一种真空预压装配式水压自稳悬臂覆水围堰及其施工方法与流程

1.本发明属于地基处理领域，具体而言是指一种真空预压装配式水压自稳悬臂覆水围堰及其施工方法。


背景技术：

2.真空预压法是一项比较新的软基加固技术，属于排水固结法的一种，如图1所示，它通过在预压土体中插入竖向排水通道1(如砂井、袋装砂井或塑料排水板等)，然后在地面铺设一层砂垫层(图中未示出)，再在其上覆盖一层不透气的真空预压膜2，在膜下抽真空形成负压(相对大气压而言)，负压沿所述竖向排水通道1向下传递，所述预压土体与竖向排水通道1的不等压状态又使负压向所述预压土体中传递，在负压作用下，孔隙水逐渐渗流到所述竖向排水通道1中从而达到使所述预压土体排水固结、强度增长的效果。真空预压法的施工流程如下：测量放线
→
铺设竖向排水通道1
→
铺设上层砂垫层
→
砂面整平
→
铺设聚氯乙烯真空预压膜2
→
施工密封沟
→
设置测量标志
→
安装真空泵
→
抽真空预压固结土层。
3.真空预压法作为新一代软基加固方法，以其工期短、施工安全、无污染环境、费用低等优点而广泛应用于港口、码头、机场、工业与民用建筑等工程建设，但理论研究的落后限制了其工程上的进一步推广应用。用真空预压加固软土地基，在固结过程中不仅土体产生垂直沉降，侧向也会产生向着负压源的水平位移。当在真空预压的影响范围内有其他建筑设施时，使用该法可能会危及其上部结构物的安全。
4.真空预压地基处理时，为增加地基处理荷载，保证真空预压密封效果，通常设计方会要求在真空预压地基处理施工面覆水，覆水3的深度一般为0.5～2.5米，这就涉及到需要施工覆水围堰4。传统覆水围堰按堰体材料分，可以分为土体围堰、砂包围堰；按围堰位置来分，可以分为膜上围堰和膜下围堰。如图1所示，所述真空预压膜2上面设置有覆水3和覆水围堰4。
5.目前常规围堰做法，存在如下不足：
6.(1)体量大、用料多、施工不环保：不管是砂包围堰还是堆土围堰，其挡水原理都是利用重力式挡墙原理进行挡水，其挡水覆水条件是堰体自重力矩远大于水压力矩，才能保证围堰覆水的稳定，所以堰体需要够大够重，这就决定了传统围堰体量大、用料多、施工不环保；
7.(2)施工真空密封质量控制难度大：真空预压有一个重要的质量控制点，就是务必保证真空膜整体密封效果，确保真空密封效果，这就需要施工过程中，真空膜不被机械和人工损坏而产生破损和孔洞漏气。常规围堰膜上围堰做法，因为体量大、土体用料多，通常采用挖机等大型机械在膜上施工，这就造成机械难免对真空膜产生破坏，施工时真空预压密封质量难以得到保证；
8.(3)施工进度慢、成本高：传统围堰做法，特别是已经进行真空预压区域中间增加隔水围堰时，要现场灌制大量砂包、大量土方，土方膜上运输、填筑要特别小心对膜的破坏，所以施工过程很慢，基本上是工效10～20米/天的推进速度。传统围堰做法，特别是真空预
压区域内部的隔水围堰的施工，基本上达到500元/延米以上；
9.(4)易倾覆：一侧积水时，l型围堰支架的侧面产生倾倒趋势的水平向外的侧向水压力，随着水头升高，倾覆水压力矩增加，常规日常生活中的l型板底座，其底座板的上表面和下表面均受到水压力，上下的水压差为零，不能产生抗倾覆的稳定力矩，当积水覆水上升，侧向水压力随着水头升高而增加，从而板体因侧向水压倾覆。


技术实现要素：

10.为了克服现有的覆水围堰存在的体量大、用料多、施工不环保、施工成本高、施工真空密封质量控制难度大、以及施工进度慢等问题，本发明提出了一种真空预压装配式水压自稳悬臂覆水围堰及其施工方法。
