CN100439604C - 软弱地层压密固结排水方法及使用于此方法的集水井管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集水管，其包括一内管、至少一外套以及一管帽。前述的内管在轴向上每间隔一预定距离即于内管表面穿设有至少一个孔洞，并且各个外套的长度均小于上述内管的预定距离，管帽则套设于内管的一端而固定于其上。令多个外套自内管安装有管帽的一端起，逐一固定于内管表面所穿设的二排孔洞之间，因而形成一呈环节状的集水管。令前述的集水管埋入一地基区域的含有超饱和水的地层，由于多个外套可导引地层中的游离水自孔洞流入内管，借助集水管内与外界的水位高落差所产生的水头压力压差，自然达到软弱地层排水以及促使土壤颗粒重新组合压密的效果，从而迅速达到固实施工基地的目的。

Description

软弱地层压密固结排水方法及使用于此方法的集水井管

技术领域

本发明是有关于一种集水管以及其使用方法，且特别是有关于一种用于含超饱和水地层的集水管以及其使用方法。

背景技术

随着人口稠密以及土地急剧开发的影响，人们对于土地的需求与日俱增，但是，现有可供利用的陆地已不敷使用，从而必须另辟途径以获取可供兴建各式建筑物的基地。

现今已开发国家为获取大面积可供兴建各式建筑物的基地，最常是针对含有大量饱和水的地区例如沼泽地区或者是海埔新生地等软弱地层进行一连串整地与加强基础改善加固的工法，以防止日后因地层软弱无法承受上方工程建设的重量，而导致不断发生基础下陷或不均匀固结等后果。

为进行软弱地层的整地与改善加固的步骤，传统上其一者乃利用下述的工法，请参照图1。首先是密集地打设多个排水导体11而深埋于地层之中，然后于其地面上方再铺设一层约莫50公分厚的导排水砂垫层13，于导排水砂垫层13上方复按设计需要覆盖有数公尺高的压载覆土14，进行一预压步骤。请将图1一并参照图2与图3，图2与图3分别绘示先前所述排水导体11的横截面与其放大图，排水导体11是由表面包覆有一不织布材质111的隔材112所组成，隔材112之间具有一呈凹凸状且为不透水的沟槽113。当含水地层中的游离水19因压载覆土14向下的重力使然导致土壤颗粒间的孔隙水压力增加，迫使超额游离水19经由前述可透水的不织布材质111进入排水导体11，并且因孔隙所形成的水压力将进一步使隔材112中的游离水19挤进前述呈凹凸状的沟槽113中，并且接着向上挤压而进入导排水砂垫层13，最后排放至地基以外的区域。

由于水分逐渐被排出后，其遗留的空隙受到上方覆土14压载重量挤压，使土壤颗粒逐渐紧密。通常经过多个月的压密过程后，原地面高度将因此逐渐固结降低至设计上固结强度，达到未来上方工程结构重量覆荷的预期设计强度。此时再将压载覆土移除，即可进行下一段的地面结构主体施工。

另一传统改善加固的方法为真空预压法，请参照图4，其是利用塑料薄膜18铺盖于导排水砂垫层13上方，四周以薄膜压载土16压住塑料薄膜18边缘以避免漏气。利用真空泵***17穿过塑料薄膜18对于导排水砂垫层13进行一抽真空步骤，从而使得导排水砂垫层13相对于外界形成一负压环境，空气中的大气压力因此挤压下方软弱土层，导致土壤颗粒间的孔隙水压力增加，迫使超额游离水19进入排水导体11。本公知技术的真空预压法所使用的排水原理则如先前公知技术所述，排水导体11中的游离水19向上挤压而进入导排水砂垫层13，最后排放至地基以外的区域。

但是，就传统使用排水导体的工法而言，往往具有如下的缺失。

1.排水导体11的中间段可能会因为施工不慎或困难而造成折曲且不连续的现象，进而导致排水水流中断失效。针对排水导体11的结构内部而言，其是曲折状塑料片，外套包覆有不织布材质111阻隔土壤颗粒，通常宽度约为10公分，整体厚度约为0.5公分，其抵抗外力的机械强度不足。当施工机械在***土壤而欲导入排水导体11时往往发生纠结甚至断带的现象，加以经过长时间，土壤中过滤游离水19亦无可避免的将于排水导体11中造成堵塞现象，亦导致排水水流中断失效。

