1.本发明涉及水平排水板铺设领域，主要涉及一种真空预压法水平排水板铺设系统及现场施工方法。
背景技术：2.真空预压是目前常用的一种软土地基处理方法，目前已被广泛应用于海涂围垦、机场、道路等工程的软土地基处理工程。然而，已有的研究及试验表明，在使用竖向排水板(pvd)进行真空预压处理高含水率淤泥的过程中，排水板会随着地基固结沉降而发生弯折，导致排水受阻，土体固结速率下降。基于上述问题，我国学者提出了水平排水板(phd)真空预压技术。使用水平排水板处理高含水率淤泥的过程中；随着固结过程水平排水板上下土层厚度不断减少，固结排水路径不断减小，使得phd固结模型试验的整体排水速率高于pvd固结。然而，已有的工程案例显示，应用水平排水板进行真空预压施工时需将水平排水板预先铺设于地基中，受限于这一施工条件，该方法的实际工程应用较少，导致其不能进一步推广使用。为了降低水平排水板真空预压施工难度，扩大水平排水板真空预压应用范围，对水平排水板铺设设备及相应施工方法的研究是有必要的。
技术实现要素：3.本发明所要解决的技术问题是提供一种真空预压法水平排水板铺设系统及施工方法，该系统能够低成本高效率地实现真空预压水平排水板现场施工，提高真空预压地基处理效果。
4.为此，本发明提供的真空预压法水平排水板铺设系统，包括排水板牵引系统、轨道定位系统和真空系统；
5.所述排水板牵引系统包括：用于牵引排水板的打结的钢绞线、用于连接排水板和钢绞线的弹簧扣、用于提供动力的电机；弹簧扣一端与排水板上的孔相连，另一端钩住打结的钢绞线；钢绞线与电机相连，保证施工过程中钢绞线顺利回收；
6.所述轨道定位系统包括：用于将排水板引入土体的方形箱；所述方形箱左侧和右侧对称开设有三对开槽，所述三对开槽由上到下依次为第一开槽、第二开槽和第三开槽；方形箱内部左侧及右侧对称设有用于改变排水板方向的三对滚筒，所述三对滚筒由上到下依次为第一滚筒、第二滚筒和第三滚筒；方形箱前后侧壁顶部分别设有两个三角形支架，支架上架设有用于改变排水板方向的第四滚筒、第五滚筒及第六滚筒；
7.所述真空系统位于方形箱外，其包括蝶形接头、真空管和真空泵；所述蝶形接头用于将铺设后被剪断的排水板相连；所述真空管用于连接蝶形接头，真空管形成管网后与真空泵相连。
8.进一步的，所述第一开槽、第二开槽、第三开槽尺寸大小与排水板横截面尺寸大小匹配，方便排水板进出方形箱，同时可减少淤泥进入方形箱内。
9.进一步的，所述第一滚筒、第二滚筒和第三滚筒宽度大于排水板宽度，第一滚筒、
第二滚筒和第三滚筒两端设有凸起，以防止排水板在牵引过程中脱离预定路线。
10.进一步的，所述第一滚筒底部与第一开槽顶部对齐，第二滚筒底部与第二开槽顶部对齐，第三滚筒底部与第三开槽顶部对齐，防止排水板通过开槽进入方形箱后发生位移而不能沿滚筒改变路径；以及防止排水板离开滚筒后发生位移而不能准确离开开槽。
11.进一步的，所述第一滚筒、第二滚筒、第三滚筒位于不同列，保证每一层水平排水板施工过程中互不干扰，保证施工的快速进行。
12.进一步的，所述蝶形接头包括通水管以及对称设置在通水管中部的翼板；翼板与通水管的连接处设有数根加强筋，翼板为塑料空体且远离通水管的一侧开口，翼板上开设有数个固定孔，通水管靠近两端开口处的外壁设有螺纹。
13.进一步的，本发明还提供一种所述真空预压法水平排水板铺设系统的现场施工方法，包括如下步骤：
14.步骤1、施工系统准备：首先根据需要处理的地基面积及处理深度，确定所需的方形箱数量、排水板长度、钢绞线长度、弹簧扣数目、蝶形接头数目、真空管长度及真空泵数量；根据地基处理需要，将各方形箱等间距放置于地基表面等待下一步处理；
15.步骤2、系统组装：将一条钢绞线穿过第一个方形箱左侧的第一开槽，然后绕过左侧的第一滚筒后向上通过方形箱顶部，绕过支架上的第四滚筒后向下绕过右侧的第一滚筒最后从该方形箱右侧第一开槽穿出；所述钢绞线以相同的方式穿过后续的各个方形箱并最终与电机相连；
16.同理，将另一条钢绞线穿过第一个方形箱左侧第二开槽、左侧第二滚筒、第五滚筒、右侧第二滚筒、右侧第二开槽；该钢绞线以相同的方式穿过后续的各个方形箱并最终与电机相连；
