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一种水下软土地基快速预压固结装置及方法

阅读：108发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种水下软土地基快速预压固结装置及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种水下软土地基快速预压固结装置及方法，该装置包括：预压固结外壳，呈上端封闭、下端敞口的桶形；支撑板，沿径向水平设置在预压固结外壳内，以将预压固结外壳的内部空间分隔为上下两部分，且支撑板上布设有若干个输水孔；排水机构，设置在预压固结外壳内，且排水机构的出水端伸入预压固结外壳的上部空间；单向阀，设置在排水机构上；集水管，集水管的一端与预压固结外壳的上部空间连接，集水管的另一端与抽水/输水设备连接。本发明通过抽水系统使预压固结外壳内外产生水压力差作用在土体上，再通过排水系统使预压固结外壳内土体固结，可快速加固软弱土体，受海况影响小并且在处理完某区域地基后可以回收并重复利用，从而减少了成本。，下面是一种水下软土地基快速预压固结装置及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种水下软土地基快速预压固结装置，其特征在于，包括：
预压固结外壳(1)，呈上端封闭、下端敞口的桶形；
支撑板(2)，沿径向水平设置在预压固结外壳(1)内，以将所述预压固结外壳(1)的内部空间分隔为上下两部分，且所述支撑板(2)上布设有若干个输水孔(11)；
排水机构(3)，设置在所述预压固结外壳(1)内，且所述排水机构(3)的出水端伸入所述预压固结外壳(1)的上部空间；
单向阀(4)，设置在所述排水机构(3)上，用于保证水流仅能由所述预压固结外壳(1)的下部空间向上部空间单向流动；
集水管(5)，所述集水管(5)的一端与所述预压固结外壳(1)的上部空间连接，所述集水管(5)的另一端与抽水/输水设备连接。
2.根据权利要求1所述的水下软土地基快速预压固结装置，其特征在于，在所述预压固结外壳(1)的上部空间、排水机构(3)和集水管(5)内均填充有土工织物层(6)。
3.根据权利要求1所述的水下软土地基快速预压固结装置，其特征在于，所述排水机构(3)为排水管、排水板或排水格室。
4.根据权利要求3所述的水下软土地基快速预压固结装置，其特征在于，所述预压固结外壳(1)的侧壁下端和排水管的下端均设置为光滑的尖锐端，同时在所述排水管的管壁上沿高度方向开设有若干排水孔(12)。
5.根据权利要求1所述的水下软土地基快速预压固结装置，其特征在于，所述预压固结外壳(1)的内部空间通过沿轴向设置的分舱隔板(7)分隔为至少三个独立的平衡舱室，所述集水管(5)分别与各个所述平衡舱室的上部空间连通，且每个所述平衡舱室内均设置有所述排水机构(3)。
6.根据权利要求1所述的水下软土地基快速预压固结装置，其特征在于，该预压固结装置还包括水平控制机构，所述水平控制机构包括：
电磁阀(8)，多个电磁阀(8)分别安装在与各个所述平衡舱室的上部空间连通的所述集水管(5)上；
水平传感器(9)，安装在所述预压固结外壳(1)的顶壁上，且所述水平传感器(9)的中心与所述分舱隔板(7)的交叉中心重合；
嵌入式控制器(10)，亦安装在所述预压固结外壳(1)的顶壁上，且所述嵌入式控制器(10)的输入端与所述水平传感器(9)电连接，所述嵌入式控制器(10)的输出端分别与多个所述电磁阀(8)电连接。
7.根据权利要求1所述的水下软土地基快速预压固结装置，其特征在于，所述预压固结外壳(1)为圆柱型或棱柱型，所述预压固结外壳(1)和排水机构(3)的材质均为钢材，所述排水机构(3)可拆卸地安装在所述预压固结外壳(1)内。
8.一种水下软土地基快速预压固结方法，采用如权利要求1到7任一项所述的水下软土地基快速预压固结装置，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1：将预压固结装置拖放到待处理区域的某一位置，保持“桶”口向下、“桶”底在上的姿势将预压固结装置沉入水底，然后在自重的作用下该预压固结装置会插入土体一定深度；
步骤2：开启抽水设备，通过排水机构(3)抽出预压固结外壳(1)内的水，使预压固结外壳(1)的内外形成内小外大的压力差。
步骤3：在水压作用下，预压固结装置不断向下推进，当支撑板(2)接触到下方土体后，水压变为固结压力，继续抽水以完成下方软弱土体的固结；
步骤4：处理完当前位置的土体后，关闭抽水设备并开启输水设备，向预压固结装置内部输水，以使预压固结外壳(1)的内外形成内大外小的压力差，从而将预压固结装置从土体中拔出。
9.根据权利要求8所述的水下软土地基快速预压固结方法，其特征在于，在进行完步骤
4后，将预压固结装置拖放到下一待处理区域的位置，重复上述步骤1至步骤4，以实现预压固结装置的重复利用。
10.根据权利要求8所述的水下软土地基快速预压固结方法，其特征在于，在进行步骤2或步骤4时，水平传感器(9)实时监测预压固结装置在各个时刻的水平状态并将倾角信息发送至嵌入式控制器(10)，嵌入式控制器(10)根据倾角信息自动控制相应电磁阀(8)的开度，以控制各调压舱室的抽水或输水的速度，从而保证预压固结装置在下沉或上升过程中始终处于水平状态。

