專利名稱：一種軟土地基的熱排水固結處理裝置及其處理方法
技術領域：
本發明涉及軟土地基處理技術領域，尤其是涉及一種軟土地基的熱排水固結處理方法及其處理裝置。
背景技術：
我國東南沿海和內陸廣泛分布著海相、湖相以及河相沉積的軟土地基，其特點是含水量大、壓縮性高、強度低、透水性差且不少情況埋藏深厚，地基承載力和穩定性往往不能滿足工程要求。因此，軟土地基需要采取處理措施，排水固結法就是處理軟粘土地基的有效方法之一，該法是對先在軟土地基中設置砂井、塑料排水帶等豎向排水井，然后利用建筑物本身重量分組逐漸加載，或是在建筑物建造以前，在場地先行加載預壓，使土體中的孔隙水排出，逐漸固結，地基發生沉降，同時強度逐步提高的方法。排水固結法一般適用于飽和軟粘土、吹填土、松散粉土、新近沉積土、有機質土及泥炭土地基。現有的軟土地基的排水固結處理方法主要有堆載預壓法、真空預壓法、降低地下水位法、電滲法或幾種方法兼用的聯合法等，主要由排水系統和加壓系統兩部分共同組合而成的。其中加壓系統為施加起固結作用的荷載，使土中的孔隙水產生壓差而滲流使土固結，其材料有固體(土石料等)、液體(水等)、真空負壓力荷載等；排水系統包括豎向排水井和水平排水墊層，主要是在地基中設置砂井或塑料排水帶等豎向排水井，地面連以排水砂墊層而構成，設置排水系統主要在于改變地基原有的排水邊界條件，增加孔隙水排出的通路，縮短排水距離。近年來，國內外的高速公路、鐵路、機場、電廠、堆場、港口、圍墾、污水處理廠、垃圾填埋場、圍海造陸、水利水電、碼頭建筑等工程中的軟基處理項目大量使用了塑料排水板。 塑料排水板加固軟土地基就是將帶狀的塑料排水板用插板機插入軟土中，然后利用土體自重、地面加載預壓、地基土層抽真空負壓等荷載的作用，通過毛細現象和塑料排水帶在土中形成的排水通道將飽和軟土中的孔隙水排出，是淤泥、淤質土、沖填土等飽和粘性及雜填土運用排水固結法進行軟基處理的良好垂直通道，大大縮短了軟土的排水距離，加快了軟土的固結，從而使地基土體得到加固的一種方法。但是現有堆載預壓、真空預壓等加壓聯合塑料排水板排水固結法仍存在一定的問題。普通塑料排水板下無法從根本上改變地基中的水平徑向滲透固結速度。在豎向荷載作用下，土體水平固結效應小。為此，要加快地基固結必須加大地表荷載，但又易使軟土的結構破壞，導致滲透系數降低，使孔隙水壓力消時減慢，反而導致地基排水固結時間的延長， 影響工期，甚至工程造價。因此，現有采用普通塑料排水板的軟土地基的排水固結處理方法局限性主要表現為未能從根本上改善土體水平向滲透和固結速度，軟土地基水平向固結速率仍緩慢，加固軟土地基的時間較長。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種可加速水在土體中水平向的滲流，提高軟土地基的固結速度，減小工后沉降量的軟土地基的熱排水固結處理裝置及其處理方法。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為一種軟土地基的熱排水固結處理裝置，包括加壓系統、水平排水系統和豎向排水系統，所述的豎向排水系統包括若干個并排設置的導熱塑料排水板，所述的導熱塑料排水板包括塑料芯板及包裹在所述的塑料芯板四周的濾膜，所述的塑料芯板的外周設置有導熱管，所述的導熱管通過管道連接形成循環回路，所述的循環回路的進水口和出水口分別連接水循環加熱器。