CN105484229B - 适用于水域软基的上覆泥层密封真空预压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于水域软基的上覆泥层密封真空预压方法，步骤如下：安置围埝，打设排水板，铺第一层土工布，铺砂垫层，铺第二层土工布，铺设密封用泥层，连接真空装置，抽真空。其优越性在于，可用于水域软基的地基处理，且施工过程中全部操作都可以在水下进行，同时还解决了水下铺膜困难这一问题。另外，用泥封代替膜封，若出现漏气现象时，只需局部补泥或者通过涂抹泥层来封堵缺口即可。该方法还可以省去塑料膜，使用疏浚产生的泥来进行工程施工，即经济又环保。本发明可用于处理水深较大的水域软基处理，涉及诸如码头岸坡稳定、围埝安置、桶形基础安置等问题，具有广阔的应用前景和重要的工程意义。
Description
技术领域
本发明属于土木工程地基与基础的水下软基处理技术领域，尤其涉及一种上覆泥层密封的水域软基真空预压方法。
背景技术
自1953年我国引进真空预压技术至今，陆上真空预压方法已逐渐发展成为软粘土地基处理的有效手段之一。成熟的真空预压加固软土方法目前已广泛应用于水利、港口、公路等工程领域，取得了令人满意的效果，也带来了巨大的经济效益和社会效益。在天津滨海地区，海岸和海底覆盖着大量的软粘土，因其含水量高、强度低，难以在其上部直接进行工程项目施工。在天津滨海地区覆盖着深厚的软粘土层，其中新近沉积的淤泥和淤泥质粘土占很大部分，因其强度极低、含水量大、压缩性大、颗粒细小等特点，给工程项目施工带来很大困难。另外，在软粘土上施工，有可能会对周围的建筑设施产生严重的影响。天津港地区的工程全都和软粘土地基相关，因而容易出现因软粘土地基施工而产生下述问题：
(1)码头岸坡稳定方面。在软粘土地基中进行水下开挖施工时，岸坡会受到卸荷作用影响。软粘土本身容易因外部扰动而产生较大变形，在水下更是容易移动。在卸荷作用影响下，坡度较陡且未经加固的岸坡容易产生滑坡现象，从而对周围的码头建筑设施产生很大影响，甚至会出现安全事故。
(2)围埝安置方面。在未经加固的软粘土上进行围埝安置时，因为软粘土具有很大的压缩性，有可能会出现因沉降过大而导致围埝无法达到预定标高的情况，或者因围埝自重过大而发生倾覆等问题。如果为了避免上述问题而将围埝断面设计得很大，不仅会使造价增加，还会因为围埝增大带来施工难度增加、占地面积过大、工期延长等问题。
(3)桶形基础安置方面。桶形基础通常体积大、自重大，需要地基土具有一定的强度。若土体强度较低，桶形基础进行安置时会出现桶形基础的偏移、歪斜甚至倾覆失稳。
对上述问题而言，真空预压无疑是天津滨海地区进行地基处理的有效方法之一。随着工程涉及地域范围的增加，许多工程项目都逐渐扩展到了水下和海底，如港口工程和海洋工程等。这些工程需要在水下进行，因此海底的软弱地基土必须达到承载要求，处理这些地基土也需要在水下进行。这就对水下地基加固提出了新的要求。
然而，加固海底软基的水下真空预压方法虽提出已久，但至今在实际工程中仍未取得过良好的效果。目前，水下真空预压所能应用的工程地段仅局限于潮间带内，涨潮时进行打设排水板的施工，落潮时进行铺膜密封等工作。这种施工方法，一方面是施工时间的选择上有一定的限制，需要等待涨潮和落潮发生；另一方面是工序比较复杂，打设排水板必须有水，船才能进行工作，而铺膜时又必须要求干环境。显然，现有的水下真空预压技术难以满足全程处于水下的工程项目的需求。
水域软基水下真空预压技术的一大难点是水下密封。就目前技术而言，若直接在水下进行铺膜，主要存在两方面的问题：一方面是塑料膜会在水的浮力作用下浮起，难以与水下土体表面贴合；另一方面是大面积的预压处理区域难以一次完成铺膜，只能分区域进行铺膜，但是采取分区域铺膜的方式处理，膜与膜之间的粘结在水下又难以实现。
发明内容
