一种复合加热排水板及其施工方法

本发明属于软土地基处理，具体涉及一种用于相变式真空预压地基处理的复合加热排水板及其施工方法。

背景技术：

1、真空预压法作为软土地基处理的常用技术之一，通常采用塑料排水板或者砂井为竖向排水通道，并在地表铺设密封膜形成封闭空间，利用真空泵抽气产生负压，使孔隙水在负压作用下沿排水通道排出，从而加快地基固结与强度增长。

2、为进一步提高真空预压的处理效率、缩短工期，有研究者提出了相变式真空预压方法，其核心思路是在真空预压体系中引入可控加热过程，通过升温调控使孔隙水由液相大量转变为气相，从而改善土体排水固结环境，促进孔隙水排出与固结。然而，现有相变式真空预压的加热方式多采用水浴加热、电热丝外置加热等形式，其中水浴加热多用于室内试验，往往依赖外部热源与热量传递过程，热量输入路径较长、热损失较大，难以在实际工程中投入使用；外置电热丝加热通常以独立加热构件或附加布设方式实现，与塑料排水板及真空系统的集成度不足，现场布置与施工组织较为复杂，并且在真空预压的潮湿环境与密封条件下，对绝缘、防水与耐久性提出更高要求，若保护不足易产生可靠性与安全隐患。

3、因此，如何在保证排水功能的前提下，实现加热功能与排水通道的一体化集成，并形成适用于工程应用的相变式真空预压施工方法，仍有待进一步改进。

技术实现思路

1、针对上述情况，为克服当前的技术缺陷，本发明提供了一种复合加热排水板，以及基于该复合加热排水板的相变式真空预压施工方法，通过将加热功能与排水通道一体化集成，使热量沿排水路径在软土中定向、均匀传递，并在真空负压与温度场耦合作用下，加快孔隙水排出与地基固结进程。

2、本发明采取的技术方案如下：本发明提出的一种复合加热排水板，其包括排水板基体、外包滤膜、加热元件、电极与引线以及封装结构，所述排水板基体优选为塑料排水板，作为承载骨架与排水体；外包滤膜包覆于塑料排水板外侧；碳纤维加热丝沿排水板长度方向布置，并集成于pvd形成复合排水板；电极与引线设置于排水板端部连接区；封装结构对加热元件、端部电极连接区及引线端部进行电气隔离、防水防潮与耐腐蚀保护，满足真空预压潮湿环境下长期运行的安全性与可靠性要求。

3、进一步地，所述塑料排水板宽度为100mm、厚度为4mm。

4、进一步地，所述外包滤膜优选为厚度约0.4mm的针刺无纺涤纶布，兼具反滤、透水、抗堵塞、耐温与耐腐蚀性能。

5、进一步地，所述碳纤维加热丝由硅橡胶包裹，线径优选为1～2mm以简化装配；其电阻档位优选为17ω/m或33ω/m；所述碳纤维加热丝优选具备耐温不低于250℃、绝缘电阻不低于100mω、耐压不低于2500v的电气性能，并具有良好韧性与耐腐蚀性。

6、进一步地，所述复合方式优选为将碳纤维加热丝嵌入排水板指定齿槽，即由凸齿形成的齿槽区域，采用缝线固定实现定位与防移位，并在排水板端部设置电极连接区。

7、进一步地，所述电极与引线之间优选采用压接方式形成压接接头以实现低接触电阻连接。

8、进一步地，所述复合加热排水板设置如下封装结构：对端部电极连接区与引线端部进行硅橡胶包封，并在引线端部及碳纤维加热丝外侧设置硅橡胶作为防护套。

9、本方案提供的一种复合加热排水板及其施工方法，包括如下步骤：

10、步骤1、在待处理软土地基表层铺设导排层，布设集水管网，并在导排层上方铺设密封膜形成封闭空间，密封膜周边采取压边沟、封边等措施保证整体气密性；将真空泵与集水管网连通，建立抽真空系统；