11.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
12.一种真空预压装配式水压自稳悬臂覆水围堰，所述覆水围堰由若干个围堰骨架单元依次首尾相连合围而构成，每一个所述围堰骨架单元的一侧都固定有水压板，并且在所述围堰骨架单元和所述水压板上覆盖有隔水膜，其中：
13.所述围堰骨架单元由两个或更多个围堰支架通过若干根横向型材的相互连接而构成；所述围堰支架的侧面大致呈l型，包括有支架底座、垂直固定于所述支架底座上的支架立杆、以及设置于所述支架立杆两侧的背部斜支撑和趾面斜支撑，所述背面斜支撑和趾面斜支撑的顶端和底端分别与所述支架立杆和支架底座固定连接。
14.进一步地，所述背面斜支撑和趾面斜支撑与所述支架底座的夹角均为45
°‑
60
°
，所述支架底座在背面斜支撑一侧的长度占所述支架底座总长度的20％
‑
30％。
15.优选地，所述支架底座在趾面斜支撑一侧的长度与所述支架立杆的长度之间的比值大于0.8而小于2，以满足竖向水压力矩大于围堰侧向水压倾覆力矩的水压自稳条件。
16.进一步地，每个围堰骨架单元至少包括有两个围堰支架，用于连接所述围堰支架的横向型材的数量为三个，分别处于所述围堰支架的顶端、底端以及中部，优选地，所述中部的横向型材位于所述背面斜支撑和趾面斜支撑连接所述支架立杆的位置处。
17.进一步地，所述水压板从上至下依次包括竖向水压板、斜面水压板、以及水压板底座，且宽度与所述围堰骨架单元相同。优选地，所述竖向水压板、斜面水压板、以及水压板底座的构型分别与所述围堰支架的支架立杆、趾面斜支撑、以及支架底座相匹配，并通过焊接的方式分别与所述围堰骨架单元两侧的支架立杆、趾面斜支撑、以及支架底座连接固定。
18.优选地，所述隔水膜从右往左依次与所述水压板底座、斜面水压板、竖向水压板、支架立杆、以及背面斜支撑通过真空膜专用胶水胶结密封。
19.优选地，所述水压板的水压板底座的趾端向下弯折两次形成底座包边，以保护所述围堰支架的支架底座的趾端不受损坏。
20.优选地，所述围堰骨架单元的底面铺设有防护土工布，所述防护土工布的前端向上延伸直至包裹住所述水压板底座的趾端，以防止所述围堰骨架单元的底端对所述真空预压膜造成损坏。
21.优选地，所述水压板的竖向水压板和斜面水压板的两边分别通过铆钉固定有尼龙布粘扣，所述尼龙布粘扣通过粘扣的方式互相连接，用于填补所述水压板之间的间隙。
22.一种围堰支架，所述围堰支架的侧面大致呈l型，包括有支架底座、垂直固定于所
述支架底座上的支架立杆、以及对称地设置于所述支架立杆两侧的背部斜支撑和趾面斜支撑；所述背面斜支撑和趾面斜支撑的顶端和底端分别与所述支架立杆和支架底座固定连接。
23.优选地，所述背面斜支撑和趾面斜支撑与所述支架底座的夹角均为45
°‑
60
°
，所述支架底座在背面斜支撑一侧的长度占所述支架底座总长度的20％
‑
30％。
24.优选地，所述支架底座在趾面斜支撑一侧的长度与所述支架立杆的长度之间的比值大于0.8而小于2，以满足竖向水压力矩大于围堰侧向水压倾覆力矩的水压自稳条件。
25.本发明还提供了一种真空预压施工方法，所述施工方法采用如上所述的真空预压装配式水压自稳悬臂覆水围堰。
26.本发明的有益效果是：
