CN104929102A - 泥沙流变的真空振动联合脱水系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种泥沙流变的真空振动联合脱水系统及方法，所述方法在待处理区域上布置竖向与横向排水系统，覆盖密封膜；将安装有气动振动单元的振动被铺设在密封膜上部，通过给气管网将振动单元与高压气泵连接；采用真空泵通过吸水通道抽气，利用真空膜与大气的气压差将软地基中的水排出，同时启动高压气泵，振动单元在高压气体输入下开始振动，带动振动被发生振动，使下覆土层发生微幅振动，对软土层进行振动流变脱水；定期移动振动流变脱水系统位置，使处理软地基区域沉降均匀。本发明大幅增强了淤泥质软基的处理效率；能耗低；易安装、拆卸，能在不同待处理区域反复使用；成本低，易实施，能反复利用，达到了高效经济安全多重功效。

Description

泥沙流变的真空振动联合脱水系统及方法

技术领域

本发明涉及一种软地基处理方法，具体地，涉及一种泥沙流变的真空振动联合脱水系统及方法。

背景技术

吹填造陆是解决我国土地资源紧张的一个重要途径。未来十年我国将会更大规模地利用吹填土进行滩涂围垦。真空预压工法是软基处理工程施工的主要工法。其基本方法是：在需要加固的软基内垂直向插设塑料排水板；水平向铺设砂垫层，滤管、真空管，或仅水平向铺设真空管，并将真空管和塑料排水板连接；在软基处理区域的四周进行泥浆搅拌桩密封墙或开挖密封沟施工，并在处理区域上方铺设真空密封膜，将真空密封膜的四周埋入软基处理区域四周的密封墙或密封沟；将软基处理区域划分为若干个区块，在每个区块内各安装一套真空泵，并将真空泵与所在分区内的水平向排水通道相连接；在上述步骤完成后，开始抽真空和排水固结施工作业，即启动真空泵，真空泵内产生真空负压，负压通过水平向排水通道、塑料排水板传递到土体中，土体中的水和空气在负压的作用下通过塑料排水板、水平向排水通道进入真空泵的喷射器后排出，从而达到对土体进行排水固结的目的。但是现有的真空预压工法在对淤泥质土进行地基处理时存在普遍的困难，主要原因是在于淤泥质土的渗透率极低，在淤泥质土中传递真空度和排水固结非常困难；真空预压法需在地面上铺设砂垫层，但在实际施工时，在淤泥质等软基上，由于机械设备无法进场，而难以实现；传统真空预压法需要的时间很长，需3个月或更长；对于淤泥质地基，传统的真空预压法的处理效果难以达到建筑物对地基承载力的要求。

为加强淤泥质土的地基处理效果，现有的真空预压软基处理技术通常是增加塑料排水板的插板密度，延长真空预压软基处理的施工工期，但其对淤泥质土地基的处理效果仍然不好。经对现有技术文献和专利检索发现，现有的软基处理方法有超声波真空预压法，电渗、电脉冲增强真空预压法等等，但其都仍存在不足之处。

经检索，中国专利号：201310646033.9，公开(公告)号：CN 103669330 A，名称：超声波真空预压法，该发明公开的技术为：是在真空预压软地基处理区域布设超声波作业点和安装超声波电源、超声波换能器，在真空预压的抽真空和排水固结期间开启超声波电源并使用超声波换能器在超声波作业点对软地基处理区域的软土层进行超声波处理。其不足之处在于：1)超声波对于淤泥质土的处理能力有限；2)需在地基中开挖坑洞布设超声波作业点，操作复杂；3)超声波仪器成本及其耗能太高。

中国专利号：201310692142.4，公开(公告)号：CN103711118A，专利名称：高压电脉冲增强真空预压软地基处理法，该发明公开的技术为：通过在真空预压软地基处理区域设置高压电脉冲作业井，安装高压脉冲电源，在高压电脉冲作业井中垂直向放置放电电极，将高压脉冲电源与放电电极的地面端用高压电缆相连接，在真空预压施工期间启动高压脉冲电源，使高压脉冲电源输出高压直流脉冲电流，高压直流脉冲电流通过高压电缆传输到放电电极，放电电极向放电电极四周的软地基处理区域的软土层释放高压直流脉冲电流，对软地基处理区域的软土层进行高压电脉冲处理。其不足之处在于：1)需在软地基处理区域设置高压电脉冲作业井，工程难度大，成本高，且会对地基强度造成影响；2)软地基处理区域广，作业面大，电脉冲在土中损耗大，其方法难以达到预期效果；3)在含水率高的软地基区域输出高压直流脉冲电流，作业危险性高；4)该处理方法耗能大，成本高。

