基于快速预压固结处理水下软土地基的复合基础.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201921988607.X (22)申请日 2019.11.18 (73)专利权人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区100084信箱82 分箱清华大学专利办公室 (72)发明人 于玉贞王翔南郝青硕余鹏 刘千惠段志杰高溢钊祁生钧 师海吕禾 (74)专利代理机构 北京纪凯知识产权代理有限 公司 11245 代理人 谢斌 (51)Int.Cl. E02D 27/18(2006.01) E02D 23/08(2006.01) E02D 3/10(2006.01) E02D 2。

2、7/52(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 基于快速预压固结处理水下软土地基的复 合基础 (57)摘要 本实用新型涉及一种基于快速预压固结处 理水下软土地基的复合基础， 包括： 预压固结构 件， 其上形成有上端封闭、 下端敞口的预压固结 空间； 支撑板， 沿径向水平设置在预压固结构件 内， 以将预压固结构件的预压固结空间分隔为上 下两部分， 且支撑板上布设有若干个排水孔； 排 水构件， 布置在预压固结构件内， 且排水构件的 出水端连通预压固结构件的上部空间； 抽水管， 抽水管的一端与预压固结构件的上部空间连接， 抽水管的另一端与抽水设备连接。 。

3、本实用新型通 过抽水设备将复合基础下方土体内的孔隙水不 断排出， 使孔隙水压力转换为有效应力， 土体被 压缩变得密实， 从而可以主动提高地基的强度。 权利要求书2页 说明书5页 附图6页 CN 211285678 U 2020.08.18 CN 211285678 U 1.一种基于快速预压固结处理水下软土地基的复合基础， 其特征在于， 包括： 预压固结构件， 其上形成有上端封闭、 下端敞口的预压固结空间； 支撑板(3)， 沿径向水平设置在所述预压固结构件内， 以将所述预压固结构件的预压固 结空间分隔为上下两部分， 且所述支撑板(3)上布设有若干个排水孔； 排水构件(4)， 布置在所述预压固结构。

4、件内， 且所述排水构件(4)的出水端连通所述预 压固结构件的上部空间； 抽水管(5)， 所述抽水管(5)的一端与所述预压固结构件的上部空间连接， 所述抽水管 (5)的另一端与抽水设备连接。 2.根据权利要求1所述的复合基础， 其特征在于， 所述预压固结构件包括： 外吸力桶(1)， 所述外吸力桶(1)的桶口朝下、 桶底朝上； 内吸力桶(2)， 设置在所述外吸力桶(1)内， 且所述内吸力桶(2)的桶底与所述外吸力桶 (1)的桶底呈一体设置； 所述排水构件(4)布置在所述外吸力桶(1)和内吸力桶(2)内。 3.根据权利要求1所述的复合基础， 其特征在于， 所述预压固结构件包括： 摩擦盘(12)， 所。

5、述摩擦盘(12)的外周具有向下延伸的裙板， 以使所述摩擦盘(12)的下 部形成一盘状空间， 所述摩擦盘(12)的上部设置有配重； 内吸力桶(2)， 设置在所述摩擦盘(12)的下部， 且所述内吸力桶(2)与所述摩擦盘(12) 呈一体设置； 所述排水构件(4)布置在所述摩擦盘(12)的盘状空间和内吸力桶(2)内。 4.根据权利要求1所述的复合基础， 其特征在于， 还包括单桩(13)， 所述预压固结构件 为桶口朝下、 桶底朝上的吸力桶， 所述单桩(13)贯穿所述吸力桶且与所述吸力桶之间形成 移动副， 所述排水构件(4)布置在所述吸力桶内。 5.根据权利要求1所述的复合基础， 其特征在于， 还包括单桩。

6、(13)， 所述预压固结构件 为摩擦盘(12)， 所述摩擦盘(12)的外周具有向下延伸的裙板， 以使所述摩擦盘(12)的下部 形成一盘状空间， 所述摩擦盘(12)的上部设置有配重； 所述单桩(13)贯穿所述摩擦盘(12) 且与所述摩擦盘(12)之间形成移动副， 所述排水构件(4)布置在所述摩擦盘(12)的盘状空 间内。 6.根据权利要求1到5任一项所述的复合基础， 其特征在于， 在所述预压固结构件的上 部空间和所述抽水管(5)内均填充有土工织物层(7)。 7.根据权利要求1到5任一项所述的复合基础， 其特征在于， 所述排水构件(4)为排水板 或排水管。 8.根据权利要求1到5任一项所述的复合基。

