本發(fā)明屬于巖土工程領(lǐng)域，尤其涉及一種處理軟土地基的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

我國的東南沿海地帶歷來是富庶之地，在這片區(qū)域聚集著大量的人口，隨著人口不斷涌入，原本匱乏的土地資源問題變得越發(fā)緊張。為了適應(yīng)東南沿海地帶經(jīng)濟建設(shè)的不斷發(fā)展，建筑物不得不修建于軟土地基上。由于軟土地基抗剪強度低、含水率高、透水性差，還具有一定的流變性，因此在其上部修建基礎(chǔ)設(shè)施，需要對其進行相應(yīng)的處理。在所有的軟土地基處理方法中，較為常用的是排水固結(jié)法，而傳統(tǒng)的排水固結(jié)法中，使用最頻繁的是砂井地基固結(jié)，即在軟土層施打砂井或者塑料排水板，在軟土表面鋪設(shè)砂墊層，在砂墊層上方施加荷載，進行軟土地基的排水固結(jié)工作。

傳統(tǒng)的砂井地基排水固結(jié)法排水效率低，工期長，控制要點較多。制約砂井地基排水固結(jié)效率的主要因素為砂井地基中的井阻和涂抹效應(yīng)，因此如果能有效降低砂井地基中的井阻和涂抹效應(yīng)，可以有效縮短軟土固結(jié)時間，從而加快施工進程。近年來，許多新型的軟土地基處理方法被提出，例如化學(xué)加固法、高真空擊密法、真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法以及電滲固結(jié)法?；瘜W(xué)加固法是利用固化劑摻加在軟土中，固化劑與軟土相互作用，從而加固軟土地基。該方法改善了軟土的物理力學(xué)性質(zhì)，可以有效提高軟土地基強度，但由于需要改變軟土的結(jié)構(gòu)，因此會造成一些次生的不良影響，同時，由于施加固化劑，會改變區(qū)域的環(huán)境，因此會造成生態(tài)環(huán)境的破壞，會影響上部植被。高真空擊密方法通過數(shù)遍高真空形成壓差，結(jié)合變能量擊密，進行排水工作，逐步降低軟土含水量。該方法改善了傳統(tǒng)的排水固結(jié)法，但由于需要進行擊密，因此對所處理的場地有限制，附近不能有高壓線等障礙物，且能耗較大。真空聯(lián)合堆載預(yù)壓法作為現(xiàn)階段最高效的軟土地基處理方式，通過在軟土表面覆蓋不透氣的土工膜，利用真空泵負(fù)壓源聯(lián)合堆載預(yù)壓，將軟土內(nèi)部的空氣和孔隙水排出，可以在較短時間內(nèi)將軟土內(nèi)部的水排出，使軟土達(dá)到規(guī)定的設(shè)計強度，但該方法能耗巨大，且操作復(fù)雜繁瑣，需要施工人員有豐富的操作經(jīng)驗。電滲固結(jié)法是一種新型的地基排水固結(jié)方式，利用軟土中的孔隙水在電流作用下的定向流動性，使軟土內(nèi)的含水量降低，同時軟土內(nèi)部的離子交換對軟土也具有一定的改善作用。電滲固結(jié)法相對于傳統(tǒng)的排水固結(jié)法，可以有效提高固結(jié)效率，但同樣存在能耗巨大，操作復(fù)雜繁瑣等問題。上述新方法雖然提高了排水固結(jié)效率，但依舊沒有很好地解決井阻和涂抹效應(yīng)，因此，需要一種高效、簡便的軟土地基排水固結(jié)方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了彌補現(xiàn)有軟土地基處理方式存在的問題，本發(fā)明提出一種軟土地基排水固結(jié)系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種軟土地基排水固結(jié)系統(tǒng)，包括塑料排水板、虹吸管、板靴、堆載、集水井和抽水泵，在軟土地基中開挖邊溝，邊溝開挖到地下水位以下，邊溝中插入塑料排水板，相鄰塑料排水板間距為0.5m-1m，呈梅花型排列，塑料排水板插設(shè)深度為12m，塑料排水板的長度為5m，塑料排水板插入軟土地基的一端安裝與塑料排水板相同材質(zhì)的板靴，虹吸管的進水口插入塑料排水板內(nèi)，虹吸管的出水口伸入到位于軟土地基附近的集水井中，集水井深度為20m，抽水泵放置在距離集水井的井口1m處，邊溝內(nèi)填土，在軟土地基表面放置堆載。

