的长度。
所述的带孔水管为PVC塑料材质，直径为10～20cm，厚度为5～10mm，带孔水管上的小孔5直径3～8mm，小孔5间距为5～10cm。
所述气体发生装置9产生的气泡直径小于等于100um。
在抽水管3和外用抽水泵8之间还设有水体含气量检测装置10。
实施例1
一种增加地下水含气量的液化地基1处理装置的施工方法，如图1所示，用于新建建筑地的施工方法，包括以下技术步骤：
1)根据液化地基1的位置和深度，将抽水管3和进水管6位于液化地基1的部分布设小孔5；
2)将抽水管3和进水管6用土工布4包裹后分别打入到液化地基1不同位置，且保证抽水管3和进水管6的带孔部分均位于液化地基1中，抽水管3和进水管6分别在地表覆盖层2上方与软管7相连；
3)将抽水管3、水体含气量检测装置10、外用抽水泵8、气体发生装置9和进水管6通过软管7依次连接，与液化地基1形成封闭的水流系统，其中水体含气量检测装置10、外用抽水泵8和气体发生装置9位于液化地基1上方；
4)同时开启外用抽水泵8、气体发生装置9、水体含气量检测装置10，外用抽水泵8抽取的液化地基1中的地下水，气体发生装置9将气泡注入抽取的地下水中，带气泡的地下水通过进水管6回灌液化地基1，使得液化地基1中的地下水在抽水管3和进水管6之间按水流方向11进行循环；
5)通过水体含气量检测装置10对抽取的地下水的含气量进行分析，当地下水含气量超过5％时，停止抽水和进水；
6)定期重复步骤1～5，保持液化地基1长期处于减饱和状态。
所述的水体含气量检测装置10对抽取的地下水含气量进行分析的方法为：体积模量法，按照下式Ⅰ进行计算：
C=1-Bw(Bf-Ba)Bf(Bw-Ba).]]>
式中，C为抽取的地下水含气量，也是液化地基1中地下水含气量；B_f为测得抽取的地 下水的体积模量；B_w为纯水的体积模量，取2.2GPa，B_a为空气的体积模量，取为0.142MPa。
由于公式空气的体积模量B_a远小于纯水的体积模量B_w，因此式Ⅰ可近似为式Ⅱ：
C=BaBf]]>
当液化地基1中地下水的含气量达到5％，即液化地基1的饱和度减小为95％时，地下水的体积模量为2.84MPa。
实施例2
一种增加地下水含气量的液化地基处理装置的施工方法，如图2所示，用于液化地基1上部构筑物12施工后的施工方法。
与实施例1的区别在于，步骤2)中将抽水管3和进水管6用土工布4包裹后分别打入到液化地基1不同位置，且保证抽水管3和进水管6的带孔部分均位于液化地基1中，抽水管3和进水管6分别在地表覆盖层2中与软管7连接；步骤3)中将抽水管3、水体含气量检测装置10、外用抽水泵8、气体发生装置9和进水管6通过软管7依次连接，与液化地基1形成封闭的水流系统时，水体含气量检测装置10、外用抽水泵8、气体发生装置9位于液化地基1的上部构筑物12侧面。
以上所述，仅为发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据发明的技术方案及其构思加以同等替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。