17.将第三条钢绞线穿过第一个方形箱左侧第三开槽、左侧第三滚筒、第六滚筒、右侧第三滚筒、右侧第三开槽；该钢绞线以相同的方式穿过后续的各个方形箱并最终与电机相连；
18.步骤3、排水板铺设：将串连的方形箱放入淤泥中，保证方形箱顶部没入淤泥且第四滚筒，第五滚筒和第六滚筒露出淤泥表面；打开电机回收三条钢绞线，排水板随排水板牵引系统在各方形箱间水平铺设，直至钢绞线回收完毕；将各方形箱顶部露出的排水板剪断，使用蝶形接头将剪断的排水板相连；这样的排水板布置形式避免了传统竖向排水板真空预压施工过程中排水板发生弯折现象而导致的地基加固不充分的问题，进一步缩短了真空预压地基处理的施工时间；
19.步骤4、真空系统连接：使用真空管将各蝶形接头连接，形成管网后与真空泵相连；
20.步骤5、真空预压施工：在地基表面依次铺设砂垫层、土工布、真空膜，开挖密封沟并将真空膜四周密封；启动真空泵，监测地基处理过程中的沉降及装置气密性；
21.步骤6、方形箱回收：地基处理完毕后，拆除蝶形接头与排水板的连接，回收埋设于地基内的方形箱。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
23.(1)本发明操作简单易行，可重复使用，应用范围广，突破了传统水平排水板施工时必须先铺设后吹填泥浆的技术限制，为吹填淤泥水平排水板真空预压施工提供了一种合适的施工系统。
24.(2)本发明处理吹填地基具有较好的加固效果，避免了传统竖向排水板真空预压施工过程中排水板发生弯折现象而导致的地基加固不充分的问题，进一步缩短了真空预压地基处理的施工时间。
25.(3)本发明施工成本低，运用的都是简单且常见的工地设备，大大降低了施工装置安装难度，能够实现高自动化程度水平排水板铺设。
附图说明
26.图1为发明实施例提供的真空预压法水平排水板铺设系统施工布置整体示意图。
27.图2为发明实施例提供的真空预压法水平排水板铺设完毕后接通真空泵的整体示意图。
28.图3为图1中的方形箱的整体示意图。
29.图4为图1中的方形箱的剖面示意图。
30.图5为图2中的蝶形接头示意图。
31.图6为图1中的滚筒示意图。
32.图中：1、排水板；2、钢绞线；3、弹簧扣；4、大功率电机；5、方形箱；6、第一开槽；7、第二开槽；8、第三开槽；9、第一滚筒；10、第二滚筒；11、第三滚筒；12、第四滚筒；13、第五滚筒；14、第六滚筒；15、蝶形接头；16、真空管；17、真空泵。
具体实施方式
33.下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
34.参照图1-5所示，本实施例现场铺设水平排水板的系统，包括排水板牵引系统、轨道定位系统和真空系统；
35.所述排水板牵引系统包括：用于牵引排水板1的打结的钢绞线2、用于连接排水板1和钢绞线2的弹簧扣3、用于提供动力的电机4；弹簧扣3一端与排水板1上的孔相连，另一端钩住打结的钢绞线2；钢绞线2与电机4相连，保证施工过程中钢绞线2顺利回收。
36.所述轨道定位系统包括：用于将排水板1引入土体的方形箱5；方形箱5左侧和右侧对称开设有三对开槽，三对开槽由上到下依次为第一开槽6，第二开槽7和第三开槽8；方形箱内部左侧及右侧分别设有用于改变排水板方向的三对滚筒，所述三对滚筒由上到下依次为第一滚筒9，第二滚筒10和第三滚筒11；方形箱前后侧壁顶部分别设有两个三角形支架，支架上架设有用于将排水板1穿出顶面的第四滚筒12，第五滚筒13及第六滚筒14。
37.方形箱5外设有真空系统，包括蝶形接头15、真空管和真空泵17；所述蝶形接头15用于将铺设后被剪断的排水板1相连；真空管用于连接蝶形接头15，真空管16形成管网后与真空泵17相连。
38.如图5所示，本实施例中，蝶形接头15包括通水管以及对称设置在通水管中部的翼板；翼板与通水管的连接处设有数根加强筋，翼板为塑料空体且远离通水管的一侧开口，翼板上开设有数个固定孔，通水管靠近两端开口处的外壁设有螺纹。
39.本实施例中，第一开槽6、第二开槽7、第三开槽8尺寸大小与排水板横截面尺寸大小匹配，方便排水板进出方形箱，同时可减少淤泥进入方形箱内