27.(1)围堰水压自稳：利用水压力矩差原理，以围堰支架的拐角点为力矩中心，用膜封防渗措施消除板底竖向向上水压，利用竖向向下水压形成的稳定力矩大于围堰侧向水压倾覆力矩时，围堰达到自稳，实现水压自稳覆水围堰功能。隔水膜和真空预压膜之间的胶结密封防渗作用，可以阻止覆水进入围堰支架的底部，从而使支架底座的下表面向上的竖向水压力为零，而上表面向下的水压力随着覆水升高而加大，该水压力与侧向水平水压力的作用方向相反，从而产生抗倾覆的稳定力矩，当上表面向下的竖向抗倾覆稳定水压力力矩大于侧向水压力倾覆力矩时，该覆水围堰就能达到自稳功能；
28.(2)质量可控，施工环保：本发明的覆水围堰的施工方法采用场外制作，场内人工手工安装，能有效防止机械对膜的破坏，从而达到质量可控。常规围堰要用到大量土方或者砂方，土方在机械扰动下，尘土飞扬，对环境飞尘、噪音等负面影响很大，该发明的装配式水压自稳悬臂覆水围堰不会对场地土体产生扰动，也没有机械噪音，可以做到施工环保；
29.(3)功效快，成本低：本发明的覆水围堰的施工工效可以达到150m/d，常规膜上隔水围堰通常要每天只能施工10～30m，该装配式水压自稳悬臂围堰的围堰骨架可以拆卸并重复使用，按每个围堰主板使用三次，单次折旧35％，成本预计为传统的真空预压膜上砂包围堰的三分之一。
附图说明
30.图1为常规的砂包围堰示意图。
31.图2为本发明的覆水围堰的示意图。
32.图3为本发明的围堰骨架单元500的结构示意图。
33.图4为图2在a处的放大图。
34.图5为本发明的围堰骨架单元500和水压板6的背面结构示意图。
35.图中：
[0036]1‑
竖向排水管道、2
‑
真空预压膜、3
‑
覆水、4
‑
覆水围堰、500
‑
围堰骨架单元、6
‑
水压板、7
‑
防护土工布、8
‑
隔水膜；
[0037]
50
‑
围堰支架、51
‑
支架立杆、52
‑
支架底座、53
‑
背面斜支撑、54
‑
趾面斜支撑、55
‑
横向型材；
[0038]
61
‑
竖向水压板、62
‑
斜面水压板、63
‑
水压板底座、64
‑
尼龙布粘扣、65
‑
铆钉；631
‑
底座包边。
具体实施方式
[0039]
下面结合附图，以具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。
[0040]
实施例1
[0041]
如图2所示，本发明为一种真空预压装配式水压自稳悬臂覆水围堰及其施工方法，用于真空预压法，所述真空预压法所采用的设施包括有在预压土体中插入的竖向排水通道1，在地面铺设的一层砂垫层，以及在所述砂垫层上覆盖的真空预压膜2。为增加地基处理荷载，保证真空预压密封效果，在所述真空预压膜2上设置有覆水3和覆水围堰。
[0042]
结合图2和图3所示，本发明的覆水围堰由若干个围堰骨架单元500依次首尾相连合围而构成，每一个所述围堰骨架单元500的一侧都固定有水压板6，并且在所述围堰骨架单元500和所述水压板6上覆盖有隔水膜8，其中：
[0043]
所述围堰骨架单元500由两个或更多个围堰支架50通过若干根横向型材55的相互连接而构成。所述围堰支架50的侧面大致呈l型，包括支架底座52、垂直固定于所述支架底座52上的支架立杆51、以及对称地设置于所述支架立杆51两侧的背部斜支撑53和趾面斜支撑54，所述背面斜支撑53和趾面斜支撑54的顶端和底端分别与所述支架立杆51和支架底座52固定连接，用于加固所述围堰支架50的整体结构。
[0044]
优选地，所述背面斜支撑53和趾面斜支撑54与所述支架底座52的夹角均为45