2.若使用上述真空预压法，则往往会因塑料薄膜18因施工过程被挤破而失效。甚者，预压负载在软弱地层必然伴随水平侧向位移，稍有不慎即造成工程灾变。

3.导排水砂垫层13、压载覆土14以及卸载弃土的铺设，所费不赀，并且施工繁琐的搬有运无的步骤势必影响工期进度甚至延宕工程。

综上所述，公知技术对于在满足运载成本考虑、安全性、快速前提下，去除软弱地层中饱和水并且压密土壤的工法仍存在改良的空间。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种集水管，其可用来排除地基土壤中的水分，促使土壤颗粒重新组合压密，进而达到迅速固实地基基础的目的。

本发明的又一目的是提供一种集水管的使用方法，在无须动用大型特殊机具、进行繁复的堆载及卸载的挖填弃土过程的前提下，其可高效率且简便的排除地基土壤中水分与压密土壤颗粒。此外，由于施工地基中的压密固结区无须堆载或真空预压，可避免发生侧向滑坡的问题。

为此，本发明提供一种集水管，集水管包括一内管、至少一外套以及一管帽。前述的内管是在轴向上每间隔一预定距离即于内管表面穿设有至少一个孔洞；前述的外套的长度小于上述的预定距离并且包覆于内管外，其可黏贴或铆定于内管表面所穿设的二组孔洞之间。前述的管帽可套设于内管的一端而固定于其上。

在一实施例中，本外套可利用如中国发明专利申请号第97115515.1号所揭露的带状排水构件，且本外套更轴向凹设有多个导槽。在一实施例中，集水管更包括有至少一个束环，并且令束环包覆于两个外套之间。此外，外套的材质可以是一吸水材料，其中吸水材料可选自于吸水性聚合物、树脂以及吸水纤维中的任一者。在一实施例中，集水管的内管孔洞的孔径可为1毫米以上，而各该外套间的距离可为2毫米以上。上述的集水管，更具有至少一接头，其可用来固定于另一节集水管的一端，进而可以视需求连接达到一特定长度。

本发明另提供一种集水方法，其包括：(A)就一地基区域进行一布桩步骤以及(B)提供至少一上述集水管收集土壤内过饱和水份，并且进行压密固结。

其中于步骤(A)更包括：步骤(A1)利用一钻井机具将一保护套管打入该地基区域的地面下至一预定深度；步骤(A2)利用多个集水管逐段向下放入于该保护套管中，各该些集水管间利用多个接头相连接，直至长度达到该预定深度以及步骤(A3)将该保护套管逐段向上抽出，直到该些集水管完全埋入该地基区域的地面下。

当地基区域中水份为具有吸水材料的集水管所吸收时，水分借助重力及水头压力沿着外套向下流至束环，且更进而进入内管穿设的孔洞，流进由多个集水管轴向组立而成的集水井管内部，直到集水管内蓄积的水位高度与集水管外的周遭土壤的水头压力达到平衡。

人们可利用一泵自动或手动将集水井管中所含的水抽离，其中该泵可选自一真空泵与一沉水泵两者之一。前述步骤将持续不断进行直到地基区域的固结量或水分含量已达预订标准。若已达施工所需的标准即结束本发明的集水与排水步骤。为加速集水效率，可于地表以机械震动加速压密固结速度。

人们可视施工基地的实际需要，于结束集水步骤后，将混凝土灌入集水管中以形成支撑桩群，可进一步提供基地基础的承载力，从而降低施工成本。又，本发明的集水方法所使用的集水管乃使用如先前已述的集水管。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