此外，中国专利号：200710025252.X，专利名称：复合真空预压软基综合加固方法。该发明公开的技术为：通过了运用真空预压和电渗降水两工法的复合，保留了原真空预压的优点，同时结合电渗降水，实现真空预压工法在淤泥类软土层地基上的运用，且使软土加固深度得到增加，施工时间缩短。其不足之处在于地球作为一个大导体，其对电能的稀释作用极强，电渗的方法应用在软基处理上难以形成预期的电流通路，从而难以实现预期的处理效果。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种泥沙流变的真空振动联合脱水系统及方法，针对淤泥质软基，通过振动产生的泥沙流变作用，缩小土体孔隙，使淤泥质土的结构变得更加紧密，其中的自由水和结合水最大程度的从土中分离出来，结合现有的真空预压处理方法，提高了排水效率，加强了土体强度，达到经济实用且高效环保的多重功效。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供一种泥沙流变的真空振动联合脱水系统，包括振动流变脱水系统和真空预压排水系统，振动流变脱水系统包括振动被、振动单元、给气管网和高压气泵，真空预压排水系统包括竖向排水系统、横向排水系统、密封膜和真空泵，其中：所述竖向排水系统插在待处理软土层中，作为竖向排水通道；所述横向排水系统连接竖向排水系统与真空泵，作为水平排水通道；所述密封膜铺设在待处理土层上，使待处理土层与大气隔绝；所述真空泵作为真空预压动力的来源；所述振动被铺设在所述密封膜上，作为所述振动单元的搭载体；至少一个所述振动单元安装在所述振动被上，作为振动流变脱水作用的发生器；所述给气管网作为所述振动单元与所述高压气泵的输气连接系统；所述高压气泵安装在所述振动被上，作为所述振动单元动力的来源。

优选地，所述的竖向排水系统是由若干塑料排水板组成，所述的横向排水系统是由真空管组成。

更优选地，所述的横向排水系统的真空管与所述竖向排水系统的塑料排水板直接连接，并用密封料密封，避免漏气。

优选地，所述的密封膜是不透气的复合土工膜。

优选地，所述的振动被是由具有一厚度的刚性塑料材料制成的平板。

优选地，所述的振动单元是将高压气流产生的动能转化为高频振动的气动振动器。

优选地，所述的给气管网是由塑料软管组成。

优选地，所述的真空泵是利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被密封土层进行抽气而获得真空，在膜内产生负压的设备。

优选地，所述的高压气泵是利用机械方法产生高压气流的设备。

根据本发明的另一方面，提供一种泥沙流变的真空振动联合脱水方法，该方法联合运用真空预压与振动流变进行脱水，包括如下步骤：

1)在待处理软基区域上布置竖向与横向排水系统，并覆盖密封膜；

2)将安装有若干气动振动单元的振动被铺设在软基处理作业区域的密封膜上部，通过给气管网将振动单元与高压气泵相连接；

3)采用真空泵通过排水通道抽气，利用真空膜与大气的气压差将软基中的水排出；

4)在真空预压作业的同时，启动高压气泵，振动单元会在高压气体的输入下开始振动，带动振动被发生振动，从而使下覆土层发生微幅振动，对待处理软基区域的软土层进行振动流变脱水；

5)定期移动振动流变脱水系统的位置，使待处理软基区域沉降均匀。

本发明所述振动流变脱水系统能通过振动作用使淤泥质软土发生流变作用，使其孔隙缩小，土的结构变得更加紧密，其中的自由水和结合水从土中快速分离出来，显著地提高了脱水与地基加固的效率。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明通过上覆振动被，联合利用振动作用和真空预压作用对土层进行脱水处理，大幅增强了淤泥质软基的处理效率；使用气动发生的振动方式，能耗低；振动流变脱水系统集成一体化，易安装、拆卸，能在不同待处理区域反复使用，促使地基沉降均匀；不用设坑设井，对现有真空预压系统无重大改动，操作简单，施工安全。综上，本发明增强了现有真空预压的地基处理效率，且成本低，易实施，能反复利用，达到了高效经济安全多重功效。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明系统一实施例整体结构示意图；

