一种超大面积高效节能抽真空软地基处理系统及施工方法
【专利摘要】一种超大面积高效节能抽真空软地基处理系统及施工方法，其中系统由抽真空装置、气液分离装置、汇水装置和真空数据自动传输装置组成，所述真空数据自动传输装置由真空数据信号传感器、真空数据自动传输器和真空数据接收器组成，所述真空数据信号传感器由压力感应模块和压力数据采集模块组成，所述真空数据接收器由无线信号接收模块和显示模块组成。本系统由每天人员监控变为数据自动传输、自动监控，促进了施工技术和管理的科技化、自动化，本系统中的气液分离装置采用了射流泵与储水罐的分体设计，便于在软基场地内搬运、维修和更换，本系统进一步克服了传统的真空预压技术耗电量高的缺陷。
【专利说明】一种超大面积高效节能抽真空软地基处理系统及施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应用在真空预压法加固软土地基技术中的抽真空系统，以及应用这种抽真空系统来处理软土地基的施工方法。
【背景技术】
[0002]软土是淤泥和淤泥质土的总称，主要是由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土，其具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。软土一般呈软塑或流塑状态，当其结构一经扰动破坏，就会使其强度剧烈降低，因此，软基处理一直是工程建设中的技术难题。
[0003]软土在我国分布很广，主要分布在沿海地带及平原低地、沼泽地区，在高原山区的内湖沼泽地区也常遇到软土，尤其是近年来国家沿海开发战略的实施，带动了我国沿海大范围的填海造陆，辽宁、河北、天津、山东、江苏、浙江、福建、广东、广西及海南等沿海地带又增添了大规模软土，在这种情况下，急需一种快速、高效、节能、环保的软地基处理技术。
[0004]现有的最常见的软地基处理技术是真空预压法加固软土地基技术，简称真空预压技术，它始于上世纪八十年代中期，其应用过程中在某些方面进行了不断的发展和完善。现有的真空预压技术中的抽真空系统主要包括总配电箱、分配电箱、开关箱、主电缆、分电缆、真空功率为7.5kw以上的射流泵或真空泵窝等，其中射流泵或真空泵采用排出真空泵窝内循环水的方法，将密封膜下逐步形成真空，再通过真空负压压差将地基土土体内的水气混合物通过射流器排出，以达到土体固结的目的。
[0005]现有的抽真空系统的主要缺点一是耗电量大(经过统计分析发现，不论工法如何改进，现有的真空预压技术中的抽真空系统所消耗的电能始终居高不下，约占工程总投资的30%，二是配套材料费用和人工费用高，三是存在比较大的安全隐患。
[0006]为了克服上述缺点，现有一种新型的真空预压法加固软土地基技术，该技术通过设置气液分离装置，使得整个抽真空系统的能耗变的相对较低，但在使用中发现，该技术存在着很大的缺陷:1、抽真空系统的监控自动化程度低，安全隐患多，尤其在超大面积软土地基处理时该缺点更为突出；2、抽真空系统中的气液分离装置搬运不方便，维修更换也不方便，漏气机率大，存在安全隐患。3、抽真空系统仍然存在耗电量高的缺陷。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种超大面积高效节能抽真空软地基处理系统及施工方法，要解决传统的真空预压技术自动化程度低、安全隐患多的问题，并解决传统的真空预压技术中的气液分离装置搬运维修不方便、安全隐患大的技术问题，并解决传统的真空预压技术仍然存在耗电量高的缺陷。
