一种间歇式通气真空预压地基处理方法.pdf

本发明涉及一种间歇式通气真空预压地基处理方法，包括：在软土或者超软土表层铺设土工织物垫层和密封薄膜；将盖帽(9)连接到下排水板的底部；打设连接了盖帽(9)的下排水板；用蝴蝶结将上排水板，下排水板，横向排水管道(1)和各个通气管道(3)进行密封连接；密封连接横向排水管道(1)以及各通气管道(3)，使其汇聚成排水管道网络和通气管道网络并安装好通气阀门(8)，用以进行统一抽真空和统一通气；在排水管道网络和通气管道网络表面铺设密封膜；循环往复地进行间歇式通气真空预压施工。本发明在几乎不增加造价的情况下，可保证排水板内真空度的稳定性又可以进行快速高效排水固结。

1.  一种间歇式通气真空预压地基处理方法，所采用的排水系统包括排水板(2)、横向排水管道(1)、蝴蝶结和通气管道(3)，横向排水管道(1)通过水汽分离装置(10)与真空泵(17)相连，其中，
所述的排水板(2)分为上排水板和下排水板，两者通过蝴蝶结连接并连通；上排水板和下排水板结构相同，主体为塑料芯板，塑料芯板的中间为格栅部分(15)，格栅部分(15)的两侧各设置一个密闭中空管道(11)，在塑料芯板外表面包覆有土工织物过滤层(14)；
蝴蝶结的主体为一个两端开口的扁立方体，其上端和下端分别与所述的上排水板和下排水板连接，蝴蝶结设置有连接横向排水管道(1)的贯穿蝴蝶结的端口(5)，贯穿蝴蝶结的端口(5)在蝴蝶结内部开设有与蝴蝶结内部连通的口(20)，在贯穿蝴蝶结的端口(5)的上方和下方各设置有两个与通气管道(3)相连的通气管道端口(6)，各个通气管道端口(6)不与蝴蝶结内部连通，并且相互独立；在扁立方体的两侧靠近上端和下端的位置各固定有一根中空通气连接管(7)，每个中空通气连接管(7)的一端均与相应的通气管道端口(6)相连通，另一端与排水板(2)的相应的密闭中空管道(11)相连通；
在下排水板的底部连接有盖帽(9)，盖帽(9)的底部为底板(18)，其内设置有开设了通气圆孔(13)的连通板(19)，由底板(18)和连通板(19)围成一个盖帽(9)的通气通道(16)，在盖帽的两侧各设置一个与通气通道(16)连通的盖帽内的通气连接管(12)；盖帽(9)连接到下排水板的底部，两个通气连接管(12)分别与下排水板的相应的密封中空管道(11)连通。
所述的间歇式通气真空预压地基处理方法，包括下列步骤：
(1)在软土或者超软土表层铺设土工织物垫层和密封薄膜；
(2)将盖帽(9)连接到下排水板的底部；
(3)打设连接了盖帽(9)的下排水板；
(4)用蝴蝶结将上排水板，下排水板，横向排水管道(1)和各个通气管道(3)进行密封连接；
(5)密封连接横向排水管道(1)以及各通气管道(3)，使其汇聚成排水管道网络和通气管道网络并安装好通气阀门(8)，用以进行统一抽真空和统一通气；
(6)在排水管道网络和通气管道网络表面铺设密封膜，密封膜四周埋入周围土体中，隔绝大气，以保证密封膜以下土体的真空度；
(7)将排水系统连接到水汽分离装置，安装并连接真空泵，进行真空预压排水，排水过程中，真空泵抽真空一段时间后，打开通气阀门(8)，通入气流，通气一定时间后，关闭通气阀门(8)，再进行一段时间的抽真空，如此，循环往复地进行间歇式通气真空预压施工；
(8)当排水效果达到预想后进行真空卸载和设备的撤场。

一种间歇式通气真空预压地基处理方法
技术领域
本发明涉及一种间歇式通气真空预压地基处理方法，主要适用于软土、超软土地基处理，属于岩土工程中的真空预压排水固结技术。
背景技术
常规的真空预压法是在软土地基表面铺设砂垫层，打设塑料排水板或砂井，然后铺设密封膜隔绝大气，密封膜四边埋入土中，通过砂垫层内埋设的排水管道，用真空装置进行抽气，在真空负压作用下，使密封膜下的土体产生真空负压；此时排水板周围淤泥质软土孔隙中的水因产生的压差而渗流，水会从淤泥土体中流入竖向排水板或砂井中，通过用蝴蝶结与排水板连接的横向排水管道排出；由于土体中孔隙水压力的消散，地基的有效应力也就随之增加，淤泥质土体就会发生固结，土的强度就会相应地提高。
