本發(fā)明屬于圍海造陸技術(shù)領域，具體涉及一種用于圍填海吹填淤泥造陸的預壓結(jié)構(gòu)及方法。

背景技術(shù)：

圍海造陸，用于城市建設和工業(yè)生產(chǎn)，有效緩解了經(jīng)濟發(fā)展與建設用地不足的矛盾，因此近年來大量的圍海造陸工程不斷開展。

目前普遍采用真空預壓進行吹填淤泥地基的加固，由于排水泵設置于吹填淤泥層之上，而真空膜下為真空狀態(tài)，抽出的水只是真空預壓引起的超靜孔隙水應力的消散，吹填淤泥還是飽和的，即：吹填淤泥內(nèi)部為真空狀態(tài)，由于真空膜外的大氣壓作用擠壓淤泥內(nèi)的水分，產(chǎn)生超凈孔隙水應力，隨著部分水分排出之后，壓力將逐漸施加到土骨架上，超凈孔隙水應力慢慢消失。待超凈孔隙水壓力完全消散后，雖然排水泵能形成真空狀態(tài)，但真空膜下也是真空狀態(tài)，而排水泵又設置于吹填淤泥層之上，吹填淤泥中的水就無法排出，地下水位也就無法下降，吹填淤泥仍然是飽和狀態(tài)，預壓效果欠佳，地基承載力仍較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種能夠達到真空降水聯(lián)合預壓的效果，排水效果更好、地基固結(jié)效果更佳、承載力更強的用于圍填海吹填淤泥造陸的預壓結(jié)構(gòu)及方法。

為實現(xiàn)上述目的之一提供一種用于圍填海吹填淤泥造陸的預壓結(jié)構(gòu)，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種用于圍填海吹填淤泥造陸的預壓結(jié)構(gòu)，吹填淤泥位于原地基之間，包括設置于吹填淤泥內(nèi)的豎向排水體、平行于豎向排水體的降水管以及設置于吹填淤泥底部的底砂層；所述降水管為中空結(jié)構(gòu)，且降水管在上下段分別設為無孔段和有孔段，所述有孔段的側(cè)管壁均布有若干透水孔，且有孔段位于原地基和所述底砂層中；所述降水管內(nèi)設置有抽水泵和抽水管，所述抽水泵位于有孔段底部；所述抽水管的輸入端連接抽水泵、輸出端延伸至降水管的頂部；所述豎向排水體和降水管的頂部連通設置有真空管層，真空管層上設有真空膜；所述真空管層連接真空泵。

作為優(yōu)選的方案，所述降水管有孔段的周側(cè)環(huán)設有降水井，所述降水井內(nèi)填充底砂；所述降水井到所述降水管之間的水平距離大于30cm。

采用上述優(yōu)選的方案，使得降水管和底砂的接觸面積更大，能夠進一步加快水分的滲透速度，排水更高效；同時便于放置排水泵和降水管，同時提高排水效率。

作為優(yōu)選的方案，所述降水管的頂部設置有可開啟或關(guān)閉的頂蓋，頂蓋上穿設有抽水管、電線管和真空管，所述抽水管、電線管和真空管均和頂蓋密封連接。

采用上述優(yōu)選的方案，頂蓋可以將降水管頂部關(guān)閉，需要打開時則打開，保護管內(nèi)結(jié)構(gòu)不會損壞，提高使用壽命，同時避免泥沙進入堵塞透水孔，進一步提高排水效率。

作為優(yōu)選的方案，所述底砂層的頂面高于所述有孔段的頂部橫截面，且兩者之間的間距范圍為0.05～0.1m；所述透水孔的孔徑小于砂土的有效粒徑。

采用上述優(yōu)選的方案，使得抽水泵的抽水效率提高，同時能夠避免底砂層中的砂土進入透水孔從而發(fā)生堵塞現(xiàn)象，進一步提高抽水效果。

作為優(yōu)選的方案，所述真空管層包括豎向排水體內(nèi)的小管、連接小管的支管、連接支管的主管，主管連接真空泵；所述支管還與降水管頂蓋上的真空管連接。實現(xiàn)了真空預壓的效果。

