一种抽水排气软基固结处理结构及方法.pdf

本发明公开了一种抽水排气软基固结处理结构及方法，该结构包括依次铺设于软基处理区域上的编织布和砂垫层、穿过砂垫层和编织布插入软基处理区域中的多根长竖向排水板、埋设于砂垫层中的多根平行排布的水平滤管支管和多根平行排布的水平滤管总管、依次铺设于砂垫层上的无纺土工布和密封膜、水气分离器及真空泵，对软基处理区域划块布置水气分离器，每块区域中布置一个水气分离器，多块区域配备一个真空泵，水气分离器的水气进入口通过连接管道与水平滤管总管连接，排水口上连接有排水管，抽气口通过抽气管与真空泵连接；优点是利用真空泵与水气分离器实现软基的固化处理，不仅能够降低成本，而且能够有效地提高固化效率。

1.  一种抽水排气软基固结处理结构，其特征在于包括铺设于软基处理区域的土壤表层上的编织布、铺设于所述的编织布上的砂垫层、穿过所述的砂垫层和所述的编织布插入软基处理区域中的多根长竖向排水板、埋设于所述的砂垫层中的多根平行排布的水平滤管支管和多根平行排布的水平滤管总管、铺设于所述的砂垫层上的无纺土工布、铺设于所述的无纺土工布上且用于一次性完全密封覆盖软基处理区域的密封膜、若干个水气分离器及若干个真空泵；所述的长竖向排水板的顶部位于所述的砂垫层中，所述的水平滤管支管与所述的水平滤管总管垂直相连接，对软基处理区域划块布置所述的水气分离器，每块区域中布置一个所述的水气分离器，所述的水气分离器的下部结构埋设于软基处理区域中，多块区域配备一个所述的真空泵，所述的水气分离器的水气进入口通过连接管道分别与所述的水气分离器所在区域中的每根所述的水平滤管总管连接，所述的水气分离器的排水口上连接有排水管，所述的水气分离器的抽气口通过抽气管与为所述的水气分离器所在的区域配备的所述的真空泵连接。

2.  根据权利要求1所述的一种抽水排气软基固结处理结构，其特征在于所述的砂垫层的厚度为40～50cm。

3.  根据权利要求1或2所述的一种抽水排气软基固结处理结构，其特征在于穿过所述的砂垫层和所述的编织布向软基处理区域中还插入有多根短竖向排水板，所述的短竖向排水板的顶部位于所述的砂垫层中，一根所述的短竖向排水板位于形成矩形的四根所述的长竖向排水板的正中间。

4.  根据权利要求3所述的一种抽水排气软基固结处理结构，其特征在于所述的长竖向排水板和所述的短竖向排水板的顶部超过所述的编织布20～30cm；所述的长竖向排水板的长度由地质情况而定，所述的短竖向排水板的长度为所述的长竖向排水板的长度的一半；相邻两根所述的长竖向排水板之间的间距为1.4～2.6m；所述的水平滤管支管与所述的水平滤管总管埋入所述的砂垫层中的深度均为15～20cm；相邻两根所述的水平滤管支管之间的间距为6～7m；相邻两根所述的水平滤管总管之间的间距为30～40m。