7、础， 其特征在于， 所述预压固结构件的内部 空间通过沿轴向设置的分舱隔板(8)分隔为至少三个独立的平衡舱室， 所述抽水管(5)分别 与各个所述平衡舱室的上部空间连通。 9.根据权利要求8所述的复合基础， 其特征在于， 该复合基础还包括水平控制机构， 所 述水平控制机构包括： 电磁阀(9)， 多个所述电磁阀(9)分别安装在与各个所述平衡舱室的上部空间连通的所 述抽水管(5)上； 水平传感器(10)， 安装在所述预压固结构件的顶部； 权利要求书 1/2 页 2 CN 211285678 U 2 嵌入式控制器(11)， 亦安装在所述预压固结构件的顶部， 且所述嵌入式控制器(11)的 输入端与所述水平。

8、传感器(10)电连接， 所述嵌入式控制器(11)的输出端分别与各个所述电 磁阀(9)电连接。 权利要求书 2/2 页 3 CN 211285678 U 3 基于快速预压固结处理水下软土地基的复合基础 技术领域 0001 本实用新型涉及一种水下复合基础， 具体是关于一种基于快速预压固结处理水下 软土地基的复合基础， 属于岩土工程和海洋工程领域。 背景技术 0002 我国社会经济正处于快速发展阶段， 涉及到水下地基基础的工程越来越多。 特别 是随着我国海洋强国战略的推进， 海上风力发电塔、 海上科学观测站和海上油气平台等海 上工程建设突飞猛进。 例如， 近年来海上风机呈爆发式发展， 目前常用的海上。

9、风机基础形式 有单桩基础、 多桩承台基础、 重力式基础、 桶式基础、 导管架式基础以及漂浮式基础， 还有上 述不同形式的组合， 如加摩擦盘的复合桶式基础、 摩擦盘和单桩的复合基础、 单桩-摩擦盘- 筒式复合基础， 等等。 0003 在遇到海底上层地基是软黏土时， 因其强度很低， 故设计的基础尺寸很大； 特别是 在覆盖层没有足够厚度时， 常常采用嵌岩桩， 这将加大施工难度和工程造价。 此外， 对于黏 性土地基， 运行过程中产生的超静孔隙水压力也不易消散。 0004 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。

10、， 或者工期过长、 投资过大。 0005 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 “适用于水下淤泥环境的真空预压加固施工方法(ZL 201410748501.8)” ， 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， 实现了全 程水下施工的目标， 但缺点是不适用于深水作业， 工序复杂， 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； 。

11、此外， 在上 面做建筑物基础时还要再次施工。 实用新型内容 0006 针对上述问题， 本实用新型的目的是提供一种基于快速预压固结处理水下软土地 基的复合基础。 0007 为实现上述目的， 本实用新型采取以下技术方案： 一种基于快速预压固结处理水 下软土地基的复合基础， 包括： 预压固结构件， 其上形成有上端封闭、 下端敞口的预压固结 空间； 支撑板， 沿径向水平设置在所述预压固结构件内， 以将所述预压固结构件的预压固结 空间分隔为上下两部分， 且所述支撑板上布设有若干个排水孔； 排水构件， 布置在所述预压 固结构件内， 且所述排水构件的出水端连通所述预压固结构件的上部空间； 抽水管， 所述抽 。

12、水管的一端与所述预压固结构件的上部空间连接， 所述抽水管的另一端与抽水设备连接。 0008 所述的复合基础， 优选的， 所述预压固结构件包括： 外吸力桶， 所述外吸力桶的桶 口朝下、 桶底朝上； 内吸力桶， 设置在所述外吸力桶内， 且所述内吸力桶的桶底与所述外吸 力桶的桶底呈一体设置； 所述排水构件布置在所述外吸力桶和内吸力桶内。 说明书 1/5 页 4 CN 211285678 U 4 0009 所述的复合基础， 优选的， 所述预压固结构件包括： 摩擦盘， 所述摩擦盘的外周具 有向下延伸的裙板， 以使所述摩擦盘的下部形成一盘状空间， 所述摩擦盘的上部设置有配 重； 内吸力桶， 设置在所述摩擦。

13、盘的下部， 且所述内吸力桶与所述摩擦盘呈一体设置； 所述 排水构件布置在所述摩擦盘的盘状空间和内吸力桶内。 0010 所述的复合基础， 优选的， 还包括单桩， 所述预压固结构件为桶口朝下、 桶底朝上 的吸力桶， 所述单桩贯穿所述吸力桶且与所述吸力桶之间形成移动副， 所述排水构件布置 在所述吸力桶内。 0011 所述的复合基础， 优选的， 还包括单桩， 所述预压固结构件为摩擦盘， 所述摩擦盘 的外周具有向下延伸的裙板， 以使所述摩擦盘的下部形成一盘状空间， 所述摩擦盘的上部 设置有配重； 所述单桩贯穿所述摩擦盘且与所述摩擦盘之间形成移动副， 所述排水构件布 置在所述摩擦盘的盘状空间内。 0012。