所述的加壓系統主要采用堆載預壓、真空預壓和低能強夯中的一種或幾種聯合。所述的水平排水系統主要由砂墊層組成，所述的砂墊層內設置有真空排水濾管， 所述的真空排水濾管包括圍成矩形的真空主管和與所述的真空主管一體連通的若干個支濾管，所述的真空主管連接真空泵，所述的支濾管橫臥在所述的真空主管的內部，所述的真空主管與所述的支濾管的周壁上設置有透氣孔。所述的導熱管的外徑為5 12mm,內徑為4 IOmm,所述的導熱管與所述的濾膜采用粗長纖維熱熔粘合或者細長纖維熱軋粘合并結合化學膠粘合，所述的塑料芯板采用高密度聚乙烯或聚丙烯材料制作而成，所述的導熱管采用橡膠塑料軟管制作而成，所述的濾膜采用滌綸或丙綸制作而成。所述的塑料芯板的兩側沿塑料芯板的長度方向相應設置有第一導熱管和第二導熱管，所述的塑料芯板的底部設置有第三導熱管，所述的第一導熱管的下端開口和所述的第二導熱管的下端開口分別通過導熱管接頭與所述的第三導熱管連通。一種軟土地基的熱排水固結處理方法，包括以下步驟
(1)將待處理的軟土地基進行場區場地平整，挖除軟土地基表層的種植土、樹根、生活垃圾、建筑垃圾，再回填石灰土至設計標高；
(2)將水平排水砂墊層鋪設在軟土地基表面后，在砂墊層中開挖管槽布置真空排水濾管，將若干個導熱塑料排水板插入軟土地基中，將所有導熱塑料排水板的外周設置的導熱管連接形成循環回路，將循環回路的進水口和出水口分別連接到水循環加熱器；
(3)將所述的真空排水濾管連接真空泵，然后在所述的水平排水砂墊層的表面覆蓋密封膜，再在所述的密封膜的表面覆蓋一層土工布；
(4)將水循環加熱器開啟，將循環回路中的水流加熱至70 90°C，使高溫水流在導熱管中循環流動，對導熱管周邊土體進行持續加熱，持續時間不少于24小時，隨后停止加熱直至導熱管中的水溫下降至40°C，再重復上述加熱，卸熱過程，實現軟土地基的冷熱循環， 使地基土體充分固結，同時將真空泵開啟進行抽真空并控制真空壓力為20 80KPa，進行填筑堆載加速被處理軟土結合水的排出，直至地面沉降速率連續IOd平均沉降量小于或等于2mm/d，最后關閉真空泵和水循環加熱器，即完成軟土地基的熱排水固結處理。所述的真空排水濾管包括圍成矩形的真空主管和與所述的真空主管一體連通的若干個支濾管，所述的真空主管連接真空泵，所述的支濾管橫臥在所述的真空主管的內部， 所述的真空主管與所述的支濾管的周壁上設置有透氣孔，所述的真空主管為直徑82. 9mm 的聚氯乙烯管，所述的支濾管為直徑55mm的聚氯乙烯管。所述的導熱管的外徑為5 12mm,內徑為4 IOmm,所述的導熱管與所述的濾膜采用粗長纖維熱熔粘合或者細長纖維熱軋粘合并結合化學膠粘合，所述的塑料芯板采用高密度聚乙烯或聚丙烯材料制作而成，所述的導熱管采用橡膠塑料軟管制作而成，所述的濾膜采用滌綸或丙綸制作而成。所述的導熱塑料排水板包括塑料芯板及包裹在所述的塑料芯板四周的濾膜，所述的塑料芯板的兩側沿塑料芯板的長度方向相應設置有第一導熱管和第二導熱管，所述的塑料芯板的底部設置有第三導熱管，所述的第一導熱管的下端開口和所述的第二導熱管的下端開口分別通過導熱管接頭與所述的第三導熱管連通并形成“U”型。