[0008]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种超大面积高效节能抽真空软地基处理系统，包括有抽真空装置、气液分离装置和汇水装置，其中抽真空装置与气液分离装置连通，气液分离装置又与汇水装置连通，其特征在于:该超大面积高效节能抽真空软地基处理系统还包括真空数据自动传输装置，该真空数据自动传输装置由真空数据信号传感器、真空数据自动传输器和真空数据接收器三部分组成，其中真空数据信号传感器和真空数据自动传输器均埋在密封膜下方的砂垫层中。
[0009]所述真空数据信号传感器由压力感应模块和压力数据采集模块组成，其中压力感应模块测得密封膜下方的砂垫层中的真空数据，压力数据采集模块将这些真空数据收集起来并传送给真空数据自动传输器，所述真空数据自动传输器接收压力数据采集模块传送来的真空数据并将这些真空数据无线发送给真空数据接收器，所述真空数据接收器由无线信号接收模块和显示模块组成，其中无线信号接收模块接收真空数据自动传输器发送来的真空数据，显示模块将无线信号接收模块接收到的真空数据显示出来。
[0010]所述气液分离装置由储水罐和设置在储水罐外的射流泵组成，所述储水罐上设有疏水器、自动排气阀和液位限制仪，所述射流泵通过疏水器与储水罐连接、并将储水罐内的水抽走，所述抽真空装置通过自动排气阀与储水罐连接、并将储水罐内的气抽走。
[0011]所述汇水装置可由设有止回阀和单向阀的气液传输主管和设有主滤管的气液传输支管组成，所述储水罐与气液传输主管连通，气液传输主管又与气液传输支管连通。
[0012]所述气液传输支管上还可设有控制阀。
[0013]所述抽真空装置可由一至三台功率在55kw以上的真空泵和一套设有净化器、止回阀、单向阀、真空表与水流指示器的抽真空管路组成，并且真空泵通过抽真空管路与储水罐上的自动排气阀连通。
[0014]所述抽真空管路可由抽气管、分接管路和排气管三部分组成，其中抽气管上设有净化器、止回阀和单向阀，排气管上设有净化器、真空表和水流指示器，所述真空泵通过抽气管与分接管路连通，分接管路又通过排气管与储水罐上的自动排气阀连通。
[0015]所述分接管路上可设有一至三个与抽气管连接用的真空泵接口和多个与排气管连接用的排气管接口，并且排气管接口上设有止回阀。
[0016]所述储水罐的下半部分可由上至下穿过密封膜、并埋在砂垫层中，所述汇水装置全部埋在砂垫层中。
[0017]所述储水罐可设置在密封膜的上方，所述汇水装置由上至下穿过密封膜、并埋在砂垫层中。
[0018]一种应用上述超大面积高效节能抽真空软地基处理系统的施工方法，其特征在于施工步骤如下:步骤一、在拟处理地基上铺设编制布、荆笆和无纺土工布；步骤二、铺设中粗砂，形成砂垫层，对不能满足填筑中粗砂施工要求的区域，采取加铺土工布、荆笆等材料进行补强措施；步骤三、打设纵向排水板和水平滤管；步骤四、铺设密封膜；步骤五、挖压膜沟，压膜沟深度至少挖至不透水土层顶面以下0.5m;步骤六、安装高效节能抽真空软地基处理系统；步骤七、开启高效节能抽真空软地基处理系统，进行抽水。
[0019]与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果:本发明是一种超大面积的高效节能抽真空软地基处理系统，主要适用于超大面积软弱地基土的排水固结，克服了传统真空预压耗电量高的缺陷，并且大大减少了电缆等材料的使用量，同时相应降低了安全隐患，实现了施工过程的高效、节能、快速和安全。
[0020]本发明采用了真空数据自动传输装置，打破了常规的真空数据采集方法，即由每天人工监控变为数据自动传输、自动监控。相对于常规的每天人员抄录数据，本发明实现了实时监控，易于数据资料的采集、对比和整理汇总，同时提高了工作效率，可节省大量的人工和时间。另一方面，该装置可减少不必要的出膜装置，并由此大幅地降低相关施工成本，同时降低漏气机率，最大限度的保证真空压力，也能够消除人工读数过程中的安全隐患。总之，真空数据自动传输装置的设置促进了施工技术和管理的科技化、自动化。