5.  根据权利要求4所述的一种抽水排气软基固结处理结构，其特征在于一个所述的水气分离器处理的区域的面积为3～4万平方米，且至多三个区域配备一个所述的真空泵。

6.  根据权利要求5所述的一种抽水排气软基固结处理结构，其特征在于所述的连接管道上设置有后期维修时用的第一截止阀。

7.  根据权利要求6所述的一种抽水排气软基固结处理结构，其特征在于所述的排水管上设置有第二截止阀；所述的抽气管上设置有止回阀。

8.  一种抽水排气软基固结处理方法，其特征在于包括以下步骤：
①整平软基处理区域，然后在软基处理区域的土壤表层上铺设编织布，再在编织布上铺设砂垫层；
②穿过砂垫层和编织布向软基处理区域中插设多根长竖向排水板，并使长竖向排水板的顶部位于砂垫层中；
③对软基处理区域划块布置水气分离器，每块3～4万平方米的区域的中间位置处埋设一个水气分离器的下部结构，并使水气分离器的下部结构的顶部与砂垫层的上表面齐平，三块区域配备一个真空泵；
④在砂垫层中埋设多根平行排布的水平滤管支管和多根平行排布的水平滤管总管，并使水平滤管支管与水平滤管总管垂直；然后完成水平滤管支管与水平滤管总管的连接；
⑤在砂垫层上依次铺设无纺土工布和密封膜，并使密封膜一次性完全密封覆盖软基处理区域，使软基处理区域完全封闭；
⑥通过法兰在水气分离器的下部结构上连接水气分离器的上部结构，并对预留的水气分离器的出膜口进行密封处理；然后在密封膜上布置用于连接水平滤管总管与水气分离器的水气进入口的连接管道；在完成水平滤管总管、连接管道与水气分离器的水气进入口的连接后，对预留的水平滤管总管与连接管道的连接处的出膜口进行密封处理；
⑦在水气分离器的排水口上连接一根排水管，在水气分离器的抽气口上通过一根安装有止回阀的抽气管与为该水气分离器所在的区域配备的真空泵连接；
⑧开启真空泵，对软基处理区域进行抽水排气处理，实现软基处理区域的固结。

9.  根据权利要求8所述的一种抽水排气软基固结处理方法，其特征在于所述的步骤⑧中在开启真空泵后，要求密封膜下真空度大于或等于80kPa，持续抽真空75～100天，实现软基处理区域的固结。

10.  根据权利要求8或9所述的一种抽水排气软基固结处理方法，其特征在于所述的步骤①中砂垫层的厚度为40～50cm；所述的步骤②中穿过砂垫层和编织布向软基处理区域中还插设多根短竖向排水板，并使一根短竖向排水板位于形成矩形的四根长竖向排水板的正中间；长竖向排水板和短竖向排水板的顶部超过编织布20～30cm位于砂垫层中，长竖向排水板的长度由地质情况而定，短竖向排水板的长度为长竖向排水板的长度的一半；相邻两根长竖向排水板之间的间距为1.4～2.6m；所述的步骤④中水平滤管支管与水平滤管总管埋入砂垫层中的深度均为15～20cm，相邻两根水平滤管支管之间的间距为6～7m，相邻两根水平滤管总管之间的间距为30～40m；所述的步骤⑥中连接管道上设置有后期维修时用的第一截止阀；所述的步骤⑦中排水管上设置有第二截止阀。