11、步骤2、按设计间距将复合加热排水板打设至设计深度，使排水通道贯穿主要固结土层并与地表导排层连通；各复合加热排水板的引线端部引出至地表配电端并进行分路编号；

12、步骤3、在代表性区域以复合加热排水板为中心布设土体温度传感器，所述温度传感器沿深度方向至少设置三个监测点，并与温控仪连接，所述温控仪与直流电源连接，形成基于土体实测温度的加热闭环控制系统；

13、步骤4、开启真空泵，使密封膜下空间形成稳定负压，同时对复合加热排水板中的加热元件通电加热，通过调节供电电压或通断占空比，使土体温度稳定在预设温度区间；在负压场与温度场的耦合作用下，土体孔隙水在加热过程中发生相变，并在压力梯度及排水通道的导排作用下被连续抽排；

14、步骤5、当地基沉降速率、孔隙水压力或固结度达到设计或规范要求后，停止加热并逐步解除真空，拆除密封系统，完成软土地基处理。

15、进一步地，所述步骤4中，供电采用24～48v直流电源。

16、进一步地，所述步骤3中，还布设土体湿度传感器，用于监测孔隙水含量变化。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

18、1、加热元件靠近排水通道布置，在不阻塞主排水通道的前提下使热量优先作用于排水板邻域土体。

19、2、采用碳纤维加热丝作为加热元件，其发热效率高、能耗低的特点满足实际工程对大范围土体的快速加热需求；同时碳纤维加热丝强度高、极具韧性，能适应真空预压方法中的复杂工况。

20、3、同时采用低电压直流供电并对加热元件及端部连接区进行防水封装，可显著降低潮湿环境下漏电与失效风险，提高运行安全性与可靠性。

21、4、常见pvd与常用滤膜材料实现复合，制造与裁剪装配方便。

1.一种复合加热排水板，包括排水板基体（1），所述排水板基体（1）为塑料排水板，作为承载骨架与排水体，其特征在于，所述塑料排水板外侧包覆有外包滤膜，所述塑料排水板内部或表面沿排水板长度方向布置有加热元件，所述加热元件为碳纤维加热丝（4），所述排水板基体（1）上还安装有封装结构，用于对加热元件、及排水板基体（1）的端部电极连接区和引线端部（6）进行电气隔离、防水防潮与耐腐蚀保护。

2.根据权利要求1所述的一种复合加热排水板，其特征在于，所述排水板基体（1）宽度为100mm、厚度为4mm。

3.根据权利要求1所述的一种复合加热排水板，其特征在于，所述外包滤膜为厚度0.4mm的针刺无纺涤纶布。

4.根据权利要求1所述的一种复合加热排水板，其特征在于，所述碳纤维加热丝（4）由硅橡胶（8）包裹，线径为1～2mm；其电阻档位为17ω/m或33ω/m；其耐温不低于250℃、绝缘电阻不低于100mω、耐压不低于2500v。

5.根据权利要求1所述的一种复合加热排水板，其特征在于，所述碳纤维加热丝（4）嵌入排水板指定齿槽，并通过缝线（7）固定。

6.根据权利要求1所述的一种复合加热排水板，其特征在于，所述电极与引线之间采用压接方式形成压接接头（5）以实现低接触电阻连接。

7.根据权利要求1所述的一种复合加热排水板，其特征在于，所述封装结构为对端部电极连接区与引线端部（6）进行硅橡胶包封，并在引线端部（6）及碳纤维加热丝（4）外侧设置硅橡胶（8）作为防护套。

8.一种根据权利要求1至7任一项所述的一种复合加热排水板的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种复合加热排水板的施工方法，其特征在于，所述步骤4中，供电采用24～48v直流电源。

10.根据权利要求8所述的一种复合加热排水板的施工方法，其特征在于，所述步骤3中，还布设土体湿度传感器，用于监测孔隙水含量变化。