专利名称：真空网点吸水法及专用排水板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种软粘土地基的处理方法，具体地说是一种真空网点吸水法及其专用排水板。
背景技术：
排水固结法是处理软粘土地基的有效方法之一，其广泛应用于交通、水利、港口、建筑等领域；该法是对天然地基或先在地基中设置塑料排水带、砂井等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量，或在场地先行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。
排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成。
排水系统设置排水系统主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的通路，缩短排水距离；工程上通常是采用在地基中设置塑料排水带或砂井的方法，水平向设置砂砾排水垫层，或采用管网排水。
加压系统即是施加起固结作用的荷载，它使土中的孔隙水产生压差而渗流使土固结。目前工程上通常使用的，行之有效的增加固结压力的方法有堆载法、真空预压法、降水预压法等，或真空联合堆载预压、降水联合堆载预压、电渗联合降水预压法等。其中20世界90年代开始推广应用的真空预压和真空联合堆载预压法从改进加压系统的角度，在一定程度上解决了上述矛盾。在其加压固结过程中，真空压力不会使土体的剪应力增大，出现地基失稳的情况，因此真空压力以一次性施加，从而缩短工期。目前真空预压的加压系统是借助于在水平排水垫层上铺设密封膜，在水平砂砾垫层中埋设真空排水管网，真空度通过水平排水垫层再传递给竖向排水体，即真空面位于竖向排水体的顶面。由于真空膜覆盖面积大，因而铺设难度大，并且由于在整个区域内抽真空，其真空度损失相当大，效率很低。它的另一个缺点是真空度在软土中的传递速度慢，且传递距离短，因此施工时间还是较长，同时施工工艺复杂，成本高。
为解决上述问题，中国专利98105035.2公开了“一种真空降水联合加载预压加固软土地基法”，它的主要特点是取消密封膜，在竖向排水体顶部设置一密封端，将真空管直接与竖向排水体相连接，该方法虽然解决了封膜的施工困难及真空度损失的问题，但大大增加了与竖向排水体相连接的密封端的密封困难，它的另一个缺点是由于真空面在竖向排水体的顶部，其有效应力较小，施工效率不高。
发明内容
本发明要解决的是现有技术存在的上述不足，提供一种新颖的真空网点吸水法，旨在通过简单实用的方法来提高真空吸水过程中的地基的有效应力，进而提高施工效率，缩短施工工期。解决上述问题采用的技术方案是真空网点吸水法，其特征在于按以下步骤进行(1)预先在竖向排水体内埋置至少一根竖向真空排水管；(2)将所述的带竖向真空排水管的排水体打入软土地基；(3)将所述的竖向真空排水管的上端与水平的真空管网直接相连接；(4)在任何一个或者多个节点上抽真空。
本发明是在竖向排水体内埋置竖向的真空排水管，使真空面直接作用在竖向排水体的底部，由于水的渗流方向与重力方向一致，从而使固结速率加快。它的另一个优点是管与管之间的连接其密封很容易得到解决，因而施工非常方便可靠，大大提高了施工效率。
根据本发明，所述第(2)步骤是这样实现的将所述排水体的芯体的底部剪去一段后，再将滤膜层底部扎紧或者向上翻起并包裹住所述的芯体底部。这样做的目的是使芯体内的排水通道不被於泥堵塞，保证排水畅通。由于排水体的形式很多，如排水带、排水板、排水管、排水砂袋等，因而底部预处理的方法也略有不同，如当排水体采用排水板时，将滤膜层底部向上翻起并包裹住所述的芯板的底部；又如当排水体采用排水砂袋，则将滤膜层底部扎紧即可。所述滤膜层底部与所述芯体的底部最好留有间隙，这样从不同排水通道渗流下来的水汇集在该间隙内，便于从竖向真空排水管抽出。
根据本发明，在所述的步骤(4)中，边抽真空，边在所述施工区域内按设计高度施加上部填土等堆载，联合进行预压。