针对现有技术中水下真空预压铺膜困难的问题，本发明提供一种适用于水域软基的上覆泥层密封真空预压方法，采用泥封法代替塑料膜密封。泥封法是在待处理地基土表面铺上一定厚度的泥，将待处理土体与土体上部水和空气隔离开，以此代替塑料膜来进行密封，然后再进行真空预压。泥封法不仅能够解决水下铺膜难的问题，而且真空预压完成之后，密封用的泥也可作为地基土的一部分，相对塑料膜而言更加环保节能。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种适用于水域软基的上覆泥层密封真空预压方法，包括以下步骤：
步骤1、在水域软基上划定待加固区域，在水域软基上沿所述待加固区域的周边安置围埝，所述围埝由自下而上堆叠的至少三层充灌袋构成，所述充灌袋内填充有砂或粉土；自下而上堆叠的多层充灌袋的截面宽度是依次变窄的，其中，最下层充灌袋的截面宽度为3.0～3.5m，最上层充灌袋的截面宽度为2.0m，每层充灌袋的厚度均为0.3～0.5m，多层充灌袋沿截面宽度对称放置；所述围埝的顶面比待加固区域的土体表面至少高出1.5m；
步骤2、使用插板船进行水上插板施工，插板区域是自待加固区域再向外延伸3～4m所形成的区域；插板区域内插入有塑料排水板，所述塑料排水板按照梅花型布局，相邻塑料排水板的间距为1m，所述塑料排水板的顶部高于待加固土层表面，塑料排水板的插入深度根据待加固土层底下的一层土体的渗透性不同，有以下两种情形：一种是：待加固土层底下的一层土体为渗透性较强的透水层，塑料排水板的插入深度比待加固土层的厚度小2m；另一种是：待加固土层底下一层土体为不透水层，则塑料排水板的插入深度与待加固土层的厚度相同；
步骤3、在待加固区域的土体上面铺设第一层土工布，所述第一层土工布上按照所述塑料排水板的布局位置预留多个孔洞，每个孔洞的大小、形状与塑料排水板的横截面相同，在第一层土工布上面铺设厚度为300mm的砂垫层，此时，所述塑料排水板的顶部从第一层土工布上的孔洞穿出，并插入所述砂垫层10cm；在砂垫层的铺设过程中埋设水平排水滤管，所述水平排水滤管埋入砂垫层的深度至少为150mm；所述水平排水滤管连接有多条引接至水面上的引水管；
步骤4、在所述砂垫层上面铺设第二层土工布，所述第二层土工布上预留有用于引水管穿出的孔洞；
步骤5、利用泥浆泵和输泥管在第二层土工布上铺设密封泥层；该密封泥层的吹填厚度为0.5～1.0m；该密封泥层所用泥的含水量为70％-80％、塑性指数Ip大于17；填满围埝内的区域后用整平滚筒进行粗整平；
步骤6、在引水管的管口上连接包含有射流泵的真空装置，启动射流泵，开始施加真空荷载，在抽真空过程中，一旦发现密封泥层出现开裂、漏气现象，则及时进行补泥和涂抹，将裂缝封堵住。
进一步讲，步骤1中，围埝由自下而上堆叠的三层充灌袋构成，最下一层充灌袋的截面宽度为3.0m，厚度0.5m；中间一层充灌袋的截面宽度为2.5m，厚度0.5m；最上一层充灌袋的截面宽度为2.0m，厚度0.5m。
步骤3中，铺设第一层土工布的铺设方法为：先将土工布浸湿，置于待加固区域水下，拉动土工布的四个角将土工布展平，覆盖于待加固区域的土体表面，土工布的覆盖面积超出待加固区域土体表面的边缘2～3m。所述第一层土工布为单层土工布或是由层叠的多层土工布构成。将待加固区域划分为若干小区域，每一小区域内均有1条引接至水面上的引水管。
步骤3中，所述水平排水滤管包括由弯头、三通或四通相连的网格状PVC管道，所述PVC管道的管壁上设有若干通孔，在所述PVC管道的外壁上用土工织物包裹捆扎形成滤水层；网格状PVC管道的横向间距为6～7m，纵向间距为30～40m。
步骤4中，第二层土工布的铺设方法与第一层土工布的铺设方法相同。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