40.如图6所示，本实施例中，第一滚筒9，第二滚筒10和第三滚筒11宽度大于水平排水板1宽度，其两端设有凸起，以防止排水板1在牵引过程中脱离预定路线；
41.本实施例中，滚筒底部与开槽顶部对齐，防止排水板1通过开槽进入方形箱5后发生位移而不能沿滚筒改变路径以及防止排水板1离开滚筒后发生位移而不能准确离开开槽；
42.本实施例中，第一滚筒9，第二滚筒10，第三滚筒11位于不同列，保证每一层水平排水板1施工过程中互不干扰，保证施工的快速进行；
43.参照图1-5所示，本实施例还提供一种采用上述真空预压法水平排水板铺设系统的现场施工方法，包括如下步骤：
44.步骤1、施工系统准备：首先根据需要处理的地基面积及处理深度，确定、所需的方形箱1数量(本实施例中方形箱的数量为三个，如图1和2所示，三个方形箱完全相同)、排水板1长度、钢绞线2长度、弹簧扣3数目、蝶形接头15数目、真空管16长度及真空泵17数量。根据地基处理需要，将各方形箱等间距放置于地基表面等待下一步处理。
45.步骤2、系统组装：将一条钢绞线2穿过第一个方形箱1左侧的第一开槽6，然后绕过左侧的第一滚筒9后向上通过方形箱顶部，绕过支架上的第四滚筒12后向下绕过右侧的第一滚筒9最后从该方形箱右侧第一开槽6穿出；所述钢绞线2以相同的方式穿过后续的各个方形箱5并最终与电机4相连；
46.以相同的同理，将另一条钢绞线2穿过第一个方形箱5左侧第二开槽7、左侧第二滚筒10、第五滚筒13、右侧第二滚筒10、右侧第二开槽7；该钢绞线2以相同的方式穿过后续的各个方形箱5并最终与电机4相连；
47.以相同的将第三条钢绞线2穿过第一个方形箱5左侧第三开槽8、左侧第三滚筒11、第六滚筒14、右侧第三滚筒11、右侧第三开槽8；该钢绞线2以相同的方式穿过后续的各个方形箱5并最终与电机4相连；
48.步骤3、排水板铺设：将串连的方形箱5放入淤泥中，保证方形箱5顶部没入淤泥且第四滚筒12，第五滚筒13和第六滚筒14露出淤泥表面。打开电机4回收钢绞线2，排水板1随排水板牵引系统在各方形箱间水平铺设至钢绞线2回收完毕；将各方形箱5顶部露出的排水板剪断，用蝶形接头15连接。这样的排水板布置形式避免了传统竖向排水板真空预压施工过程中排水板发生弯折现象而导致的地基加固不充分的问题，进一步缩短了真空预压地基处理的施工时间。
49.步骤4、真空系统连接：使用真空管16将各蝶形接头15连接，形成管网后与真空泵17相连。
50.步骤5、真空预压施工：在地基表面依次铺设砂垫层，土工布、真空膜，开挖密封沟并将真空膜四周密封；启动真空泵17，监测地基处理过程中的沉降及装置气密性。
51.步骤6、方形箱回收：地基处理完毕后，拆除蝶形接头15与排水板1的连接，回收埋设于地基内的方形箱5。
52.本实施例操作简单易行，可重复使用，应用范围广，突破了传统水平排水板施工时必须先铺设后吹填泥浆的技术限制，为吹填淤泥水平排水板真空预压施工提供了一种合适
的施工系统；施工成本低，运用的都是简单且常见的工地设备，大大降低了施工装置安装难度，能够实现高自动化程度水平排水板铺设。
53.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
技术特征：1.一种真空预压法水平排水板铺设系统，包括排水板牵引系统、轨道定位系统和真空系统；所述排水板牵引系统包括：用于牵引排水板的打结的钢绞线、用于连接排水板和钢绞线的弹簧扣、用于提供动力的电机；弹簧扣一端与排水板上的孔相连，另一端钩住打结的钢绞线；钢绞线与电机相连，保证施工过程中钢绞线顺利回收；所述轨道定位系统包括：用于将排水板引入土体的方形箱；所述方形箱左侧和右侧对称开设有三对开槽，所述三对开槽由上到下依次为第一开槽、第二开槽和第三开槽；方形箱内部左侧及右侧对称设有用于改变排水板方向的三对滚筒，所述三对滚筒由上到下依次为第一滚筒、第二滚筒和第三滚筒；方形箱前后侧壁顶部分别设有两个三角形支架，支架上架设有用于改变排水板方向的第四滚筒、第五滚筒及第六滚筒；所述真空系统位于方形箱外，其包括蝶形接头、真空管和真空泵；所述蝶形接头用于将铺设后被剪断的排水板相连；所述真空管用于连接蝶形接头，真空管形成管网后与真空泵相连。