CN117845874B - 一种用于低含水量湿陷性黄土场地的加压控制注水*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于低含水量湿陷性黄土场地的加压控制注水***，属于黄土场地注水领域，包括分层定量注水的注水***、监测土层含水率的监测***以及控制注水量的控制***，注水***包括带有若干注水孔的外筒，外筒内设置有若干节内筒，内筒的内部为储水室，储水室内设置有拉杆组，拉杆组与拉杆控制器连接，拉杆组包括若干不同直径、不同长度的拉杆，拉杆的底端均通过橡胶活塞与内筒连接；控制***包括电脑终端，监测***包括土壤水分传感器和土壤水分分析仪。本发明采用一种用于低含水量湿陷性黄土场地的加压控制注水***，能够解决地基处理中分层含水率问题，为后期施工作业提供符合要求的场地土条件，实用性强，可推广使用。

Description

一种用于低含水量湿陷性黄土场地的加压控制注水***

技术领域

本发明涉及黄土场地注水技术领域，尤其涉及一种用于低含水量湿陷性黄土场地的加压控制注水***。

背景技术

建筑工程中，遇到湿陷性黄土时需要对其进行地基处理消除其湿陷性，保障施工的安全。在对低含水量湿陷性黄土场地进行地基处理时，由于场地含水量较低，土的挤密效果差，土的湿陷性无法完全消除。当土体受水浸湿后，土体结构在外力作用下迅速破坏而产生显著的附加变形，在一定程度上有利于地基处理的进行。因此适当的增大场地含水量可改善地基处理效果。

《湿陷性黄土地区建筑标准》（GB50025-2018）建议：如果地基土含水量低于12%时，应该采取现场增湿注水对地基土进行增湿。但当场地含水量急剧变化或土体含水率超过塑限时，易使场地土体发生大面积沉陷，且过大的含水量，导致场地泥泞，机械无法施工。同时在实际施工时存在着不少的问题，地基土中各层的含水率不同，注水的总量容易掌控但注水部位不易控制，不能实现精准控制目标土层的注水，出现干的仍然干，湿的更湿的状况。不仅满足不了施工需求还造成了大量的水资源浪费。同时，注水后自然扩散等待其水分迁移稳定的时间较长，当遇到工期紧张时此问题还有待进一步优化。因此，在低含水量湿陷性黄土场地预增湿施工过程中，有必要设计出一种能加压精准控制注水的***。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种用于低含水量湿陷性黄土场地的加压控制注水***，解决地基处理中分层含水率问题，为后期施工作业提供符合要求的场地土条件，实用性强。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于低含水量湿陷性黄土场地的加压控制注水***，包括用于分层定量注水的注水***、用于监测土层含水率的监测***以及用于控制注水量的控制***，注水***包括带有若干注水孔的外筒，外筒内设置有若干节内筒，内筒的内部为储水室，储水室内设置有拉杆组，拉杆组与拉杆控制器连接，拉杆组包括若干不同直径、不同长度的拉杆，拉杆的底端均通过橡胶活塞与内筒密封连接；控制***包括电脑终端，监测***包括土壤水分传感器和土壤水分分析仪。

优选的，位于上部的拉杆直径大于位于下部的拉杆直径。

优选的，位于上部的拉杆长度小于位于下部的拉杆长度。

优选的，位于下部的拉杆套设与位于上部的拉杆内，拉杆的顶部均与拉杆控制器连接。

优选的，上下设置的相邻内筒之间有用于出水的空隙。

优选的，每个拉杆的底端均通过轴承与橡胶活塞的中心连接，橡胶活塞设置于每个内筒的内壁底部，并与每个内筒的内壁滑动密封连接。

优选的，橡胶活塞上设置有通水孔，通水孔处设置有用于水通断的叶片阀门，叶片阀门与拉杆连接。

优选的，外筒顶端连接有进水管，进水管上设置有用于控制总注水量的水表与阀门。

优选的，电脑终端与注水***连接，电脑终端通过数据线与土壤水分分析仪连接，土壤水分分析仪与设置于不同土层内的土壤水分传感器连接。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明结构简单，能够根据具体工况对待处理地基土分层加压定量注水，使含水率不同的土层达到最优含水率；