将水下真空预压技术能用于工程之中，不仅能够提高工程的成功率，还能大大节约施工成本和使用成本。在岸坡稳定、围埝安置、桶形基础安置等工程中，软弱地基土强度提高之后，一方面能够提供足够的承载力，提高结构物的稳定性和安全性，另一方面能够降低工程施工、使用、维护各个方面的成本。工程成功率和结构稳定性提高了，可以减少因为返工和补救措施而增加的费用。另外，地基土强度提高后，所需的结构物尺寸、数量都可以有所减少，这也可以节约不少成本，从而提高经济效益。
附图说明
图1是本发明适用于水域软基的上覆泥层密封真空预压方法中围埝截面示意图；
图2是采用本发明上覆泥层密封真空预压方法施工后的地基的立面图；
图3是图2中所示塑料排水板布置平面图；
图4是图2中所示水平排水滤管的局部平面图。
图中：1-充灌袋，2-待加固区域，3-密封泥层，4-砂垫层，5-水平排水滤管，61-第一层土工布，62-第二层土工布，7–塑料排水板，8-弯头，9-三通，10-四通。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
本发明提出的一种适用于水域软基的上覆泥层密封真空预压方法，为水域软基处理提供一种运用新型密封技术的水下真空预压加固方式，具体步骤如下：
安置围埝：在水域软基上划定待加固区域2，在水域软基上沿所述待加固区域2的周边安置一圈围埝，从而将加固区域划出来，安置围埝的目的在于，防止吹填的密封用泥被水流冲走。
对于所安置的围埝有以下要求：所述围埝由自下而上堆叠的至少三层充灌袋1构成，所述充灌袋1内填充有砂或粉土；自下而上堆叠的多层充灌袋1的截面宽度是依次变窄的，其中，最下层充灌袋的截面宽度为3.0～3.5m，最上层充灌袋的截面宽度为2.0m，每层充灌袋1的厚度均为0.3～0.5m，多层充灌袋1沿截面宽度对称放置；所述围埝的顶面比待加固区域2的土体表面(即水域软基的表面)至少高出1.5m。
如图1所示，本实施例中，围埝由自下而上堆叠的三层充灌袋1构成，最下一层充灌袋1的截面宽度为3.0m，厚度0.5m；中间一层充灌袋1的截面宽度为2.5m，厚度0.5m；最上一层充灌袋1的截面宽度为2.0m，厚度0.5m。
打设塑料排水板7：围埝建好之后，使用水上插板船进行水上插板施工，水上插板船由一艘400t自行方驳和4台门架式插板机组成，方驳沿船长方向上每侧安置两台插板机。插板区域四周应比加固区域稍大一些，即插板区域是自待加固区域2再向外延伸3～4m所形成的区域；水上打设塑料排水板时，使用定位标结合船上拉测绳的方式进行定位。定位的步骤主要是：
(1)将两个定位标放置在插板地点的两侧；
(2)将插板船调节至与两个定位标呈三点一线的位置；
(3)利用测绳测量船与定位标间的距离，以此调整船位，将船调整至插板的目标点。
塑料排水板7定位的偏差应小于20mm，打设设备定位偏差应小于50mm。插板区域内插入的塑料排水板7的布置形式为间距1m，梅花型布置，相邻塑料排水板7的间距为1m，其顶部高于待加固土层表面，其插入深度根据待加固土层底下的一层土体的渗透性不同，有以下两种情形：一种是：待加固土层底下的一层土体为渗透性较强的透水层，如粉土、粉砂层，则该塑料排水板7的打设深度应小于待加固土层厚度约2m；另一种是：待加固土层底下一层土体为不透水层，则塑料排水板7的打设深度与待加固土层的厚度相同，即打穿待加固土层。由于插板区域边缘超出加固区域边缘3～4m，塑料排水板应在加固区域边缘外再打设三排。
铺第一层土工布61：塑料排水板打设完毕后，进行第一层土工布61的铺设施工。所述第一层土工布61上按照所述塑料排水板7的布局位置预留多个孔洞，每个孔洞的大小、形状与塑料排水板7的横截面相同，以便供塑料排水板7的顶部穿出，在待加固区域2的土体上面铺设第一层土工布61，铺设第一层土工布61的目的在于，将待加固土体与之后铺设的砂垫层4分隔开，防止砂垫层4混入待加固土体而模糊了两层土之间的界线，影响加固效果。铺设第一层土工布61的铺设方法为：先将土工布浸湿，置于待加固区域2水下，使用4艘船拉动土工布的四个角向四周拉动，将土工布展平，覆盖于待加固区域2的土体表面，保证土工布将待加固土体表面全部覆盖，边缘部分还应预留2～3m的量，即土工布的覆盖面积超出待加固区域土体表面的边缘2～3m。若单层土工布的厚度较小，可酌情增加层数。
