深厚软土地基真空管井结合气压劈裂的组合施工方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种深厚软土地基真空管井结合气压劈裂的组合施工方法及其系统，在施工方法中，在密封的管井内通过真空泵加抽真空，使管井内形成负压，来加速软土夹层中的地下水向管井内运动，同时，真空泵抽出的气体输送至一加压罐，加压罐再将高压空气注入管井之间的软土内，在土体内发生气压劈裂，扩大地下水的流动通道，形成一个内外气体循环，与管井内真空作用“里应外合”，加速管井降水速率，从而促进软土的降水固结。该方法有效解决了传统(真空)管井降水法在渗透性低的软黏土层处理效果不佳，降水速率不高等问题，可用于处理深厚(＞20m)软土地基，具有减少工期，节约施工成本，提高地基承载力的有益效果。高地基承载力的有益效果。高地基承载力的有益效果。

【技术实现步骤摘要】
深厚软土地基真空管井结合气压劈裂的组合施工方法及其系统


[0001]本专利技术涉及一种地基处理技术，具体涉及一种深厚软土地基真空管井结合气压劈裂的组合施工方法及其系统，属于软土地基处理方法的


技术介绍

[0002]我国沿海沿江地区广泛分布软土，这类土壤除了含水量高、可压缩性高、剪切强度低、低渗透系数外，通常埋藏较深，底部地层与周边水域有水力联系工程地质条件极其复杂。随着大规模的开发滩涂、围海造陆工程建设项目不断增加，关于这类深厚软土的地基处理也成为了工程领域的研究难点与热点。
[0003]真空预压法法是目前沿海和滨江地区软粘土和吹填淤泥最常用的处理方法之一。然而，真空预压法处理时间较长，真空度会随处理深度逐渐衰减，使得其处理深度有限。此外，真空预压方法容易导致细粒土壤在PVD板周围聚集堵塞，使其处理效果低于预期。
[0004]传统的管井降水法将潜水泵设置在井的底部，水通过管道泵送至排放点。该方法一般适用于地下含水层丰富、土壤渗透性大的地层，多用于基坑降水，而对于渗透系数较小的软黏土层，由于地下水的流动缓慢，其处理效果也较为一般。
[0005]专利号为，ZL201510300457.9，名称为“真空管井降水系统的施工方法”专利技术，主要是提供了一套施工方法以解决现有管井技术存在的井口密封施工工艺及工法尚不完善，真空泵设备占地面积较大且噪音较大，冬季施工中，真空泵运行间歇期间，循环水极易冻结的问题。但该技术用于深厚软土地基作用时，仍然存在真空度随管井深度的衰减，导致负压作用不明显，从而使得降水效率不高的问题。
[0006]专利号为，ZL201510560294.8，名称为“真空管井降水系统”专利技术，主要是介绍了一套真空管井降水设备，包括集水箱、离心泵、真空泵、集水总管等。但该技术并未具体阐述真空管井降水的工艺流程。

