一种热能增强真空预压软土地基排水结构及排水方法技术

本发明专利技术涉及地基处理技术，尤其涉及一种热能增强真空预压软土地基排水结构及排水方法。本发明专利技术利用真空预压法在软土地基中形成真空负压，同时通过热能注入系统以一定的注入压力向软土地基中输送热能，从而使以热能注入井为中心的一定范围内的软土地基温度升高。根据热力学原理，气压越低、水的沸点越低，软土中的孔隙水会更快速地沸腾而形成游离态的水蒸汽，孔隙中的气体则受热膨胀而加速流动。由于注入压力大于软土中的孔隙压力，所注入的热能在软土体中驱使游离态的水蒸汽和热膨胀气体向排水系统渗流，并被抽真空装置抽出软土地基，地基发生沉降，达到缩短工期、提高加固速率的目的。

Heat energy enhanced vacuum preloading soft soil foundation drainage structure and drainage method

The invention relates to a foundation treatment technology, in particular to a drainage structure and a drainage method of a heat energy enhanced vacuum preloading soft soil foundation. The invention uses the vacuum preloading method in soft soil foundation in the vacuum, while the system is in a certain injection pressure to heat in the soft soil by heat injection, so that the heat injection temperature range of the soft soil foundation well as the center of the increase in the. According to the principle of thermodynamics, the lower the pressure, the lower the boiling point of water, the pore water in soft soil will boil more quickly to form the free water vapor. The injection pressure is greater than the pore pressure in soft soil, the heat injection in soft soil in driving water steam and heat free expansion of gas flow to the drainage system, and the vacuum pumping device out of the soft soil foundation, ground settlement, to shorten the construction period, improve the rate of reinforcement.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地基处理技术，尤其涉及一种热能增强真空预压软土地基排水结构及排水方法。
技术介绍
20世纪80年代至今，真空预压软土加固技术在我国已有很大的发展，大量的工程实践证明，真空预压法已成为处理软黏土地基的有效技术之一。真空预压法一般是由排水系统、加压系统和密封系统三部分共同组成。真空预压法是先在欲加固的软土地基上打设一定间距的塑料排水板或袋装砂井，然后在地面上铺设一定厚度的砂垫层，再将不透气的薄膜铺设在砂垫层上，借助于埋设在砂垫层中的管道，通过抽真空装置将膜下土体中的气体和水抽出，使土体得以排水固结，达到加固的目的。该法是借助大气压差，在土体中形成负的真空压力，使土体中的水和气向垂直排水通道渗流，从而提高土体密实度，增强土体强度。然而，真空预压法在处理饱和软黏土时，仍存在几个不足之处：1、真空预压法所能施加的最大荷载只有95kPa左右，如需再高，则必须与其它软基处理方法联合使用；2、由于饱和软黏土渗透率低，真空预压法施工工期较长，一般可达3～24个月；3、真空度在传递过程中受砂垫层的影响和损失较大，仅能在地表形成1m厚的硬壳层，深部软土无法达到设计要求的加固效果；4、塑料排水板表层滤膜易受周围细颗粒淤堵，使其通水能力减弱、真空度传递受阻，从而导致真空预压法后期处理效率降低；5、受施工技术质量控制影响较大，土越软，则越易在加固区边界处产生裂缝，导致密封系统失效。