铺砂垫层4：第一层土工布61铺设完毕之后，进行砂垫层4的施工，即在第一层土工布61上面铺设厚度为300mm的砂垫层4，铺设后，所述塑料排水板7的顶部从第一层土工布61上的孔洞穿出，并插入所述砂垫层4 10cm，在砂垫层4的铺设过程中需要埋设水平排水滤管5，铺设砂垫层4分两步进行：第一步，先铺设100mm的砂层，整平之后，铺设水平排水滤管5；第二步，水平排水滤管5铺设完毕之后，再铺上剩余的砂层。两次铺设的砂垫层4的总厚度为300mm，同时应保证水平排水滤管5埋入砂垫层4的深度在150mm以上。本实施例中的水平排水滤管5使用PVC硬塑料管或波纹管，在PVC管壁上打上若干小孔，外壁用土工织物做滤水层，并包裹住整个管壁，捆扎结实，使水平排水滤管5只能透水不能透砂。PVC管按网格状布置形成网格状的水平排水滤管，如图4所示，网格状的水平排水滤管的横向间距为6～7m，纵向间距为30～40m。PVC管的连接处使用弯头8、三通9和四通口10相连，并从水平排水滤管上设有引出至水面之上的塑料管，以便在后续抽真空操作时与真空射流泵相连接，从而使水平排水滤管5与真空装置连成一个整体。
铺第二层土工布62：所述第二层土工布62上预留有孔洞，以便与水平排水滤管相连的引水管件穿出，铺设第二层土工布62的目的在于，将砂垫层4与用于密封的泥层分隔开，防止密封用泥混入砂垫层4而影响抽真空效果。砂垫层4施工完毕后，进行第二层土工布62的铺设施工，铺设方式与上述铺设第一层土工布61的铺设方法相同。
铺设密封泥层3：本发明密封时，使用泥层代替现有技术的塑料膜进行施工，对于密封用泥有如下要求：其吹填厚度为0.5～1.0m，含水量为70％-80％、塑性指数Ip大于17；泥的状态为既有流动性又有一定的稠度，不能太稀；而且不同地区的海域酌情使用不同的泥，通常是以粘土为主。待第二层土工布62铺设完毕之后，采用泥浆泵和输泥管进行密封泥层的铺设。泥浆泵安装在方驳上，连接上输泥管之后，将输泥管放置到需要吹填泥层的区域，启动泥浆泵，将准备好的泥均匀吹填到待加固区域2。所吹填的泥层厚度应大于0.8m，但泥层表面标高不能超过围埝顶部标高，填满整个待加固区域2，即填满由之前建好的围埝所划分出的区域。吹填完毕之后，用整平滚筒进行粗整平。
连接真空装置，抽真空：密封泥层3铺设完毕之后，将自水平排水滤管5引出的引水塑料管与真空装置相连接，真空装置主要包括射流泵，射流泵泵体由射流器、射流箱和离心泵组成，射流泵上装有密封阀和止回阀。由于每套真空装置可抽真空的范围为800～1200m2，因此，将待加固区域划分为若干小区域，在所述水平排水滤管5上通过连接有多条引接至水面上的引水塑料管，使得每一小区域内均有1条引接至水面上的引水塑料管，从而可以在每一小区域使用一套真空装置来施加真空荷载。安装真空装置之前，先在每一小区域内搭设铁架，用于放置真空装置。铁架重量不宜过重，应在保证稳定的基础上尽量减小自重。铁架安装完成之后，将射流泵安装在铁架上，再将预先从水平排水滤管5上引出的引水塑料管与射流泵相连接。引水塑料管与射流泵相连时，应保证接口结实不漏气。连接完毕之后，启动射流泵，开始施加真空荷载。抽真空过程中，注意检查密封用的泥层是否出现开裂、漏气的现象。若出现上述现象时，应及时进行补泥和涂抹，将裂缝封堵住，防止因漏气影响抽真空效果。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (7)