根据本发明，所述的步骤(3)完成后再在所述施工区域内覆盖粘土或者砂砾等封层，可进一步增加真空压力，加快施工进程。所述封层的厚度为0.1～1.5M。
根据本发明，所述封层的顶部覆盖有一层或多层密封薄膜，可减少真空度损失。
下面通过对本发明的作用机理进行分析比对，进一步说明本发明的有益效果如图1所示，地基的原始应力分布由三部分组成有效应力σ′＝γ′·H(γ′是土体的有效重度，H是排水体的打入深度)；孔隙水位能μo＝γw·H(γw是水的比重)；孔隙水压能μe＝pa(pa是大气压力)。图1中，1表示初始地下水位线。
当集水真空泵开启以后，由于土体内孔隙水的压能为pa，而竖向排水体内及底部的压力为与施加的真空压力pv相对应的值pa-pv，土体与作为其边界的竖向排水体将形成孔隙水压力势差。在该势差的作用下，土体中的孔隙水向竖向排水体内流动，最终流向设在竖向排水体的底部的真空排水管。在这个过程中，土中孔隙水的压能μe由pa逐渐降低到与真空pv相对应的值μe＝pa-pv；地下水位线逐渐降低到竖向排水体的底部，从而降低后的水位线以上的各点孔隙水的位能μo从初台的γw·H降低相应的γw(H-Δh)(Δh为地下水的降低高度)。因此，此时的有效应力就增长到σ′＝v′·H+pv+γw·Δh。此时的应力分布，如图2所示。图中2表示处理后的地下水位线。
为了便于绘图说明，图2中采用2个假设(1)经处理后，初始地下水位线由地表降低到竖向排水体底部；(2)经处理后，土体的真空度达100％，即pv达到大气压力pa，若在此时，再施加一定的荷载(即堆载预压)，附加应力Δσ将增加与荷载相对应的值p，这将由土颗粒之间的孔隙水来承受，即此时孔隙水的压能μe将增加到p，如图3所示。
随着固体的发展，孔隙水的压能逐渐消散，而转化为相应的有效应力。当固体结束时，有效应力增加到σ′＝γ′H+pv+γw·Δh+p，如图4所示。
根据饱和土固结的概念，对申请专利的方法和堆载预压法、真空预压法、降水预压法在固结结束时达到的有效应力进行比较，对其固结效果进行考察。
将各种方法最终达到的有效应力及其有产应力增量的表达式列于表1，对各种方法的固结过程及其效果进行比较。可见，堆载预压法的有效应力增加量仅与外荷有关，若要达到较好的固结效果，就必须加大堆载，这必然提高施工费用，并使工期延长。降水预压法的有效应力增加量等于地下水位降低量，而地下水位的降低量是有限的，否则将对周围环境造成破坏。真空预压法的有效应力增加量等于施加的真空度。因为可以施加的真空度是有限的，孔隙水的压能最多降低到绝对压力的零点，因此采用真空预压法的加固效果也是有限度的。
表1各种方法的有效应力比较
本发明固结方法的有效应力增量与外荷、地下水位降低量和施加的真空度三者都有关。从效果上看，可以说是上述3种预期压法的联合作用。相比之下，本发明固结方法的有效应力增加的幅度是4种方法中最大的，也就是说，其达到的固结效果是最好的。
本发明还要提供一种与上述真空网点吸水法相配套的专用排水板，包括芯板和滤膜层，所述芯板两面开设有竖向的排水通道，所述芯板和滤膜层之间还设有至少一根竖向的真空排水管。
本发明的排水板，在现场打设完成后，将所述的竖向真空排水管的上端与水平的真空管网直接相，就可以现实上述真空网点吸水法。
根据本发明，所述的芯板上开设有导通所有相邻排水通道的通孔组。由于在芯板中开设有通孔，使相邻的排水通道均能相互导通，这样进入排水通道内的水能选择合适的通道自由流动，任何一个排水通道一旦遇到通道堵塞，就会通过通孔从相邻的横向排水通道疏散，使排水更为顺畅。并且，本发明的结构相对简单，制作成本较低。由于通孔直接开设在芯板上，可以采用传统的制式芯板进行制作，无须添置专用设备，从而可进一步降低产品的制作成本，提高产品的通用性。