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种热能增强真空预压软土地基排水结构，该结构可大范围内提高软土地基温度，增加深部土体中水和气体的渗透率，具有工程造价低，施工工艺简单，排水固结效果好的优点。为了实现上述目的，所采取的技术方案为：一种热能增强真空预压软土地基排水结构，其特征在于：包括热能注入系统、排水系统和密封系统，所述热能注入系统包括在软土地基中钻设的若干均匀排列的热能注入井、安装在热能注入井中的热能注入管、连接在热能注入管后端的热能注入泵和热能产生设备，所述排水系统包括抽真空设备和排水垫层，抽真空设备包括分布在相邻的热能注入井之间的塑料排水板、位于塑料排水板顶端的抽真空滤管、将抽真空滤管连接在一起的抽真空主管、位于抽真空主管后端的抽真空泵，所述排水垫层设置在需要处理的软土地基表面，包括自下向上分布的工作垫层和水平排水垫层，所述密封系统包括分布在水平排水垫层上面的密封膜和分布在排水系统外周的密封沟，密封膜延伸至沿密封沟底部，抽真空主管与密封膜接触部位设有出膜装置；所述抽真空主管和抽真空滤管水平埋设于水平排水垫层中，所述热能注入管的管壁上设有交错排列的分散孔，所述热能注入井在钻设过程中在井壁设置护管，热能注入管与热能注入泵之间安装闭井装置，热能注入井的顶部设置固定热能注入管的封隔器。进一步的，所述热能注入井的护管采用10mm厚钢板卷制，护管壁上设有分散孔，护管底部设有水泥浆浇注的底部封堵。进一步的，所述软土地基中布设有施工监测设备，施工监测设备包括：温度传感器、真空压力表、单点沉降计和地下水位计。进一步的，所述热能注入管管材采用耐高温不锈钢管、聚四氟乙烯管、素混凝土管、钢筋混凝土管中的一种或几种。本专利技术所述的热能增强真空预压软土地基排水结构，通过热能注入井以一定的注入压力向软土地基中输送热能，从而使以热能注入井为中心的一定范围内的软土地基温度升高，增加深部土体中水和气体的渗透率，消除不均匀沉降和加快软土地基固结速度。本专利技术的另一目的在于提供一种热能增强真空预压软土地基排水方法，该方法在常规真空预压法的基础上增加热能注入步骤，进而大范围内提高软土地基温度，增加深部土体中水和气体的渗透率，消除不均匀沉降和加快软土地基固结速度。一种热能增强真空预压软土地基排水方法具体包括以下步骤：一）施工准备：清除地表、地下和周边的障碍物，对加固区场地进行初步整平；二）热能注入系统施工：在软土地基中利用钻孔机钻设热能注入井至预定深度，钻井作业完成后利用导管向井底注入水泥浆浇注底部封堵，在热能注入井内垂直安装热能注入管，并利用封隔器将热能注入管固定在热能注入井中，同时起到密封井口的目的；热能注入管的后端连接热能注入泵，同时在热能注入管与热能注入泵之间安装闭井装置，热能注入泵后端与热能产生设备相连接；三）排水系统施工与施工监测设备布设：在加固区表面铺设荆笆或土工布作为工作垫层，采用机械方式或人工方式在相邻热能注入井间打设作为垂直排水通道的塑料排水板，在软土地基中布设施工监测设备，在工作垫层上铺设水平排水垫层，在水平排水垫层中间水平铺设抽真空主管、抽真空滤管，抽真空主管和抽真空滤管直接连接，抽真空滤管与塑料排水板直接连接，抽真空主管与抽真空泵相连接，水平排水垫层材料宜采用中粗砂；四）密封系统施工：沿软土地基加固区周边开挖密封沟，在水平排水垫层表面铺设密封膜，同时安装抽真空主管出膜装置，密封膜周边埋入密封沟内，其上覆盖黏性土并分层压实；五）抽真空：开启抽真空装置并进行连续抽真空，保证膜下形成恒定的90kPa真空负压；六）注入热能与监测：开启抽真空装置后，开启热能产生设备和热能注入泵，通过热能注入系统向软土地基中注入热能，并利用施工监测设备对施工过程中的各种情况进行连续监测。进一步的，步骤六）中软土地基中注入热能后，保持土体平均温度在55-65℃，如果土体温度升高过快，可停止注入热能并关闭热能注入井，待土体温度下降至55-65℃时继续注入热能。进一步地，所述热能注入管注入的热能为高温空气，高温空气温度大于80℃，热能注入井的注入压力比软土地基内的孔隙水压力高1～3MPa，注热速率为3～5m3/h。本方法首先利用真空预压法在软土地基中形成约90kPa的真空负压，然后利用热能注入系统以一定的注入压力向软土地基中输送热能，从而使以热能注入井为中心的一定范围内的软土地基温度升高。根据热力学原理，气压越低、水的沸点越低，软土中的孔隙水会更快速地沸腾而形成游离态的水蒸汽，孔隙中的气体则受热膨胀而加速流动。