谐振真空预压加载系统和软土加固方法与流程

1.本发明涉及谐振真空预压加载系统和软土加固方法。


背景技术：

2.真空预压法就是在需要加固的软基中插入竖向排水通道(如砂井、袋装砂井或塑料排水板等)，然后在地面铺设一层砂垫层，再在其上覆盖一层不透气的薄膜。在膜下抽真空形成负压(相对大气压而言)，负压沿竖向排水通道向下传递土体与竖向排水通道的不等压状态又使负压向土体中传递，在负压作用下，孔隙水逐渐渗流到竖向排水通道中而达到土体排水固结、强度增长的效果。真空预压法作为新一代软基加固方法，以其工期短、施工安全、无污染环境、费用低等优点而广泛应用于港口、码头、机场、工业与民用建筑等工程建设。
3.目前，真空预压固结法属于静力固结，对渗透性小的细颗粒土加固效果较差；另外真空压力的加载和维持是先通过大面积启动真空泵抽真空，待真空压力达到设定值后，关停一部分真空泵，若真空压力低于设定值，则重新启动真空泵，因此在抽真空过程中，需反复开关真空泵，每次开关真空泵，会导致真空压力重分布、真空压力分布不均匀，影响加固效果；另外反复重启真空泵，能耗高。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供谐振真空预压加载系统和软土加固方法，将谐振压力和真空压力进行叠加，得到谐振真空压力用于软土加固，排水效率和加固效果都能得以提升。
5.针对上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种谐振真空预压加载系统，包括：
7.谐振压力装置，具有输出谐振压力的谐振压力输出端；
8.真空压力装置，具有输出真空压力的真空压力输出端，所述真空压力输出端与所述谐振压力输出端连通，形成叠加输出端，以向软土地基真空预压密封系统输出由谐振压力和真空压力叠加形成的谐振真空压力。
9.进一步地，系统还包括：
10.系统压力控制器，用于控制系统输出的谐振真空压力。
11.进一步地，系统还包括：
12.谐振管路，与所述叠加输出端连通，以接收谐振真空压力的输入，对软土施加固结压力。
13.进一步地，所述谐振管路包括：
14.谐振真空主管，与所述叠加输出端直接连通；
15.谐振真空歧管，与所述谐振真空主管连通；
16.谐振真空支管，与所述谐振真空歧管连通；
17.真空滤管，与所述谐振真空支管连通。
18.进一步地，所述谐振谐振真空歧管设有用于分配谐振真空压力的控制闸阀。
19.进一步地，所述谐振真空支管沿横向间隔布置，所述真空滤管沿纵向间隔布置。
20.进一步地，所述谐振压力装置包括谐振压力发生器、与所述谐振压力发生器连接的曲柄连杆、与所述曲柄连杆连接的惯性轮、与所述惯性轮连接的谐振压力变频电动机以及与所述谐振压力变频电动机连接的谐振压力电动机变频器。
21.进一步地，所述真空压力装置包括真空泵、与所述真空泵连接的真空压力变频电动机以及与所述真空压力变频电动机连接的真空压力电动机变频器。
22.针对上述目的，本发明还采用以下技术方案：
23.一种软土加固方法，包括以下步骤：
24.提供谐振压力装置，其包括谐振压力发生器、与所述谐振压力发生器连接的曲柄连杆、与所述曲柄连杆连接的惯性轮、与所述惯性轮连接的谐振压力变频电动机以及与所述谐振压力变频电动机连接的谐振压力电动机变频器；
25.利用所述谐振压力装置输出谐振压力；
26.提供真空压力装置，其包括真空泵、与所述真空泵连接的真空压力变频电动机以及与所述真空压力变频电动机连接的真空压力电动机变频器；
27.利用所述真空压力装置输出真空压力；
28.将输出的谐振压力和真空压力进行叠加，得到谐振真空压力；
29.通过谐振管路向软土地基真空预压密封系统输出谐振真空压力，使软土加固。
30.进一步地，方法还包括以下步骤：
31.在谐振管路中设置用于分配谐振真空压力的控制闸阀，结合真空泵和谐振压力发生器的转速调频控制，利用真空压力实测结果对软土中的真空压力梯度进行实时调节和控制；
32.根据与软土特性相关的最佳排水效果的实验，制定谐振真空压力的平均值、谐振幅值、谐振频率的控制规则；
33.根据软土地基固结压力实测变化规律，通过系统压力控制器和控制闸阀对谐振真空压力进行调节和控制，以使真空压力梯度分布更加均匀。