2.根据权利要求1所述的一种真空预压法水平排水板铺设系统，其特征在于，所述第一开槽、第二开槽、第三开槽尺寸大小与排水板横截面尺寸大小匹配，方便排水板进出方形箱，同时可减少淤泥进入方形箱内。3.根据权利要求1所述的一种真空预压法水平排水板铺设系统，其特征在于，所述第一滚筒、第二滚筒和第三滚筒宽度大于排水板宽度，第一滚筒、第二滚筒和第三滚筒两端设有凸起，以防止排水板在牵引过程中脱离预定路线。4.根据权利要求1所述的一种真空预压法水平排水板铺设系统，其特征在于，所述第一滚筒底部与第一开槽顶部对齐，第二滚筒底部与第二开槽顶部对齐，第三滚筒底部与第三开槽顶部对齐，防止排水板通过开槽进入方形箱后发生位移而不能沿滚筒改变路径；以及防止排水板离开滚筒后发生位移而不能准确离开开槽。5.根据权利要求1所述的一种真空预压法水平排水板铺设系统，其特征在于，所述第一滚筒、第二滚筒、第三滚筒位于不同列，保证每一层水平排水板施工过程中互不干扰，保证施工的快速进行。6.根据权利要求1所述的一种真空预压法水平排水板铺设系统，其特征在于，所述蝶形接头包括通水管以及对称设置在通水管中部的翼板；翼板与通水管的连接处设有数根加强筋，翼板为塑料空体且远离通水管的一侧开口，翼板上开设有数个固定孔，通水管靠近两端开口处的外壁设有螺纹。7.一种根据权利要求1所述的真空预压法水平排水板铺设系统的现场施工方法，包括如下步骤：步骤1、施工系统准备：首先根据需要处理的地基面积及处理深度，确定所需的方形箱数量、排水板长度、钢绞线长度、弹簧扣数目、蝶形接头数目、真空管长度及真空泵数量；根据地基处理需要，将各方形箱等间距放置于地基表面等待下一步处理；步骤2、系统组装：将一条钢绞线穿过第一个方形箱左侧的第一开槽，然后绕过左侧的第一滚筒后向上通过方形箱顶部，绕过支架上的第四滚筒后向下绕过右侧的第一滚筒最后从该方形箱右侧第一开槽穿出；所述钢绞线以相同的方式穿过后续的各个方形箱并最终与电机相连；
同理，将另一条钢绞线穿过第一个方形箱左侧第二开槽、左侧第二滚筒、第五滚筒、右侧第二滚筒、右侧第二开槽；该钢绞线以相同的方式穿过后续的各个方形箱并最终与电机相连；将第三条钢绞线穿过第一个方形箱左侧第三开槽、左侧第三滚筒、第六滚筒、右侧第三滚筒、右侧第三开槽；该钢绞线以相同的方式穿过后续的各个方形箱并最终与电机相连；步骤3、排水板铺设：将串连的方形箱放入淤泥中，保证方形箱顶部没入淤泥且第四滚筒，第五滚筒和第六滚筒露出淤泥表面；打开电机回收三条钢绞线，排水板随排水板牵引系统在各方形箱间水平铺设，直至钢绞线回收完毕；将各方形箱顶部露出的排水板剪断，使用蝶形接头将剪断的排水板相连；步骤4、真空系统连接：使用真空管将各蝶形接头连接，形成管网后与真空泵相连；步骤5、真空预压施工：在地基表面依次铺设砂垫层、土工布、真空膜，开挖密封沟并将真空膜四周密封；启动真空泵，监测地基处理过程中的沉降及装置气密性；步骤6、方形箱回收：地基处理完毕后，拆除蝶形接头与排水板的连接，回收埋设于地基内的方形箱。
技术总结本发明公开了一种真空预压法水平排水板铺设系统及其方法，系统包括排水板牵引系统、轨道定位系统和真空系统；排水板牵引系统包括钢绞线、弹簧扣和电机；轨道定位系统包括用于将排水板引入淤泥中的方形箱，方形箱前后两侧设有开槽，方形箱中设置有相同且对称的滚筒，方形箱顶部左右侧壁分别设有用于固定顶部三个滚筒的三角形支架，排水板与钢绞线相连，钢绞线穿过开槽绕过各滚筒再穿出开槽，通过牵引淤泥中的钢绞线实现真空预压排水板水平铺设。上述施工系统及施工方法突破了传统水平排水板施工时必须先铺设排水板后吹填泥浆的技术限制，能够进一步提高真空预压施工现场水平排水板铺设效率，缩短真空预压地基处理工期，降低施工成本。低施工成本。低施工成本。
技术研发人员：孙宏磊 翁振奇 何自立 俞子逸 张甲峰
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：2022.05.05
技术公布日：2022/7/5