软土体中驱使游离态的水蒸汽和热膨胀气体向排水系统渗流，并被排水系统抽出软土地基，地基发生沉降，达到缩短工期、提高加固速率的目的。附图说明图1为本专利技术所述一种热能增强真空预压软土地基排水结构的原理示意图。图中符号说明：1软土地基；2热能注入井；3热能产生设备；4热能注入泵；5热能注入管；6封隔器；7闭井装置；8工作垫层；9塑料排水板；10施工监测设备；11水平排水垫层；12抽真空主管；13抽真空滤管；14密封沟；15密封膜；16出膜装置；17抽真空泵；18底部封堵。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步说明。如图1所示，本专利技术提供一种热能增强真空预压软土地基排水结构，包括热能注入系统、排水系统和密封系统，所述热能注入系统包括在软土地基1中钻设的若干均匀排列的热能注入井2、安装在热能注入井中的热能注入管5、连接在热能注入管后端的热能注入泵4和热能产生设备3，所述排水系统包括抽真空设备和排水垫层，抽真空设备包括分布在相邻的热能注入井之间的塑料排水板9、位于塑料排水板顶端的抽真空滤管13、将抽真空滤管连接在一起的抽真空主管12、位于抽真空主管后端的抽真空泵17，所述排水垫层设置在需要处理的软土地基表面，包括自下向上分布的工作垫层8和水平排水垫层11，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热能增强真空预压软土地基排水结构，其特征在于：包括热能注入系统、排水系统和密封系统，所述热能注入系统包括在软土地基中钻设的若干均匀排列的热能注入井、安装在热能注入井中的热能注入管、连接在热能注入管后端的热能注入泵和热能产生设备，所述排水系统包括抽真空设备和排水垫层，抽真空设备包括分布在相邻的热能注入井之间的塑料排水板、位于塑料排水板顶端的抽真空滤管、将抽真空滤管连接在一起的抽真空主管、位于抽真空主管后端的抽真空泵，所述排水垫层设置在需要处理的软土地基表面，包括自下向上分布的工作垫层和水平排水垫层，所述密封系统包括分布在水平排水垫层上面的密封膜和分布在排水系统外周的密封沟，密封膜延伸至沿密封沟底部，抽真空主管与密封膜接触部位设有出膜装置；所述抽真空主管和抽真空滤管水平埋设于水平排水垫层中，所述热能注入管的管壁上设有交错排列的分散孔，所述热能注入井在钻设过程中在井壁设置护管，热能注入管与热能注入泵之间安装闭井装置，热能注入井的顶部设置固定热能注入管的封隔器。

【技术特征摘要】
1.一种热能增强真空预压软土地基排水结构，其特征在于：包括热能注入系统、排水系统和密封系统，所述热能注入系统包括在软土地基中钻设的若干均匀排列的热能注入井、安装在热能注入井中的热能注入管、连接在热能注入管后端的热能注入泵和热能产生设备，所述排水系统包括抽真空设备和排水垫层，抽真空设备包括分布在相邻的热能注入井之间的塑料排水板、位于塑料排水板顶端的抽真空滤管、将抽真空滤管连接在一起的抽真空主管、位于抽真空主管后端的抽真空泵，所述排水垫层设置在需要处理的软土地基表面，包括自下向上分布的工作垫层和水平排水垫层，所述密封系统包括分布在水平排水垫层上面的密封膜和分布在排水系统外周的密封沟，密封膜延伸至沿密封沟底部，抽真空主管与密封膜接触部位设有出膜装置；所述抽真空主管和抽真空滤管水平埋设于水平排水垫层中，所述热能注入管的管壁上设有交错排列的分散孔，所述热能注入井在钻设过程中在井壁设置护管，热能注入管与热能注入泵之间安装闭井装置，热能注入井的顶部设置固定热能注入管的封隔器。2.根据权利要求1所述的一种热能增强真空预压软土地基排水结构，其特征在于：所述热能注入井的护管采用10mm厚钢板卷制，护管底部设有水泥浆浇注的底部封堵。3.根据权利要求1所述的一种热能增强真空预压软土地基排水结构，其特征在于：所述软土地基中布设有施工监测设备，施工监测设备包括：温度传感器、真空压力表、单点沉降计和地下水位计。4.根据权利要求1所述的一种热能增强真空预压软土地基排水结构，其特征在于：所述热能注入管管材采用耐高温不锈钢管、聚四氟乙烯管、素混凝土管、钢筋混凝土管中的一种或几种。5.一种热能增强真空预压软土地基排水方法，其特征在于：具体包括以下步骤：一）施工准备：清除地表、地下和周边的障碍物，对加固区场地进行初步整平；二）热能注入系统施工：在软土地基中利...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓立，成子育，聂宁，刘广斌，高长满，李俊明，付旭，赵新春，赵少锋，李志，王海鸥，蒙艳蕾，马晋峰，
申请(专利权)人：北华航天工业学院，
类型：发明
国别省市：河北;13