软土地基处理系统及软土地基处理方法与流程

本发明涉及软土地基排水处理技术领域，特别是涉及一种软土地基处理系统及软土地基处理方法。

背景技术：

真空预压法最早由瑞典皇家地质学院的w.kjellman于1952年提出，主要应用于软土地基的排水处理，如今已被证明是一种有效的软土地基处理方法。真空预压法的原理是：通过在覆盖于地面的密封膜下抽真空，使密封膜的内外形成气压差。根据有效应力原理，在总应力不变的情况下，孔隙水压力减小则有效应力增大。当抽真空时，先后在地表砂垫层及竖向排水通道内逐步形成负压，使土体内部与排水通道、砂垫层之间形成压差。在此压差作用下，土体中的孔隙水不断由排水通道排出，从而使土体固结。

然而，传统的真空预压法存在一些局限性：受软土固结变形规律的制约，在软土地基的加固后期，排水固结速率逐渐放缓，而长时间的抽真空将导致处理成本大幅增加。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种软土地基处理系统及软土地基处理方法；该软土地基处理系统的排水固结效果好，加快软土地基的排水处理进度；该软土地基处理方法能够应用于前述的软土地基处理系统。

其技术方案如下：

一个实施例提供了一种软土地基处理系统，包括：

密封膜；

增压装置，所述增压装置包括预制管桩和高压气源，所述预制管桩的侧壁设有第一通孔，所述高压气源用于朝所述预制管桩内输入高压气体；及

真空装置，所述真空装置包括排水件和抽真空器，所述排水件设有排水腔和第二通孔，所述第二通孔设在所述排水件的侧壁并与所述排水腔相通，所述抽真空器用于对所述排水件进行抽真空处理，所述排水件与所述预制管桩呈间隔设置。

上述软土地基处理系统，密封膜进行密封，为后续的增压和抽真空做准备，高压气源朝预制管桩内输入高压气体，以使高压气体经由第一通孔进入软土地基中，实现对周边软土地基的增压处理；抽真空器对排水件进行抽真空处理，进而通过第二通孔实现对周边软土地基的抽真空处理；增压和抽真空联合处理，使得软土地基中的水体在压差作用下通过第二通孔进入到排水件中，以进一步排出，提高排水固结效果。