°‑
60
°
，优选地，考虑到悬臂梁抗弯力矩，所述支架底座52在背面斜支撑53一侧的长度占所述支架底座52总长度的20％
‑
30％。
[0045]
优选地，所述支架底座52在趾面斜支撑54一侧的长度与所述支架立杆51的长度之间的比值大于0.8而小于2，以满足竖向水压力矩大于围堰侧向水压倾覆力矩的水压自稳条件。
[0046]
本实施例中，每个围堰骨架单元500包括有两个围堰支架50，用于连接两个所所述围堰支架50的横向型材55的数量为三个，分别处于所述围堰支架50的顶端、底端以及中部。优选地，所述中部的横向型材55位于所述背面斜支撑53和趾面斜支撑54连接所述支架立杆51的位置处。
[0047]
本领域的技术人员容易理解，本实施例中所述的包括有两个围堰支架50的围堰骨架单元500是为了以围堰支架50的拐角点为力矩中心，利用竖直向下水压形成的稳定力矩大于围堰侧向水压倾覆力矩，从而实现水压自稳的功能，为了这个目的，采用更多数量的围堰支架50组成所述围堰骨架单元500，也同样可以实现水压自稳的目的，因此同样属于本发明的范围。
[0048]
进一步的，所述水压板6从上至下依次包括竖向水压板61、斜面水压板62、以及水压板底座63，且宽度与所述围堰骨架单元500相同，所述竖向水压板61、斜面水压板62、以及水压板底座63的构型分别与所述围堰支架50的支架立杆51、趾面斜支撑54、以及支架底座52相匹配，并通过焊接的方式分别与所述围堰骨架单元500两侧的所述支架立杆51、趾面斜支撑54、以及支架底座52连接固定。
[0049]
进一步地，所述隔水膜8从右往左依次与所述水压板底座63、斜面水压板62、竖向水压板61、支架立杆51、以及背面斜支撑53通过真空膜专用胶水胶结密封，且所述隔水膜8左右两边都延伸至所述真空预压膜2上，以保证所述围堰骨架单元500内不得进水。
[0050]
优选地，如图4所示，所述水压板6的水压板底座63的趾端向下弯折两次形成底座包边631，以保护所述围堰支架50的支架底座52的趾端不受损坏。
[0051]
优选地，所述围堰骨架单元500的底面铺设有防护土工布7，所述防护土工布7的前端向上延伸并包裹住所述水压板6的水压板底座63的趾端，以防止所述围堰骨架单元500的底端对所述真空预压膜2造成损坏。
[0052]
优选地，如图5所示，所述水压板6的竖向水压板61和斜面水压板62的左右两边分别通过铆钉65固定有尼龙布粘扣64，所述尼龙布粘扣64通过公母两面相粘扣的方式互相连接，从而填补相邻两块所述水压板6之间的间隙。
[0053]
在本发明的实施例中，利用水压力矩差原理，以所述围堰支架50的拐角点为力矩中心，用膜封防渗措施消除板底竖直向上水压，当竖直向下水压形成的稳定力矩大于围堰侧向水压倾覆力矩时，围堰达到自稳，实现水压自稳覆水围堰功能。所述隔水膜7和真空预压膜2之间的胶结密封防渗作用，可以阻止覆水进入围堰支架50底部，从而使支架底座52的下表面向上的竖向水压力为零，而上表面向下的水压力随着覆水升高而加大，该水压力与侧向水平水压力的作用方向相反，从而产生抗倾覆的稳定力矩，当上表面向下的竖向抗倾覆稳定水压力力矩大于侧向水压力倾覆力矩时，该覆水围堰就能达到自稳功能。
[0054]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
[0055]
实施例2施工应用实施例
[0056]
一、施工地简介