一种抽水排气软基固结处理结构及方法
技术领域
 本发明涉及一种软基处理技术，尤其是涉及一种抽水排气软基固结处理结构及方法。
背景技术
软基处理技术广泛地应用于我国沿海地区以及内地，特别是一些需要围海造地的地区，首先需进行软基处理，否则会对后期工程造成很大的风险和后患。目前，常用方法有水泥搅拌桩法、碎石桩法、真空预压法、置换法以及强夯法等，其中针对大面积软基预处理工程，普遍采用真空预压法的处理方式，该技术不但积累了大量的实测资料和丰富的经验，而且已具备相对完善真空预压法的施工工艺。现有的真空预压软基处理方法的主要施工步骤为：1）插设竖向排水板作为竖向排水通道；2）铺设砂垫层与布置水平滤管作为水平排水通道；3）挖密封沟与铺设密封膜以建立密封系统；4）每900～1100平方米布置一台射流泵，将其与竖向水平滤管相连；5）开启射流泵进行施工作业。但是这类真空预压软基处理方法存在以下不足之处：第一，射流泵的效率较低，其运作过程中只有30%的功效为真空预压提供负压场，故电耗严重，浪费人力物力；第二，每900～1100平方米布置一台射流泵，施工作业的设备成本高；第三，待处理区域需布置大量射流泵，而射流泵及相应电缆线分布分散，难以统一控制与管理。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种抽水排气软基固结处理结构及方法，其处理效率高、处理效果好，且成本低。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种抽水排气软基固结处理结构，其特征在于包括铺设于软基处理区域的土壤表层上的编织布、铺设于所述的编织布上的砂垫层、穿过所述的砂垫层和所述的编织布插入软基处理区域中的多根长竖向排水板、埋设于所述的砂垫层中的多根平行排布的水平滤管支管和多根平行排布的水平滤管总管、铺设于所述的砂垫层上的无纺土工布、铺设于所述的无纺土工布上且用于一次性完全密封覆盖软基处理区域的密封膜、若干个水气分离器及若干个真空泵；所述的长竖向排水板的顶部位于所述的砂垫层中，所述的水平滤管支管与所述的水平滤管总管垂直相连接，对软基处理区域划块布置所述的水气分离器，每块区域中布置一个所述的水气分离器，所述的水气分离器的下部结构埋设于软基处理区域中，多块区域配备一个所述的真空泵，所述的水气分离器的水气进入口通过连接管道分别与所述的水气分离器所在区域中的每根所述的水平滤管总管连接，所述的水气分离器的排水口上连接有排水管，所述的水气分离器的抽气口通过抽气管与为所述的水气分离器所在的区域配备的所述的真空泵连接。
所述的砂垫层的厚度为40～50cm；由于需在砂垫层中铺设水平滤管支管和水平滤管总管，同时为保证长竖向排水板和短竖向排水板排出的水能够全部渗入水平滤管支管中，因此要求砂垫层具有足够的厚度，在该抽水排气软基固结处理结构的基础上通过大量实验表明砂垫层的厚度为40～50cm能够达到最佳的效果。
穿过所述的砂垫层和所述的编织布向软基处理区域中还插入有多根短竖向排水板，所述的短竖向排水板的顶部位于所述的砂垫层中，一根所述的短竖向排水板位于形成矩形的四根所述的长竖向排水板的正中间；在四根长竖向排水板的正中间再插设一根短竖向排水板，可有效提高排水效率及排水效果。
所述的长竖向排水板和所述的短竖向排水板的顶部超过所述的编织布20～30cm；所述的长竖向排水板的长度由地质情况而定，所述的短竖向排水板的长度为所述的长竖向排水板的长度的一半；相邻两根所述的长竖向排水板之间的间距为1.4～2.6m；在此，限定长竖向排水板和短竖向排水板的顶部在砂垫层中的位置、长竖向排水板的长度和短竖向排水板的长度以及相邻两根长竖向排水板之间的间距，目的是为了能够有效地排水，最终使固结效果达到最佳。
所述的水平滤管支管与所述的水平滤管总管埋入所述的砂垫层中的深度均为15～20cm；相邻两根所述的水平滤管支管之间的间距为6～7m；相邻两根所述的水平滤管总管之间的间距为30～40m；在此，限定水平滤管支管与水平滤管总管埋入砂垫层中的深度、相邻两根水平滤管支管之间的间距以及相邻两根水平滤管总管之间的间距，目的是为了能够有效地排水，最终使固结效果达到最佳。
一个所述的水气分离器处理的区域的面积为3～4万平方米，且至多三个区域配备一个所述的真空泵；在此，对一个面积为3～4万平方米的区域进行抽水排气处理仅需一个水气分离器就能实现，且一个真空泵的有效处理面积能够达到9～12万平方米，在保证了固结效果的前提下，大大降低了能耗，降低了用电成本，同时降低了施工作业的设备成本；此外由于真空泵使用数量少，因此便于集中布置，智能化控制，这样不仅操作简单，而且利于统一管理、维修，可节省人力成本。
所述的连接管道上设置有后期维修时用的第一截止阀，设置第一截止阀方便维修更换，可保证压力稳定。
所述的排水管上设置有第二截止阀，设置第二截止阀方便维修更换，可保证压力稳定；所述的抽气管上设置有止回阀。