根据本发明，所述的通孔是这样设置的以导通所有排水通道的通孔集合为一个单元，相同的单元间隔一定距离在芯板的长度方向排列，这种间隔以保证在任意一段在施工长度内(通常为5～15米)均有足够的通孔数量来导通所有相邻的排水通道为限。这种通孔的集合可以是仅为一组横向或者斜向的通孔。这种通孔的集合也可以由多组横向或者斜向的通孔组成，各组横向或者斜向的通孔交替导通相邻的排水通道，以每个通孔导通相邻的一对排水通道、且排水通道的总数为51个为例第一组横向或者斜向的通孔分别导通第1和2号、第11和12号、第21和22号、第31和32号、第41和42号排水通道，第二组横向或者斜向的通孔分别导通第2和3号、第12和13号、第22和23号、第32和33号、第42和43号排水通道，第三组横向或者斜向的通孔分别导通第3和4号、第13和14号、第23和24号、第33和34号、第43和44号排水通道，……，第十组横向或者斜向的通孔分别导通第10和11号、第20和21号、第30和31号、第40和41号、第50和51号排水通道，由上述十组横向或者斜向的通孔构成一个通孔集合可导通所有相邻的排水通道，上述的通孔集合间隔一定的长度(如相邻两组通孔之间的间距)在芯板的长度方向依次排列。
根据本发明，所述的每个通孔至少导通相邻的一对排水通道。
根据本发明，所述的通孔可以是方形、圆形、腰圆形、椭圆形、菱形或者类似形状中的任意一种或者两种及以上形状的组合。
根据本发明，所述的竖向真空排水管可以根据排水体形式和尺寸的不同选择一根、两根或者多根。当采用两根或者多根竖向真空排水管时，最好均匀分布在排水体的两面。所述的竖向真空排水管的管体截面可以是圆形、方形、椭圆形、腰圆形等任何一种形式。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明真空网点吸水法地基的原始应力状态图。
图2是本发明真空网点吸水法地基在真空吸水后应力状态图。
图3是本发明真空网点吸水法地基在施加荷载P后应力状态图。
图4是本发明真空网点吸水法地基在固结后应力状态图。
图5是本发明排水板的结构示意图。
图6是本发明排水板芯板与竖向真空排水管组件的结构示意图。
图7是图5的横截面图。
图8是本发明真空网点吸水法的原理图。
图9是本发明真空网点吸水法水平真空管网的结构图。
图10是本发明真空网点吸水法另一种水平真空管网的结构图。
图11是本发明排水板芯板的第二实施例的结构示意图。
图12是图11的A-A向剖视图。
图13是本发明排水板芯板的第三实施例的结构示意图。
图14是图13的B-B向剖视图。
图15是本发明排水板芯板的第四实施例的结构示意图。
图16是图15的C-C向剖视图。
图17是本发明排水板芯板的第五实施例的结构示意图。
图18是图17的D-D向剖视图。
具体实施例方式
参照图5、6、7，本发明的专用排水板，包括芯板6和滤膜层2，所述芯板6两面开设有竖向的排水通道7，所述芯板和滤膜层之间还设有一根竖向的真空排水管1。
参照图8，将所述排水板的芯板6的底部剪去一段后，再将滤膜层2底部向上翻起并包裹住所述的芯板6的底部，并使两者底部留有一定的间隙，便于导水。将上述处理好的专用排水板打入软土地基，然后将所述排水板的芯板6的顶部剪去一段，使所述的竖向真空排水管1顶端露出，并与水平的真空管网9直接相连接。在所述施工区域内填充粘土封层4，再在所述封层的顶部覆盖上一层密封薄膜14。然后，在所述施工区域内按设计高度施加上部填土等堆载15，联合进行预压，并且边堆载边在水平真空排水管网的任何一个或者多个节点上抽真空。这样本发明的真空面在排水板的底部10，从而达到快速排水的效果。
图9是本发明水平向真空管网9的一个实施例，它由直接连接到每个排水板中的竖向真空排水管1上的支线11、连接所述支线11的干线12以及连接所述干线12的总干线13构成，所述总干线13端头连接到真空泵5。
图10是本发明水平向真空管网9的另一个实施例，与前一实施不同之处在于它的支线11呈蜂窝状交织，然后一组相互平行的支线连接到总干线13上。
参照图11、12，本发明排水板的芯板的另一种实施方式，它是在图5、6、7实施方式的基础上，在芯板上开设有圆形通孔8，每个通孔导通相邻两个排水通道。所述的通孔这是样开设的一组斜向的通孔组成一个单元，在该单元中，每个通孔依次导通相邻的两个排水通道，这样一个单元的通孔可以导通所有的排水通道。相同的单元间隔一定距离在芯板的长度方向排列。
