本发明涉及一种淤泥质土软基的高效脱水装置及方法，具体地，涉及一种淤泥质土软基的脉动真空预压排水装置及方法。
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，但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，需要的时间很长；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，延长了真空预压软基处理的施工工期，且其对淤泥质土地基的处理效果仍有不足之处。在疏浚吹填施工中，前期含水率很高，如何降低吹填土的含水率是吹填区地基处理的一项关键工作。土体的含水率高低决定吹填区地基承载力的大小。目前主要采用真空预压快速排水固结的方法对于吹填地基进行排水处理。该方法的能量损耗较大，工期较长，且影响因素较多。经对现有技术文献和专利检索发现：中国专利号：CN101215832A，专利名称为：直排式真空预压地基处理方法，该发明公开了一种直排式真空预压地基处理方法，在真空装置上设有主管，主管上分出若干支管，每个支管通过连接管与排水板相连，将排水板内的水分直接排出。该发明除去了现有处理方法中水平排水砂垫层和真空滤管、滤膜，直接用连接管将软基中的塑料排水板与真空管相联接。其主要不足之处在于：1)软基中的排水板过水通道易被堵塞，会严重影响排水效果；2)该处理方法排水效率较低，排水周期较长，影响工期。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。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种淤泥质土软基的脉动真空预压排水装置及方法，排水效果得到显著提高。为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：根据本发明的一个方面，提供一种淤泥质土软基的脉动真空预压排水装置，包括装有抽真空部件、单向阀门、阀门控制部件的主管路，以及旁开支路，其中：抽真空部件与单向阀门之间通过真空管路连接，单向阀门连接阀门控制部件；所述阀门控制部件控制所述单向阀门的开闭频率，通过所述单向阀门的周期性开闭使主管路的真空度产生高频紊动，将抽真空部件对主管路的持续抽真空作用改变为间歇性抽真空作用，从而使得主管路内气流形成高频瞬时脉冲；所述旁开支路两端接口分别设置于单向阀门的两端，在所述单向阀门关闭时，水流从所述旁开支路通过，从而保证排水过程的连续性。优选地，所述单向阀门为直通式常开单向阀门，直通式常开单向阀门安装在抽真空部件进气口前端的主管路上。优选地，所述阀门控制部件采用循环定时电源控制器。优选地，所述旁开支路绕过单向阀门，在所述单向阀门关闭时，所述旁开支路与所述主管路相通。优选地，所述的抽真空部件设有压力表，用于实时记录真空管路内的真空度。优选地，所述的真空管路与抽真空部件、单向阀门的连接处用宝塔型对丝连接并密封以保证连接密闭。优选地，所述装置进一步设有排水部件，所述排水部件通过转换接头与主管路末端连接，所述排水部件插在待处理软土层中，作为竖向排水通道。优选地，所述的排水部件由若干高性能塑料排水板组成，其外包滤膜，所述滤膜采用土工布。根据本发明的一个方面，提供一种淤泥质土软基的脉动真空预压排水方法，所述方法在现有真空预压排水系统的抽真空部件进气口前端连接一单向阀门，采用阀门控制部件控制所述单向阀门的开闭频率，通过所述单向阀门的周期性开闭使主管路的真空度产生高频紊动，将抽真空部件对主管路的持续抽真空作用改变为间歇性抽真空作用，从而使得主管路内气流形成高频瞬时脉冲，加剧气体的剪切作用，传递到主管路末端土体使其发生剪切流变，进一步促使土体快速排水沉降固结；气流的高频瞬时脉冲作用对土体内排水板表面的土工布及土体内渗水通道的防堵起到明显的促进作用；所述单向阀门的两端分别连接一旁开支路两端接口，在所述单向阀门关闭时，水流从所述旁开支路通过，从而保证排水过程的连续性。具体的，所述方法包括如下步骤：①将所述单向阀门接入现有真空预压排水系统中，按照真空预压排水系统的布置方法在待处理区域布设所述脉动真空预压排水装置；②将所述阀门控制部件设置为循环工作模式；③打开抽真空部件进行抽真空排水，同时打开单向阀门同步工作；④随着含水率的降低，在不同排水阶段，通过所述阀门控制部件控制所述单向阀门开闭工作频率进行变频，增强气流剪切作用，更合理高效地促进排水；⑤在所述单向阀门的两端分别连接所述旁开支路两端接口，在所述单向阀门关闭时，水流从所述旁开支路通过，从而保证排水过程的连续性。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明是在真空预压排水法的基础上改进而来，操作简单，使用安全，成本低廉，能耗较低，经室内模型试验测试排水效果得到显著提高；本发明可在不同待处理区域反复使用，只需在现有真空预压系统中加装一个单向阀门及一个旁开支路，并根据现场实际工况调控开闭频率，易安装拆卸，达到了高效经济、节能安全等多重功效。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为本发明一较优实施例的装置结构示意图；图中：真空泵1、直通式常开单向阀门2、真空系统主管路3、排水板4、密封膜5、阀门控制部件6、旁开支路7。