與現有技術相比，本發明的優點在于本發明軟土地基的熱排水固結處理裝置， 包括加壓系統、水平排水系統和豎向排水系統，該豎向排水系統包括若干個導熱塑料排水板，導熱塑料排水板包括塑料芯板及包裹在塑料芯板四周的濾膜，塑料芯板的外周設置有導熱管，所有導熱管通過管道連接形成循環回路，循環回路的進水口和出水口分別連接水循環加熱器，可實現7(T90°C的高溫水流沿著導熱管在加固深度范圍內的軟土地層中循環流動，利用該軟土地基的熱排水固結處理裝置處理軟土地基的方法主要包括軟土地基場地平整，在軟土地基場上鋪設水平排水砂墊層，開挖管槽設置真空排水濾管，插導熱塑料排水板，連接真空泵鋪設密封膜，并鋪設土工布，開啟水循環加熱器和真空泵，抽真空、堆載預壓，與現有軟土地基處理排水固結處理裝置及其方法相比較，本發明具有以下顯著優越效果
I、有效縮短施工工期，減小工后沉降。本發明涉及的軟土地基處理熱排水固結方法與傳統排水固結法相比，主要引入豎向導熱排水系統，實現70 90°C的高溫水流沿著導熱管在加固深度范圍內的軟土地層中循環流動，由于在高溫作用以及冷熱循環的反復作用下， 軟土中孔隙水和土顆粒產生一定的熱膨脹，使土樣有體積增大的趨勢，同時軟土中的孔隙水粘滯性會減小，滲透系數增大，可加速水在土體中的滲流，尤其是水平向的流動，提高軟土地基的固結速度，減小工后沉降量，增強軟基處理效果。2、不受軟土地基地質條件的限制，保證施工質量。本發明涉及的軟土地基處理熱排水固結裝置的豎向排水系統，可根據需要調整導熱塑料排水板的長度，使之實現不同地質對地基處理效果的要求，從而為各類深厚軟土地基處理提供有效的保障。同時，本發明是基于傳統排水固結法基礎上改進而來，不存在施工技術上的問題，施工質量易保證。3、工藝簡單。本發明涉及的軟土地基處理熱排水固結處理裝置及其方法，易實現， 施工工藝簡單，操作方便，可直接利用傳統排水固結法的施工機械實施，帶有導熱管的塑料排水板可以采用常規打設機械施工。
圖I為本發明軟土地基的熱排水固結處理裝置的結構示意圖2為本發明的豎向排水系統的結構示意圖3為本發明的導熱塑料排水板的結構示意圖4為本發明實施例2的俯視結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。以下實施例對本發明作了進一步說明，但本發明的保護范圍并不限于此，保護范圍以權力要求為準。
實施例I
本發明一種軟土地基的熱排水固結處理裝置，如圖I、圖2和圖3所示，包括加壓系統、 水平排水系統和豎向排水系統，該豎向排水系統包括若干個導熱塑料排水板I (可采用普通塑料排水板的尺寸)，導熱塑料排水板I包括塑料芯板2及包裹在塑料芯板2四周的濾膜3， 塑料芯板2的外周設置有導熱管4，導熱管4通過管道18連接形成循環回路，循環回路的進水口和出水口分別連接水循環加熱器5。在此具體實施例中，加壓系統主要采用堆載預壓、真空預壓和低能強夯中的一種或幾種聯合。在此具體實施例中，水平排水系統主要由砂墊層6組成，砂墊層6內設置有真空排水濾管7，該真空排水濾管包括圍成矩形的真空主管7a和與真空主管7a—體連通的若干個支濾管7b，真空主管7a連接真空泵8，支濾管7b橫臥在真空主管7a的內部，真空主管7a 與支濾管7b的周壁上設置有透氣孔。在此具體實施例中，導熱管4的外徑為5 12mm，內徑為4 10mm，導熱管4與濾膜3采用粗長纖維熱熔粘合或者細長纖維熱軋粘合并結合化學膠粘合，塑料芯板2采用高密度聚乙烯或聚丙烯材料制作而成，導熱管4采用橡膠塑料軟管制作而成，濾膜3采用滌綸或丙綸制作而成。在此具體實施例中，塑料芯板2的兩側沿塑料芯板2的長度方向相應設置有第一導熱管4a和第二導熱管4b，塑料芯板2的底部設置有第三導熱管4c，第一導熱管4a的下端開口和第二導熱管4b的下端開口分別通過導熱管接頭9與第三導熱管4c連通并形成“U” 型，導熱管4與導熱管接頭9采用熱膠粘合。實施例2