下面进一步对技术方案进行说明：

在其中一个实施例中，所述第一通孔设有至少两个，相邻的所述第一通孔之间呈间隔设置；

所述第一通孔与所述预制管桩的上端之间的最小距离为第一距离，所述第一距离为3m-6m。

在其中一个实施例中，所述第一通孔设有多个，所述第一通孔沿所述预制管桩的轴线呈盘旋环绕设置。

在其中一个实施例中，所述增压装置还包括过滤器，所述过滤器包括单向阀和连接件，所述单向阀设在所述第一通孔内，所述连接件与所述预制管桩连接并用于安装所述单向阀。

在其中一个实施例中，所述过滤器还包括过滤件，所述过滤件设在所述单向阀的位于所述预制管桩外侧的一侧。

在其中一个实施例中，所述排水件为排水板，所述排水腔设在所述排水板的内部，所述第二通孔在所述排水板的侧壁上开设有至少两个；

所述排水件的外侧设有滤膜，所述滤膜与所述第二通孔对应。

在其中一个实施例中，所述增压装置还包括第一管道，所述第一管道的一端与所述高压气源连通，所述第一管道的另一端与所述预制管桩连通；

所述真空装置还包括第二管道，所述第二管道的一端与所述抽真空器连通，所述第二管道的另一端与所述排水件连通；

所述真空装置还包括水气分离器，所述水气分离器设在所述第二管道上，且所述水气分离器位于所述抽真空器和所述排水件之间；

所述真空装置还包括排水泵，所述排水泵与所述水气分离器连接。

在其中一个实施例中，所述预制管桩设有至少两个，相邻的所述预制管桩之间呈间隔设置，且相邻的所述预制管桩之间设有一个所述排水件；

或所述排水件设有至少两个，相邻的所述排水件之间呈间隔设置，且相邻的所述排水件之间设有一个所述预制管桩；

或所述预制管桩设有多个，相邻的所述预制管桩之间呈间隔设置，多个所述预制管桩环绕于一个所述排水件的外周；

或所述排水件设有多个，相邻的所述排水件之间呈间隔设置，多个所述排水件环绕于一个所述预制管桩的外周。

另一个实施例提供了一种软土地基处理方法，能够应用于如上述任一个技术方案所述的软土地基处理系统，所述软土地基处理方法包括以下步骤：

将预制管桩打入预处理区域的软土地基；将排水件打入所述预处理区域的软土地基，且所述排水件与所述预制管桩呈间隔设置；

将高压气源与所述预制管桩连通；将抽真空器与所述排水件连通；

在所述预处理区域的上方布置密封膜，使所述预制管桩和所述排水件均处于所述密封膜的密封区域内；

启动所述高压气源，以朝所述预制管桩内输入高压气体；启动所述抽真空器，以对所述排水件进行抽真空处理。

上述软土地基处理方法，能够应用于前述的软土地基处理系统，提高了软土地基的排水固结效果。

下面进一步对技术方案进行说明：

在其中一个实施例中，在启动所述抽真空器，以对所述排水件进行抽真空处理的步骤之前，还包括以下步骤：

在所述预处理区域的软土地基的外围形成气密墙；

在启动所述高压气源，以朝所述预制管桩内输入高压气体的过程中，所述高压气源间歇性地朝所述预制管桩内输入高压气体；或所述高压气源连续性的朝所述预制管桩内输入高压气体。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

此外，附图并不是以1:1的比例绘制，并且各个元件的相对尺寸在附图中仅示例地绘制，而不一定按照真实比例绘制。

图1为一个实施例中软土地基处理系统的整体结构示意图；

图2为图1实施例中预制管桩和排水件的排布结构示意图；

图3为图1实施例中过滤器在预制管桩上的排布俯视图；

图4为一个实施例中软土地基处理方法的流程示意图。

附图标注说明：

110、预制管桩；111、第一通孔；120、高压气源；130、过滤器；140、第一管道；150、密封盖；210、排水件；220、抽真空器；230、第二管道；240、水气分离器；250、排水泵；260、连接管；300、密封膜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

请参照图1，一个实施例提供了一种软土地基处理系统，包括密封膜300、增压装置和真空装置。其中：

密封膜300用于形成密封环境，以便于进行增压处理和抽真空处理；

增压装置用于对软土地基进行增压处理，真空装置用于对软土地基进行抽真空处理，通过增压处理和抽真空处理复合作用，使软土地基内形成压差，促使水体在压差作用下通过第二通孔进入到排水件210内，进一步排出，从而实现软土地基的排水处理。

在一个实施例中，请参照图1，所述增压装置包括预制管桩110和高压气源120，所述预制管桩110的侧壁设有第一通孔111，所述高压气源120用于朝所述预制管桩110内输入高压气体。

如图1所示的实施例中，预制管桩110呈圆柱状设置，预制管桩110的下端设有桩头，桩头呈椎体设置，以便于打入软土地基。

预制管桩110具有第一管腔，预制管桩110的侧壁设有第一通孔111，第一通孔111与第一管腔相通，当高压气源120朝预制管桩110的第一管腔内输入高压气体时，高压气体便通过第一通孔111进入预制管桩110周边的软土地基中，从而实现对软土地基的增压处理，在增压处理的过程中，高压气体在软土层中形成若干裂隙通道，从而形成新的水平排水通道，促使孔隙水沿裂隙通道向排水件210流动。

在一个实施例中，请参照图1，所述真空装置包括排水件210和抽真空器220，所述排水件210设有排水腔和第二通孔，所述第二通孔设在所述排水件210的侧壁并与所述排水腔相通，所述抽真空器220用于对所述排水件210进行抽真空处理，所述排水件210与所述预制管桩110呈间隔设置。