近些年来，随着沿海地区围海造陆工程规模的不断扩大，常规真空预压法处理吹填土受到了越来越多的重视。在实际工程中前期固结排水量大，排水效果明显，到了后期排水效果显著下降，此时横向和纵向排水系统中尚存留大量的析出水未排出，这严重影响了地基处理效果。常规真空预压法采用的排水板底部是密封的，在真空压力的作用下，纵向排水系统和横向排水系统中没有气流只存在水流流动。根据常识，把一头做过密封处理的水管内的水抽干是很困难的，但是如果将密封处打开，会很容易的将水吸出。
针对上述常规真空预压法的缺点，在抽真空过程中，向伸入淤泥土体的排水板中通入气体，这样，底部气压就大于上部气压，压力差产生的气流会推动排水板中的析出水流向上部横向排水通道。在排水板中通入空气的方法在一定程度上可以提高排水速率，但是在进行的试验后期发现排水效果亦不理想。而且，由于持续不间断的通气会一直抵消部分真空度，导致排水板内真空度下降，真空负压减小，排水速率下降，这样会增加淤泥固结的时间，减缓工期；而且，当通气气压大于真空度时，尤其是在土体底部真空度衰减较大的情况下，该法失效。
发明内容
针对常规真空预压排水效率低，固结效果差以及通气真空预压排水后期效果差且无法保证提供足够稳定的真空负压，本发明提出一种新的真空预压地基处理方法，本发明提供的间歇式通气真空预压排水方案，不仅能够保证排水板内真空负压的稳定，而且能高效地进行淤泥质土地基排水固结。本发明的技术方案如下：
一种间歇式通气真空预压地基处理方法，所采用的排水系统包括排水板(2)、横向排水管道(1)、蝴 蝶结和通气管道(3)，横向排水管道(1)通过水汽分离装置(10)与真空泵(17)相连，其中，
所述的排水板(2)分为上排水板和下排水板，两者通过蝴蝶结连接并连通；上排水板和下排水板结构相同，主体为塑料芯板，塑料芯板的中间为格栅部分(15)，格栅部分(15)的两侧各设置一个密闭中空管道(11)，在塑料芯板外表面包覆有土工织物过滤层(14)；
蝴蝶结的主体为一个两端开口的扁立方体，其上端和下端分别与所述的上排水板和下排水板连接，蝴蝶结设置有连接横向排水管道(1)的贯穿蝴蝶结的端口(5)，贯穿蝴蝶结的端口(5)在蝴蝶结内部开设有与蝴蝶结内部连通的口(20)，在贯穿蝴蝶结的端口(5)的上方和下方各设置有两个与通气管道(3)相连的通气管道端口(6)，各个通气管道端口(6)不与蝴蝶结内部连通，并且相互独立；在扁立方体的两侧靠近上端和下端的位置各固定有一根中空通气连接管(7)，每个中空通气连接管(7)的一端均与相应的通气管道端口(6)相连通，另一端与排水板(2)的相应的密闭中空管道(11)相连通；
在下排水板的底部连接有盖帽(9)，盖帽(9)的底部为底板(18)，其内设置有开设了通气圆孔(13)的连通板(19)，由底板(18)和连通板(19)围成一个盖帽(9)的通气通道(16)，在盖帽的两侧各设置一个与通气通道(16)连通的盖帽内的通气连接管(12)；盖帽(9)连接到下排水板的底部，两个通气连接管(12)分别与下排水板的相应的密封中空管道(11)连通；
所述的间歇式通气真空预压地基处理方法，包括下列步骤：
(1)在软土或者超软土表层铺设土工织物垫层和密封薄膜；
(2)将盖帽(9)连接到下排水板的底部；
(3)打设连接了盖帽(9)的下排水板；
(4)用蝴蝶结将上排水板，下排水板，横向排水管道(1)和各个通气管道(3)进行密封连接；
(5)密封连接横向排水管道(1)以及各通气管道(3)，使其汇聚成排水管道网络和通气管道网络并安装好通气阀门(8)，用以进行统一抽真空和统一通气；
(6)在排水管道网络和通气管道网络表面铺设密封膜，密封膜四周埋入周围土体中，隔绝大气，以保证密封膜以下土体的真空度；
(7)将排水系统连接到水汽分离装置，安装并连接真空泵，进行真空预压排水，排水过程中，真空泵抽真空一段时间后，打开通气阀门(8)，通入气流，通气一定时间后，关闭通气阀门(8)，再进行一段时间的抽真空，如此，循环往复地进行间歇式通气真空预压施工；
(8)当排水效果达到预想后进行真空卸载和设备的撤场。