图1是表示传统排水导体配合覆土预压方式的压密固结工法示意图。

图2与图3是分别表示传统排水导体横截面示意图及其局部放大图。

图4是表示传统排水导体配合真空预压方式的压密固结工法示意图。

图5A、5B、5C是分别绘示本发明第一实施例集水管的组合图、分解图以及多个集水管轴向组立而成集水井管的组合图。

图6A、6B、6C是分别绘示本发明第二实施例集水管的组合图、分解图以及多个集水管轴向组立而成集水井管的组合图。

图7是绘示本发明的集水井管埋入地基区域的示意图。

图8是绘示本发明使用集水管的集水方法的步骤流程图。

附图标记说明：

11排水导体    111不织布材质   112隔材    113沟槽

12地基区域    13导排水砂垫层  14压载覆土 16薄膜压载土

17真空泵***  18塑料薄膜      19游离水   20集水管

22内管        222孔洞         24外套     242导槽

26管帽        28束环          29接头     3集水井管

S40：利用一钻井机具将一保护套管打入地基区域的地面下至一预定深度。

S41：利用多个集水管逐段向下放入保护套管中，各集水管间使用多个接头互相连接组成一集水井管，直至其长度达到该预设深度。

S42：将保护套管逐段向上抽出，直到整支集水井管完全埋入地层。

S43：地基区域中水份被具有吸水材料的集水管所吸收，并借助重力及水头压力向下流至束环，且更进而挤入孔洞，流进集水井管内部。

S44：集水管内蓄积水位高度与集水管外周围土壤水头高度达到平衡

S45：对地面进行机械震动以及进行挤压以加速集水

S46：利用泵将集水井管内积水抽出

S47：停止抽水以观测纪录地基区域的土壤固结量

S48：地基区域的固结量是否已达设计强度

S49：结束

具体实施方式

第一实施例

请一并参照图5A与图5B，是分别绘示本发明第一实施例的单节集水管20的组合图及其分解图，集水管20其包括一内管22、多个外套24。前述的内管22是在轴向上每间隔一预定距离即于内管22表面穿设有呈环状排列的多个孔洞222，并且各个外套24的长度均略小于上述两组孔洞222之间的预定距离，各个外套24的材质可以选用吸水材料，其中前述吸水材料可选自吸水性聚合物、吸水性树脂以及吸水纤维中的任一者。令多个外套24自内管22的一端起，逐一套包于内管22表面所穿设二组多个孔洞222之间，因而形成一呈环节状的集水管20。束环28则套包于各段外套24之间而封住孔洞222。请参见图5C，其是多个集水管20轴向组立而成的集水井管3。集水井管3通过多个接头29将各节集水管20相连接而组成，而可延长集水管20至一预定长度，该集水井管3底端更设有一管帽26作为封底之用。

令前述组合后的集水井管3埋入一地基区域12的含有超饱和水的地层，例如一般沼泽、河床、湿地、新生地等软弱地层，由于多个外套24是一吸水材料，因之可利用渗透作用以及集水管20内与外界所形成的水头压力压差以及自然重力，导引地层中的游离水向下进入束环28并流至孔洞222并且流入内管22中，借助集水管20内与外界的水位高落差所产生的水头压力压差，自然达到软弱地层排水的目的，并且当地基中土壤水分逐渐被排除后，进而促使土壤颗粒重新组合压密，从而迅速达到固实施工基地的效果。

第二实施例

请一并参照图6A与图6B，是本实施例的分别绘示本发明第二实施例的集水管20的组合图及其分解图，集水管20其包括一内管22、多个外套24、多个束环28以及一管帽26。应注意，本实施例的外套24可选用中国发明专利申请号第97115515.1号所揭露者。前述的内管22是在轴向上每间隔一预定距离即于内管22表面穿设有多个孔洞222，并且各个外套24的外表面轴向凹设有多个导槽242，前述导槽242的局部放大图请参照图6B，导槽242的横截面是略呈瓶状。外套24的长度均小于上述内管22的预定距离，管帽26则套设于内管22的一端而固定于其上。令多个外套24自内管22安装有管帽26的一端起，逐一固定于内管22表面所穿设的二组多个孔洞222之间，因而形成一略呈环节状的集水管20(如图6A所绘示)。

又，将前述的多个束环28分别包覆于两两外套24之间，亦即将各个束环28固定于相对于前述内管22穿设有孔洞222之处，从而内管22、两外套24以及束环28共同形成一半开放式腔室。当本实施例的集水管20埋入一地基区域12的含有超饱和水的地层，土壤中所含游离水由于集水管20内与外界所形成的水头压力压差以及自然重力使然，可顺着外套24的外表面所凹设的导槽242而导向内管22穿设有孔洞222之处，甚者，由于前述束环28的存在所形成的半开放式腔室，可大幅增加游离水流入孔洞222的速率并且降低已流入于内管22中的游离水自孔洞222逸漏的速率。准此，本实施例所提供的集水管20具有较佳的集水效率。

第三实施例

请一并参照图7以及图8，其是分别绘示使用前述实施例的集水管的集水方法的使用示意图与其步骤流程图。本实施例的集水方法所使用的集水管是选自如第一实施例至第二实施例所述。本实施例的集水方法首先就一地基区域12进行一布桩步骤，利用一钻井机具将一保护套管打入该地基区域12的地面下至一预定深度S40，前述的钻井机具可选用套管型钻井机(未绘示)。接着利用多个集水管逐段向下放入于该保护套管中，各该些集水管间利用多个接头相连接，直至长度达到该预定深度S41，将该保护套管逐段向上抽出，直到该些集水管完全埋入该地基区域12的地面下S42。

当地基区域12中游离水19为具有吸水材料的集水管所吸收时，游离水19借助重力及水头压力向下流至束环28，且更进而挤入孔洞222，流进由多个集水管轴向组立而成的集水井管3内部S43。此际，管内积水将逐渐累积升高，直到水位高度达到与周遭土壤水头高度平衡S44为止。