1.一种适用于水域软基的上覆泥层密封真空预压方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在水域软基上划定待加固区域(2)，在水域软基上沿所述待加固区域(2)的周边安置围埝，所述围埝由自下而上堆叠的至少三层充灌袋(1)构成，所述充灌袋(1)内填充有砂或粉土；自下而上堆叠的多层充灌袋(1)的截面宽度是依次变窄的，其中，最下层充灌袋的截面宽度为3.0～3.5m，最上层充灌袋的截面宽度为2.0m，每层充灌袋(1)的厚度均为0.3～0.5m，多层充灌袋(1)沿截面宽度对称放置；所述围埝的顶面比待加固区域(2)的土体表面至少高出1.5m；
步骤2、使用插板船进行水上插板施工，插板区域是自待加固区域(2)再向外延伸3～4m所形成的区域；插板区域内插入有塑料排水板(7)，所述塑料排水板(7)按照梅花型布局，相邻塑料排水板(7)的间距为1m，所述塑料排水板(7)的顶部高于待加固土层表面，塑料排水板(7)的插入深度根据待加固土层底下的一层土体的渗透性不同，有以下两种情形：一种是：待加固土层底下的一层土体为渗透性较强的透水层，塑料排水板(7)的插入深度比待加固土层的厚度小2m；另一种是：待加固土层底下一层土体为不透水层，则塑料排水板(7)的插入深度与待加固土层的厚度相同；
步骤3、在待加固区域(2)的土体上面铺设第一层土工布(61)，所述第一层土工布(61)上按照所述塑料排水板(7)的布局位置预留多个孔洞，每个孔洞的大小、形状与塑料排水板(7)的横截面相同，在第一层土工布(61)上面铺设厚度为300mm的砂垫层(4)，此时，所述塑料排水板(7)的顶部从第一层土工布(61)上的孔洞穿出，并插入所述砂垫层(4)10cm；在砂垫层(4)的铺设过程中埋设水平排水滤管(5)，所述水平排水滤管(5)埋入砂垫层(4)的深度至少为150mm；所述水平排水滤管(5)连接有多条引接至水面上的引水管；
步骤4、在所述砂垫层(4)上面铺设第二层土工布(62)，所述第二层土工布(62)上预留有用于引水管穿出的孔洞；
步骤5、利用泥浆泵和输泥管在第二层土工布(62)上铺设密封泥层；该密封泥层的吹填厚度为0.5～1.0m；该密封泥层所用泥的含水量为70％-80％、塑性指数Ip大于17；填满围埝内的区域后用整平滚筒进行粗整平；
步骤6、在引水管的管口上连接包含有射流泵的真空装置，启动射流泵，开始施加真空荷载，在抽真空过程中，一旦发现密封泥层出现开裂、漏气现象，则及时进行补泥和涂抹，将裂缝封堵住。
2.根据权利要求1所述适用于水域软基的上覆泥层密封真空预压方法，其特征在于：步骤1中，围埝由自下而上堆叠的三层充灌袋(1)构成，最下一层充灌袋(1)的截面宽度为3.0m，厚度0.5m；中间一层充灌袋(1)的截面宽度为2.5m，厚度0.5m；最上一层充灌袋(1)的截面宽度为2.0m，厚度0.5m。
3.根据权利要求1所述适用于水域软基的上覆泥层密封真空预压方法，其特征在于：步骤3中，铺设第一层土工布(61)的铺设方法为：先将土工布浸湿，置于待加固区域(2)水下，拉动土工布的四个角将土工布展平，覆盖于待加固区域(2)的土体表面，土工布的覆盖面积超出待加固区域土体表面的边缘2～3m。
4.根据权利要求1所述适用于水域软基的上覆泥层密封真空预压方法，其特征在于：所述第一层土工布(61)为单层土工布或是由层叠的多层土工布构成。
5.根据权利要求1所述适用于水域软基的上覆泥层密封真空预压方法，其特征在于：步骤3中，将待加固区域划分为若干小区域，每一小区域内均有1条引接至水面上的引水管。
6.根据权利要求1所述适用于水域软基的上覆泥层密封真空预压方法，其特征在于：步骤3中，水平排水滤管(5)包括由弯头(8)、三通(9)或四通(10)相连的网格状PVC管道，所述PVC管道的管壁上设有若干通孔，在所述PVC管道的外壁上用土工织物包裹捆扎形成滤水层；网格状PVC管道的横向间距为6～7m，纵向间距为30～40m。
7.根据权利要求1所述适用于水域软基的上覆泥层密封真空预压方法，其特征在于：步骤4中，第二层土工布(62)的铺设方法与第一层土工布(61)的铺设方法相同。
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