本發明一種軟土地基的熱排水固結處理方法，所屬方法是在堆載預壓、真空預壓等排水固結法基礎上，將塑料排水板兩則和底部增設導熱管4，形成導熱塑料排水板1，并在所有導熱塑料排水板I打設完成后，將所有導熱塑料排水板I的導熱管4連接成一個循環回路，再連接到水循環加熱器5，形成一個閉合的熱循環系統。開啟水循環加熱器5，將水流加熱至70 90°C，打開進水閥門10、出水閥門11，并啟動水循環加熱器5，使高溫水流在導熱管4中循環流動，對導熱管4周邊土體進行持續加熱，如圖I、圖2、圖3和圖4所示，具體步驟如下
1、進行場區場地平整
將軟土地基進行場區場地平整，挖除表層種植土、樹根、生活垃圾、建筑垃圾等雜物，再回填7%石灰土至設計標高；
2、鋪設水平排水砂墊層5
砂墊層6厚度不小于500_，砂墊層6施工過程中，避免對軟土地基表層的過大擾動和隆起，以免造成砂墊層6與軟土混合,影響砂墊層6的排水效果；
3、布置真空排水濾管7
水平排水砂墊層施工完成后，開始真空排水濾管7的布置。在砂墊層6中開挖管槽，布放和連接真空排水濾管7，并保證真空管路的暢通和各類接頭的牢固。真空排水濾管7包括圍成矩形的真空主管7a (可采用直徑82. 9mm聚氯乙烯PVC管)和與真空主管7a —體連通的若干個支濾管7b (可采用直徑55mm聚氯乙烯PVC管)，真空主管7a連接真空泵8，支濾管7b橫臥在真空主管7a的內部，真空主管7a與支濾管7b的周壁上設置有透氣孔，其中同管徑的對接采用鋼絲吸水膠管連接，全部吸水管均需埋入砂墊層6中，真空主管7a通過出膜器及吸水管與真空泵8連接。在進行真空主管7a和支濾管7b的連接、安裝和埋設時，將露出的排水板頭埋入砂墊層6中；
4、鋪設密封膜12
密封溝13必須符合蓋膜閉氣要求，采用人工配合挖掘機開挖，溝底寬O. 8 I. 0m，溝深I. 5m 2. Om,挖好后將密封膜12順密封溝13的溝壁內側鋪放入密封溝13中，緊貼密封溝13的內壁，將密封膜12放至密封溝13的底部，沿密封溝13內壁將膜邊插入坑底土中 IOcm左右，然后以細粒土分層回填，回填至周邊密封墻墻頂以下50cm左右，作為匯水溝覆水之用；
5、插導熱塑料排水板I
在連接好真空排水濾管7后，打設豎向導熱塑料排水板I，各個導熱塑料排水板I水平間距為I. 2 I. 5m，按三角形或矩形布置，處理深度取決于導熱塑料排水板I的類型。在普通塑料排水板的塑料芯板2的兩側沿塑料芯板2的長度方向相應設置有第一導熱管4a和第二導熱管4b，塑料芯板2的底部設置有第三導熱管4c，第一導熱管4a的下端開口和第二導熱管4b的下端開口分別通過導熱管接頭9與第三導熱管4c連通并形成“U”型，導熱管 4與導熱管接頭9采用熱膠粘合，其中導熱管4采用橡膠塑料軟管外徑為5 12mm，內徑為 4 10_，導熱管4與塑料芯板2采用粗長纖維熱熔粘合或細長纖維熱軋粘合并結合化學膠粘合好，以備施工之用；導熱塑料排水板I打設方法同普通塑料排水板一樣，如采用履帶式振動插板機施工，按測放好的排水板樁位施工,打設過程中要保持樁架垂直。機具就位, 插板機穿靴，插入套管，撥出套管，割斷塑料排水板，機具就位，施工下一塑料排水板。在所有導熱塑料排水板I打設完成后，將所有塑料排水板I的導熱管4連接成一個循環回路，再連接到水循環加熱器5 ；