整個系統(tǒng)發(fā)揮作用時，設(shè)置于軟土內(nèi)部的塑料排水板由于軟土頂面堆載以及軟土的自重作用，會在塑料排水板內(nèi)部產(chǎn)生匯水作用，因此水積聚于塑料排水板中，在虹吸作用下，積聚于塑料排水板中的水被排出，位于塑料排水板上部的軟土中的水在重力和荷載作用下，繼續(xù)向塑料排水板中匯集，在虹吸作用下繼續(xù)被排走，由于軟土滲透系數(shù)較小，而虹吸是一種免動力的排水技術(shù)，因此該過程可以持續(xù)不斷地進行，受虹吸揚程的限制，虹吸排水只能排出軟土層10m以內(nèi)的水，但隨著排水過程的持續(xù)進行，地下水位逐漸降低，軟土顆粒間孔隙原本由水填充，地下水下降后，顆粒間孔隙由空氣填充，顆?？紫对谲浲辽喜亢奢d和軟土自重荷載作用下被擠密，因此加速軟土固結(jié)沉降，地下水位的下降，使10m以內(nèi)土層荷重增加，位于10m以下的軟土受到的有效應(yīng)力增大，因而促使軟土層中，距地表10m以下的水，透過塑料排水板底部和邊壁向中間匯集，在虹吸作用下繼續(xù)被排出，因此虹吸排水作用可以處理的軟土層厚度可以大于10m。

一種軟土地基排水固結(jié)方法，包括以下步驟：

1.在軟土地基中開挖邊溝，邊溝開挖到地下水位以下，把虹吸管的進水口固定于塑料排水板中，虹吸管選用內(nèi)徑4mm的pu管，在塑料排水板的一端安裝與塑料排水板相同材質(zhì)的板靴；使用機械化插板機將塑料排水板插入邊溝中，拔出插板機，使塑料排水板埋置于軟土地基內(nèi)部，埋置于軟土地基內(nèi)部的塑料排水板長度為5m，塑料排水板插入深度為12m，相鄰塑料排水板間距為0.5m-1m，呈梅花型布置；

2.在待處理軟土地基的附近設(shè)置集水井，集水井的直徑為1m，集水井深度為20m，所有插入塑料排水板的虹吸管在邊溝內(nèi)平鋪，其出水口一起伸入到集水井中，集水井中虹吸管的出水口高度大于塑料排水板中虹吸管的進水口高度；

3.邊溝內(nèi)填土，然后在軟土地基表面放置堆載，堆載重量應(yīng)大于等于設(shè)計荷載；

4.啟動抽水泵抽水，將集水井中的水抽干，虹吸排水作用發(fā)生，軟土地基中的水由虹吸管流入集水井中，集水井中的水位上升，當(dāng)集水井中的水位不再發(fā)生變化時，再次啟動抽水泵。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)采用4mm內(nèi)徑虹吸管，虹吸高差為10m時，理論最大單管虹吸排水流量可以達(dá)到178ml/s，可以顯著提高軟土地基的排水速率。

(2)采用4mm虹吸管可以有效減少虹吸過程中的氣泡積累問題，使虹吸過程連續(xù)不間斷，因此整個運營過程順暢進行。

(3)由于虹吸作用是由于液態(tài)分子間引力和位能差導(dǎo)致的，因此可以實現(xiàn)液體免動力高效運輸，只需要消耗抽水泵抽水的能耗，可以顯著降低軟土地基處理成本。

(4)軟土地基上放置堆載，能產(chǎn)生擠土作用，促進軟土地基的排水，地下水位下降后，10m以內(nèi)的土層荷重增大，使位于10m以下的軟土受到的有效應(yīng)力增大，因而促使軟土層10m以下的水透過塑料排水板底部和邊壁向中間匯集，在虹吸作用下繼續(xù)被排出，因此可以處理10m以下的軟土層。

(5)由于虹吸免動力的特點，因此可以實現(xiàn)自動排水，操作方便，便于現(xiàn)場運營。

(6)集水井中虹吸管的出水口高度大于塑料排水板中虹吸管的進水口高度，可以使虹吸在運營過程中不發(fā)生斷流，從而保障虹吸的順利進行。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖3是本發(fā)明的機理圖；

