CN110144872B

CN110144872B - 水平动力固结排水装置及施工方法

Info

Publication number: CN110144872B
Application number: CN201910269202.9A
Authority: CN
Inventors: 高亮; 孙玉巧; 陈超
Original assignee: Huatian Engineering and Technology Corp MCC
Current assignee: Huatian Engineering and Technology Corp MCC
Priority date: 2019-04-04
Filing date: 2019-04-04
Publication date: 2021-07-16
Anticipated expiration: 2039-04-04
Also published as: CN110144872A

Abstract

本发明提供了一种水平动力固结排水装置，包括串联连接的多个电磁高频激振器、与所述多个电磁高频激振器电气连接的变频控制器、过滤管以及与所述过滤管通过管道连接的抽水泵，所述多个电磁高频激振器沿竖直方向依次设置，所述过滤管与所述多个电磁高频激振器并排设置，所述过滤管的管壁上沿其长度方向设置有多个抽水孔以及用上述装置排水固结的施工方法。本发明串联的电磁高频激振器振幅较小，一般不超过4mm，即产生的压缩波对周边环境基本上无影响，尤其适用于较为狭小的软土地层，实用性很强。

Description

水平动力固结排水装置及施工方法

技术领域

本发明涉及岩土工程中的软土施工技术领域，更为具体地，涉及一种水平动力固结排水装置及施工方法。

背景技术

软土是在静水条件或缓慢水流环境下淤积，并伴随生物化学作用情况下形成的，往往呈软塑～流塑状。我国软土地区分布广，形成环境复杂多变，并具有广泛的区域性。由于城市建设用地的局限性、周边环境的严峻性以及软土处理过程中所涉及的问题复杂性和不确定性，软土处理工程仍然是一个极具挑战性、高风险、高难度的课题。

软土处理中主要分为桩基处理、复合地基处理、固结处理和特殊掺合料等四种处理方法。桩基处理可分为钻孔灌注桩、预制桩等处理措施；复合地基处理分为水泥土搅拌桩、CFG桩和石灰桩等复合地基处理；固结处理分为真空预压处理、人工堆载预压处理、强夯动力固结处理等；特殊掺合料处理主要为水泥基材料和胶体材料处理等。

从经济对比上，桩基和复合地基工程成本高；特殊掺合料处理工程量较大，工程成本高；固结处理虽然工程成本较低，但主要适用于大范围内区域处置，不适用于小范围内的处理，尤其是强夯动力固结处理周边不宜存在较多的建筑物，否则强夯带来的压缩波将对周边建筑产生较大的振动影响，同时在闹市区不宜采用。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的一个目的是提供一种水平动力固结排水装置，以解决强夯动力固结处理对周围环境造成的振动影响。

为了实现上述目的，本发明通过以下的技术方案来实现的：

一种水平动力固结排水装置，包括串联连接的多个电磁高频激振器、与所述多个电磁高频激振器电气连接的变频控制器、过滤管以及与所述过滤管通过管道连接的抽水泵，所述多个电磁高频激振器沿竖直方向依次设置，所述过滤管与所述多个电磁高频激振器并列设置，所述过滤管的管壁上沿其长度方向设置有多个抽水孔。

进一步地，所述多个电磁高频激振器设置在封闭的空间内。

进一步地，所述多个电磁高频激振器设置在一空心钢管内，所述钢管的两端设置有用于密封的塞子。

进一步地，所述过滤管的外管壁上设置有反滤土工布。

进一步地，所述管道上设置有流量计。

进一步地，相邻的两个所述电磁高频激振器之间的竖向间距不超过1m。

本发明的另一个目的时提供一种水平动力固结排水装置的施工方法，包括如下步骤：

S1：根据所述排水装置的加固半径计算降水井点的间距，加固半径按公式

进行估算，其中k为0.2～0.4的系数，P为该装置的工作功率(KW)，v_p为土层的纵波波速(m/s)，α为土的能量吸收系数(s/m)，降水井点按加固半径进行布置，在需要施工固结的区域内根据计算好的降水井点间距测放设计井点点位，并做好临时标志；

S2：在做好标志的井点点位处用钻具钻孔，钻孔穿透软土层；

S3：将串联的所述多个电磁高频激振器与所述过滤管一起下放至同一钻孔内，下放完毕后对钻孔与所述多个电磁高频激振器和所述过滤管之间的空隙采用中粗砂进行初步回填；

S4：开启所述变频控制器工作，所述变频控制器工作控制所述多个电磁高频激振器工作发出压缩波，此时继续对钻孔与所述多个电磁高频激振器和所述过滤管之间的空隙进行回填中粗砂并将钻孔填满；

