适用于水下淤泥环境的真空预压加固施工方法.pdf

本发明公开了一种适用于水下淤泥环境的真空预压加固施工方法，其包括如下施工步骤：铺设第一层砂被软体排；插板施工；铺设水平排水管路；铺设第二层砂被软体排；铺设土工无纺布和密封膜；进行加固区域周边密封系统施工；抽真空至恒载结束。本发明可高效解决内河、潮间带以及深海区工程建设中遇到的相关难题，如水下开挖工程和高桩码头的岸坡处理工程中开挖工作量大、施工工期长以及工程造价高；采用水上抛填块石、陆上推进法抛填堤心石或者爆炸排淤法回填块石等方法加固防坡堤基础施工时，石料用量大、工期长以及施工成本高；传统换填法施工时，淤泥挖填量大。

权利要求书
1.  一种适用于水下淤泥环境的真空预压加固施工方法，其特征在于依次按如下步骤 施工：
(1)清除待加固区域表面影响施工作业的杂物；
(2)采用水下铺排技术铺设第一层砂被软体排；
(3)采用水上插板装置进行插板施工，所述水上插板装置可戳穿第一层软件排 完成插设排水板工序；
(4)在陆上组装好由支管及主管连接而成的水平排水管路后，进行水下铺排操 作，将排水板板头与水平排水管路相连；
(5)采用水下铺排技术铺设第二层砂被软体排，使水平排水管路夹置于第一层 及第二层砂被软体排之间；
(6)水下依次铺设土工无纺布和密封膜；
(7)进行加固区域周边密封系统施工；
(8)将步骤4中水平排水管的主管通过出膜接头与抽真空设备连接；
(9)抽真空至恒载结束；
所述砂被软体排由多个充填砂袋分别从纵向和横向序贯连接拼接成整体并充填 有砂浆，所述充填砂袋采用上下两层土工合成材料缝制而成，上下两层土工合成材料 之间间隔均匀地设置多个纵向分隔壁以将充填砂袋内腔分隔成多个纵向隔仓；在上层 土工材料表面间隔均匀地设置多个充填袖口；在充填砂袋周边均匀设置多个拉环。

2.  根据权利要求1所述的适用于水下淤泥环境的真空预压加固施工方法，其特征在 于：上层土工合成材料表面的纵向间隔均匀地设置有多条与纵向长度相等的长加筋 带、同时其横向间隔均匀地设置有多条与横向长度相等的短加筋带。

3.  根据权利要求1所述的适用于水下淤泥环境的真空预压加固施工方法，其特征在 于：所述水下铺排技术包括以下步骤：
(A)铺排船就位；
(B)运砂船紧靠铺排船；
(C)测量泥面高程；
(D)将预制好的由多个充填砂袋拼接而成的砂袋袋体卷入铺排船的滚筒上；
(E)沿铺设方向依次在相应充填袖口插入充砂管，并通过泥浆泵将搅拌好的砂 浆输送充填进充填砂袋内；
(F)沿铺设方向依次将充填砂袋下沉至河床；
(G)充灌完毕，解除系袋绳；
(H)按(A)～(G)依次铺设其它幅砂被。

4.  根据权利要求3所述的适用于水下淤泥环境的真空预压加固施工方法，其特征在 于：所述用于充填的砂浆采用渗透系数大于10-3cm/s的细砂或中粗砂，粒径小于 0.005mm的黏粒含量小于3％，粒径大于0.1mm的含量大于95％，充填厚度为0.6m。

5.  根据权利要求1所述的适用于水下淤泥环境的真空预压加固施工方法，其特征在 于：所述步骤(6)的水下铺设无纺土工布和密封膜采用水底滚铺施工工艺完成，水 底滚铺施工工艺包括如下施工操作步骤：
(A)铺排船就位；
(B)测量放样；
(C)缝接第一幅无纺土工布和第一幅密封膜；
(D)把第一幅无纺土工布和第一幅密封膜卷绕于铺排船上的滚筒、并运输至设 计铺排位置；
(E)无纺土工布和密封膜与被卷绕滚筒一同下沉至第二层砂被软体排表面并锚 固；
(F)将无纺土工布和密封膜两侧连接于牵引船上的铰盘；
(G)牵引船就位；
(H)牵引船滚铺无纺土工布和密封膜；
(I)第一幅无纺土工布和第一幅密封膜滚铺完成；
(J)按(A)～(I)依次铺设其它幅无纺土工布和密封膜。