一种抽水排气软基固结处理方法，其特征在于包括以下步骤：
①整平软基处理区域，然后在软基处理区域的土壤表层上铺设编织布，再在编织布上铺设砂垫层；
②穿过砂垫层和编织布向软基处理区域中插设多根长竖向排水板，并使长竖向排水板的顶部位于砂垫层中；
③对软基处理区域划块布置水气分离器，每块3～4万平方米的区域的中间位置处埋设一个水气分离器的下部结构，并使水气分离器的下部结构的顶部与砂垫层的上表面齐平，三块区域配备一个真空泵；
④在砂垫层中埋设多根平行排布的水平滤管支管和多根平行排布的水平滤管总管，并使水平滤管支管与水平滤管总管垂直；然后完成水平滤管支管与水平滤管总管的连接；
⑤在砂垫层上依次铺设无纺土工布和密封膜，并使密封膜一次性完全密封覆盖软基处理区域，使软基处理区域完全封闭；
⑥通过法兰在水气分离器的下部结构上连接水气分离器的上部结构，并对预留的水气分离器的出膜口进行密封处理；然后在密封膜上布置用于连接水平滤管总管与水气分离器的水气进入口的连接管道；在完成水平滤管总管、连接管道与水气分离器的水气进入口的连接后，对预留的水平滤管总管与连接管道的连接处的出膜口进行密封处理；
⑦在水气分离器的排水口上连接一根排水管，在水气分离器的抽气口上通过一根安装有止回阀的抽气管与为该水气分离器所在的区域配备的真空泵连接；
⑧开启真空泵，对软基处理区域进行抽水排气处理，实现软基处理区域的固结。
所述的步骤⑧中在开启真空泵后，要求密封膜下真空度大于或等于80kPa，持续抽真空75～100天，实现软基处理区域的固结。
所述的步骤①中砂垫层的厚度为40～50cm；所述的步骤②中穿过砂垫层和编织布向软基处理区域中还插设多根短竖向排水板，并使一根短竖向排水板位于形成矩形的四根长竖向排水板的正中间；长竖向排水板和短竖向排水板的顶部超过编织布20～30cm位于砂垫层中，长竖向排水板的长度由地质情况而定，短竖向排水板的长度为长竖向排水板的长度的一半；相邻两根长竖向排水板之间的间距为1.4～2.6m；所述的步骤④中水平滤管支管与水平滤管总管埋入砂垫层中的深度均为15～20cm，相邻两根水平滤管支管之间的间距为6～7m，相邻两根水平滤管总管之间的间距为30～40m；所述的步骤⑥中连接管道上设置有后期维修时用的第一截止阀；所述的步骤⑦中排水管上设置有第二截止阀。 
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1）利用真空泵促使水气分离器内形成负压，确保软基中的水和空气集中于水气分离器内，其中水由水气分离器内的排水泵抽出，空气则由真空泵抽离水气分离器，通过分离水与空气实现软基的固化处理，不仅能够节省电能50%以上，降低成本，而且能够有效地提高抽真空的效率，从而提高固化效率。
2）与常规真空预压法相比，处理时间短15～20天，处理效果更好。
附图说明
图1为本发明的抽水排气软基固结处理结构应用于软基处理区域的结构断面示意图；
图2为本发明的抽水排气软基固结处理结构的部分结构俯视示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：
本实施例提出的一种抽水排气软基固结处理结构，如图所示，其包括铺设于软基处理区域的土壤表层上的编织布1、铺设于编织布1上的砂垫层2、穿过砂垫层2和编织布1插入软基处理区域中的多根长竖向排水板31和多根短竖向排水板32、埋设于砂垫层2中的多根平行排布的水平滤管支管41和多根平行排布的水平滤管总管42、铺设于砂垫层2上的无纺土工布5、铺设于无纺土工布5上且用于一次性完全密封覆盖软基处理区域的密封膜6、若干个水气分离器7及若干个真空泵8；长竖向排水板31和短竖向排水板32的顶部位于砂垫层2中，一根短竖向排水板32位于形成矩形的四根长竖向排水板31的正中间，水平滤管支管41与水平滤管总管42垂直相连接，对软基处理区域划块布置水气分离器7，每块区域中布置一个水气分离器7，水气分离器7的下部结构埋设于软基处理区域中且水气分离器7的下部结构的顶部与砂垫层2的上表面齐平，多块区域配备一个真空泵8，水气分离器7的水气进入口通过连接管道9分别与水气分离器7所在区域中的每根水平滤管总管42连接，连接管道9上设置有后期维修时用的第一截止阀91，水气分离器7的排水口上连接有排水管71，排水管71上设置有第二截止阀（图中未示出），水气分离器7的抽气口通过抽气管73与为水气分离器7所在的区域配备的真空泵8连接，抽气管73上设置有止回阀74。
在本实施例中，砂垫层2的厚度为40～50cm，长竖向排水板31和短竖向排水板32的顶部超过编织布1约20～30cm，长竖向排水板31的长度由地质情况而定，短竖向排水板32的长度为长竖向排水板31的长度的一半，相邻两根长竖向排水板31之间的间距为1.4～2.6m，水平滤管支管41与水平滤管总管42埋入砂垫层2中的深度均为15～20cm，相邻两根水平滤管支管41之间的间距为6～7m，相邻两根水平滤管总管42之间的间距为30～40m，一个水气分离器7处理的区域的面积为3～4万平方米，且三个区域配备一个真空泵8。