2、本发明通过对拉杆的旋转和拉伸控制叶片阀门开启和橡胶活塞的上下运动，控制各层注水量和注水压力，进行定量注水，操作更加方便；

3、本发明的注水装置通过加压的方式注水，使水分快速渗入土层，缩短工期；

4、本发明采用土壤水分传感器和土壤水分分析仪实时监测和控制各个土层的含水率变化，实现注水后含水率精准控制；

5、本发明所有***最终都由电脑终端进行控制，能够实现精准控制，更好的满足施工要求。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例的***整体示意图；

图2为本发明实施例的注水***结构示意图；

图3为本发明实施例的注水***剖面示意图；

图4为本发明实施例的储水室剖面示意图；

图5为本发明实施例的橡胶活塞纵向剖面示意图；

图6为本发明实施例的橡胶活塞横向剖面示意图。

1、拉杆控制器；2、水表；3、进水管；4、阀门；5、外筒；6、一号拉杆；7、内筒；8、储水室；9、橡胶活塞；10、叶片阀门；11、二号拉杆；12、三号拉杆；13、注水孔；14、轴承；15、通水孔；16、土壤水分传感器；17、数据线；18、土壤水分分析仪；19、电脑终端；20、空隙；21、土层一；22、土层二；23、土层三。

具体实施方式

为了使本发明实施例公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明所述的一种用于低含水量湿陷性黄土场地的加压控制注水***，包括注水***、监测***以及控制***，能够分层快速精准控制注水。注水***包括进水管3、储水室8、拉杆、叶片阀门10等组件，能分层定量注水，使水分注入土层中。监测***包括土壤水分传感器16和土壤水分分析仪18，能实时检测土层是否达到目标含水率，并及时反馈给控制***。控制***包括拉杆控制器1、水表2、阀门4、电脑终端19等，主要控制水量的注入和装置的机械运动，能通过加压快速精准的使水分渗入目标土层。

如图2、图3所示，注水***包括带有若干注水孔13的外筒5，外筒5内设置有若干节内筒7，内筒7的内部为储水室8。上下设置的相邻内筒7之间有用于出水的空隙20。储水室8内设置有拉杆组，拉杆组包括若干不同直径、不同长度的拉杆。位于上部的拉杆直径大于位于下部的拉杆直径，位于上部的拉杆长度小于位于下部的拉杆长度，位于下部的拉杆套设与位于上部的拉杆内，拉杆的顶部均与拉杆控制器1连接。

本实施例中拉杆组由一号拉杆6、二号拉杆11和三号拉杆12组成。一号拉杆6、二号拉杆11和三号拉杆12的顶部均与拉杆控制器1连接，拉杆控制器1用于集中控制各个拉杆的旋转和拉伸，同时具有限位功能。一号拉杆6的直径大于二号拉杆11的直径大于三号拉杆12的直径，一号拉杆6的直径小于二号拉杆11的直径小于三号拉杆12的直径，二号拉杆11套设于一号拉杆6内，三号拉杆12套设于二号拉杆11内。外筒5设置于土层内，将土层有上到下分为土层一21、土层二22、土层三23，一号拉杆6位于土层一21位置，二号拉杆11的下部位于土层二22位置，三号拉杆12的下部位于土层三23位置。一号拉杆6、二号拉杆11、三号拉杆12的底端均通过轴承14与橡胶活塞9的中心连接，橡胶活塞9设置于每个内筒7的内壁底部，并与每个内筒7的内壁滑动密封连接。橡胶活塞9的弹性材质体积膨胀与内筒7内壁接触能具有更好的密封性，橡胶活塞9内部放置轴承14与拉杆共同连接，保证拉杆旋转的同时不会带动橡胶活塞9的旋转避免出现通孔错位的现象。如图4、图5、图6所示，橡胶活塞9上设置有通水孔15，通水孔15处设置有用于控制上下层间通水的叶片阀门10。一号拉杆6、二号拉杆11、三号拉杆12上均设置有叶片阀门10，叶片阀门10控制注水进程，通过叶片阀门10的开合控制注水位置的储水，叶片阀门10形状设置为外凸状便于与橡胶活塞9产生紧密连接，保证内部的密封性。外筒5顶端连接有进水管3，进水管3上设置有用于控制总注水量的水表2与阀门4。通过叶片阀门10旋转控制通水孔15的通断进而达到分层定量储水的目的。通过拉杆的拉伸带动橡胶活塞9使储水室8内的水越过内筒7的空隙20流向外筒5，内筒7与外筒5之间设置有间隙，水流向间隙后通过外筒5的注水孔13达到加压快速注水的目的。通过上部通水孔15的水在推力的作用下有一定的水压，通过下部通水孔15的水在重力的作用下也有推进作用，在一定程度上达成平衡，有利于在土层中均匀注水。