S5：开启所述抽水泵，所述抽水泵工作并通过过滤管对软土层自由水进行抽水；

S6：当所述变频控制器功率达到设计要求，且抽水泵抽出的水量明显下降时，关闭所述变频控制器和所述抽水泵。

进一步地，所述多个电磁高频激振器在下放至钻孔前先放入钢管内，并用塞子将钢管两端的端口封闭。

进一步地，串联的所述多个电磁高频激振器的长度和过滤管的长度均不小于软土层的厚度。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明结构简单、操作方便、安全可靠、成本低廉，适用于软土地区的地基处理；本发明的多个电磁高频激振器在软土层各个高度上产生多个水平激振，水平激振在软土层产生简谐压缩波从而促使软土层土颗粒之间的吸附水转变为自由水，再通过抽水泵和过滤管形成的轻型井点降水***进行抽水，从而完成软土层的固结排水工作；本发明串联的电磁高频激振器振幅较小，一般不超过4mm，即产生的压缩波对周边环境基本上无影响，尤其适用于较为狭小的软土地层，特别是暗塘部分等受周边建筑的影响而不宜采用强夯处置的地区，实用性很强；本发明提供了加固半径的估算公式，方便现场施工人员快速计算出降水井点布置的间距。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为本发明的水平动力固结排水装置结构示意图。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

如图1所示，本发明提供一种水平动力固结排水装置，包括串联连接的多个电磁高频激振器1、与多个电磁高频激振器1电气连接的变频控制器4、过滤管5以及与过滤管5通过管道连接的抽水泵7。串联的多个电磁高频激振器1沿竖直方向依次设置，且相邻的两个电磁高频激振器1竖向间距不超过1m。此外，为了提高激振效果，串联后的多个电磁高频激振器1的竖直高度不低于软土层的厚度。为了防止外部环境破坏电磁高频激振器1，将串联的多个电磁高频激振器1竖直设置在无缝钢管内，无缝钢管的两端用软木塞2封堵，从而防止水等进入到该无缝钢管中损坏电磁高频激振器1。变频控制器4通过电缆3与多个电磁高频激振器1连接，用于控制电磁高频激振器1的工作与否。在实际使用中，可以根据抽水情况调整变频频率和工作功率。变频控制器4可单个控制串联的电磁高频激振器1工作，也可同时控制多个串联的电磁高频激振器1工作。当需要在现场大范围开展施工时，则变频控制器4同时控制多个串联的电磁高频激振器1工作；反之，则将变频控制器4单个控制电磁高频激振器1工作。变频控制器4工作控制电磁高频激振器1水平激振从而发出简谐压缩波，从而对软土层进行振动夯实且促使软土土颗粒之间的吸附水转变为自由水。

过滤管5采用壁厚为3mm的无缝钢管制成，过滤管5的管壁上钻有多个φ15mm的小圆孔，相邻的两个小圆孔间距为25mm。过滤管5的外壁上包裹两层反滤土工布，这样可以防止在抽水的过程中，土粒流失而导致钻孔塌陷。抽水泵7通过胶皮管6与过滤管5连接。开启抽水泵7，抽水泵7通过过滤管5将软土层形成的自由水抽取排出从而使得软土层固结。为了便于记录抽水量，在胶皮管6上设置流量计。抽水泵7可为离心泵、真空泵或射流泵。在实际施工现场范围大小，一个抽水泵7可以对一个井点进行抽水，也可以同时对多井点进行抽水。

本发明还提供一种上述水平动力固结排水装置的施工方法，在施工前，首先保证场地的三通一平，即水通、电通、路通和场地平整，确保用电、用水安全。该排水装置的施工工艺依次为：测量放线、地质钻机预钻孔、下放至钻孔、预热、抽水作业以及停止作业，其具体步骤如下：

S1、测量放点：对上述排水装置的加固半径进行计算降水井点间距，加固半径按公式

进行估算，其中k为0.2～0.4的系数，P为该装置的工作功率(KW)，v_p为土层的纵波波速(m/s)，α为土的能量吸收系数(s/m)；然后在需要施工固结的区域范围内根据计算出的降水井点间距测放设计井点点位，并做好临时标志；本发明的水平动力固结思路源于强夯理论，根据波在地基中的传播速度和土对能量的吸收能力，可计算出波的有效传播范围，也就是强夯时对地基土的加固半径