[0021]本发明设置了由储水罐、射流泵、疏水器、液位限制仪等器(部)件构成的气液分离装置，气液分离装置改变了传统的采用射流泵或真空泵的工作原理(传统技术中没有气液分离装置，水气混合物通过射流泵或真空泵排出)。本发明通过气液分离装置将水和气分离，然后通过射流泵将水排出，通过高真空大功率泵房来维持真空压力，因而缩短了真空传递路径、减少了真空负压的沿程损失，从而提高了抽真空系统的抽水效率，降低了抽真空系统的耗电量(即减少抽真空系统的能量损失)。
[0022]本发明施工方便，气液分离装置采用了射流泵与储水罐的分体设计，便于在软基场地内搬运、维修和更换。
[0023]本发明中的气液分离装置采用了射流泵与储水罐的分体设计，这样做还可以降低气液分离装置的漏气机率。
[0024]本发明通过改进气液分离装置和优化设计抽真空管路(即优化设计了由抽气管、分接管路和排气管三部分组成的抽真空管路，尤其是分接管路)的两个方面的同时配合，进一步的降低了电耗，克服了现有的真空预压装置耗电量高的缺陷。
[0025]本发明在抽真空装置中设置有水流指示器，水流指示器可以显示出管道内是否有水和水量大小并及时做出报警，从而保证了真空泵的正常运转，提高了抽真空系统的安全性能和工作效率。
[0026]本发明在抽真空装置中设置有净化器，净化器也保证了大功率真空泵的正常运转，提高了抽真空系统的可靠性能和工作效率。
[0027]本发明中的气液分离装置中的液位限制仪可根据储水罐罐体内水量的大小自动开启或关闭部分疏水器，以提闻抽水效率、减少能量损失。
[0028]本发明在汇水装置和抽真空装置中设置单向阀与止回阀的串联连接，避免了止回阀一旦损坏而造成的真空负压损失，实现了双保险，可靠性强。
[0029]所述汇水装置与气液分离装置的有机结合，减少了主滤管出膜数量，降低了漏气机率，减少了能量损失，相应临时设施的占地面积和人工生活用水有所减少，便于多个气液分离装置在软基场地内的安装、埋设，尤其适用于大面积软基处理或长条状(例如铁路、公路等)软基处理场地。
[0030]本发明适用性强，相对于一台大型储水罐放在场地边缘而言，将气液分离装置的储水罐小型化、多量化，一方面便于施工便于其平均分布在场地各个位置，减少了真空负压的沿程损失，提高了工作效率，节约了电能，另一方面软基处理面积可大可小，即通过连接装置可以将一个或多个小型的气液分离装置与泵房内一台或多台(一般两台够用)大功率真空泵相连接，实际施工时可根据软基处理面积的大小来增减气液分离装置的数量和启动部分或全部泵房内高真空大功率泵，这样可以避免不必要的浪费。
[0031]此外，本发明采用一台或多台(一般两台够用)大功率的真空泵，可通过抽真空管路与一个或多个气液分离装置相连接，相对于传统的多个小功率射流泵，一是节省了大量电缆线、变电箱等材料费用，大大降低了电能损耗，节省电能近70%，并降低了施工中的用电安全隐患；二是大大减少架设、维护用电系统的人工数量和费用，节约综合成本近20%，并相应的降低了人身安全隐患；三是本可缩短工期，由于使用大功率的真空泵，可以快速达到膜下真空度的设计要求，可以尽早计时，总体上工期缩短。
[0032]本发明环保。由于场地环境条件限制，部分真空预压加固软基项目采用柴油发电机组进行发电。根据上述“节能”效果的描述，在节省电能的同时，减少了废气排放，减轻了噪声、振动对周边环境的干扰，达到了减少环境污染和二氧化碳排放的效果。另外，即便采用国家电网用电，上述节电措施也达到了环保的目的，同样，在节材、节地、节水的同时达到了环保目的。
[0033]本发明成本低。根据上述“节能、节材、节地节水”的描述可知，相应生产成本可大大降低。