说明书全文

一种水下软土地基快速预压固结装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种水下地基处理装置及方法，具体是关于一种水下软土地基快速预压固结装置及方法，属于岩土工程和海洋工程领域。

背景技术

[0002] 随着国民经济的快速发展，很多工程涉及到了对水下地基的处理，如海上风力发电塔、跨江隧道或海上油气平台等。在岩土工程中，对水下地基的常用处理方法有换砂法、沉井法及桩基础法等，上述这些方法或者对水深有要求，或者无法全程处于水下施工，或者工期过长、投资过大。

[0003] 虽然水下预压法作为一种处理水下地基的方法提出已久，但目前在工程上并没有被广泛应用。例如已有发明专利申请“一种水下真空预压系统及其施工方法(CN201811095807.2)”和“水下真空预压加固软基技术方法(CN200610013264.6)”，其特点是利用大气压和上方水体的压力加快水下土体固结，以实现全程水下施工的目标，但缺点是不适用于深水作业，不能控制加固后地基的平整度；遇到渗透系数较大的土层时，吸水量过大，整个系统失效，会造成很大损失；密封和排水材料无法重复利用。

[0004] 目前，在现有技术中，尚未有能够广泛适用于不同水深、实现密封和排水材料重复利用以及经济快速的水下地基处理装置及方法，这在一定程度上制约了水下工程的发展和海洋资源的开发。

发明内容

[0005] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种适用性强并且可以重复利用的水下软土地基快速预压固结装置及方法。

[0006] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种水下软土地基快速预压固结装置，包括：预压固结外壳，呈上端封闭、下端敞口的桶形；支撑板，沿径向水平设置在预压固结外壳内，以将所述预压固结外壳的内部空间分隔为上下两部分，且所述支撑板上布设有若干个输水孔；排水机构，设置在所述预压固结外壳内，且所述排水机构的出水端伸入所述预压固结外壳的上部空间；单向阀，设置在所述排水机构上，用于保证水流仅能由所述预压固结外壳的下部空间向上部空间单向流动；集水管，所述集水管的一端与所述预压固结外壳的上部空间连接，所述集水管的另一端与抽水/输水设备连接。

[0007] 所述的水下软土地基快速预压固结装置，优选的，在所述预压固结外壳的上部空间、排水机构和集水管内均填充有土工织物层。

[0008] 所述的水下软土地基快速预压固结装置，优选的，所述排水机构为排水管、排水板或排水格室。

[0009] 所述的水下软土地基快速预压固结装置，优选的，所述预压固结外壳的侧壁下端和排水管的下端均设置为光滑的尖锐端，同时在所述排水管的管壁上沿高度方向开设有若干排水孔。