W为锤重(t)，H为锤的落距(m)，v_p为纵波波速(m/s)，α为土的能力吸收系数，k为大于1的系数，一般为3～5；由于本次采取水平动力固结，因此能量来源由W·H转变为振动器的功率P，考虑到势能转化为动能的关系，

同时，振动器以产生压缩波为主，因此对公式进行修正中仍采用v_p，但土体水平方向和竖向压缩模量存在一定差异，综上对原有k值进行修正，k取值范围为0.2～0.4，即得处加固半径可按公式

进行估算，其中k为0.2～0.4的系数，P为该装置的工作功率(KW)，v_p为土层的纵波波速(m/s)，α为土的能量吸收系数(s/m)；

S2、地质钻机预钻孔：采用φ127mm钻具在做好标志的井点点位处进行钻进成孔，钻进成孔的深度须穿透整个软土层；

S3、下放至钻孔；将串联的多个电磁高频激振器1沿竖直方向放入至无缝钢管中，相邻的两个电磁高频激振器1之间的竖直间距不超过1米，然后将该无缝钢管的两端用软木塞2封堵，然后将封堵有多个电磁高频激振器1的无缝钢管与过滤管5用铁丝绑扎再下放至同一钻孔内，将装有电磁高频激振器1的无缝钢管与过滤管5下放至同一钻孔内，有利于软土层中的水从过滤管5中排出，其中，串联的多个电磁高频激振器1的长度和过滤管5的长度均不小于软土层的厚度，之后采用中粗砂对钻孔与无缝钢管和过滤管5之间的空隙进行初步回填；

S4、预热：打开变频控制器4，工作时间为2～4min，变频控制器4工作控制多个电磁高频激振器1在软土层的各个高度上水平激振从而发出简谐压缩波，进而对软土层进行振动，振动的过程中软土层逐渐被夯实固结且促使软土层的土颗粒之间的吸附水转变为自由水，这时继续对钻孔与无缝钢管和过滤管5之间的空隙进行填筑中粗砂，以填满为准；在此步骤中，可以根据实际情况，采用变频控制器单个控制串联的电磁高频激振器，也可以采用变频控制器同时控制多个控制串联的电磁高频激振器；当需要在现场大范围开展施工时，则变频控制器4同时控制多个串联的电磁高频激振器1工作；反之，则将变频控制器4单个控制电磁高频激振器1工作；

S5、抽水作业；开启抽水泵7，抽水泵7开始工作，过滤管5上的圆孔对软土层中由激振形成的自由水进行抽取排出，并根据胶皮管6上的流量计记录出水量；在该步骤中，一个抽水泵7可以只对一个钻孔进行抽水，也可以一个抽水泵7同时对多个钻孔进行抽水处理；

S6：停止工作；当变频控制器4功率达到设计要求时，且抽水泵7抽出的水量出现明显下降，可关闭变频控制器4和抽水泵7，停止固结排水工作。

如上参照附图以示例的方式描述根据本发明的水平动力固结排水装置及施工方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的水平动力固结排水装置及施工方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims

1.一种水平激振动力固结排水装置，其特征在于，包括串联连接的多个电磁高频激振器、与所述多个电磁高频激振器电气连接的变频控制器、过滤管以及与所述过滤管通过管道连接的抽水泵，所述多个电磁高频激振器沿竖直方向依次设置，

所述多个电磁高频激振器设置在封闭的空间内，所述多个电磁高频激振器设置在一空心钢管内，钢管的两端设置有用于密封的塞子，

所述过滤管与所述多个电磁高频激振器并排绑扎设置在同一钻孔中，过滤管与钢管紧靠在一起，所述过滤管的管壁上沿其长度方向设置有多个抽水孔，

其中，所述过滤管的外管壁上设置有反滤土工布，

其中，在钻孔与钢管和过滤管之间的空隙填充有粗砂，

相邻的两个所述电磁高频激振器之间的竖向间距不超过1m；

串联的所述多个电磁高频激振器的长度和过滤管的长度均不小于软土层的厚度。

2.如权利要求1所述的水平激振动力固结排水装置，其特征在于，所述管道上设置有流量计。