如图1所示的实施例中，抽真空器220可以为真空泵，排水件210呈纵向打入软土地基中，排水件210内具有排水腔，而排水件210的侧壁设有第二通孔，第二通孔与排水腔相通，当抽真空器220进行抽真空处理时，排水件210的排水腔内逐步形成负压环境，而这种负压环境又进一步通过第二通孔传递到排水件210周边的软土地基中，使得排水件210周边的软土地基也逐步形成负压环境或真空环境，从而对软土地基进行抽真空处理。如此设置，通过增压处理和抽真空处理的联合作用，使得排水件210周边的软土地基内形成巨大的压差，在大压差的作用下促使水体通过第二通孔进入到排水腔内，实现排水作用。

该软土地基处理系统，密封膜300进行密封，为后续的增压和抽真空做准备，高压气源120朝预制管桩110内输入高压气体，以使高压气体经由第一通孔111进入软土地基中，实现对周边软土地基的增压处理；抽真空器220对排水件210进行抽真空处理，进而通过第二通孔实现对周边软土地基的抽真空处理；增压和抽真空联合处理，使得软土地基中的水体在压差作用下通过第二通孔进入到排水件210中，以进一步排出，提高排水固结效果。

在一个实施例中，请参照图1和图3，所述第一通孔111设有至少两个，相邻的所述第一通孔111之间呈间隔设置。

至少两个第一通孔111，以使高压气体通过第一通孔111进入到预制管桩110周边的软土地基中，实现增压的作用。

在一个实施例中，请参照图1，所述第一通孔111与所述预制管桩110的上端之间的最小距离为第一距离，所述第一距离为3m-6m。

需要说明的是：

第一通孔111与预制管桩110上端之间的最小距离，是指位于预制管桩110的最上侧的第一通孔111与预制管桩110的上端之间的距离，也即：最上端的第一通孔111与预制管桩110的上端之间的距离；或者，也可以大致理解为：最上端的第一通孔111与地面之间的距离。

如此设置的目的：使第一通孔111位于地面以下一定深度，如3m-6m，当进行增压处理时，第一通孔111以上的土体起到了密封作用，保证增压效果。相比传统软土地基后期排水固结速率放缓的情况，通过增压联合抽真空处理，保证了固结排水效果不易打折，提高了排水固结效果；同时，不需要长时间抽真空处理，也降低了处理成本。

在一个实施例中，请参照图1和图3，所述第一通孔111设有多个，所述第一通孔111沿所述预制管桩110的轴线呈盘旋环绕设置。

如图3所示的实施例中，预制管桩110为俯视视角，第一通孔111均布在预制管桩110的外周，而如图1所示的实施例中，预制管桩110为正视截面图，第一通孔111呈上下位置的依次排布在预制管桩110的侧壁上。

结合图1和图3，预制管桩110的侧壁上开设有多个第一通孔111，第一通孔111绕预制管桩110的轴线方向盘旋环绕设置，即：以螺旋状均匀排布在预制管桩110的侧壁上，以使第一通孔111在预制管桩110的上下及外周均布置有第一通孔111，从而在增压的过程中，使得预制管桩110外周不同方位的软土地基均进行增压处理。

在一个实施例中，第一通孔111的半径为15mm-50mm，相邻两个第一通孔111在竖直方向上的距离为20cm-100cm，如图3所示的实施例中，在俯视视角下，相邻两个第一通孔111之间的夹角为30°-90°。

在一个实施例中，请参照图1和图3，所述增压装置还包括过滤器130，所述过滤器130包括单向阀和连接件，所述单向阀设在所述第一通孔111内，所述连接件与所述预制管桩110连接并用于安装所述单向阀。

连接件可以是安装环或安装框，连接件可以通过与第一通孔111的侧壁连接，以安装在预制管桩110上，而单向阀可以安装在连接件上，从而实现连接件将单向阀安装在预制管桩110的第一通孔111内的技术效果。