[0010] 所述的水下软土地基快速预压固结装置，优选的，所述预压固结外壳的内部空间通过沿轴向设置的分舱隔板分隔为至少三个独立的平衡舱室，所述集水管分别与各个所述平衡舱室的上部空间连通，且每个所述平衡舱室内均设置有所述排水机构。

[0011] 所述的水下软土地基快速预压固结装置，优选的，该预压固结装置还包括水平控制机构，所述水平控制机构包括：电磁阀，多个电磁阀分别安装在与各个所述平衡舱室的上部空间连通的所述集水管上；水平传感器，安装在所述预压固结外壳的顶壁上，且所述水平传感器的中心与所述分舱隔板的交叉中心重合；嵌入式控制器，亦安装在所述预压固结外壳的顶壁上，且所述嵌入式控制器的输入端与所述水平传感器电连接，所述嵌入式控制器的输出端分别与多个所述电磁阀电连接。

[0012] 所述的水下软土地基快速预压固结装置，优选的，所述预压固结外壳为圆柱型或棱柱型，所述预压固结外壳和排水机构的材质均为钢材，所述排水机构可拆卸地安装在所述预压固结外壳内。

[0013] 一种水下软土地基快速预压固结方法，采用上述的水下软土地基快速预压固结装置，该方法包括以下步骤：

[0014] 步骤1：将预压固结装置拖放到待处理区域的某一位置，保持“桶”口向下、“桶”底在上的姿势将预压固结装置沉入水底，然后在自重的作用下该预压固结装置会插入土体一定深度；

[0015] 步骤2：开启抽水设备，通过排水机构抽出预压固结外壳内的水，使预压固结外壳的内外形成内小外大的压力差。

[0016] 步骤3：在水压作用下，预压固结装置不断向下推进，当支撑板接触到下方土体后，水压变为固结压力，继续抽水以完成下方软弱土体的固结；

[0017] 步骤4：处理完当前位置的土体后，关闭抽水设备并开启输水设备，向预压固结装置内部输水，以使预压固结外壳的内外形成内大外小的压力差，从而将预压固结装置从土体中拔出。

[0018] 所述的水下软土地基快速预压固结方法，优选的，在进行完步骤4后，将预压固结装置拖放到下一待处理区域的位置，重复上述步骤1至步骤4，以实现预压固结装置的重复利用。

[0019] 所述的水下软土地基快速预压固结方法，优选的，在进行步骤2或步骤4时，水平传感器实时监测预压固结装置在各个时刻的水平状态并将倾角信息发送至嵌入式控制器，嵌入式控制器根据倾角信息自动控制相应电磁阀的开度，以控制各调压舱室的抽水或输水的速度，从而保证预压固结装置在下沉或上升过程中始终处于水平状态。

[0020] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明通过抽水系统使预压固结外壳内外产生水压力差作用在土体上使预压固结外壳内土体固结，可快速加固软弱土体，受海况影响小；并且在处理完某区域地基后后在通过输水系统向预压固结装置内部输水，以将预压固结装置从土体中拔出，从而可以回收并重复利用，从而减少了成本。2、本发明的预压固结装置下放的水深越大，则该预压固结装置可以利用的固结压力范围越大，因此受水深的限制小，适用性强。3、本发明可与水平控制联合使用以实现预压固结装置的智能调平，可很好地控制加固后地基的平整度。4、本发明的预压固结外壳可将待处理的地基限制在一定的范围，可防止地基侧胀；即使遇到渗透系数较大的土层，也可控制抽水量。附图说明

[0021] 图1是本发明预压固结装置的剖面示意图；

[0022] 图2是本发明预压固结装置的俯视图。

具体实施方式

[0023] 以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

[0024] 如图1、图2所示，本发明提供的水下软土地基快速预压固结装置，包括：预压固结外壳1，呈上端封闭、下端敞口的桶形；支撑板2，沿径向水平设置在预压固结外壳1内，以将预压固结外壳1的内部空间分隔为上下两部分，且支撑板2上开设有若干个输水孔11；排水管3(也可以是排水板或排水格室，本实施例以排水管为例进行说明)，多根排水管3沿轴向布置在预压固结外壳1内，且排水管3的上端贯穿支撑板2伸入预压固结外壳1的上部空间；单向阀4，设置在每根排水管3的上端，用于保证水流仅能由预压固结外壳1的下部空间向上部空间单向流动；集水管5，集水管5的一端与预压固结外壳1的上部空间连接，集水管5的另一端与抽水/输水设备(图中未示出)连接。