6.  根据权利要求1所述的适用于水下淤泥环境的真空预压加固施工方法，其特征在 于：所述步骤(7)的周边密封系统施工是将待加固区域边界处的密封膜插入淤泥中 至少1m，或者在待加固区域边界处施工密封墙。

7.  根据权利要求1所述的适用于水下淤泥环境的真空预压加固施工方法，其特征在 于：所述水平排水管路采用软式滤管，软式滤管管壁均匀布设孔径为8mm的滤孔、外 裹排水板滤模，软式滤管纵向或横向布设，并构成闭合回路。

说明书适用于水下淤泥环境的真空预压加固施工方法
技术领域
本发明涉及内河工程、港口工程、围海造陆工程等固定建筑物的地基处理技术 领域，具体涉及内河航道、沿海潮间带、海底等软土地基加固的工程技术。
背景技术
根据《全国内河航道与港口布局规划》(2007－2020)，内河高等级航道和主 要港口将是未来一段时间内河建设的重点。另外，国家也密集批复了天津、河北、辽 宁、江苏、浙江、福建、山东、广西等8省市的海洋功能区划，至2020年，河北、 天津、江苏、浙江、广东等地规划围海造陆总面积超过3000平方公里。因此，内河 和沿海的滩涂被进一步开发，尤其是，沿海港口和交通枢纽建设也将不断向深水发展。
目前，内河、潮间带以及深海区工程建设主要涉及到以下几方面的难题：
(1)水下开挖工程
由于港口建设受工期、施工场地的限制，对较陡边坡范围内、未被加固的水下淤 泥进行开挖时，往往容易发生滑坡。目前，相应的常用处理方法是先回填形成陆域， 然后，采用真空联合堆载预压加固，最后再开挖岸坡，这样虽然保证了岸坡开挖过程 中的稳定性，但工期较长，且工程造价较高。
(2)高桩码头的岸坡处理工程
高桩码头接岸结构回填施工时，岸坡产生的位移往往造成码头后几排桩、梁、板 变形、开裂等问题，情况严重时，会将桩挤断，从而使码头结构受到破坏，造成巨大 的经济损失。目前，相应的常用处理方法是先进行回填形成陆域，再采用陆上地基处 理技术对地基进行加固，最后再开挖至设计要求的标高。显然，该法开挖回填工作量 很大，施工工期很长，且回填时易对海侧挤淤造成环境污染。
(3)防波堤施工
对于下卧土层工程特性较差的地基，防坡堤往往需要采用斜坡堤形式，其施工方 法是采用水上抛填块石、陆上推进法抛填堤心石或者爆炸排淤法回填块石，该法技术 难度大，石料用量大，工期长，施工成本高。
(4)换填施工
对于传统的换填法施工，淤泥的挖填量大，且会造成生态环境污染，还可能给海 上养殖业带来严重影响。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种施工方法，对于海(河、湖)底、潮间带具有一定厚 度的淤泥的地基处理加固可降低施工成本及缩短工期。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种适用于水下淤泥环境的真 空预压加固施工方法，依次按如下步骤施工：
(1)清除待加固区域表面影响施工作业的杂物；
(2)采用水下铺排技术铺设第一层砂被软体排；
(3)采用水上插板装置进行插板施工，所述水上插板装置可戳穿第一层软件排 完成插设排水板工序；
(4)在陆上组装好由支管及主管连接而成的水平排水管路后，进行水下铺排操 作，将排水板板头与水平排水管路相连；
(5)采用水下铺排技术铺设第二层砂被软体排，使水平排水管路夹置于第一层 及第二层砂被软体排之间；
(6)水下依次铺设土工无纺布和密封膜；
(7)进行加固区域周边密封系统施工；
(8)将步骤4中水平排水管的主管通过出膜接头与抽真空设备连接；
(9)抽真空至恒载结束；
所述砂被软体排由多个充填砂袋分别从纵向和横向序贯连接拼接成整体并充填 有砂浆，所述充填砂袋采用上下两层土工合成材料缝制而成，上下两层土工合成材料 之间间隔均匀地设置多个纵向分隔壁以将充填砂袋内腔分隔成多个纵向隔仓；在上层 土工材料表面间隔均匀地设置多个充填袖口；在充填砂袋周边均匀设置多个拉环。