[0057]
镇海炼化一体化扩建项目2号地块炼油及配套工程属特大型石化装置项目，拟建工程位于浙江省宁波石化经济技术开发区甬舟高速北侧。
[0058]
该项目地基处理工采用覆水+真空预压，覆水1.5米。分为5个标段，上海港湾集团承建1标段，1标段地基处理面积为255532.5m2，每个真空预压施工小区约4万平方米。
[0059]
场地设计覆水围堰采用常规的素土围堰，围堰高度2.2米。
[0060]
在常规围堰施工过程中，出现如下三个难题：
[0061]
1、场地北侧没有施工便道，围堰土方无法输送到位，如果再修筑一条运土便道过去，工期和成本将大幅增加；
[0062]
2、场地东侧原有场地填土为淤泥质土，场地极软，围堰土方无法加高，加高后，立即向下塌方塌陷，无法有效形成覆水围堰；
[0063]
3、场地真空预压面由南向北呈坡状，预压区南侧面与北侧地表高差1.8米以上，导
致北侧覆水1.5米以上，南侧覆水高度为0米，不满足设计要求。
[0064]
二、技术方案
[0065]
经项目部反复探讨，采用本发明“真空预压装配式水压自稳悬臂覆水围堰及其施工方法”的技术进行覆水，取得良好效果。具体步骤如下：
[0066]
为实现上述目的，本发明采用以下技术步骤：
[0067]
1、场外制作围堰支架：
[0068]
采用铝合金方管通过焊接的方式制作成围堰支架，方管截面的长和宽分别为10
‑
20mm和20
‑
30mm，围堰支架的底长80
‑
120cm，高80
‑
120cm，底部增加背面斜支撑和趾面斜支撑用于加固结构。若干个围堰支架水平向叠加形成围堰骨架单元，每个围堰支架间隔1米，用横向型材作为水平支撑固定，固定方式为焊接；
[0069]
2、固定水压板：
[0070]
围堰骨架单元的趾面上铺设有由三块不锈钢铁皮材质的竖向水压板、斜面水压板、以及水压板底座构成的水压板，所述竖向水压板、斜面水压板、以及水压板底座通过焊接的方式分别固定于围堰骨架单元的侧面、斜面和底面，从而与所述围堰骨架单元结合构成装配式围堰板；
[0071]
3、铺设防护土工布
[0072]
在需要设置覆水围堰位置面上，铺设一层短丝、200g的防护土工布于真空预压膜和围堰骨架单元的底面之间，宽1.5米，长度200米，以保证围堰骨架单元的不锈钢底板不会对真空预压膜产生破坏；
[0073]
4、铺设装配式围堰板：所述围堰骨架单元和水压板构成装配式围堰板，将所述装配式围堰板铺设于防护土工布上面，底座一端朝向覆水区域，沿围堰走向连续铺设；
[0074]
5、隔水膜施工：此工序为关键工序，是形成水压自稳的水压差，保证覆水围堰覆水成功的关键技术，主要是防止覆水进入围堰骨架单元的下部。隔水膜采用真空膜，厚12
‑
16丝，宽3.5
‑
4.5m，长50
‑
100m，长面一侧黏贴于围堰骨架单元的趾端，与真空预压面的真空预压膜黏贴在一起，另一面翻过围堰骨架单元，胶结于围堰骨架单元背部下方的真空预压面上，上述胶结密封采用真空膜专用胶水，须保证不得透水；
[0075]
6、注水检验密封性：围堰内逐步注水，确保水漫过斜面水压板，并且不会渗透进入围堰骨架单元的底部内，如有进入，立即对隔水膜进行修补；
[0076]
7、覆水和维护：在确保覆水不会进入围堰骨架单元的底部后，可以开始加水覆水，如果覆水过程中隔水膜有破损，可以用补膜通过水中补膜专用胶水来补漏。
[0077]
经覆水试验，覆水效果非常好，覆水围堰自稳性非常好，用手难以倾覆围堰。