14、 所述的复合基础， 优选的， 在所述预压固结构件的上部空间和所述抽水管内均填 充有土工织物层。 0013 所述的复合基础， 优选的， 所述排水构件为排水板或排水管。 0014 所述的复合基础， 优选的， 所述预压固结构件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， 所述抽水管分别与各个所述平衡舱室的上部空间连 通。 0015 所述的复合基础， 优选的， 还包括水平控制机构， 所述水平控制机构包括： 电磁阀， 多个所述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抽水管上； 水平传 感器， 安装在所述预压固结构件的顶部； 嵌入式控制器， 亦安装在所述预压固结构件的顶。

15、 部， 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 分别与各个所述电磁阀电连接。 0016 本实用新型由于采取以上技术方案， 其具有以下优点： 1、 本实用新型通过抽水设 备将复合基础下方土体内的孔隙水不断排出， 使孔隙水压力转换为有效应力， 土体被压缩 变得密实， 从而可以主动提高地基的强度。 2、 本实用新型的复合基础下放的水深越大， 则该 复合基础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、 本实用新型可 以实现地基处理和复合基础安装施工同时进行， 大大提高了复合基础的施工效率。 4、 本实 用新型可以将排水板留在地基中有助于消散。

16、运行过程中产生的超静孔隙水压力。 5、 本实用 新型可与水平控制机构联合使用以实现复合基础的智能调平， 可很好地控制加固后地基的 平整度。 6、 本实用新型可在遇到台风等紧急情况时， 抽水加吸力， 相当于加压重， 起到稳定 的作用。 7、 本实用新型的预压固结构件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 0017 图1是本实用新型实施例一的正剖面示意图； 0018 图2是本实用新型实施例一的俯视图； 0019 图3是图1的A-A剖面示意图； 0020 图4是本实用新型实施例二的正剖面示意图； 0021 图5是本实用新型实施。

17、例二的俯视图； 说明书 2/5 页 5 CN 211285678 U 5 0022 图6是图4的B-B剖面示意图； 0023 图7是本实用新型实施例三的正剖面示意图； 0024 图8是本实用新型实施例三的俯视图； 0025 图9是图7的C-C剖面示意图。 具体实施方式 0026 以下将结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细说明， 以便更清楚理解本实 用新型的目的、 特点和优点。 应理解的是， 附图所示的实施例并不是对本实用新型范围的限 制， 而只是为了说明本实用新型技术方案的实质精神。 0027 实施例一： 0028 如图1至图3所示， 本实施例提供了一种桶-桶-板复合基础， 包括： 外吸力。

18、桶1， 外吸 力桶1的桶口朝下、 桶底朝上； 内吸力桶2， 设置在外吸力桶1内， 且内吸力桶2的桶底与外吸 力桶1的桶底呈一体设置； 支撑板3， 沿径向水平设置在外吸力桶1和内吸力桶2内， 以将外吸 力桶1和内吸力桶2的内部空间分隔为上下两部分， 且支撑板3上布设有若干个排水孔； 排水 板4(也可以是排水管)， 沿轴向布置在外吸力桶1和内吸力桶2内， 且排水板4的出水端连通 外吸力桶1和内吸力桶2的上部空间； 抽水管5， 抽水管5的一端分别与外吸力桶1和内吸力桶 2的上部空间连接， 抽水管5的另一端与抽水设备(图中未示出)连接。 0029 本实施例提供的复合基础在施工时， 首先将该复合基础放到。

19、预定位置并沉入水 下， 在自重或锤击的作用下使外吸力桶1和内吸力桶2插入土体一定深度， 此时外吸力桶1和 内吸力桶2的内部就形成一个相对密闭的空间； 然后开启抽水设备， 通过排水板4抽出外吸 力桶1和内吸力桶2内的水， 此时复合基础下的水压力变小， 上方的水压会作用在复合基础 上使其不断向下推进， 当支撑板3与土体接触时将水压转换为固结压力传至下方的土体上； 与此同时， 随着土体内的孔隙水不断排出， 孔隙水压力则转换为有效应力， 土体被压缩变得 密实， 强度提高， 从而达到软土地基加固的目的； 最后复合基础施工和地基处理同时完成 后， 抽水量逐渐减小， 直至达到自然状态， 此时可在复合基础上施。