[0034]本发明综合考虑环境影响和资源利用效率，追求各项工序环节的资源投入减量化、资源利用高效化，最终达到“资源节约、环境友好、过程安全、品质保证”的目标。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0036]图1是本发明实施例一的结构示意图。
[0037]图2是本发明实施例一中气液分离装置和汇水装置处的放大示意图。
[0038]图3是本发明实施例二的结构示意图。
[0039]图4是本发明实施例二中气液分离装置和汇水装置处的放大示意图。
[0040]图5是真空数据自动传输装置的示意图。
[0041]附图标记:1 一储水罐，2 —射流泵，3 —疏水器，4 一自动排气阀，5 —液位限制仪，6 —止回阀,7 —单向阀,8 —气液传输主管，9 一主滤管，10 一控制阀，11 一气液传输支管，12 一真空泵，13 —分接管路,14 一净化器,15 一抽气管，16 —真空表,17 —水流指不器，18 一排气管，19 一密封膜，20 —砂垫层，21 —水平滤管，22 —纵向排水板，23 —压膜沟，24 一真空数据信号传感器，25 —真空数据自动传输器，26 —真空数据接收器，27 —无线信号接收模块，28—显示模块。
【具体实施方式】
[0042]实施例一参见图1、图2所不，这种超大面积闻效节能抽真空软地基处理系统，由抽真空装置、气液分离装置、汇水装置和真空数据自动传输装置四部分组成，其中抽真空装置与气液分离装置连通，气液分离装置又与汇水装置连通。
[0043]所述真空数据自动传输装置由真空数据信号传感器24、真空数据自动传输器25和真空数据接收器26三部分组成，其中真空数据信号传感器24和真空数据自动传输器25均埋在密封膜19下方的砂垫层20中。
[0044]所述真空数据信号传感器24由压力感应模块和压力数据采集模块组成，其中压力感应模块测得密封膜下方的砂垫层中的真空数据(即真空度)，压力数据采集模块将这些真空数据收集起来并传送给真空数据自动传输器25，所述真空数据自动传输器25接收压力数据采集模块传送来的真空数据并将这些真空数据无线发送给真空数据接收器26，所述真空数据接收器26由无线信号接收模块和显示模块组成，其中无线信号接收模块接收真空数据自动传输器25发送来的真空数据，显示模块将无线信号接收模块接收到的真空数据显示出来。
[0045]所述气液分离装置由储水罐I和设置在储水罐外的射流泵2组成，所述储水罐I上设有疏水器3、自动排气阀4和液位限制仪5，所述射流泵2通过疏水器3与储水罐I连接、并将储水罐I内的水抽走，所述抽真空装置通过自动排气阀4与储水罐I连接、并将储水罐I内的气抽走。
[0046]所述汇水装置由设有止回阀6和单向阀7的气液传输主管8和设有主滤管9的气液传输支管11组成，所述储水罐I与气液传输主管8连通，气液传输主管8又与气液传输支管11连通。
[0047]所述抽真空装置由两台功率在55kw以上的真空泵12和一套设有净化器14、止回阀6、单向阀7、真空表16与水流指示器17的抽真空管路组成，并且真空泵12通过抽真空管路与储水罐I上的自动排气阀4连通。
[0048]所述抽真空管路由抽气管15、分接管路13和排气管18三部分组成，其中抽气管15上设有净化器14、止回阀6和单向阀7，排气管18上设有净化器14、真空表16和水流指示器17，所述真空泵12通过抽气管15与分接管路13连通，分接管路13又通过排气管18与储水罐I上的自动排气阀4连通。
[0049]所述分接管路13上设有一至三个与抽气管15连接用的真空泵接口和多个与排气管18连接用的排气管接口，并且排气管接口上设有止回阀6。
[0050]所述储水罐I的下半部分由上至下穿过密封膜19、并埋在砂垫层20中，而汇水装置全部埋在砂垫层20中。