作為優(yōu)選的方案，所述豎向排水體為塑料排水板或防彎折排水通道；所述降水管為一體式或分體式。

采用上述優(yōu)選的方案，能夠進一步提高排水效率，有利于地基的固結(jié)；可根據(jù)具體施工情況，降水管設置為一體式時，使用時不需要其他的安裝工作，提高工作效率；降水管設置為分體式時，有孔段和無孔段可拆卸連接，便于重復利用，節(jié)省材料。

作為優(yōu)選的方案，所述抽水泵上方設置有液位傳感器。

采用上述優(yōu)選的方案，液位傳感器能夠?qū)崟r監(jiān)測水位的情況，當水位達到液位傳感器的監(jiān)測液位時，抽水泵開啟，低于該監(jiān)測液位時，抽水泵關(guān)閉。

作為優(yōu)選的方案，所述降水管為鋼管。

采用上述優(yōu)選的方案，能夠保證在排水過程中，或在吹填淤泥過程中，降水管不會發(fā)生彎折現(xiàn)象，避免了降水管發(fā)生變形的情況。

作為優(yōu)選的方案，所述真空膜和所述降水管的交接處密封連接。

采用上述優(yōu)選的方案，能夠確保真空負壓時不會進入空氣，提高真空負壓的效果。

本發(fā)明還提供了一種利用上述預壓結(jié)構(gòu)用于圍填海吹填淤泥造陸的方法，包括如下步驟：

一、開挖降水井，使所述降水井的四周與所述降水管的距離大于30cm；

二、預設降水管：將所述降水管的圓心設置于所述降水井的中心，并在所述降水管的四周填入中砂，振動密實或壓實；

三、鋪底砂層：選用中砂，滲透系數(shù)介于0.01～0.1cm/s，在地基表面進行鋪設，其中，鋪設厚度為20～40cm；

四、吹填淤泥：確保吹填淤泥的標高等于設計標高和固結(jié)沉降量的總和；

五、設置豎向排水體，采用三角形或正方形的布置方式，間距為0.6～1.0m，根據(jù)規(guī)范進行設計計算來確定；

六、設置氣路、水路和電路：將所述抽水泵與電線、抽水管連接，電線四周用絕緣材料保護，將所述抽水泵放入所述降水管的底部；連接真空預壓系統(tǒng)，布置真空管層，將支管和降水管頂蓋上的真空管、豎向排水體連接，再將主管和支管連接，最終將主管連接到真空泵上；其中，主管管徑選用50mm～100mm，支管管徑選用30mm～50mm；

七、覆膜：在所述真空管層上覆蓋一層或兩層真空膜，周邊用密封溝密封；

八、預壓：同時打開所述抽水泵和真空泵，進行預壓，直至達到地基處理目標，停止預壓，拿出抽水泵，拔出所述降水管，進行灌砂。

本發(fā)明的有益效果在于：

1)本發(fā)明預壓結(jié)構(gòu)中豎向排水體的設置可以通過真空負壓將淤泥中的水分排出，同時，降水管的設置，使得一部分的水會通過透水孔流入降水管中，水位到達抽水泵位置后，啟動抽水泵進行抽水，通過水管排出，不僅實現(xiàn)了真空預壓的效果，同時還達到降水預壓目的，即實現(xiàn)真空降水聯(lián)合預壓，提高了排水效率，能夠快速固結(jié)淤泥，使得最終形成的地基承載力更佳，更穩(wěn)，更牢固，不易下沉。

2)、本發(fā)明在利用預壓結(jié)構(gòu)進行圍填海吹填淤泥造陸的方法中將豎向排水體和降水管相結(jié)合，不僅實現(xiàn)了真空預壓的效果，同時還達到降水預壓目的，即實現(xiàn)真空降水聯(lián)合預壓的效果，提高地基的固結(jié)速度；在進行真空負壓抽水時，淤泥或地基會慢慢固結(jié)，在這過程中，水分也會被壓出，自動流入降水管，能夠有效地降低地下水位，提高排水效率。另外，降水管采用鋼管的設計，使得在吹填淤泥時，由于自身的鋼性作用，不受吹填方向影響，不會發(fā)生變形現(xiàn)象而影響正常排水。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中降水管的結(jié)構(gòu)簡示圖。