20、工塔筒6(塔筒6也可以预 先施工在复合基础上)。 0030 在本实施例中， 优选的， 在外吸力桶1和内吸力桶2的上部空间以及抽水管5内均填 充有土工织物层7， 以防止泥沙进入导致管道堵塞。 0031 在本实施例中， 优选的， 外吸力桶1和内吸力桶2之间的环空通过沿轴向设置的分 舱隔板8分隔为四个独立的平衡舱室， 抽水管5分别与四个平衡舱室的上部空间连通。 0032 在上述实施例中， 优选的， 该复合基础还包括水平控制机构， 该水平控制机构包 括： 电磁阀9， 四个电磁阀9分别安装在与四个平衡舱室的上部空间连通的四根抽水管5上； 水平传感器10， 安装在外吸力桶1的顶壁上； 嵌入式控制器11， 。

21、亦安装在外吸力桶1的顶壁 上， 且嵌入式控制器11的输入端与水平传感器10电连接， 嵌入式控制器11的输出端分别与 四个电磁阀9电连接。 由此， 在抽水过程中， 水平传感器10可以实时监测复合基础在各个时 刻的水平状态并将倾角信息发送至嵌入式控制器11， 嵌入式控制器11根据倾角信息自动控 制相应电磁阀9的开度， 以控制各平衡舱室的抽水的速度， 从而保证复合基础在向下推进过 程中始终处于水平状态。 0033 实施例二： 说明书 3/5 页 6 CN 211285678 U 6 0034 如图4至图6所示， 本实施例提供了一种盘-桶-板复合基础， 包括： 摩擦盘12， 摩擦 盘12为面积较大且有。

22、一定刚度的盘状结构物， 摩擦盘12的外周具有向下延伸的裙板， 以使 摩擦盘12的下部形成一盘状空间， 摩擦盘12的上部设置有配重； 内吸力桶2， 设置在摩擦盘 12的下部中心， 且内吸力桶2与摩擦盘12呈一体设置； 支撑板3， 沿径向水平设置在摩擦盘12 的盘状空间和内吸力桶2内， 以将摩擦盘12的盘状空间和内吸力桶2的内部空间分隔为上下 两部分， 且支撑板3上布设有若干个排水孔； 排水板4(也可以是排水管)， 沿轴向布置在摩擦 盘12的盘状空间和内吸力桶2内， 且排水板4的出水端连通摩擦盘12的盘状空间和内吸力桶 2的上部空间； 抽水管5， 抽水管5的一端分别与摩擦盘12的盘状空间和内吸力桶。

23、2的上部空 间连接， 抽水管5的另一端与抽水设备(图中未示出)连接。 0035 本实施例提供的复合基础在施工时， 首先将该复合基础放到预定位置并沉入水 下， 在自重的作用下使摩擦盘12的裙板和内吸力桶2插入土体一定深度， 此时摩擦盘12的盘 状空间和内吸力桶2的内部就形成一个相对密闭的空间； 然后开启抽水设备， 通过排水板4 抽出摩擦盘12的盘状空间和内吸力桶2内的水， 此时复合基础下的水压力变小， 上方的水压 会作用在复合基础上使其不断向下推进， 当支撑板3与土体接触时将水压转换为固结压力 传至下方的土体上； 随着土体内的孔隙水的排出， 孔隙水压力则转换为有效应力， 土体被压 缩变得密实， 。

24、强度提高， 从而达到软土地基加固的目的； 最后复合基础施工和地基处理同时 完成后， 抽水量逐渐减小， 直至达到自然状态， 此时可在复合基础上施工塔筒6(塔筒6也可 以预先施工在复合基础上)。 0036 在本实施例中， 优选的， 在摩擦盘12的底部和内吸力桶2的上部空间以及抽水管5 内均填充有土工织物层7， 以防止泥沙进入导致管道堵塞。 0037 在本实施例中， 优选的， 摩擦盘12的底部和内吸力桶2之间的环空通过沿轴向设置 的分舱隔板8分隔为四个独立的平衡舱室， 抽水管5分别与四个平衡舱室的上部空间连通。 0038 在上述实施例中， 优选的， 该复合基础还包括水平控制机构， 该水平控制机构包 。

