CN109281310A - 一种水下真空预压系统及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水下真空预压系统及其施工方法，该系统包括水下土体排水系统、密封系统及真空抽水系统，真空抽水系统包括位于水面以下的真空气水分离箱以及真空泵和抽水泵，真空气水分离箱具有一箱体，箱体上部设有进水口，箱体顶部设有抽气口，箱体底部设有抽水口，水平排水管路通过位于密封系统外的管路连接至真空气水分离箱的进水口，真空泵通过真空管连接抽气口，抽水泵通过水管连接抽水管。本发明将水下真空预压技术用于工程之中，采用了真空气水分离箱能够将水下土体中一起抽出的水与气体进行分离，有效实现出水和出气的两个通道，保证抽水泵和真空泵的高效运转及效率。

Description

一种水下真空预压系统及其施工方法
技术领域
本发明一种工艺技术及与该技术配套的装置，尤其是与水下真空预压或真空预压有关的工艺技术装置。
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社会效益。
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，一方面是施工实际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。显然难以满足全程处于水下的工程项目的需求。
发明内容
本发明的第一目的旨在弥补现有技术的不足，提供一种能有效进行水下真空预压的系统，对于海底淤泥的地基处理加固可降低施工成本及缩短工期。
本发明的第一目的通过以下技术方案实现：一种水下真空预压系统，其特征在于包括：水下土体排水系统、密封系统及真空抽水系统，所述水下土体排水系统包括竖向排水板、水平排水管路、铺设于水平排水管路下方的垫底砂层及填充水平排水管路空隙并覆盖水平排水管路上表面的填充砂层，竖向排水板板头与水平排水管路相连，竖向排水板板体贯穿过垫底砂层延伸至待加固地基土体内的设计标高；所述密封系统包括覆盖于水平排水管路及填充砂层上方的密封膜，密封膜的周边被压实；所述真空抽水系统包括位于水面以下的真空气水分离箱以及真空泵和抽水泵，真空气水分离箱具有一箱体，箱体上部设有进水口，箱体顶部设有抽气口，箱体底部设有抽水口，水平排水管路通过位于密封系统外的管路连接至真空气水分离箱的进水口，真空泵通过真空管连接抽气口，抽水泵通过水管连接抽水管。
具体地来说，所述密封膜周边挖有凹槽，凹槽内填充有用袋装土压于密封膜上。
进一步地，所述密封膜上还承载有膜上水体。
具体来说，水平排水管路包括相互连通的纵向排水管及横向排水管。
优选地，所述纵向排水管为排水滤管，所述横向排水管为排水主管，排水主管采用柔性螺纹管，排水滤管和排水主管外均用无纺布包裹。
优选地，所述水下真空预压系统还包括用于监测并确保真空气水分离箱内水位低于其进水口的孔隙水压计，孔隙水压计埋设于真空膜下的土体中。
本发明的另一目的在于提供一种有效进行水下真空预压的施工方法，其通过以下技术方案实现：一种水下真空预压施工方法，其采用如上任一所述的水下真空预压系统并按如下步骤实施：
(1)打设竖向排水板、铺设水平排水管路、铺设砂垫层，连接好水下土体排水系统；
(2)铺设密封膜，周边压膜；
(3)连接真空抽水系统；
(4)启动抽真空设备，实时监控土体排水固结状态。
(5)当固结度达到设计要求时，停止抽真空。
具体地来说，所述的施工方法，其步骤(1)中先铺设垫底砂层，其厚度为于500mm；然后水上打设竖向排水板，使用插板船进行水上插板施工，竖向排水板打至设计底标高，且顶部高于待加固土层表面；接着铺设水平排水管路，并将其连通于真空气水分离箱；铺设填充砂层，填满水平排水管路间的空隙并覆盖水平排水管路表面。
当真空气水分离箱中水位高于四分之三水箱高时，开启抽水泵，低于四分之一水箱高时关闭抽水泵。
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用于工程之中，采用了真空气水分离箱能够将水下土体中一起抽出的水与气体进行分离，有效实现出水和出气的两个通道，保证抽水泵和真空泵的高效运转及效率。本发明的水下真空预压系统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。软弱地基土强度提高之后，能够提供足够的承载力，提高结构物的稳定性和安全性，还能降低工程施工、使用、维护各个方面的成本，从而提高经济效益。同时，本发明还能实时监控水下真空预压的土体排水量，从而知晓土体的固结程度及抽真空效果。
附图说明
图1为本发明的水下真空预压系统立面示意图。
图2为图1中的真空气水分离箱的示意图。
图3为图1中的水平排水层的布置示意图。
其中：1-排水板、2-水平主管、3-水平滤管、4-垫底砂层、5-密封膜、6-袋装土、7-连接螺纹管、8-真空气水分离箱、9-真空泵、10-抽水泵、11-水位线、12-船上或岸上、13-孔隙水压计、14-填充砂层、81-进水口、82-抽气口、83-抽水口、84-箱内水位线、85-底座、86-压力传感器、87-止回阀。
具体实施方式
本发明的水下真空预压系统如图1所示，包括：水下土体排水系统、密封系统及真空抽水系统，水下土体排水系统包括竖向排水板、水平排水管路、铺设于水平排水管路下方的垫底砂层及填充水平排水管路空隙并覆盖水平排水管路上表面的填充砂层，竖向排水板1板头与水平排水管路相连，竖向排水板板体贯穿过垫底砂层延伸至待加固地基土体内的设计标高。所述密封系统包括覆盖于水平排水管路及填充砂层上方的密封膜5，密封膜周边挖有凹槽，凹槽内填充有用袋装土6压于密封膜5上。密封膜上还可以承载有膜上水体。真空抽水系统包括位于水面以下的真空气水分离箱8、真空泵9及抽水泵10，真空气水分离箱8具有一箱体，箱体上部设有进水口81，箱体顶部设有抽气口82，箱体底部设有抽水口83，水平排水管路通过位于密封系统外的管路连接至真空气水分离箱的进水口81，真空泵通过真空管连接抽气口82，抽水泵通过水管连接抽水管83。
水平排水管路包括相互连通的纵向排水管及横向排水管。其纵向排水管为排水滤管，横向排水管为排水主管，排水主管采用柔性螺纹管，排水滤管和排水主管外均用无纺布包裹。
真空膜下的土体中预埋有孔隙水压计13，其作用是监测土体中的水位，以保证真空气水分离箱内的水位低于其进水口的孔隙水压计。
本发明的水下真空预压施工方法，按如下步骤实施：
清除待加固软基表面影响施工作业的杂物，并整平；
水下铺设垫底砂层4，使用运砂船抛砂，砂垫层厚度大于500mm；
水上打设塑料排水板1，使用插板船进行水上插板施工，塑料排水板打至设计底标高，且顶部高于待加固土层表面；
铺设水平主管2和水平滤管3；
水下铺设填空砂层14，使砂填满水平排水管路的管路空隙并在覆盖在水平排水管路表面；
水下铺设无纺布和密封膜5，密封膜采用0.3mm～0.6mm厚的聚氯乙烯薄膜粘结而成，铺膜采用船平铺膜工艺，密封膜的铺设范围超出加固区边界不少于5m。
加固区域周边用袋装土6压膜，使密封膜嵌入土体中；
将水平主管2通过出膜接头与可纵向压缩伸展的螺纹管7连接至真空气水分离箱8的进水口81，再由抽气口82连至真空泵设备9，抽水口83连至抽水泵10；当真空气水分离箱中水位(压力传感器监测)高于四分之三水箱高时，开启抽水泵，低于四分之一水箱高时关闭抽水泵；
抽真空至恒载结束，所述恒载是指设计要求的真空预压工期；
加固过程中监控真空气水分离箱的出水量。