于上述过程中可对地面进行机械震动或是进行挤压以加速集水S45。利用一泵将集水并管3中所含的水抽离S46，其中该泵可选自一真空泵与一沉水泵两者之一。随着管内积水逐渐抽出而致使管内水位降低，地基区域12的土层的水头高度相对于集水井管3形成压力差，再度迫使外部土壤水分进入集水管内，进而促使地基区域12的软弱土层持续不断的降低含水量，并且逐渐压密固结。

当集水井管3内的水份被抽干，即停止泵抽水并持续观测纪录地基区域12的土壤固结量S47，若土壤固结量未达设计强度则继续使用泵将集水井管3中的积水抽离。如此反复操作直到地基区域12的固结量达到设计强度S48，若已达标准即结束本发明的集水与排水步骤S49。人们可视施工基地的需要，于步骤S49后将混凝土灌入集水管中以形成支撑桩群，进一步提供基地基础的承载力，从而降低施工成本。

综上所述，当使用者利用本发明的集水管及其使用方法具有如下的优点：

1.传统工法需动用大型特殊机具将垂直排水带或砂桩***地层，本发明仅需利用轻便简易的钻井机即可。

2.传统工法需利用覆土压载或真空预压迫使水份由地基区域12的地面下深处向上爬升数十公尺直到砂垫层才能排出，除了导致排水效率差外，尚有须堆载及卸载的挖填弃土的缺失，并且需要砂垫层作为导水层，成本极高。本发明则巧妙利用集水管内与外界的水位高差，自然达到排水的目的。

3.传统垂直排水带或砂桩需密集***地层，其间距大略为1～2米，本发明则因利用自然重力排水，集水与排水的效率高、作用范围大，从而集水管彼此的间距可加大。

4.集水管本身可灌入混凝土，形成支撑桩群而进一步提供地基支撑强度，此外，本发明的集水管亦可应用于一般集水井管之用。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (14)

1.一种集水管，包括：

一内管，其是在轴向上每间隔一预定距离即于该内管表面穿设有至少一个孔洞，该孔洞的孔径至少为1毫米以上；

至少一外套，该外套具有一吸水材料，且其长度小于该预定距离而可包覆于内管外，该外套可固定于该内管的二组孔洞之间，各该外套间的距离至少为2毫米；以及

一管帽，其可套设于该内管的一端而封底。

2.如权利要求1所述的集水管，其特征是，更包括有至少一个束环，且令该束环包覆于两个该外套之间。

3.如权利要求1或2所述的集水管，其特征是，更具有至少一接头，其用来固定于另一集水管的一端，以连接延长该等集水管的长度，且该吸水材料可选自吸水性聚合物。

4、如权利要求3所述的集水管，其特征是，该吸水材料选自吸水性树脂以及吸水纤维中的任一者。

5.如权利要求1或2所述的集水管，其特征是，该外套更轴向凹设有多个导槽。

6.一种集水方法，包括：

(A)就一地基区域进行一布桩步骤；以及

(B)提供至少一集水管收集土壤内过饱和水份，并且进行压密固结；其中，该集水管包括：一内管，其是在轴向上每间隔一预定距离即于该内管表面穿设有至少一个孔洞，该孔洞的孔径至少为1毫米以上；至少一外套，该外套具有一吸水材料，且其长度小于该预定距离而可包覆于内管外，该外套可固定于该内管的二组孔洞之间，各该外套间的距离至少为2毫米；以及一管帽，其可套设于该内管的一端而封底。

7.如权利要求6所述的集水方法，其特征是，于步骤(A)更包括：

步骤(A1)利用一钻井机具将一保护套管打入该地基区域的地面下至一预定深度；

步骤(A2)利用多个集水管逐段向下放入于该保护套管中，各该些集水管间利用多个接头相连接，直至长度达到该预定深度；以及

步骤(A3)将该保护套管逐段向上抽出，直到该些集水管完全埋入该地基区域的地面下。

8.如权利要求6所述的集水方法，其特征是，于步骤(B)更包括步骤(B1)对地基区域的地面施予一加速集水步骤。

9.如权利要求6或7所述的集水方法，其特征是，于步骤(B)更包括步骤(B2)利用一泵将该些集水管中所含的水抽离。

10.如权利要求6或7所述的集水方法，其特征是，该外套更轴向凹设有多个导槽。

11.如权利要求10所述的集水方法，其特征是，更包括有至少一个束环，且令该束环穿设于两个该外套之间。

12.如权利要求6所述的集水方法，其特征是，该吸水材料可选自吸水性聚合物。

13.如权利要求12所述的集水方法，其特征是，该吸水材料选自吸水性树脂以及吸水纤维中的任一者。

14.如权利要求6或7所述的集水方法，其特征是，步骤(B)更包括步骤(B3)将一混凝土灌入该集水管中以形成至少一支撑桩。

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