圖2為本發(fā)明中真空管的連接示意圖。

圖3為本發(fā)明整體施工狀態(tài)圖。

圖中標注符號的含義如下：

1-吹填淤泥 2-豎向排水體 3-降水管 31-透水孔

32-頂蓋 33-電線管 34-真空管 4-底砂層

5-抽水泵 51-抽水管 6-原地基 7-真空管層

71-支管 72-主管 73-真空管 8-真空膜

9-真空泵 10-降水井

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。

一種用于圍填海吹填淤泥造陸的預壓結(jié)構(gòu)

如圖1至3所示，吹填淤泥1位于原地基6之間，該預壓結(jié)構(gòu)包括設置于吹填淤泥1內(nèi)的豎向排水體2、平行于豎向排水體2的降水管3以及設置于吹填淤泥1底部的底砂層4；所述降水管3為中空結(jié)構(gòu)，且降水管3在上下段分別設為無孔段和有孔段，在有孔段的側(cè)管壁均布有若干透水孔31，且有孔段位于原地基6和所述底砂層4中；所述降水管3內(nèi)設置有位于有孔段底部的抽水泵5，抽水泵5的輸出端連接抽水管51、抽水管51的輸出端延伸至降水管3的頂部；所述豎向排水體2和降水管3的頂部連通有真空管層7，真空管層7上設有真空膜8；所述真空管層7連接真空泵9。

降水管3有孔段的周側(cè)環(huán)設有降水井10，降水井10內(nèi)填充底砂，使得降水管3和底砂的接觸面積更大，能夠進一步加快水分的滲透速度，排水更高效；降水井10到降水管3之間的水平距離大于30cm，便于放置抽水泵5和降水管3，同時提高排水效率。

降水管3的頂部設置有可開啟或關(guān)閉的頂蓋32，頂蓋32上穿設有抽水管51、電線管33和真空管34，抽水管51、電線管33和真空管34均和頂蓋32密封連接；頂蓋32可以將降水管3頂部關(guān)閉，需要打開時則打開，保護管內(nèi)結(jié)構(gòu)不會損壞，提高使用壽命，同時避免泥沙進入堵塞透水孔，進一步提高排水效率。。

底砂層4的頂面高于有孔段的頂部橫截面，且兩者之間的間距范圍為0.05～0.1m；透水孔31的孔徑小于砂土的有效粒徑；使得抽水泵的抽水效率提高，同時能夠避免底砂層4中的砂土進入透水孔從而發(fā)生堵塞現(xiàn)象，進一步提高抽水效果。

真空管層7包括在豎向排水體2內(nèi)的小管、連接小管的支管71、連接支管71的主管72，主管72連接真空泵9；支管71還與降水管3頂蓋32上的真空管34連接；實現(xiàn)了真空預壓的效果。

豎向排水體2為塑料排水板或防彎折排水通道，或者采用袋裝沙井等類似的排水結(jié)構(gòu)；能夠進一步提高排水效率，有利于地基的固結(jié)。

降水管3的有孔段和無孔段設為一體式或分體式；可根據(jù)具體施工情況，設置為一體式，使用時不需要其他的安裝工作，提高工作效率；設置為分體式時，有孔段和無孔段可拆卸連接，便于重復利用，節(jié)省材料。

抽水泵5上方設置有液位傳感器。具體的，可選設在抽水泵5頂面以上10～30cm處。通過液位傳感器能夠?qū)崟r監(jiān)測水位的情況，當水位達到液位傳感器的監(jiān)測液位時，抽水泵5開啟，低于該監(jiān)測液位時，抽水泵5關(guān)閉。

降水管3為鋼管，能夠保證在排水過程中，或在吹填淤泥過程中，降水管不會發(fā)生彎折現(xiàn)象，避免了降水管發(fā)生變形的情況。

真空膜8和降水管3的交接處密封連接，能夠確保真空負壓時不會進入空氣，提高真空負壓的效果。

下面對本發(fā)明預壓結(jié)構(gòu)的設計原理進行進一步的說明。

本發(fā)明預壓結(jié)構(gòu)中豎向排水體2的設置可以通過真空負壓將淤泥中的水分排出，同時，降水管3的設置，使得一部分的水會通過透水孔31流入降水管3中，水位到達抽水泵5位置后，啟動抽水泵5進行抽水，通過水管51排出，不僅實現(xiàn)了真空預壓的效果，同時還達到降水預壓目的，即實現(xiàn)真空降水聯(lián)合預壓的效果，提高了排水效率，能夠快速固結(jié)淤泥，使得最終形成的地基承載力更佳，更穩(wěn)，更牢固，不易下沉。