在此，水气分离器7采用现有技术，真空泵8可采用现有的皮带型水环真空泵。
实施例二：
本实施例提出的一种抽水排气软基固结处理方法，其包括以下步骤：
①整平软基处理区域，然后在软基处理区域的土壤表层上人工铺设编织布，铺设平整、松紧度均匀，且端部锚着牢固，再在编织布上铺设一层厚度为40～50cm的砂垫层，具体铺设时如可铺设一层厚度为45cm的砂垫层。
②桩机定位和排水板桩位定位精确后，穿过砂垫层和编织布向软基处理区域中插设多根长竖向排水板和多根短竖向排水板，并使长竖向排水板和短竖向排水板的顶部超过编织布20～30cm位于砂垫层中，同时使一根短竖向排水板位于形成矩形的四根长竖向排水板的正中间。
在此，长竖向排水板的长度由地质情况而定，短竖向排水板的长度可为长竖向排水板的长度的一半，相邻两根长竖向排水板之间的间距可设计为1.4～2.6m，即长竖向排水板与短竖向排水板之间的间距可设计为0.7～1.3m，如将相邻两根长竖向排水板之间的间距设计为2m。
具体施工时可采用宽度为8～12cm的长竖向排水板和短竖向排水板，长竖向排水板的插入深度可为12～20m，短竖向排水板的插入深度可为8～12m。
③根据软基处理区域的面积，确定需布置的水气分离器的个数及需配备的真空泵的个数，对软基处理区域划块布置水气分离器，每块3～4万平方米的区域的中间位置处埋设一个水气分离器的下部结构，并使水气分离器的下部结构的顶部与砂垫层的上表面齐平，三块区域配备一个真空泵。
在具体施工时，为避免土体落入水气分离器的下部结构中，在水气分离器的下部结构的顶部用盖板遮挡。
④在砂垫层中埋设多根平行排布的水平滤管支管和多根平行排布的水平滤管总管，并使水平滤管支管与水平滤管总管垂直；然后完成水平滤管支管与水平滤管总管的连接。
在此，水平滤管支管与水平滤管总管埋入砂垫层中的深度可设为15～20cm，具体施工时如可将水平滤管支管与水平滤管总管埋入砂垫层中的深度设为18cm；相邻两根水平滤管支管之间的间距可设计为6～7m，如具体施工时可设为6.5m；相邻两根水平滤管总管之间的间距可设计为30～40m，如具体施工时可设为35m。
在具体施工时，水平滤管支管可采用直径为40～60mm的波纹管，水平滤管总管可采用直径为60～80mm的波纹管，沿管身按三角形排列打孔，制成花管，再包一层无纺布作为滤水层，要求捆扎结实，达到只透水不透砂。
⑤在砂垫层上依次铺设250克/平方米的无纺土工布和1～3层增厚的16丝密封膜，并使密封膜一次性完全密封覆盖软基处理区域，使软基处理区域完全封闭。
在此，无纺土工布的接缝宽度不得小于20cm，无纺土工布可采用短纤针刺土工布，无纺土工布、水平滤管支管、水平滤管总管以及砂垫层形成水平排水通道；密封膜接缝粘结牢固，双热合逢平搭接接缝宽度不得小于20cm，现场铺设密封膜分两层进行，铺设时自一边开始，分层依次由近及远铺设。
⑥通过法兰在水气分离器的下部结构上连接水气分离器的上部结构，并对预留的水气分离器的出膜口进行密封处理；然后在密封膜上布置用于连接水平滤管总管与水气分离器的水气进入口的连接管道；在完成水平滤管总管、连接管道与水气分离器的水气进入口的连接后，对预留的水平滤管总管与连接管道的连接处的出膜口进行密封处理。在此，在连接管道上设置后期维修时用的第一截止阀。
在具体搭设连接管道时，应保证其连接牢固，并确保水平滤管总管与连接管道的连接处密封；在此，出膜口可采用专门的出膜装置实现，以确保出膜部位的密封。
⑦在水气分离器的排水口上连接一根排水管，在水气分离器的抽气口上通过一根安装有止回阀的抽气管与为该水气分离器所在的区域配备的真空泵连接。在此，在排水管上设置第二截止阀。
在具体施工时，排水管排出的水可根据需要直接排到密封膜上进行覆水，或通过引水管引到软基处理区域外排放掉。
⑧开启真空泵，对软基处理区域进行抽水排气处理，实现软基处理区域的固结。
在此，真空泵可采用现有的皮带型的水环真空泵，通过实验发现采用2台串联的55kW的皮带型水环真空泵，其有效处理面积能够达到180000平方米。
真空泵与水气分离器可由现有的智能化控制系统统一控制，根据密封膜下真空度可自动调整真空泵的运行功率。启动真空泵，先进行试抽，检查运行状态、密封情况；真空抽吸运行过程中，必须持续不断的观察密封膜下的真空度，要求密封膜下的真空度≥80 kPa，抽真空持续时间为75～100天，如果密封膜下的真空度不足，则应检查密封膜与水气分离器管路的密封情况、密封膜破裂漏气情况以及真空泵的运行情况，查到原因，采取补救措施，根据实测沉降值拟合双曲线，预测最终沉降量，结合固结度达到80%来判定何时停止抽真空。