6、鋪設土工布
在堆載前，要在膜下鋪一層無紡土工布(用于保護密封膜)。同時，在填土施工前放置表面沉降板15及其它膜上觀測儀器(如孔壓計16、測斜管17)；
7、軟土地基的熱處理
開啟水循環加熱器5，將水流加熱至70 90°C，打開進水閥門10、出水閥門11，并啟動水循環加熱器5上的馬達，使高溫水流在導熱管4中循環流動，對導熱管4周邊土體進行持續加熱，持續時間不少于24小時，隨后停止加熱，卸熱時間以導熱管4中的水溫下降至40 V 為限，使橡膠塑料導熱管4恢復，重復加熱，卸熱，實現軟土地基的冷熱循環，使軟土中孔隙水和土顆粒產生一定的熱膨脹，使土樣有體積增大的趨勢，同時軟土中的孔隙水粘滯性會減小，滲透系數增大，可加速水在土體中的滲流，尤其是水平向的流動。8、抽真空、堆載14預壓
在對軟土地基進行熱處理的同時，開啟真空泵8開始進行抽真空。開始階段控制真空加壓的速率，以抽出砂墊層5中的空氣，真空壓力從20kPa逐級增加，隨著密封膜12下空氣的排出及土層排水固結度的提高，密封膜12內真空度逐漸增大并穩定在SOkPa之上。隨后填筑堆載14完成后，實測地面沉降速率連續IOd平均沉降量小于或等于2mm/d，即可停泵卸載，并關閉水循環加熱器5，即完成軟土地基的熱排水固結處理。
權利要求
1.一種軟土地基的熱排水固結處理裝置，包括加壓系統、水平排水系統和豎向排水系統，其特征在于所述的豎向排水系統包括若干個并排設置的導熱塑料排水板，所述的導熱塑料排水板包括塑料芯板及包裹在所述的塑料芯板四周的濾膜，所述的塑料芯板的外周設置有導熱管，所述的導熱管通過管道連接形成循環回路，所述的循環回路的進水口和出水口分別連接水循環加熱器。
2.根據權利要求I所述的一種軟土地基的熱排水固結處理裝置，其特征在于所述的加壓系統主要采用堆載預壓、真空預壓和低能強夯中的一種或幾種聯合。
3.根據權利要求I所述的一種軟土地基的熱排水固結處理裝置，其特征在于所述的水平排水系統主要由砂墊層組成，所述的砂墊層內設置有真空排水濾管，所述的真空排水濾管包括圍成矩形的真空主管和與所述的真空主管一體連通的若干個支濾管，所述的真空主管連接真空泵，所述的支濾管橫臥在所述的真空主管的內部，所述的真空主管與所述的支濾管的周壁上設置有透氣孔。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的一種軟土地基的熱排水固結處理裝置，其特征在于所述的導熱管的外徑為5 12_，內徑為4 10_，所述的導熱管與所述的濾膜采用粗長纖維熱熔粘合或者細長纖維熱軋粘合并結合化學膠粘合，所述的塑料芯板采用高密度聚乙烯或聚丙烯材料制作而成，所述的導熱管采用橡膠塑料軟管制作而成，所述的濾膜采用滌綸或丙綸制作而成。
5.根據權利要求4所述的一種軟土地基的熱排水固結處理裝置，其特征在于所述的塑料芯板的兩側沿塑料芯板的長度方向相應設置有第一導熱管和第二導熱管，所述的塑料芯板的底部設置有第三導熱管，所述的第一導熱管的下端開口和所述的第二導熱管的下端開口分別通過導熱管接頭與所述的第三導熱管連通。