上层土工合成材料表面的纵向间隔均匀地设置有多条与纵向长度相等的长加筋 带、同时其横向间隔均匀地设置有多条与横向长度相等的短加筋带。
所述水下铺排技术包括以下步骤：
(A)铺排船就位；
(B)运砂船紧靠铺排船；
(C)测量泥面高程；
(D)将预制好的由多个充填砂袋拼接而成的砂袋袋体卷入铺排船的滚筒上；
(E)沿铺设方向依次在相应充填袖口插入充砂管，并通过泥浆泵将搅拌好的砂 浆输送充填进充填砂袋内；
(F)沿铺设方向依次将充填砂袋下沉至河床；
(G)充灌完毕，解除系袋绳；
(H)按(A)～(G)依次铺设其它幅砂被。
所述用于充填的砂浆采用渗透系数大于10-3cm/s的细砂或中粗砂，粒径小于 0.005mm的黏粒含量小于3％，粒径大于0.1mm的含量大于95％，充填厚度为0.6m。
所述步骤(6)的水下铺设无纺土工布和密封膜采用水底滚铺施工工艺完成，水 底滚铺施工工艺包括如下施工操作步骤：
(A)铺排船就位；
(B)测量放样；
(C)缝接第一幅无纺土工布和第一幅密封膜；
(D)把第一幅无纺土工布和第一幅密封膜卷绕于铺排船上的滚筒、并运输至设 计铺排位置；
(E)无纺土工布和密封膜与被卷绕滚筒一同下沉至第二层砂被软体排表面并锚 固；
(F)将无纺土工布和密封膜两侧连接于牵引船上的铰盘；
(G)牵引船就位；
(H)牵引船滚铺无纺土工布和密封膜；
(I)第一幅无纺土工布和第一幅密封膜滚铺完成；
(J)按(A)～(I)依次铺设其它幅无纺土工布和密封膜。
所述步骤(7)的周边密封系统施工是将待加固区域边界处的密封膜插入淤泥中 至少1m，或者在待加固区域边界处施工密封墙。
所述水平排水管路采用软式滤管，软式滤管管壁均匀布设孔径为8mm的滤孔、 外裹排水板滤模，软式滤管纵向或横向布设，并构成闭合回路。
本发明可高效解决内河、潮间带以及深海区工程建设中遇到的相关难题，如水下 开挖工程和高桩码头的岸坡处理工程中开挖工作量大、施工工期长以及工程造价高； 采用水上抛填块石、陆上推进法抛填堤心石或者爆炸排淤法回填块石等方法加固防坡 堤基础施工时，石料用量大、工期长以及施工成本高；传统换填法施工时，淤泥挖填 量大。
对于内河航道、沿海潮间带、海底等软土地基处理而言，本发明与现有的真空预 压技术相比，具有如下优点：
(1)采用水下真空预压技术对放坡范围内的水下淤泥先进行加固，可使土体强 度提高，避免水下开挖时岸坡失稳，从而使工期缩短，工程造价降低；
(2)采用水下真空预压技术对高桩码头岸坡范围内的水下淤泥先进行加固，使 土体强度提高到一定程度后再进行打桩施工，这样可以避免“接岸结构回填施工时， 岸坡产生的位移造成码头后几排桩、梁、板变形、开裂等问题”，而且，可以减小大 量的开挖量，没有回填工序，缩短施工工期。另外，采用水下真空预压技术还可以减 小高桩码头的承台宽度，增加后方陆域堆场的使用面积，提高堆场的使用效率，进而 改变码头的结构形式。
(3)采用水下真空预压技术对水下软土地基进行加固后，地基土的强度得到较 大提高，因此，在保证防波堤地基稳定的基础上可以适当缩小防波堤断面尺寸，同时， 考虑到地基土在水下真空预压过程中能完成大部分沉降，可有效地控制防波堤堤顶标 高。另外，在防波堤施工中也可考虑边抽真空边进行防波堤施工，可缩短施工工期。
(4)近几年来国家对海上环境污染控制逐渐严格，采用水下真空预压施工技术 可减少淤泥的挖填量，减少环境污染。
附图说明
图1是单幅砂袋构造示意图。
图2是无纺布和土工布水底滚铺施工平面示意图。
图3是水下铺设砂被软体排示意图。
图4是水下真空预压施工断面示意图。