参照图13、14，本发明排水板的芯板的再一个实施例，与前一实施方式不同之处在于所述的通孔单元为一组横向开设的腰圆形通孔，每个通孔导通相邻三个排水通道，其余结构与前一实施方式相同。
参照图15、16，本发明排水板的芯板的再一个实施例，图11实施方式不同之处在于所述的通孔单元为一组阶梯状排列的椭圆形通孔，每个通孔导通相邻三个排水通道，其余结构与图11实施方式相同。
参照图17、18，本发明排水板的芯板的再一个实施例，图中所示为一个完整的芯板结构，共有51个排水通道，由十组横向开设的通孔构成一个通孔集合，第一组横向通孔分别导通第1和2号、第11和12号、第21和22号、第31和32号、第41和42号排水通道，第二组横向通孔分别导通第2和3号、第12和13号、第22和23号、第32和33号、第42和43号排水通道，第三组横向通孔分别导通第3和4号、第13和14号、第23和24号、第33和34号、第43和44号排水通道，……，第十组横向通孔分别导通第10和11号、第20和21号、第30和31号、第40和41号、第50和51号排水通道，由上述十组横向或者斜向的通孔构成一个通孔集合可导通所有相邻的排水通道，上述的通孔集合间隔一定的长度(如相邻两组通孔之间的间距)在芯板的长度方向依次排列。其余结构与图11实施方式相同。
应该理解到的是上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.真空网点吸水法，其特征在于按以下步骤进行(1)预先在竖向排水体内埋置至少一根竖向真空排水管；(2)将所述的带竖向真空排水管的排水体打入软土地基；(3)将所述的竖向真空排水管的上端与水平的真空管网直接相连接；(4)在任何一个或者多个节点上抽真空。
2.如权利要求1所述的真空网点吸水法，其特征在于所述第(2)步骤是这样实现的将所述排水体的芯体的底部剪去一段后，再将滤膜层底部扎紧或者向上翻起并包裹住所述的芯体底部。
3.如权利要求2所述的真空网点吸水法，其特征在于所述滤膜层底部与所述芯体的底部留有间隙。
4.如权利要求3所述的真空网点吸水法，其特征在于所述的步骤(4)中，边抽真空，边在所述施工区域内按设计高度施加上部填土等堆载，联合进行预压。
5.如权利要求1～4任何一项所述的真空网点吸水法，其特征在于所述的步骤(3)完成后再在所述施工区域内填充封层。
6.如权利要5所述的真空网点吸水法，其特征在于所述封层的顶部覆盖有一层或多层密封薄膜。
7.一种与权利要求1所述的真空网点吸水法配套使用的专用排水板，包括芯板和滤膜层，所述芯板两面开设有竖向的排水通道，所述芯板和滤膜层之间还设有至少一根竖向的真空排水管。
8.如权利要求7所述的排水板，其特征在于以导通所有排水通道的通孔集合为一个单元，相同的单元间隔一定距离在芯板的长度方向排列。
9.如权利要求8所述的排水板，其特征在于所述的每个通孔至少导通相邻的一对排水通道。
10.如权利要求9所述的排水板，其特征在于所述的通孔可以是方形、圆形、腰圆形、椭圆形、菱形或者类似形状中的任意一种或者两种及以上形状的组合。
全文摘要
本发明公开了一种真空网点吸水法，按以下步骤进行预先在竖向排水体内埋置至少一根竖向真空排水管；将所述的带竖向真空排水管的排水体打入软土地基；将所述的竖向真空排水管的上端与水平的真空管网直接相连接；在任何一个或者多个节点上抽真空。本发明是通过埋置在排水体内的竖向真空排水管吸水，空面直接作用在竖向排水体的底部，由于水的渗流方向与重力方向一致，从而使固结速率加快。它的另一个优点是管与管之间的连接其密封很容易得到解决，因而施工非常方便可靠，大大提高了施工效率。
文档编号E02D19/00GK1624252SQ20041007997
公开日2005年6月8日 申请日期2004年9月10日 优先权日2004年9月10日
发明者任再永 申请人:任再永, 徐立新