Claims (9)

1.一种水下真空预压系统，其特征在于包括：水下土体排水系统、密封系统及真空抽水系统，所述水下土体排水系统包括竖向排水板、水平排水管路、铺设于水平排水管路下方的垫底砂层及填充水平排水管路空隙并覆盖水平排水管路上表面的填充砂层，竖向排水板板头与水平排水管路相连，竖向排水板板体贯穿过垫底砂层延伸至待加固地基土体内的设计标高；所述密封系统包括覆盖于水平排水管路及填充砂层上方的密封膜，密封膜的周边被压实；所述真空抽水系统包括位于水面以下的真空气水分离箱以及真空泵和抽水泵，真空气水分离箱具有一箱体，箱体上部设有进水口，箱体顶部设有抽气口，箱体底部设有抽水口，水平排水管路通过位于密封系统外的管路连接至真空气水分离箱的进水口，真空泵通过真空管连接抽气口，抽水泵通过水管连接抽水管。
2.根据权利要求1所述的水下真空预压系统，其特征在于：所述密封膜周边挖有凹槽，凹槽内填充有用袋装土压于密封膜上。
3.根据权利要求1所述的水下真空预压系统，其特征在于：所述密封膜上还承载有膜上水体。
4.根据权利要求1所述的水下真空预压系统，其特征在于：水平排水管路包括相互连通的纵向排水管及横向排水管。
5.根据权利要求4所述的水下真空预压系统，其特征在于：所述纵向排水管为排水滤管，所述横向排水管为排水主管，排水主管采用柔性螺纹管，排水滤管和排水主管外均用无纺布包裹。
6.根据权利要求1所述的水下真空预压系统，其特征在于：所述水下真空预压系统还包括用于监测并确保真空气水分离箱内水位低于其进水口的孔隙水压计，孔隙水压计埋设于真空膜下的土体中。
7.一种水下真空预压施工方法，其特征在于采用如权利要求1至6任一所述的水下真空预压系统并按如下步骤实施：
(1)打设竖向排水板、铺设水平排水管路、铺设砂垫层，连接好水下土体排水系统；
(2)铺设密封膜，周边压膜；
(3)连接真空抽水系统；
(4)启动抽真空设备，实时监控土体排水固结状态。
(5)当固结度达到设计要求时，停止抽真空。
8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于：步骤(1)中先铺设垫底砂层，其厚度为于500mm；然后水上打设竖向排水板，使用插板船进行水上插板施工，竖向排水板打至设计底标高，且顶部高于待加固土层表面；接着铺设水平排水管路，并将其连通于真空气水分离箱；铺设填充砂层，填满水平排水管路间的空隙并覆盖水平排水管路表面。
9.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于：当真空气水分离箱中水位高于四分之三水箱高时，开启抽水泵，低于四分之一水箱高时关闭抽水泵。
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