[发明专利]冻胀融缩法结合真空预压加速软土固结的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩土力学与工程领域中对细颗粒软土土体排水固结地基处理技术领域，具体涉及冻胀融缩法结合真空预压加速软土固结的装置，同时还涉及冻胀融缩法结合真空预压加速软土固结的方法，此方法和装置不仅适用于各类灵敏度高的饱和软粘土地基加固，而且适用于初始承载力基本为零的以细颗粒为主且各类疏浚吹填淤泥土深、浅层全范围内的同时加固。

背景技术

目前最常采用真空预压技术、真空联合堆载预压技术，但是真空预压技术、真空联合堆载预压技术等均对于黏粒含量高、渗透系数极低的细颗粒软土存在如下不足：（1）排水效率低，（2）真空荷载持续时间长，能耗大，（3）处理深度和处理效果（承载能力）有限。

由于人工冻结后的土体具有完整性好、强度高、不透水的特征，早在19世纪，人们采用人工冻结加固地层的方法，解决了松软含水地层施工的各类塌陷问题，如1862年的英国南威尔士矿山、1883年德国阿尔巴时德煤矿、1997年挪威奥斯陆海湾海底隧道施工、1955我国开滦煤矿林西风井施工、1998年北京地铁国贸桥车站东侧的南隧道施工等。随着我国城市地下工程的日益增多，冻结法已广泛地应用于城市地下工程中。对于这些工程来说，冻胀是不利的，如冻胀会对地表建筑物、交通和地下管线（如电力电缆、通讯电缆、供、排水管、煤气管道等）产生破坏作用。

但对于大面积的细颗粒软土，由于还处于待开发状态，冻胀不仅不会造成结构物或构筑物的破坏，还可以利用冻胀的体积增大，占位空间的特点，冻胀区域周边软土受到冻胀力，产生挤压变形从而加速软土的固结与排水。

为了克服先前真空预压处理方法中上述4个主要不足以及充分地利用细颗粒软土冻胀特性，有必要设计一种能有效提高排水固结的方法，能进行深层土体加固的方法和装置。

发明内容

本发明的目的是在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种冻胀挤密融缩致裂法结合真空预压加速软土固结的方法，该方法能有效改善传统真空预压排水效率低、降低真空荷载持续时间，减小能耗，以及有效增大处理深度和加强处理效果。该方法不仅适用于各类饱和软土地基加固，而且尤其适用于以细颗粒为主的软土地基深层和浅层全范围内的同时加固，更能满足实际工程的需求。

本发明的另一个目的是在于提供了一冻胀挤密融缩致裂法结合真空预压加速软土固结的装置，该装置结构简单、实施简便、稳定性好、实用性强，并可根据土体的实时加固情况配置冻胀和融缩过程，排水效率高，灵活度和适应性强，具有广泛的应用前景。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

冻胀融缩法结合真空预压加速软土固结的装置，包括点阵分布埋设在待排水加固软土内的冷冻管，还包括点阵分布埋设在待排水加固软土内的塑料排水板，冷冻管与塑料排水板错开分布，塑料排水板通过真空射流泵与集水箱连通，冷冻管一端与盐水循环箱连通，另一端通过盐水泵与盐水循环箱连通，盐水循环箱与盐水冷却装置连接。

如上所述的盐水冷却装置包括设置在盐水循环箱内的箱内氨循环管路，箱内氨循环管路一端通过氨压缩机与列管式循环冷凝器连接，列管式循环冷凝器与冷却塔连接，冷却塔通过冷却水泵与箱内氨循环管路另一端连接。

冻胀融缩法结合真空预压加速软土固结的装置，还包括均按照设定间距布置的水平向真空排水支管和真空排水主管，塑料排水板的顶部与真空排水支管连接，真空排水主管与真空射流泵连接，真空射流泵与集水箱连接。

如上所述的冻结管一端与盐水去路支管连接，另一端与盐水回路支管连接，盐水去路支管连接盐水去路主管，盐水回路支管连接盐水回路主管，盐水去路主管连接盐水循环箱，盐水回路主管通过盐水泵连接盐水循环箱。

如上所述的冷冻管构成加固区，加固区上覆盖密封膜，加固区周边的密封膜置于待排水加固软土中。

冻胀融缩法结合真空预压加速软土固结的方法，包括以下步骤：

步骤1、在待排水加固软土上，铺设砂垫层，在砂源紧缺或待排水加固软土为超软淤泥土时，铺设一层编织布并加铺无纺土工布；

步骤2、将冷冻管以点阵分布打设进入待排水加固软土中，各个冷冻管形成加固区，并使冷冻管上顶端没入待排水加固软土表面设定深度；

步骤3、将冻结管一端连接盐水去路支管，另一端连接盐水回路支管，盐水去路支管连接盐水去路主管，盐水回路支管连接盐水回路主管，盐水去路主管直接连接盐水循环箱，盐水回路主管连接盐水泵，盐水泵连接盐水循环箱，盐水循环箱中的箱内氨循环管路连接氨压缩机；氨压缩机连接列管式循环冷凝器，列管式循环冷凝器与冷却塔相连，冷却塔与冷却水泵连接，冷却水泵与盐水循环箱中的箱内氨循环管路连接。