技术实现思路

[0007]针对上述技术问题，本专利技术采用真空管井与气压劈裂的组合施工方式，在管井内加抽真空，同时在管井间软土中注入高压气体，产生气压劈裂，扩大地下水的流动通道，在真空负压和气压劈裂的双重作用下，加速地下水的流动，从而促进降水固结。该方法可用于处理深厚(＞20m)软土地基，具有减少工期，节约施工成本，有效提高地基承载力的有益效果。
[0008]为了实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种深厚软土地基真空管井结合气压劈裂的组合施工方法，包括：在密封的管井内通过真空泵加抽真空，使管井内形成负压以加速软土夹层中的地下水向管井内运动，同时，真空泵抽出的气体输送至一加压组件形成高压空气，加压组件再将高压空气注入管井之间的软土内以在土体内发生气压劈裂。
[0010]优选的，所述管井包括：多个降压管井和多个真空管井，多个所述降压管井按照管井间距均匀分布在场地最外侧，多个所述真空管井均匀分布在场地内侧被多个所述降压管井所包围；所述降压管井深度设置在承压含水层内，用于抽取承压水；所述真空管井被施加抽真空，其深度设置在潜水含水层内，用于抽取潜水。
[0011]优选的，包括以下步骤：
[0012]钻孔成井工序，使用反循环钻进工艺，在场地内按一定管井间距钻进成孔；其中，所述钻孔直径大于管井直径30cm以上，真空管井的钻孔深度为潜水含水层底面以上50～100cm，降压管井的钻孔深度为承压含水层底面以上50～100cm；
[0013]安放管井工序，采用悬吊法将管井放入钻孔，将管井固定后，在管井外壁与钻孔内壁的孔隙中回填滤料，滤料填筑高度与含水层厚度一致；对于真空管井，在含水层上方采用水泥浆进行封堵处理后在管井内放入连接抽水管的潜水泵，抽水管的外端连通地表集水沟；对于降压管井，采用粘土封堵后在管井内放入连接抽水管的潜水泵，抽水管的外端连通地表集水沟；
[0014]真空劈裂工序，将抽气管一端通过管井的密封井盖上的抽气孔插入真空管井内至少0.5m，抽气管另一端连接在真空泵上，将真空泵的出气口连通加压组件对空气进行压缩；其中，加压组件的出气端连通有插入地表不同深度的多个注气管，所述注气管布置在管井之间，并设有不同深度；
[0015]降水固结工序，开启潜水泵、真空泵和加压组件；其中，软土地基中的孔隙水在管井外气压劈裂和管井内抽真空的双重作用下向管井移动汇集，经管井外壁的滤料过滤后，由潜水泵抽出至地表集水沟；
[0016]封井处理工序，在降水固结达到要求固结度后，降水工作结束，提出潜水泵，对降水井直接进行砂土回填。
[0017]优选的，根据场地面积和管井数量确定管井间距；同一处理区域内各深度注气管分布均匀，相同深度的注气管并联连接。
[0018]优选的，所述管井的数量由下式进行计算得到：
[0019]n＝λQ/q
[0020]式中：n—降水井数量(口)；Q—场地涌水量(m3/d)；q—单井出水量(m3/d)；λ—调整系数，按1.1取值；
[0021]对于真空井：
[0022][0023]式中：K—潜水层渗透系数(m/d)；C—承压含水层厚度(m)；Sd—设计降水深度(m)；R—影响半径(m)，r0—等效大井半径(m)；A—场地面积(m2)；t—设计降水时间(天)；
[0024]对于降压管井：
[0025][0026]式中：k—承压含水层渗透系数(m/d)；M—承压含水层厚度(m)；
[0027]优选的，所述管井为带孔钢管；所述钢管具有无孔段和带孔段，所述真空管井的带孔段与潜水含水层厚度一致，所述降压管井的带孔段与承压含水层厚度一致；所述带孔段被网目为60的锦纶滤网包裹。
[0028]优选的，在钻进过程中，护壁泥浆比重控制在1.10～1.15；在钻孔到设计深度后，需要清孔换浆，将泥浆比重调整至1.05左右。
[0029]优选的，还包括步骤：
[0030]地质勘察工序，勘明处理场地的工程与水文地质条件，所述工程与水文地质条件包括土层的渗透系数、导水系数、影响半径、潜水层和承压含水层的深度；