高压气源120朝预制管桩110内输入高压气体，高压气体借助第一通孔111进一步进入预制管桩110周边的软土地基中，在增压一段时间之后，应当避免高压气体通过第一通孔111回流或溢出到预制管桩110内。因此，在第一通孔111内设置单向阀，以使高压气体仅能够通过第一通孔111朝预制管桩110的外侧移动，也即，仅能够使高压气体朝软体地基内流动，而不能使高压气体由软土地基经由第一通孔111溢出到预制管桩110内，从而保证了增压处理的可靠性。另外，由于第一通孔111位于地面一定距离以下，因此，第一通孔111以上的土体相当于形成了密封层，进一步避免高压气体从土体内溢出到地面。

在一个实施例中，所述过滤器130还包括过滤件，所述过滤件设在所述单向阀的位于所述预制管桩110外侧的一侧。

由于第一通孔111的外侧面对的是砂石泥土，因此，设置过滤件，避免砂石泥土等进入到第一通孔111内，也即：避免了砂石泥土冲击到单向阀，起到了保护单向阀的作用。

进一步地，过滤件可以是土工布，布设在单向阀的位于预制管桩110外的一侧，从而替单向阀阻挡外部的砂石泥土，起到对单向阀的保护作用。

在一个实施例中，所述排水件210为排水板，所述排水腔设在所述排水板的内部，所述第二通孔在所述排水板的侧壁上开设有至少两个。

可选地，排水件210为塑料排水板，排水件210的内部形成有排水腔，而排水板的侧壁上开设有至少两个第二通孔，一方面用于使排水件210周边的软土地基形成真空环境，以产生压差，另一方面，以用于使软土地基内的水体通过压差借助第二通孔进入到排水腔内，进一步排出，从而使软土地基实现排水固结。

在一个实施例中，所述排水件210的外侧设有滤膜，所述滤膜与所述第二通孔对应。

滤膜可以是整块的膜，以包覆在排水件210的外侧，实现对通过第二通孔进入排水腔内水体的过滤作用。另外，滤膜也可以是单块单块的膜，每个第二通孔所在位置贴敷一块滤膜，以起到对进入第二通孔内水体的过滤作用，这里不再赘述。

在一个实施例中，请参照图1，所述增压装置还包括第一管道140，所述第一管道140的一端与所述高压气源120连通，所述第一管道140的另一端与所述预制管桩110连通。

如图1所示的实施例中，高压气源120通过第一管道140朝预制管桩110内输入高压气体。

进一步地，如图1所示的实施例中，预制管桩110的上端设有密封盖150，密封盖150用于对预制管桩110进行密封，以避免高压气体溢出或外漏，而第一管道140的另一端通过与密封盖150连接，以进一步与预制管桩110的第一管腔连通，不再赘述。

可选地，密封盖150可以与预制管桩110的上端螺接固定，同时，还可以配套设置密封圈，以起到更好的密封作用。

在一个实施例中，预制管桩110的下端设有密封结构，该密封结构使预制管桩110的第一管腔形成一个密封腔，避免增压或抽真空处理时外部土体等进入到预制管桩110内，保证第一通孔111的通畅以及用于高压气体通过的第一管腔的通畅。

在一个实施例中，请参照图1，所述真空装置还包括第二管道230，所述第二管道230的一端与所述抽真空器220连通，所述第二管道230的另一端与所述排水件210连通。

如图1所示的实施例中，第二管道230的另一端与排水腔相通，抽真空器220通过第二管道230对排水腔进行抽真空处理，进而，通过第二通孔，实现了对排水件210周边软土地基的抽真空处理。

如图1所示的实施例中，预制管桩110和排水件210均设有至少两个，预制管桩110的上端均设有密封盖150，第一管道140设置分支以通过对应的密封盖150与预制管桩110连通，而排水件210的上端通过连接管260与第二管道230连通，连接管260可以是十字管，这里不再赘述。

在一个实施例中，请参照图1，所述真空装置还包括水气分离器240，所述水气分离器240设在所述第二管道230上，且所述水气分离器240位于所述抽真空器220和所述排水件210之间。