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对于泥沙中值粒径d50＝5μm，含水率为86％的泥浆，本实施例提供一种淤泥质土软基的脉动真空预压排水装置，本实施例中，抽真空部件采用真空泵，单向阀门采用直通式常开单向阀门2，阀门控制部件6采用循环定时电源控制器。当然，其他实施例中，也可以选择其他的部件或者设备，能实现相应的功能即可。具体的，所述装置由真空泵1、直通式常开单向阀门2、真空系统主管路3、排水板4、密封膜5、阀门控制部件6和旁开支路7组成，其中：抽真空部件、单向阀门、阀门控制部件安装在主管路上，真空泵1与直通式常开单向阀门2之间用主管路3连接，连接处用宝塔型对丝连接并密封以保证连接密闭，使系统内具有较高的真空度；直通式常开单向阀门2安装在真空泵1的进气口前段，并经由阀门控制部件6连接电源以控制阀门开闭，旁开支路7的两端接口分别设置于直通式常开单向阀门2的两端，排水板4通过转换接头连接在主管路3的末端，并插入土体作为过气排水通道。本实施例中，所述真空泵1额定电压220V/50HZ，外形尺寸395mm*145mm*318mm，抽气速率14.4m3/h，用于抽气形成真空，其上自带压力表，可实时记录脉动真空预压排水系统内的真空度。本实施例中，所述直通式常开单向阀门2，型号为2W-15K，尺寸长62mm*高123mm，4分口径，额定电压AC220v，两端通过4分的对丝与主管路3连接，并经由阀门控制部件6连接电源以控制单向阀门2的开闭。本实施例中，所述真空系统主管路3是由内径2cm的PVC管做成，其长短可根据现场实际情况改变，并可在排水系统主管路尾端分接多股真空支管以连接多个排水板4，用做过气过水通道。本实施例中，所述排水板4由高性能塑料排水板组成，塑料排水板长度为1.5m，间距50cm×50cm，其外包密封膜5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，所述阀门控制部件6采用通、断电工作频率为通电2秒、断电4秒的循环定时电源开关，能够实现对单向阀门开闭的精准控制。本实施例中，所述旁开支路7绕过单向阀门2，在所述单向阀门2关闭时，所述旁开支路7与所述主管路3相通。旁开支路7的管径较小。本实施例脉动真空预压排水法的工作步骤如下：1、改装真空预压排水系统，将直通式常开单向阀门2接入真空系统中，按照真空预压排水系统的布置方法在待处理区域布设脉动真空预压排水装置；2、将阀门控制部件6设置为通电2秒、断电4秒的循环工作模式；3、打开真空泵1进行抽真空排水，同时打开直通式常开单向阀门2同步工作；4、随着含水率的降低，在不同排水阶段，采用阀门控制部件6控制直通式常开单向阀门2开闭工作频率(作变频处理)，增强气流剪切作用，更合理高效地促进排水；5、在单向阀门的两端分别连接一旁开支路两端接口，在所述单向阀门关闭时，水流从旁开支路通过，从而保证排水过程的连续性。实施效果：经过实际试验验证，对于泥沙中值粒径d50＝5μm，含水率86％的泥浆，真空度-68kpa，在相同排水时间内，相比于原始真空预压排水法，含水率降低速率将明显提高，说明阀门的周期性瞬时开闭产生的脉动作用促进了真空排水，这种脉动作用对土工布及土壤内过水通道的防堵起到能够良好促进作用，脱水效果提高明显。实施例2对于泥沙粒径d50＝8μm，含水率为75％的泥浆，本实施例提供一种淤泥质土软基的脉动真空预压排水装置，由真空泵1、直通式常开单向阀门2、真空系统主管路3、排水板4、密封膜5、阀门控制部件6和旁开支路7组成，各部件连接方法同实施例1中所述。本实施例中，所述真空泵1额定电压380V/60HZ，抽气速率35m3/h，用于抽气形成真空，其上自带压力表，可实时记录系统内的真空度。本实施例中，所述直通式常开单向阀门2，为1.5寸口径，额定电压AC380v，两端与主管路3密闭连接，并经由阀门控制部件6连接电源以控制其阀门开闭。本实施例中，所述真空管3是由内径5cm的PE管做成，其长短可根据现场实际情况改变，并可在主管路尾端可分接多股真空支管以连接多个排水板4,用做过气过水通道。本实施例中，所述排水板4是由高性能塑料排水板组成，塑料排水板长度为1.5m，间距80cm×80cm，其外包密封膜5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，所述阀门控制部件6采用通、断电工作频率为通电2秒，断电2秒的循环定时电源开关，能够实现对阀门开闭的精准控制。本实施例脉动真空预压排水法的工作步骤如下：1、改装真空预压排水系统，将直通式常开单向阀门2接入真空系统中，按照真空预压排水系统的布置方法在待处理区域布设脉动真空预压排水装置；2、将阀门控制部件6设置为通电2秒、断电2秒的循环工作模式；3、打开真空泵1进行抽真空排水，同时打开直通式常开单向阀门2同步工作；4、随着含水率的降低，在不同排水阶段，采用阀门控制部件6控制直通式常开单向阀门2开闭工作频率(作变频处理)，增强气流剪切作用，更合理高效地促进排水；5、在单向阀门的两端分别连接一旁开支路两端接口，在述单向阀门关闭时，水流从旁开支路通过，从而保证排水过程的连续性。实施效果：对于泥沙中值粒径d50＝8μm，含水率75％的泥浆，真空度-80kpa，在相同排水时间内，相比于原始真空预压排水法，阀门的周期性瞬时开闭产生的脉动作用促进了真空排水，这种脉动作用对土工布及土壤内过水通道的防堵起到能够良好促进作用，脱水效果提高明显。本发明整套装置易安装拆卸，能耗低效果好，能够反复使用且成本较低，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。