圖4是本發(fā)明某局部軟土固結(jié)壓縮示意圖；

圖中：1.塑料排水板，2.虹吸管，3.邊溝，4.板靴，5.堆載，6.集水井，7.抽水泵，8.某局部軟土。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種軟土地基排水固結(jié)系統(tǒng)，包括塑料排水板1、虹吸管2、板靴4、堆載5、集水井6和抽水泵7，如圖1～2，在軟土地基中開挖邊溝3，邊溝3開挖到地下水位以下，邊溝3中插入塑料排水板1，相鄰塑料排水板1間距為0.5m-1m，呈梅花型排列，塑料排水板1插設(shè)深度為12m，塑料排水板1的長度為5m，塑料排水板1插入軟土地基的一端安裝與塑料排水板1相同材質(zhì)的板靴4，虹吸管2的進水口插入塑料排水板1內(nèi)，虹吸管2的出水口伸入到位于軟土地基附近的集水井6中，集水井6深度為20m，抽水泵7放置在距離集水井6的井口1m處，邊溝3填土完成后，在軟土地基表面放置堆載5。

整個系統(tǒng)發(fā)揮作用時，如圖3所示，設(shè)置于軟土內(nèi)部的塑料排水板1由于軟土頂面堆載5以及軟土的自重作用，會在塑料排水板1內(nèi)部產(chǎn)生匯水作用，因此水積聚于塑料排水板1中，在虹吸作用下，積聚于塑料排水板1中的水被排出，位于塑料排水板1上部的軟土中的水在重力和荷載作用下，繼續(xù)向塑料排水板1中匯集，在虹吸作用下繼續(xù)被排走，由于軟土滲透系數(shù)較小，而虹吸是一種免動力的排水技術(shù)，因此該過程可以持續(xù)不斷地進行，受虹吸揚程的限制，虹吸排水只能排出軟土層10m以內(nèi)的水，如圖4a所示，軟土內(nèi)部孔隙由水填充。隨著排水過程的持續(xù)進行，地下水位逐漸降低，地下水下降后，如圖4b，顆粒間孔隙由空氣填充，顆粒孔隙在軟土上部荷載和軟土自重荷載作用下被擠密，因此加速軟土固結(jié)沉降，地下水位的下降，使10m以內(nèi)土層荷重增加，位于10m以下的軟土受到的有效應(yīng)力增大，如圖3所示，促使軟土層中距地表10m以下的水，透過塑料排水板1底部和邊壁向中間匯集，在虹吸作用下繼續(xù)被排出，因此虹吸排水作用可以處理的軟土層厚度可以大于10m。

具體實施步驟：

1.在軟土地基中開挖邊溝3，邊溝3開挖到地下水位以下，把虹吸管2的進水口固定于塑料排水板1中，虹吸管2選用內(nèi)徑4mm的pu管，可以有效防止虹吸過程中的氣泡積累問題，同時可以最大程度發(fā)揮虹吸作用的排水能力；使用機械化插板機將塑料排水板1插入邊溝中，在插板過程中，保證塑料排水板1垂直插入，拔出插板機，使塑料排水板1埋置于軟土地基內(nèi)部，埋置于軟土內(nèi)部的塑料排水板1長度為5m，塑料排水板1插入深度為12m，塑料排水板1在插入軟土地基前，在其一端安裝與塑料排水板1同樣材質(zhì)的板靴4，防止土顆粒進入塑料排水板1中，防止在虹吸過程中，虹吸管2被堵塞，影響虹吸過程的進行，塑料排水板1插設(shè)完成一處后將插板機移動到下一個插設(shè)點，相鄰塑料排水板1間距為0.5m-1m，呈梅花型布置，可以最大程度發(fā)揮虹吸排水的影響范圍；

2.在待處理軟土地基附近設(shè)置集水井6，集水井6的直徑為1m，深度為20m，保證虹吸過程可以持續(xù)較長時間，所有插入塑料排水板1的虹吸管2在邊溝3內(nèi)平鋪，其出水口一起伸入到集水井6中，由于地下水位高于邊溝3內(nèi)虹吸管2高度，因此將虹吸管2放入集水井6中時，虹吸排水工作已啟動，集水井6中虹吸管2的出水口高度大于塑料排水板1中虹吸管2的進水口高度，因此保證虹吸過程順暢進行；

3.邊溝3內(nèi)填土，填土完成后在軟土地基表面放置堆載5，堆載5重量不小于設(shè)計荷載；

4.啟動抽水泵7抽水，將集水井6中的水抽干，虹吸排水作用發(fā)生，軟土地基中的水由虹吸管2流入集水井6中，集水井6中的水位上升，當(dāng)集水井6中的水位不再發(fā)生變化時，再次啟動抽水泵7。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡事利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或者等效流程轉(zhuǎn)換，或者直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍之內(nèi)。