如图1所示的实施例中，水气分离器240的左端通过第二管道230与排水件210连通，水气分离器240的右端通过第二管道230或其他管道与抽真空器220连通。当抽真空器220启动时，排水件210周边的软土地基内抽真空，且同时，排水件210周边的软土地基又受到预制管桩110输出的高压气体的增压处理，增压处理后，软土地基在劈裂作用下形成裂缝通道，使得水体在压差作用下并经由通道更容易通过第二通孔汇聚到排水腔内，由于排水腔内为负压环境，从而进一步通过第二管道230排出，最终通过水气分离器240实现水气分离，一方面，为抽真空器220提供稳定的工作环境，另一方面，进行排水处理。

在一个实施例中，请参照图1，所述真空装置还包括排水泵250，所述排水泵250与所述水气分离器240连接。

如图1所示的实施例中，排水泵250与水气分离器240的排水端连通，以将水气分离器240分离出的水体导出，完成排水。

在一个实施例中，请参照图1和图2，所述预制管桩110设有至少两个，相邻的所述预制管桩110之间呈间隔设置，且相邻的所述预制管桩110之间设有一个所述排水件210。

在一个实施例中，请参照图1和图2，所述排水件210设有至少两个，相邻的所述排水件210之间呈间隔设置，且相邻的所述排水件210之间设有一个所述预制管桩110。

在一个实施例中，请参照图1和图2，所述预制管桩110设有多个，相邻的所述预制管桩110之间呈间隔设置，多个所述预制管桩110环绕于一个所述排水件210的外周。

在一个实施例中，请参照图1和图2，所述排水件210设有多个，相邻的所述排水件210之间呈间隔设置，多个所述排水件210环绕于一个所述预制管桩110的外周。

如图2所示的实施例中，排水件210和预制管桩110均设有多个，排水件210成排设置并设有多排，相邻的两排排水件210之间呈间隔设置；预制管桩110成排设置并设有多排，相邻的两排预制管桩110之间呈间隔设置。

如图2所示的实施例中，排水件210之间呈均等距设置，预制管桩110之间呈均等距设置，间距均可设为1m-2m。

如图2所示的实施例中，四个排水件210大致设在正方形的四个角位置，而四个排水件210的中心位置布置一个预制管桩110；四个预制管桩110大致设在正方形的四个角位置，而四个预制管桩110的中心位置布置一个排水件210。

请参照图4，另一个实施例提供了一种软土地基处理方法，能够应用于如上述任一个实施例所述的软土地基处理系统，所述软土地基处理方法包括以下步骤：

将预制管桩110打入预处理区域的软土地基；将排水件210打入所述预处理区域的软土地基，且所述排水件210与所述预制管桩110呈间隔设置；

将高压气源120与所述预制管桩110连通；将抽真空器220与所述排水件210连通；

在所述预处理区域的上方布置密封膜300，使所述预制管桩110和所述排水件210均处于所述密封膜300的密封区域内；

启动所述高压气源120，以朝所述预制管桩110内输入高压气体；启动所述抽真空器220，以对所述排水件210进行抽真空处理。

该软土地基处理方法，能够应用于前述的软土地基处理系统，提高了软土地基的排水固结效果。

在一个实施例中，在启动所述抽真空器220，以对所述排水件210进行抽真空处理的步骤之前，还包括以下步骤：

在所述预处理区域的软土地基的外围形成气密墙。

可选地，采用多轴黏土搅拌桩基，应用套接法成桩工艺，在预处理区域的软土地基周围形成一种高致密的气密墙，从而为后续的高真空环境提供必要的保障。

在一个实施例中，在启动所述高压气源120，以朝所述预制管桩110内输入高压气体的过程中，所述高压气源120间歇性地朝所述预制管桩110内输入高压气体。

在另一个实施例中，在启动所述高压气源120，以朝所述预制管桩110内输入高压气体的过程中，所述高压气源120连续性的朝所述预制管桩110内输入高压气体。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。