34.本发明的有益效果包括：向软土地基真空预压密封系统输出由谐振压力和真空压力叠加形成的谐振真空压力。该加载系统输出的谐振真空压力可作为软土地基固结压力，提高真空预压固结排水效率和排水速度，增加固结排水量，提高真空预压加固效果。在谐振真空压力作用下可使软土中的小气泡破裂，并使微孔中水受到张弛压力的反复挤压和拽拉，显著改善软土的渗透性，提高真空预压排水效率和加固效果。谐振真空压力的平均值、谐振幅值、谐振频率的控制规则可根据与软土特性相关的最佳排水效果的实验来制定，以确保实现软土地基真空预压固结的最佳效率和加固效果。同时，与常规静态真空压力相比，谐振真空压力在软土地基中的传播范围更大、传播速度更快，因此加固地基的范围更大、加固地基的速度更快。
附图说明
35.图1为一实施例的软土地基的剖面图；
36.图2为一实施例的谐振管路的平面布置图；
9对软土地基真空预压密封系统施加预压固结压力，在谐振真空压力作用下可使软土6中的小气泡破裂，并使微孔中水受到张弛压力的反复挤压和拽拉，显著改善软土6的渗透性，提高真空预压排水效率和加固效果。同时，与常规静态真空压力相比，谐振真空压力在软土地基中的传播范围更大、传播速度更快，因此加固地基的范围更大、加固地基的速度更快。
48.谐振压力装置包括谐振压力发生器10、与谐振压力发生器10连接的曲柄连杆12、与曲柄连杆12连接的惯性轮13、与惯性轮13连接的谐振压力变频电动机17以及与谐振压力变频电动机17连接的谐振压力电动机变频器18。
49.真空压力装置包括真空泵14、与真空泵14连接的真空压力变频电动机15以及与真空压力变频电动机15连接的真空压力电动机变频器16。
50.输出的谐振真空压力由真空泵14的真空压力与谐振压力发生器10的周期变化压力叠加而成。真空泵14和谐振压力发生器10分别由相应变频器及变频电动机驱动，并可根据软土地基固结压力实测变化规律通过系统压力控制器11和分配谐振真空压力的控制闸阀8进行调节和控制，以使真空压力梯度分布更加均匀，达到软土6预压排水固结的最佳效果。
51.谐振压力发生器10通过周期改变密封气体(如氮气等)体积以输出周期谐振压力，与真空泵14输出的稳态真空压力叠加形成谐振真空压力。输出的谐振真空压力的谐振频率和谐振幅值可以通过调节谐振压力发生器10的转速ω和曲柄偏心距r进行调节。谐振压力发生器 10配置惯性轮13回收谐振能量，并提高其运行的平稳性。
52.本系统在软土谐振真空预压的管道平面布置中设置控制闸阀8，结合真空泵14和谐振压力发生器10的转速调频控制，利用真空压力实测结果对软土6中的真空压力梯度进行实时调节和控制，谐振真空压力的平均值、谐振幅值、谐振频率的控制规则可根据与软土6特性相关的最佳排水效果的实验来制定，以确保实现软土地基真空预压固结的最佳效率和加固效果。
53.本发明利用上述的谐振真空预压加载系统，还进一步提供一种软土6加压方法，包括以下步骤：
54.提供谐振压力装置，其包括谐振压力发生器10、与谐振压力发生器10连接的曲柄连杆 12、与曲柄连杆12连接的惯性轮13、与惯性轮13连接的谐振压力变频电动机17以及与谐振压力变频电动机17连接的谐振压力电动机变频器18；
55.利用谐振压力装置输出谐振压力；
56.提供真空压力装置，其包括真空泵14、与真空泵14连接的真空压力变频电动机15以及与真空压力变频电动机15连接的真空压力电动机变频器16；
57.利用真空压力装置输出真空压力；
58.将输出的谐振压力和真空压力进行叠加，得到谐振真空压力；
59.提供用于调节的谐振真空压力的系统压力控制器11；
60.在谐振管路3中设置用于分配谐振真空压力的控制闸阀8；
61.通过谐振管路3向软土地基真空预压密封系统输出谐振真空压力，使软土6加固。
62.本发明的方法还结合真空泵14和谐振压力发生器10的转速调频控制，利用真空压力实测结果对软土6中的真空压力梯度进行实时调节和控制。
63.本发明的方法还根据与软土6特性相关的最佳排水效果的实验，制定谐振真空压
力的平均值、谐振幅值、谐振频率的控制规则。
64.本发明的方法还根据软土地基固结压力实测变化规律，通过系统压力控制器11和控制闸阀8对谐振真空压力进行调节和控制，以使真空压力梯度分布更加均匀。
65.以上详细说明仅为本发明之较佳实施例的说明，非因此局限本发明之专利范围，所以，凡运用本创作内容所为之等效技术变化，均包含于本创作之专利范围内。