[0025] 在上述实施例中，优选的，在预压固结外壳1的上部空间、排水管3和集水管5内均填充有土工织物层6，以防止泥沙进入导致管道堵塞。

[0026] 在上述实施例中，优选的，预压固结外壳1的侧壁下端和排水管3的下端均设置为光滑的尖锐端，以减小插入土体时的阻力，同时在排水管3的管壁上沿高度方向开设有若干排水孔12。

[0027] 在上述实施例中，优选的，预压固结外壳1的内部空间通过沿轴向设置的“十”字型分舱隔板7分隔为四个独立的平衡舱室，集水管5分别与四个平衡舱室的上部空间连通，且每个平衡舱室内均设置有至少一根排水管3。

[0028] 在上述实施例中，优选的，预压固结装置还包括水平控制机构，该水平控制机构包括：电磁阀8，四个电磁阀8分别安装在与四个平衡舱室的上部空间连通的四根集水管5上；水平传感器9，安装在预压固结外壳1的顶壁上，且水平传感器9的中心与分舱隔板7的交叉中心重合；嵌入式控制器10，亦安装在预压固结外壳1的顶壁上，且嵌入式控制器10的输入端与水平传感器9电连接，嵌入式控制器10的输出端分别与四个电磁阀8电连接。由此，在抽水和输水的过程中，水平传感器9可以实时监测预压固结装置在各个时刻的水平状态并将倾角信息发送至嵌入式控制器10，嵌入式控制器10根据倾角信息自动控制相应电磁阀8的开度，以控制各平衡舱室的抽水或输水的速度，从而保证预压固结装置在下沉或上升过程中始终处于水平状态。

[0029] 在上述实施例中，优选的，预压固结外壳1为圆柱型或棱柱型，预压固结外壳1和排水管3的材质均为钢材。

[0030] 在上述实施例中，优选的，排水管3可拆卸地安装在预压固结外壳1内，以便于定期维护。

[0031] 基于上述实施例提供的水下软土地基快速预压固结装置，本发明还提出了一种水下软土地基快速预压固结方法，包括以下步骤：

[0032] 步骤1：将预压固结装置拖放到待处理区域的某一位置，保持“桶”口向下、“桶”底在上的姿势将预压固结装置沉入水底，然后在自重的作用下该预压固结装置会插入土体一定深度。由于预压固结外壳1是密封的，因此当其下端插入土体一定深度后，预压固结外壳1的内部就形成了一个相对密闭的空间。

[0033] 步骤2：开启抽水设备，通过排水管3抽出预压固结外壳1内的水，使预压固结外壳1的内外形成内小外大的压力差。

[0034] 步骤3：在水压作用下，预压固结装置不断向下推进，当支撑板2接触到下方土体后，水压变为固结压力，继续抽水以完成下方软弱土体的固结。

[0035] 步骤4：处理完当前位置的土体后，关闭抽水设备并开启输水设备，向预压固结装置内部输水，以使预压固结外壳1的内外形成内大外小的压力差，从而将预压固结装置从土体中拔出。

[0036] 在上述实施例中，优选的，在进行完步骤4后，可以将预压固结装置拖放到下一待处理区域的位置，重复上述步骤1至步骤4，从而可以实现预压固结装置的重复利用。

[0037] 在上述实施例中，优选的，在进行步骤2或步骤4时，水平传感器9实时监测预压固结装置在各个时刻的水平状态并将倾角信息发送至嵌入式控制器10，嵌入式控制器10根据倾角信息自动控制相应电磁阀8的开度，以控制各调压舱室的抽水或输水的速度，从而保证预压固结装置在下沉或上升过程中始终处于水平状态。

[0038] 上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

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