本发明的工作原理是：在常规真空预压法的基础上对纵向排水系统进行改进，在纵向排水板中通入可控气流，抽真空一段时间后，开启通气管阀门透入气流，气流会沿着通气管路→蝴蝶结通气管道接口→排水板内塑料芯板两侧的密闭管道，到达排水板底部的盖帽处，随后，在真空负压作用下，气流带动水流， 一起沿纵向排水板中部格栅到达土体上表面的蝴蝶结排水板接口，再进入横向排水通道，最终流入水汽分离装置；此后，关闭通气管的通气阀门，进入常规的真空预压排水模式，当达到排水管中出现大量水流但排水效果并不显著时再次打开通气管的通气阀门，进入通气真空预压排水模式进行快速排水。采用本发明的排水通道和施工方法，在排水固结时，一方面，间歇式通气可以保证在关闭通气阀门时为垂直排水提供稳定的真空负压，同时避免不间断通气导致的真空度消散，提高了排水速率；另一方面，由于排水板的厚度增大，提高了抗弯强度，可防止排水板发生弯折，保证排水通道顺畅和真空度的传递。
该方法与常规真空预压法的工程施工方法相近，简单易行，通过合理设计，排水管道网络和通气管道网络独立运行，互不干扰。在几乎不增加造价的情况下，反复进行间歇式的可控通气真空预压排水可以达到既保证排水板内真空度的稳定性又可以进行快速高效排水固结的目的。
附图说明
图1是间歇式通气真空预压法原理示意图(虚线代表气流方向，实线代表水流方向)。
图2a是蝴蝶结示意图。
图2b是蝴蝶结剖面示意图。
图3a是排水板示意图。
图3b是排水板剖面示意图。
图4a是盖帽示意图。
图4b是盖帽剖面示意图。
图中标号说明：1横向排水管道；2排水板；3通气管道；4蝴蝶结连接排水板接口；5蝴蝶结连接横向排水管道端口；6蝴蝶结连接通气管道端口；7蝴蝶结内预留的中空通气连接管；8通气管道阀门；9盖帽；10水汽分离装置(水汽分离装置是一个密封罐，其密封盖上有两个接口，一个接由蝴蝶结和排水管道1组成的排水管道网络，一个接真空泵；由真空压力吸出来的水流中既有水又有一部分空气，水流中的水进入密封罐，水由于重力作用存在罐内，空气由连接真空泵的那个接口通过真空泵被排出进入大气；水汽分离装置的作用是使水不进入真空泵内，还可以测量排水量。)；11塑料芯板两侧的密闭管道；12盖帽内的通气连接管；13盖帽底部通气圆孔；14土工织物过滤层；15塑料芯板的中间格栅部分；16盖帽底部的通气通道；17真空泵；18盖帽底板；19盖帽连通板；20开口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行说明。
本发明是对常规真空预压技术和相应材料装置的改进。
在材料构造方面，本发明的排水板2分为结构完全相同的两块，上排水板和下排水板，两者通过蝴蝶结相连通。在构成排水系统后，下排水板被打设入地层，上排水板位于地面上。每块排水板2由塑料芯板和土工织物过滤层14两部分构成，其中，塑料芯板两侧各设置一密闭中空管道11，中间格栅部分15与密闭管道11是一体的，二者共同构成了塑料芯板，此密闭管道11用来通气，中间格栅部分15起到支撑土工织物过滤层14和排水的作用，也用来传递真空度；盖帽9两侧的中空通气连接管12使排水板塑料芯板两侧的密闭中空管道11与中间格栅部分15进行无缝密闭连接，保证气流可以沿着排水板塑料芯板两侧的密闭中空管道11进入到中间格栅部分15，然后在塑料芯板表面包裹一层土工织物过滤层14组成本发明所需的自行设计的排水板。
参考图4a、图4b，盖帽9两侧的中空通气连接管12可以插入排水板塑料芯板两侧的密闭中空管道11，从通气阀门进入一定量的气流，气流会通过蝴蝶结连接通气管道端口6进入到蝴蝶结内预留的中空通气连接管7，沿着排水板塑料芯板两侧的密闭中空管道11进入盖帽9两侧的中空通气连接管12，再进入盖帽9底部预留的通气通道16并从盖帽9底部的通气圆孔13进入到塑料芯板的中间格栅部分15，以达到通气气流从中空管道11到排水板的中间格栅部分15的目的，随后气流由蝴蝶结横向排水管道端口5进入到水汽分离装置10，最后进入大气形成通气回路；真空预压法过程中排水板中间格栅部分15会积存大量由淤泥分离出的自由水，中间格栅部分15存在的气流回路可以带动其中的自由水进入到水汽分离装置10，这样就可以加快排水固结速率。