电脑终端19与注水***连接，电脑终端19通过数据线17与土壤水分分析仪18连接，土壤水分分析仪18与设置于不同土层内的土壤水分传感器16连接。土壤水分传感器16位于外筒5外一段距离的土层中，用于监测土壤水分的变化，并及时将数据传输至控制***，土壤水分分析仪18可以实时监测水分的变化，并通过数据控制水量的注入。本发明拉杆控制器1、土壤水分分析仪18、水表2、阀门4与电脑终端19采用现有的结构电连，统一进行数据分析和信号接受与发送。拉杆控制器1、土壤水分分析仪18采用现有的结构。通过监测***的信息反馈针对于目标任务通过对注水***发出信号加压注水使得水能够快速精准的流入目标土层且达到目标含水率。

本实例中***运作方式可以从中间向四周进行注水，同时内筒7与外筒5的隔层设计对水流有缓冲作用，考虑到橡胶活塞9挤压对水的压力、重力势能，土体的基质吸力等可以使水流从每层的上下注水孔13中流出，并在土体中扩散均匀。

本实施例中***用于三层分层注水时的具体使用步骤为：

步骤一：确定各层的叶片阀门10处于关闭状态，检查土壤水分传感器16、土壤水分分析仪18等设备的连接情况。

步骤二：打开阀门4，水流从注水管流入第一层的储水室8内，并在水量达到合适位置时，拉动一号拉杆6使橡胶活塞9向上挤压越过内筒7后由外筒5上的注水孔13流出，通过土壤水分分析仪18的监控反馈并通过控制***及时控制注水量至满足一层土层的含水率，然后拉杆控制器1复位一号拉杆6。

步骤三：当第一土层的含水率达到要求后，旋转一号拉杆6打开叶片阀门10，使水流经橡胶活塞9的通水孔15流至二层中的储水室8中；当水量达到合适位置时，停止注水，关闭一层叶片阀门10；拉动二号拉杆11使水分流入第二土层，重复如上步骤，并经由数据分析反馈和水表2控制使第二土层达到目标含水率。

步骤四：待第二土层达到目标含水率后，打开一、二层叶片阀门10，使水流入第三层的储水室8内，水量达到合适位置时，停止注水，关闭二层叶片阀门10，拉动三号拉杆12使水流入第三土层，重复以此通过电脑终端19综合数据分析仪和水表2控制，使第三土层达到目标含水率。

因此，本发明采用一种用于低含水量湿陷性黄土场地的加压控制注水***，能够解决地基处理中分层含水率问题，为后期施工作业提供符合要求的场地土条件，实用性强。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种用于低含水量湿陷性黄土场地的加压控制注水***，其特征在于：包括用于分层定量注水的注水***、用于监测土层含水率的监测***以及用于控制注水量的控制***，注水***包括带有若干注水孔的外筒，外筒内设置有若干节内筒，内筒的内部为储水室，储水室内设置有拉杆组，拉杆组与拉杆控制器连接，拉杆组包括若干不同直径、不同长度的拉杆，拉杆的底端均通过橡胶活塞与内筒密封连接；控制***包括电脑终端，监测***包括土壤水分传感器和土壤水分分析仪；

位于上部的拉杆直径大于位于下部的拉杆直径，位于上部的拉杆长度小于位于下部的拉杆长度；位于下部的拉杆套设与位于上部的拉杆内，拉杆的顶部均与拉杆控制器连接；上下设置的相邻内筒之间有用于出水的空隙；每个拉杆的底端均通过轴承与橡胶活塞的中心连接，橡胶活塞设置于每个内筒的内壁底部，并与每个内筒的内壁滑动密封连接；橡胶活塞上设置有通水孔，通水孔处设置有用于水通断的叶片阀门，叶片阀门与拉杆连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于低含水量湿陷性黄土场地的加压控制注水***，其特征在于：外筒顶端连接有进水管，进水管上设置有用于控制总注水量的水表与阀门。

3.根据权利要求2所述的一种用于低含水量湿陷性黄土场地的加压控制注水***，其特征在于：电脑终端与注水***连接，电脑终端通过数据线与土壤水分分析仪连接，土壤水分分析仪与设置于不同土层内的土壤水分传感器连接。