图中：竖向排水系统1、横向排水系统2、密封膜3、真空泵4、振动被5、振动单元6、给气管7、高压气泵8。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种泥沙流变的真空振动联合脱系统，包括振动流变脱水系统和真空预压排水系统，其中：所述的真空预压排水系统包括：竖向排水系统1、横向排水系统2、密封膜3、真空泵4，所述的振动流变脱水系统包括：振动被5、振动单元6、给气管7、高压气泵8。其中：所述竖向排水系统插在待处理软土层中，作为竖向排水通道；所述横向排水系统连接竖向排水系统与真空泵，作为水平排水通道；所述密封膜铺设在待处理土层上，使待处理土层与大气隔绝；所述真空泵作为真空预压动力的来源；所述振动被铺设在所述密封膜上，作为所述振动单元的搭载体；至少一个所述振动单元安装在所述振动被上，作为振动流变脱水作用的发生器；所述给气管网作为所述振动单元与所述高压气泵的输气连接系统；所述高压气泵安装在所述振动被上，作为所述振动单元动力的来源。

上述系统进行脱水处理时，具体按以下实施步骤进行：

1)在待处理软基区域上布置竖向排水系统1与横向排水系统2，覆盖密封膜3，启动真空泵4，开始真空预压处理作业。

本实施例中，所述竖向排水系统1是由高性能塑料排水板组成，塑料排水板间距1m×1m，其外包滤膜采用土工布，插在待处理软土层中，作为竖向排水通道。

本实施例中，所述横向排水系统2是由真空管组成，连接在竖向排水系统1与真空泵4，真空管与塑料排水板直接连接，并用密封料密封，避免漏气，作为水平排水通道。

本实施例中，所述密封膜3是铺设在待处理土层上的不透气的PVC复合土工膜，使待处理土层与大气隔绝。

本实施例中，所述真空泵4是射流式真空泵，作为真空预压动力的来源。

2)在5m×5m的振动被5上均匀布设八个振动单元6和一个高压气泵8，通过给气管7将振动单元6与高压气泵8连接。

本实施例中，所述振动被5是由PPS板制成的厚10cm的5m×5m平板，铺设在密封膜3上，作为振动单元6的搭载体。

本实施例中，所述振动单元6是八个频率可达300Hz的气动振动器，均匀分布在振动被5上。

本实施例中，所述给气管7是由塑料软管组成，作为振动单元6与高压气泵8的输气连接系统。

本实施例中，所述高压气泵8是功率10KW、流量4m³/min的高压气泵，安装在振动被5上，作为振动单元6动力的来源。

3)将待处理区域按振动被大小划分为若干区块，在其第一区块上铺设振动流变脱水系统，启动高压气泵8，振动单元6会在高压气体的输入下开始振动，带动振动被5发生振动，从而使下覆土层发生微幅振动，对待处理区域的软土层进行振动流变脱水。

4)待第一区块脱水效果逐渐减弱后，逐步移动振动流变脱水系统至其他区块，反复上述脱水处理作业，使处理软地基区域沉降均匀。

实施例2

如图1所示，本实施例提供的一种真空振动联合脱水法，该方法联合运用真空预压与振动流变的脱水方法，所述方法具体按以下实施步骤进行：

1)在待处理软基区域上布置竖向排水系统1与横向排水系统2，覆盖密封膜3，启动真空泵4，开始真空预压处理作业。

本实施例中，所述竖向排水系统1是由高性能塑料排水板组成，塑料排水板间距1m×1m，其外包滤膜采用土工布，插在待处理软土层中，作为竖向排水通道。

本实施例中，所述横向排水系统2是由真空管组成，连接在竖向排水系统1与真空泵4，真空管与塑料排水板直接连接，并用密封料密封，避免漏气，作为水平排水通道。

本实施例中，所述密封膜3是铺设在待处理土层上的不透气的PVC复合土工膜，使待处理土层与大气隔绝。

本实施例中，所述真空泵4是射流式真空泵，作为真空预压动力的来源。

2)在3m×3m的振动被5上均匀布设六个振动单元6和一个高压气泵8，通过给气管7将振动单元6与高压气泵8连接。

本实施例中，所述振动被5是由HDPU板制成的厚10cm的3m×3m平板，铺设在密封膜3上，作为振动单元6的搭载体。

本实施例中，所述振动单元6是六个频率可达200Hz的气动振动器，均匀分布在振动被5上。

本实施例中，所述给气管7是由塑料软管组成，作为振动单元6与高压气泵8的输气连接系统。

本实施例中，所述高压气泵8是功率5KW、流量2m³/min的高压气泵，安装在振动被5上，作为振动单元6动力的来源。

3)将安装完成的振动流变脱水系统铺设在待处理区域第一区块上，启动高压气泵8，振动单元6会在高压气体的输入下开始振动，带动振动被5发生振动，从而使下覆土层发生微幅振动，对处理区域的软土层进行振动流变脱水。