本发明的自制蝴蝶结有8个接口，分别是两个排水板接口4，两个横向排水管道端口5，四个通气管道端口6。参考图2b，蝴蝶结通气管道端口6仅与蝴蝶结内预留的中空通气连接管7是相通的，与排水板接口4是密封隔断的；由两个横向排水管道端口5组成的蝴蝶结排水管道与排水板接口4相交处需开口20，这样可以保证真空压力可以传递到垂直排水板2中，同时也可以保证排水板中间格栅部分15的自由水可以进入到由两个横向排水管道端口5组成的蝴蝶结排水管道中，并排入水汽分离装置；蝴蝶结内预留的中空通气连接管7插入到排水板塑料芯板两侧的密闭中空管道11内进行无缝密封连接，这样可以保证气流是从通气管道端口6进入到蝴蝶结内预留的中空通气连接管7，沿着排水板塑料芯板两侧的密闭中空管道11进入到中间格栅部分15，进而形成气流回路，保证气流可以到达排水板最底部的盖帽9，最终目的是使排水板中间格栅部分15形成自下而上的气流，以达到水随气流排出的目的。
管道连接方式方面，参考图1，蝴蝶结通气管道端口6连接通气管道3，将各个由蝴蝶结通气管道端口6连接的通气管道3进行汇总连接，形成统一的通气口和通气阀门，进行统一通气，这样更便于通气量和通气时间的控制；将垂直排水板2插入到排水板接口4中，保证垂直排水板2与排水板接口4的密封性；排水管道端口5连接横向排水管1，通过横向排水管1将各个蝴蝶结进行串联连接，组成横向通气管道网络和排水管道网络，并最终汇总连接到一个水汽分离装置10，水汽分离装置10在连接抽真空设备上，这 样就形成了整套的间歇式通气真空预压排水法的装置连接。
施工方法方面，如下：
(1)在吹填淤泥质土表层铺设无纺土工织物垫层。
(2)在无纺土工织物上开缝，按照插板深度和表层预留排水板长度来拆剪排水板2，用自行设计的盖帽9扣住排水板2底部，盖帽9可完全囊括排水板2土工织物过滤层14，用相关措施保证盖帽9在插板的过程中不脱落，并在开缝处打设纵向排水板2至设计深度；
(3)用自行设计的蝴蝶结对纵向排水板2、横向排水管道1和通气管道3进行密封连接，其中蝴蝶结与排水板的连接需要确保在施工过程中不脱离，保证由通气管道3、蝴蝶结通气管道端口6、蝴蝶结内预留的中空通气连接管7、密闭中空管道11、中空通气连接管12、通气通道16和通气圆孔13组成的通气管路与由中间格栅部分15、横向排水管道端口5和水汽分离装置10组成的排水管路只在纵向排水板底部通过自行设计的盖帽9来完成连接，其他部位相隔，蝴蝶结通气管道接口6连接通气管3，排水板接口4连接垂直排水板2，排水管道接口5连接横向排水管1，组成排水管道网络和通气管道网络；
(4)密封连接各横向排水管道1以及各通气管道3，使其汇聚成排水系统和通气系统并安装好通气阀门，用以进行统一抽真空和统一通气；
(5)在管道网络表面铺设密封膜，密封膜四周埋入周围土体中，隔绝大气，以保证密封膜以下土体的真空度；
(6)最外侧的排水管口连接到水汽分离装置，安装并连接真空泵，进行真空预压排水，以及观测和记录数据。排水过程中，真空泵抽真空一段时间(如30分钟)后，打开通气管阀门8，通入气流，通气一定时间(如1分钟)后，关闭通气管阀门8，再进行一段时间(如30分钟)的抽真空。如此，循环往复地进行间歇式通气真空预压施工。
(7)当排水效果达到预想后进行真空卸载和设备的撤场。
采用该方案能保证排水板中的真空度，不会因持续的通气导致真空度抵消过大，提高了排水速率。同时，由于排水板厚度的增大，可提高抗弯强度，减少弯折，可保证真空度的传递和排水顺畅。
新设计的排水板，具有以下特点：
1)新设计的塑料芯板由于中间部分采用格栅结构，厚度较常规的塑料芯板有一定的增大，以增大其抗弯强度，有效减小在淤泥中的弯折变形；
2)新设计的塑料芯板两侧各含有一个密闭管道，底部插有一中空的盖帽，确保气流从密闭管道有效传递到排水板底部中间格栅处。
新设计的蝴蝶结，具有以下的特点：
1)蝴蝶结的上下两端分别与上排水板和下排水板相互连接，从而连通了整个排水板2，中间部分是排 水管道接口，两侧有四个通气管道接口，端口5内部连通，各个端口6相互独立，使下排水板中的水流能到达端口5内部；
2)蝴蝶结内部的两侧各有一个与排水板通气管道相匹配的通气连接管7插入排水板两侧的密闭管道11内，保证了通气管路与排水管路只在纵向排水板底部有相通。