25、括： 电磁阀9， 四个电磁阀9分别安装在与四个平衡舱室的上部空间连通的四根抽水管5上； 水平传感器10， 安装在摩擦盘12的顶壁上； 嵌入式控制器11， 亦安装在摩擦盘12的顶壁上， 且嵌入式控制器11的输入端与水平传感器10电连接， 嵌入式控制器11的输出端分别与四个 电磁阀9电连接。 由此， 在抽水过程中， 水平传感器10可以实时监测复合基础在各个时刻的 水平状态并将倾角信息发送至嵌入式控制器11， 嵌入式控制器11根据倾角信息自动控制相 应电磁阀9的开度， 以控制各平衡舱室的抽水的速度， 从而保证复合基础在向下推进过程中 始终处于水平状态。 0039 实施例三： 0040 如图7至图9所。

26、示， 本实施例提供了一种盘-桩-板复合基础， 包括： 摩擦盘12， 摩擦 盘12为面积较大且有一定刚度的盘状结构物， 摩擦盘12的外周具有向下延伸的裙板， 以使 摩擦盘12的下部形成一盘状空间， 摩擦盘12的上部设置有配重； 支撑板3， 沿径向水平设置 在摩擦盘12的盘状空间内， 以将摩擦盘12的盘状空间内部空间分隔为上下两部分， 且支撑 板3上布设有若干个排水孔； 排水板4(也可以是排水管)， 沿轴向布置在摩擦盘12的盘状空 间内， 且排水板4的出水端连通摩擦盘12的盘状空间上部空间； 抽水管5， 抽水管5的一端分 别与摩擦盘12的盘状空间上部连接， 抽水管5的另一端与抽水设备(图中未示出)。

27、连接； 单桩 13， 单桩13贯穿摩擦盘12且与摩擦盘12之间形成移动副。 说明书 4/5 页 7 CN 211285678 U 7 0041 本实施例提供的复合基础在施工时， 首先将该复合基础放到预定位置并沉入水 下， 并锤击单桩13使其插入土体， 摩擦盘12的裙板则在自重作用下插入土体一定深度， 此时 摩擦盘12的盘状空间内就形成一个相对密闭的空间； 然后开启抽水设备， 通过排水板4抽出 摩擦盘12的盘状空间内的水， 此时复合基础下的水压力变小， 上方的水压会作用在摩擦盘 12上使其沿着单桩13不断向下推进， 当支撑板3与土体接触时将水压转换为固结压力传至 下方的土体上； 随着土体内的孔隙。

28、水的排出， 孔隙水压力转换为有效应力， 土体被压缩变得 密实， 强度提高， 从而达到软土地基加固的目的； 最后可以根据需要在摩擦盘12和单桩13之 间通过灌浆或其它方法使二者固结， 复合基础施工和地基处理同时完成后， 抽水量逐渐减 小， 直至达到自然状态。 0042 在本实施例中， 优选的， 在摩擦盘12的底部以及抽水管5内均填充有土工织物层7， 以防止泥沙进入导致管道堵塞。 0043 在本实施例中， 优选的， 摩擦盘12的底部与单桩13之间的环空通过沿轴向设置的 分舱隔板8分隔为四个独立的平衡舱室， 抽水管5分别与四个平衡舱室的上部空间连通。 0044 在上述实施例中， 优选的， 该复合基础。

29、还包括水平控制机构， 该水平控制机构包 括： 电磁阀9， 四个电磁阀9分别安装在与四个平衡舱室的上部空间连通的四根抽水管5上； 水平传感器10， 安装在摩擦盘12的顶壁上； 嵌入式控制器11， 亦安装在摩擦盘12的顶壁上， 且嵌入式控制器11的输入端与水平传感器10电连接， 嵌入式控制器11的输出端分别与四个 电磁阀9电连接。 由此， 在抽水过程中， 水平传感器10可以实时监测复合基础在各个时刻的 水平状态并将倾角信息发送至嵌入式控制器11， 嵌入式控制器11根据倾角信息自动控制相 应电磁阀9的开度， 以控制各平衡舱室的抽水的速度， 从而保证复合基础在向下推进过程中 始终处于水平状态。 004。

30、5 需要说明的是， 本实用新型可形成的复合基础还包括： 桶-板复合基础、 盘-板复合 基础以及桶-桩-板复合基础等多种形式， 在此不再一一赘述。 0046 上述各实施例仅用于说明本实用新型， 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， 凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进， 均 不应排除在本实用新型的保护范围之外。 说明书 5/5 页 8 CN 211285678 U 8 图1 说明书附图 1/6 页 9 CN 211285678 U 9 图2 图3 说明书附图 2/6 页 10 CN 211285678 U 10 图4 说明书附图 3/6 页 11 CN 211285678 U 11 图5 图6 说明书附图 4/6 页 12 CN 211285678 U 12 图7 说明书附图 5/6 页 13 CN 211285678 U 13 图8 图9 说明书附图 6/6 页 14 CN 211285678 U 14 。