[0051]实施例二参见图3、图4,与实施例一的不同之处在于，实施例二中的气液传输支管11上还设有控制阀10。同时储水罐I设置在密封膜19的上方，汇水装置由上至下穿过密封膜19、并埋在砂垫层20中。
[0052]应用所述的超大面积高效节能抽真空软地基处理系统的施工方法，其施工步骤如下:
步骤一、在拟处理地基上铺设编制布、荆笆和无纺土工布。
[0053]步骤二、铺设中粗砂，形成砂垫层20，对不能满足填筑中粗砂施工要求的区域，采取加铺土工布、荆笆等材料进行补强措施。
[0054]步骤三、打设纵向排水板22和水平滤管21。
[0055]步骤四、铺设密封膜。
[0056]步骤五、挖压膜沟，压膜沟深度至少挖至不透水土层顶面以下0.5m。
[0057]步骤六、安装高效节能抽真空软地基处理系统。
[0058]步骤七、开启高效节能抽真空软地基处理系统，进行抽水。
[0059]所述步骤六结束后，试抽真空并检查高效节能抽真空软地基处理系统，然后再进行步骤七。
[0060]参见图1、图2，以某试验工程为例，采用高效节能抽真空软地基处理方法，该路段长2800米，宽34米，面积95200平方米。该工地使用的储水罐罐体高1.35米，直径0.7米，重约90千克。高真空强射流泵房中启动了 2台真空泵，6套气液分离装置均匀分布在2800米长条状场地内，采用柴油机组自行发电，加固深度18米，经过70天加固处理后承载力大于 80kPa。
[0061]具体施工操作步骤如下:
(I)在原泥面上铺设I层编织布，2-4层荆笆，I层无纺土工布。
[0062](2)填筑0.4m厚德中粗砂，对不能满足填筑中粗砂施工要求的区域，采取加铺土工布、荆笆等材料进行补强措施。
[0063](3)打设排水板:按照设计图纸所要求的间距和深度进行打设施工。
[0064](4)挖压膜沟，压膜沟深度至少挖至不透水土层顶面以下0.5m。
[0065](5)安装高效节能抽真空系统:
①根据拟处理软基场地的面积大小，确定高真空大功率泵房中的真空泵的开启数量为2台，气液分离装置的数量为6台(平均分布在场地内)。
[0066]②在拟处理软基场地内埋设汇水装置和气液分离装置，然后将气液分离装置与真空泵用抽真空管路连接。
[0067]③储水罐通过出膜装置穿过密封膜。
[0068]④汇水装置中的水进入储水罐，经过疏水器(疏水器一般为4个，可以设置更多)由射流泵将水排出；自动排气阀(排气口)与设有净化器、真空表和水流指示器的排气管连接，排气管又与分接管路连接，分接管路又通过设有止回阀，单向阀和净化器的抽气管与真空泵相连接。
[0069](6)试抽真空并检查本发明，按照要求开启本发明，要求膜下真空度不小于85kPa。
[0070](7)卸载和效果检验，满足卸载标准后，停止抽真空，进行加固后效果检验。
【权利要求】
1.一种超大面积高效节能抽真空软地基处理系统，包括有抽真空装置、气液分离装置和汇水装置，其中抽真空装置与气液分离装置连通，气液分离装置又与汇水装置连通，其特征在于:该超大面积高效节能抽真空软地基处理系统还包括真空数据自动传输装置，该真空数据自动传输装置由真空数据信号传感器(24)、真空数据自动传输器(25)和真空数据接收器(26 )三部分组成，其中真空数据信号传感器(24 )和真空数据自动传输器(25 )均埋在密封膜(19)下方的砂垫层(20)中； 所述真空数据信号传感器(24)由压力感应模块和压力数据采集模块组成，其中压力感应模块测得密封膜下方的砂垫层中的真空数据，压力数据采集模块将这些真空数据收集起来并传送给真空数据自动传输器(25)，所述真空数据自动传输器(25)接收压力数据采集模块传送来的真空数据并将这些真空数据无线发送给真空数据接收器(26)，所述真空数据接收器(26)由无线信号接收模块(27)和显示模块(28)组成，其中无线信号接收模块(27)接收真空数据自动传输器(25)发送来的真空数据，显示模块(28)将无线信号接收模块(27)接收到的真空数据显示出来。