其中：1-土工合成材料；2-纵向隔仓；3-长加筋带；4-短加筋带；5-充填袖口；6- 拉环；7-牵引船；8-绞盘；9-锚；10-拉绳；11-滚筒；12-无纺土工布和密封膜；13-运 砂船；14-铺排船；15-绳索；16-卡梁和滚筒；17-砂被软体排；18-定位滚筒；19-待加 固软基；20-排水板；21-铺好的第一层砂被软体排；22-水平排水管路；23-铺好的第 二层砂被软体排；24-铺好的无纺土工布和密封膜；25-待加固区域周边密封系统；26- 水下专用抽真空设备；27-水域；100-砂被软体排铺设方向。
具体实施方法
本发明按以下步骤实施：
(1)清除待加固软基19表面影响施工作业的杂物，并进行整平；此处的杂物是 指尖锐、块状物体。
牵引船7、运砂船13和铺排船14通过GPS系统定位。
(2)准备材料制作砂被软体排17，所述砂被软体排由多个充填砂袋分别从纵向 和横向序贯连接拼接成整体并充填有砂浆。充填砂袋采用上下两层土工合成材料1缝 制而成，上下两层土工合成材料1之间间隔均匀地设置多个纵向分隔壁以将充填砂袋 内腔分隔成多个纵向隔仓2；在上层土工材料表面间隔均匀地设置多个充填袖口5； 在充填砂袋周边均匀设置多个拉环6。土工合成材料1可采用高强度加筋型的编织土 工布、机织布、针制复合模袋、或其它高强度、反滤和透水性能耗的材料。在上层土 工合成材料表面，沿砂袋横向、按间距1m、设置与砂袋纵向长度相等、宽为70mm 的长加筋带3；在上层土工合成材料表面，沿每道土工布拼缝、按间距3m、设置长 度与砂袋横向长度相等、宽为140mm的短加筋带4，并垂直于拼缝缝制。
通过运砂船13和铺排船14、绳索15、卡梁和滚筒16、定位滚筒18，铺设第一 层砂被软体排17。
具体操作如下：
(A)通过GPS定位系统校正铺排船的位置；
(B)运砂船13紧靠铺排船14；
(C)测量泥面高程；
(D)将预制好的由多个充填砂袋拼接而成的第一幅砂袋袋体卷入铺排船14的滚 筒16上；
(E)沿铺设方向依次在相应充填袖口插入充砂管，并通过泥浆泵将搅拌好的砂 浆输送充填进充填砂袋内；砂浆由渗透系数大于10-3cm/s的细砂或中粗砂搅拌混合而 成，其中，粒径小于0.005mm的黏粒含量小于3％，粒径大于0.1mm的含量大于95％。 充填厚度为0.6m。
(F)沿铺设方向依次将充填砂袋下沉至河床；
(G)充灌完毕，解除系袋绳；
(H)按(A)～(G)依次铺设其它幅砂被。
砂被铺设质量验收。
(3)采用水上插板装置进行插板施工；
水上插板装置选用水上插板船，含插板装置、水上定位装置和电脑检测系统，其 中，插板装置的末端设有剪板机构。插板装置可戳穿第一层软件排并完成插设排水板 工序。
(4)在陆上组装好由支管及主管连接而成的水平排水管路后，进行水下铺排操 作；将排水板板头与水平排水管路相连。
(5)采用水下铺排技术铺设第二层砂被软体排；使水平排水管路夹置于第一层 及第二层砂被软体排之间。
(6)制作无纺土工布和密封膜12，借助牵引船整套系统(由牵引船7；绞盘8； 锚9；拉绳10；滚筒11构成)在水下滚铺无纺土工布和密封膜12；主要施工流程为：
(A)通过GPS定位系统校正铺排船的位置；
(B)测量放样；
(C)缝接第一幅无纺土工布和第一幅密封膜；
(D)把第一幅无纺土工布和第一幅密封膜卷绕滚筒、运输；
(E)无纺土工布和密封膜与被卷绕滚筒一同下沉至第二层砂被软体排表面并锚 固；
(F)将无纺土工布和密封膜两侧连接于牵引船上的铰盘；
(G)牵引船就位；
(H)牵引船滚铺无纺土工布和密封膜；
(I)第一幅无纺土工布和第一幅密封膜滚铺完成；
(J)按(A)～(I)依次铺设其它幅无纺土工布和密封膜；
(K)砂被铺设质量验收。
(7)进行待加固软基19周边的密封系统施工，即是将待加固区域边界处的密封 膜插入淤泥中至少1m，或者在待加固区域边界处施工密封墙；
(8)布设水下专用抽真空设备26，将步骤4中水平排水管的主管通过出膜接头 与抽真空设备连接；
(9)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。