6.一種利用權利要求I所述的軟土地基的熱排水固結處理裝置的熱排水固結處理方法，其特征在于包括以下步驟(1)將待處理的軟土地基進行場區場地平整，挖除軟土地基表層的種植土、樹根、生活垃圾、建筑垃圾，再回填石灰土至設計標高；(2)將水平排水砂墊層鋪設在軟土地基表面后，在砂墊層中開挖管槽布置真空排水濾管，將若干個導熱塑料排水板插入軟土地基中，將所有導熱塑料排水板的外周設置的導熱管連接形成循環回路，將循環回路的進水口和出水口分別連接到水循環加熱器；(3)將所述的真空排水濾管連接真空泵，然后在所述的水平排水砂墊層的表面覆蓋密封膜，再在所述的密封膜的表面覆蓋一層土工布；(4)將水循環加熱器開啟，將循環回路中的水流加熱至70 90°C，使高溫水流在導熱管中循環流動，對導熱管周邊土體進行持續加熱，持續時間不少于24小時，隨后停止加熱直至導熱管中的水溫下降至40°C后，再重復上述加熱，卸熱過程，同時將真空泵開啟進行抽真空并控制真空壓力為20 80KPa，進行填筑堆載加速被處理軟土結合水的排出，直至地面沉降速率連續IOd平均沉降量小于或等于2mm/d，最后關閉真空泵和水循環加熱器，即完成軟土地基的熱排水固結處理。
7.根據權利要求6所述的一種軟土地基的熱排水固結處理方法，其特征在于所述的真空排水濾管包括圍成矩形的真空主管和與所述的真空主管一體連通的若干個支濾管，所述的真空主管連接真空泵，所述的支濾管橫臥在所述的真空主管的內部，所述的真空主管與所述的支濾管的周壁上設置有透氣孔，所述的真空主管為直徑82. 9mm的聚氯乙烯管，所述的支濾管為直徑55mm的聚氯乙烯管。
8.根據權利要求7所述的一種軟土地基的熱排水固結處理方法，其特征在于所述的導熱管的外徑為5 12mm，內徑為4 10mm，所述的導熱管與所述的濾膜采用粗長纖維熱熔粘合或者細長纖維熱軋粘合并結合化學膠粘合，所述的塑料芯板采用高密度聚乙烯或聚丙烯材料制作而成，所述的導熱管采用橡膠塑料軟管制作而成，所述的濾膜采用滌綸或丙綸制作而成。
9.根據權利要求8所述的一種軟土地基的熱排水固結處理裝置，其特征在于所述的導熱塑料排水板包括塑料芯板及包裹在所述的塑料芯板四周的濾膜，所述的塑料芯板的兩側沿塑料芯板的長度方向相應設置有第一導熱管和第二導熱管，所述的塑料芯板的底部設置有第三導熱管，所述的第一導熱管的下端開口和所述的第二導熱管的下端開口分別通過導熱管接頭與所述的第三導熱管連通。
全文摘要
本發明公開了一種軟土地基的熱排水固結處理裝置及其處理方法，包括加壓系統、水平排水系統和豎向排水系統，豎向排水系統包括若干個導熱塑料排水板，導熱塑料排水板包括塑料芯板及濾膜，塑料芯板的四周設置有導熱管，各導熱管通過管道連接形成循環回路，循環回路的連接水循環加熱器，方法主要包括場地平整，鋪設水平排水砂墊層，開挖管槽設置真空排水濾管并連接真空泵，插導熱塑料排水板，鋪設密封膜，鋪設土工布，開啟水循環加熱器和真空泵，抽真空、堆載預壓，優點是有效縮短施工工期，減小工后沉降；工藝簡單，操作方便。
文檔編號E02D3/11GK102587352SQ20121004339
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月24日 優先權日2012年2月24日
發明者劉干斌, 葉俊能, 鄭榮躍 申請人:寧波市軌道交通工程建設指揮部