2.根据权利要求1所述的一种超大面积高效节能抽真空软地基处理系统，其特征在于:所述气液分离装置由储水罐(I)和设置在储水罐外的射流泵(2)组成，所述储水罐(I)上设有疏水器(3 )、自动排气阀(4 )和液位限制仪(5 )，所述射流泵(2 )通过疏水器(3 )与储水罐(1)连接、并将储水罐(1)内的水抽走，所述抽真空装置通过自动排气阀(4)与储水罐(I)连接、并将储水罐(1)内的气抽走。
3.根据权利要求1所述的一种超大面积高效节能抽真空软地基处理系统，其特征在于:所述汇水装置由设有止回阀(6)和单向阀(7)的气液传输主管(8)和设有主滤管(9)的气液传输支管(11)组成，所述储水罐(1)与气液传输主管(8 )连通，气液传输主管(8 )又与气液传输支管(11)连通。
4.根据权利要求3所述的一种超大面积高效节能抽真空软地基处理系统，其特征在于:所述气液传输支管(11)上还设有控制阀(10)。
5.根据权利要求1所述的一种超大面积高效节能抽真空软地基处理系统，其特征在于:所述抽真空装置由一至三台功率在55kw以上的真空泵(12)和一套设有净化器(14)、止回阀(6)、单向阀(7)、真空表(16)与水流指示器(17)的抽真空管路组成，并且真空泵(12)通过抽真空管路与储水罐(I)上的自动排气阀(4)连通。
6.根据权利要求5所述的一种超大面积高效节能抽真空软地基处理系统，其特征在于:所述抽真空管路由抽气管(15)、分接管路(13)和排气管(18)三部分组成，其中抽气管(15)上设有净化器(14)、止回阀(6)和单向阀(7)，排气管(18)上设有净化器(14)、真空表(16)和水流指示器(17)，所述真空泵(12)通过抽气管(15)与分接管路(13)连通，分接管路(13 )又通过排气管(18 )与储水罐(1)上的自动排气阀(4 )连通。
7.根据权利要求6所述的一种超大面积高效节能抽真空软地基处理系统，其特征在于:所述分接管路(13)上设有一至三个与抽气管(15)连接用的真空泵接口和多个与排气管(18 )连接用的排气管接口，并且排气管接口上设有止回阀(6 )。
8.根据权利要求1所述的一种超大面积高效节能抽真空软地基处理系统，其特征在于:所述储水罐(1)的下半部分由上至下穿过密封膜(19)、并埋在砂垫层(20)中，所述汇水装置全部埋在砂垫层(20)中。
9.根据权利要求1所述的一种超大面积高效节能抽真空软地基处理系统，其特征在于:所述储水罐(I)设置在密封膜(19)的上方，所述汇水装置由上至下穿过密封膜(19)、并埋在砂垫层(20)中。
10.一种应用上述权利要求1-9中任意一项所述的超大面积高效节能抽真空软地基处理系统的施工方法，其特征在于施工步骤如下: 步骤一、在拟处理地基上铺设编制布、荆笆和无纺土工布； 步骤二、铺设中粗砂，形成砂垫层(20)，对不能满足填筑中粗砂施工要求的区域，采取加铺土工布、荆笆等材料进行补强措施； 步骤三、打设纵向排水板和水平滤管； 步骤四、铺设密封膜； 步骤五、挖压膜沟，压膜沟深度至少挖至不透水土层顶面以下0.5m ； 步骤六、安装高效节能抽真空软地基处理系统； 步骤七、开启高效节能抽真空 软地基处理系统，进行抽水。
【文档编号】E02D3/10GK103866756SQ201410128757
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年4月2日 优先权日:2014年4月2日
【发明者】张会宁, 黄舟, 刘忠, 王继忠, 刘啸宇, 王玉斌 申请人:河北晟港工程技术有限公司, 北京波森特岩土工程有限公司