其中，真空預壓的加固機理是在外加荷載不變的情況下，通過抽真空對加固區(qū)域真空膜8下的土體施加流體壓力(負壓)，并通過能夠傳遞流體壓力的孔隙介質(zhì)，在較短的時間內(nèi)將其作用和影響由近及遠地向距邊界較遠的部位延伸，逐步建立起新的動平衡。在形成動態(tài)平衡的過程中，土體較快的固結(jié)。即通過在原地基6凹處鋪設底砂層4，并設置豎向排水體2，再在其上覆蓋真空膜8，然后用真空泵9抽氣，使土體達到固結(jié)。

本發(fā)明預壓結(jié)構(gòu)的工作原理為：同時打開真空泵9和抽水泵5，吹填淤泥1內(nèi)的水會在真空預壓的作用下通過塑料排水體2排出，同時，由于自重，吹填淤泥1內(nèi)的水會逐漸向下流入底砂層，最終進入降水井10和降水管3內(nèi)，由于抽水泵5的作用，會將匯聚在降水井10和降水管3內(nèi)的水抽出外界，降低地下水位，加快排水速度，提高地基的固結(jié)效果。

一種利用上述預壓結(jié)構(gòu)用于圍填海吹填淤泥造陸的方法

包括如下步驟：

一、開挖降水井10，使所述降水井10的四周與所述降水管3的距離大于30cm；

二、預設降水管3：將所述降水管3的圓心設置于所述降水井10的中心，并在所述降水管3的四周填入中砂，振動密實或壓實；

三、鋪底砂層：選用中砂，滲透系數(shù)介于0.01～0.1cm/s，在地基表面進行鋪設，其中，鋪設厚度為20～40cm；

四、吹填淤泥：確保吹填淤泥1的標高等于設計標高和固結(jié)沉降量的總和；

五、設置豎向排水體2，采用三角形或正方形的排布方式，間距為0.6～1.0m，根據(jù)規(guī)范進行設計計算來確定；

六、設置氣路、水路和電路：將所述抽水泵5與電線、抽水管51連接，電線四周用絕緣材料保護，將所述抽水泵5放入所述降水管3的底部；連接真空預壓系統(tǒng)，布置真空管層7，將支管71和降水管頂蓋31上的真空管34、豎向排水體2內(nèi)的小管分別連接，再將主管72和支管71連接，最終將主管72連接到真空泵9上；其中，主管72管徑選用50mm～100mm，支管71管徑選用30mm～50mm；

七、覆膜：在所述真空管層7上覆蓋一層或兩層真空膜8，周邊用密封溝密封；

八、預壓：同時打開所述抽水泵5和真空泵9，進行預壓，直至達到地基處理目標，停止預壓，拿出抽水泵5，拔出所述降水管51，進行灌砂。

其中，每個降水管3中設置一個抽水泵5，抽水泵5的數(shù)量按照單位面積出水量和抽水泵5的額定流量計算確定，宜取2～6臺/km²。抽水泵5的揚程比吹填淤泥層的厚度大5m以上，吸程大于3m。真空泵9宜取800～1200平方米1臺,型號按計算流量選取。

本發(fā)明上述方法將豎向排水體2和降水管3相結(jié)合，不僅實現(xiàn)了真空預壓的效果，同時還達到降水預壓目的，即實現(xiàn)真空降水聯(lián)合預壓的效果，提高地基的固結(jié)速度；在進行真空負壓抽水時，淤泥或地基會慢慢固結(jié)，在這過程中，水分也會被壓出，自動流入降水管，能夠有效地降低地下水位，提高排水效率；另外，降水管3鋼管的設置，使得在吹填淤泥時，由于自身的鋼性作用，不受吹填方向影響，不會發(fā)生變形現(xiàn)象而影響正常排水。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發(fā)明的保護范圍。