4)待第一区块脱水效果逐渐减弱后，逐步移动振动流变脱水系统至其他区块，反复上述脱水处理作业，使处理软基区域沉降均匀。

实施效果：本实施例所述的泥沙流变的真空振动联合脱水法通过气动发生振动的脱水方式加强了真空预压的地基处理效果，大大缩短了软基的固结时间，节能经济，操作简单，实施难度低，达到了高效、经济、环保的效果。

本发明通过上覆振动被，联合利用振动作用和真空预压作用对土层进行脱水处理，大幅增强了淤泥质软基的处理效率；使用气动发生的振动方式，能耗低；振动流变脱水系统集成一体化，易安装、拆卸，能在不同待处理区域反复使用，促使地基沉降均匀；不用设坑设井，对现有真空预压系统无重大改动，操作简单，施工安全。综上，本发明增强了现有真空预压的地基处理效率，且成本低，易实施，能反复利用，达到了高效经济安全多重功效。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种泥沙流变的真空振动联合脱水系统，其特征在于，所述系统包括振动流变脱水系统和真空预压排水系统，振动流变脱水系统包括振动被、振动单元、给气管网和高压气泵，真空预压排水系统包括竖向排水系统、横向排水系统、密封膜和真空泵，其中：所述竖向排水系统插在待处理软土层中，作为竖向排水通道；所述横向排水系统连接竖向排水系统与真空泵，作为水平排水通道；所述密封膜铺设在待处理土层上，使待处理土层与大气隔绝；所述真空泵作为真空预压动力的来源；所述振动被铺设在所述密封膜上，作为所述振动单元的搭载体；至少一个所述振动单元安装在所述振动被上，作为振动流变脱水作用的发生器；所述给气管网作为所述振动单元与所述高压气泵的输气连接系统；所述高压气泵安装在所述振动被上，作为所述振动单元动力的来源。

2.根据权利要求1所述的一种泥沙流变的真空振动联合脱水系统，其特征在于，所述的竖向排水系统是由若干塑料排水板组成，所述的横向排水系统是由真空管组成。

3.根据权利要求2所述的一种泥沙流变的真空振动联合脱水系统，其特征在于，所述的横向排水系统的真空管与所述竖向排水系统的塑料排水板直接连接，并用密封料密封。

4.根据权利要求1所述的一种泥沙流变的真空振动联合脱水系统，其特征在于，所述的密封膜是不透气的复合土工膜。

5.根据权利要求1所述的一种泥沙流变的真空振动联合脱水系统，其特征在于，所述的振动被是由具有一厚度的刚性塑料材料制成的平板。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种泥沙流变的真空振动联合脱水系统，其特征在于，所述的振动单元是将高压气流产生的动能转化为高频振动的气动振动器。

7.根据权利要求1-5任一项所述的一种泥沙流变的真空振动联合脱水系统，其特征在于，所述的给气管网是由塑料软管组成。

8.根据权利要求1-5任一项所述的一种泥沙流变的真空振动联合脱水系统，其特征在于，所述的高压气泵是利用机械方法产生高压气流的设备；所述的真空泵是利用机械、物理、化学或物理化学的方法对被密封土层进行抽气而获得真空，在膜内产生负压的设备。

9.一种采用权利要求1-8任一项所述系统进行的泥沙流变的真空振动联合脱水方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

1)在待处理软基区域上布置竖向与横向排水系统，并覆盖密封膜；

2)将安装有若干气动振动单元的振动被铺设在软基处理作业区域的密封膜上部，通过给气管网将振动单元与高压气泵相连接；

3)采用真空泵通过排水通道抽气，利用真空膜与大气的气压差将软基中的水排出；

4)在真空预压作业的同时，启动高压气泵，振动单元会在高压气体的输入下开始振动，带动振动被发生振动，从而使下覆土层发生微幅振动，对待处理软基区域的软土层进行振动流变脱水；

5)定期移动振动流变脱水系统的位置，使待处理软基区域沉降均匀。