[0031]平整场地工序，使场地呈现两边高中间低的盆地构造；在场地表层土体含水率高于一定程度时回填一层厚度1～2m的杂填土或硬质黏土。
[0032]一种深厚软土地基真空管井结合气压劈裂的组合施工系统，包括：
[0033]多个降压管井和多个真空管井；多个所述真空管井均匀分布被多个所述降压管井所包围；所述降压管井和真空管井分别包括带孔段和位于带孔段上方的无孔段；所述真空管井的带孔段与潜水含水层厚度一致，所述降压管井的带孔段与承压含水层厚度一致；所述带孔段与钻孔内壁之间的环空中设有滤料，所述滤料填筑高度与含水层厚度一致；所述真空管井在含水层上方设有水泥封堵；所述降压管井在含水层上方设有粘土封堵；所述降压管井和所述真空管井分别设有连通地表集水沟的潜水泵；
[0034]真空劈裂机构，包括：真空泵、加压组件和多个注气管；所述注气管布置在管井之间，并设有不同深度；所述真空泵的进气口连通穿过密封井盖的抽气孔插入真空管井内至少0.5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深厚软土地基真空管井结合气压劈裂的组合施工方法，其特征在于，包括：在密封的管井内通过真空泵加抽真空，使管井内形成负压以加速软土夹层中的地下水向管井内运动，同时，真空泵抽出的气体输送至一加压组件形成高压空气，加压组件再将高压空气注入管井之间的软土内以在土体内发生气压劈裂。2.根据权利要求1所述的深厚软土地基真空管井结合气压劈裂的组合施工方法，其特征在于，所述管井包括：多个降压管井和多个真空管井，多个所述降压管井按照管井间距均匀分布在场地最外侧，多个所述真空管井均匀分布在场地内侧被多个所述降压管井所包围；所述降压管井深度设置在承压含水层内，用于抽取承压水；所述真空管井被施加抽真空，其深度设置在潜水含水层内，用于抽取潜水。3.如权利要求2所述的深厚软土地基真空管井结合气压劈裂的组合施工方法，包括以下步骤：钻孔成井工序，使用反循环钻进工艺，在场地内按一定管井间距钻进成孔；其中，所述钻孔直径大于管井直径30cm以上，真空管井的钻孔深度为潜水含水层底面以上50～100cm，降压管井的钻孔深度为承压含水层底面以上50～100cm；安放管井工序，采用悬吊法将管井放入钻孔，将管井固定后，在管井外壁与钻孔内壁的孔隙中回填滤料，滤料填筑高度与含水层厚度一致；对于真空管井，在含水层上方采用水泥浆进行封堵处理后在管井内放入连接抽水管的潜水泵，抽水管的外端连通地表集水沟；对于降压管井，采用粘土封堵后在管井内放入连接抽水管的潜水泵，抽水管的外端连通地表集水沟；真空劈裂工序，将抽气管一端通过管井的密封井盖上的抽气孔插入真空管井内至少0.5m，抽气管另一端连接在真空泵上，将真空泵的出气口连通加压组件对空气进行压缩；其中，加压组件的出气端连通有插入地表不同深度的多个注气管，所述注气管布置在管井之间，并设有不同深度；降水固结工序，开启潜水泵、真空泵和加压组件；其中，软土地基中的孔隙水在管井外气压劈裂和管井内抽真空的双重作用下向管井移动汇集，经管井外壁的滤料过滤后，由潜水泵抽出至地表集水沟；封井处理工序，在降水固结达到要求固结度后，降水工作结束，提出潜水泵，对降水井直接进行砂土回填。4.根据权利3要求所述的深厚软土地基真空管井结合气压劈裂的组合施工方法，其特征在于，根据场地面积和管井数量确定管井间距；同一处理区域内各深度注气管分布均匀，相同深度的注气管并联连接。5.根据权利4要求所述的深厚软土地基真空管井结合气压劈裂的组合施工方法，其特征在于，所述管井的数量由下式进行计算得到：n＝λQ/q式中：n—降水井数量(口)；Q—场地涌水量(m3/d)；q—单井出水量(m3/d)；λ—调整系数，按1.1取值；对于真空井：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：章定文，曹振平，刘松玉，程中强，曾彪，张雨波，孙乔龙，周盛生，袁小红，宋云飞，高永，曹思佳，
申请(专利权)人：中铁四局集团有限公司东南大学，
类型：发明
国别省市：