[发明专利]一种水下软土地基快速预压固结装置及方法

说明书

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。

技术领域

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

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。