一种吹填淤泥围海造地的施工工艺及其装置.pdf

本发明涉及一种吹填淤泥围海造地的施工工艺及其装置，该装置包括淤泥脱水和分级系统A，固化处理系统B，改良泥浆的摊铺系统C。工艺流程：①在指定区域，将按照普通吹填工艺或者采用溢流装置中排出的泥浆，吹填至指定标高，构成基础淤泥层；②在基础泥浆层表面铺设一层透水隔离层e；③淤泥泥浆a经过淤泥脱水和分级系统A，使底流含水量较低、颗粒粒径较粗的粗粒径浓缩泥浆进入泥浆与固化剂混合装置；④固化剂贮料装置的固化剂通过固化剂输送装置输入泥浆与固化剂混合装置；⑤泥浆与固化剂搅拌与出料装置将泥浆与固化剂混合物搅拌均匀形成改良泥浆并送至需要地点；⑥采用摊铺系统在透水隔离层e上分层逐层将改良泥浆铺设至指定厚度。

1、  一种吹填淤泥围海造地的施工工艺，其特征在于：在原有的淤泥层上快速铺设一层一定厚度的改良土层，该改良土层经短期沉积或固化后，使该地基承载力能够满足后续施工要求。

2、  根据权利要求1所述的一种吹填淤泥围海造地的施工工艺，其特征在于：该工艺具体流程如下：
①在指定区域内，将按照普通吹填工艺或者采用本发明中的淤泥脱水和分级系统A中的溢流装置(6)中排出的泥浆，吹填至指定标高，构成基础淤泥层；
②在基础泥浆层表面铺设一层透水的隔离层e，以防止质量密度较高的粗粒径浓缩泥浆沉入到低密度的基础泥浆层中；
③淤泥泥浆a经过前述淤泥脱水和分级系统A，使底流含水量较低、颗粒粒径较粗的粗粒径浓缩泥浆进入固化处理系统B中泥浆与固化剂混合装置(9)；
④固化处理系统B中固化剂贮料装置7的固化剂通过固化剂输送装置(8)输入泥浆与固化剂混合装置(9)，固化剂的输入量根据进入泥浆与固化剂混合装置(9)的粗粒径浓缩泥浆的速度和数量调整；
⑤泥浆与固化剂搅拌与出料装置(10)将泥浆与固化剂混合物搅拌均匀形成改良泥浆并以一定的速度通过输送装置(11)送至需要的地点；
⑥采用摊铺系统在透水的隔离层e上按一定时间间隔和一定的厚度分层逐层将步骤⑤得到的改良泥浆铺设至指定厚度。

3、  根据权利要求2所述的一种处理围海造地中吹填淤泥的施工工艺，其特征在于：所述的隔离层可以是采用竹材、木材、植物秸秆等编织的片材，土工布及其制品，塑料编制布及其制品。

4、  根据权利要求2所述的一种处理围海造地中吹填淤泥的施工工艺，其特征在于：所述的固化剂的添加量为泥浆质量的0～30％。

5、  一种吹填淤泥围海造地的施工装置，其特征在于：该装置包括淤泥脱水和分级系统A，固化处理系统B，以及改良泥浆的摊铺系统C：
淤泥脱水和分级系统A：包括：杂物筛除装置(1)、泵送装置(2)、压力控制装置(3)、锥形主体装置(4)、底流装置(5)、溢流装置(6)；杂物筛除装置(1)、泵送装置(2)、压力控制装置(3)、锥形主体装置(4)为串联连接，即淤泥经过杂物筛除装置(1)筛除杂物后，通过泵送装置(2)泵送，再通过压力控制装置(3)进入锥形主体装置(4)；锥形主体装置(4)的上端连接溢流装置(6)，将溢流泥浆排出锥形体外；该锥形主体装置(4)的下端连接底流装置(5)，将底流含水量较低、颗粒粒径较粗的粗颗粒浓缩泥浆排出锥形主体装置(4)；底流装置(5)的管道口置于固化剂混合装置(9)的上方，使浓缩泥浆输入到固化处理系统B中；以泵送装置(2)为主管道可分支并联2-200个不同规格的压力控制装置(3)以及锥形主体装置(4)；
固化处理系统B：包括：固化剂贮料装置(7)、固化剂输送装置(8)、泥浆与固化剂混合装置(9)、泥浆与固化剂搅拌与出料装置(10)、输送装置(11)；通过固化剂输送装置(8)与泥浆与固化剂混合装置(9)连接；输送装置8是内径10-100mm的管道，连接在固化剂贮料装置(7)的适当位置，通过内装螺旋推进器或压缩空气将固化剂贮料装置(7)的固化剂输送至泥浆与固化剂混合装置(9)；泥浆与固化剂混合装置(9)上部开敞接收底流装置(5)排入的浓缩泥浆和固化剂输送装置(8)输入的固化剂，底部有开口连接泥浆与固化剂搅拌与出料装置(10)。泥浆与固化剂搅拌与出料装置(10)为一定功率的泥浆泵；输送装置(11)为内径为50-150mm的管道，其侧壁连接有一个或数个喷嘴用于注入压缩空气；输送装置(11)末端留有连接管段接口，通过连接管段(12)将固化处理过的改良泥浆输入摊铺系统C；
(3)改良泥浆的摊铺系统C，包括：能够快速连接的连接管段12、能够移动的软管或者皮带运输机13和承载及移动装置14。

6、  根据权利要求5所述的一种吹填淤泥围海造地的施工装置，其特征在于：所述的杂物筛除装置(1)为一组震动筛或者滚筒筛或者及其二者的组合，可将吹填泥浆中大于一定尺寸的贝壳、石子等杂物筛除以免造成后续工艺的管路堵塞。

一种吹填淤泥围海造地的施工工艺及其装置
(一)技术领域
本发明涉及一种吹填淤泥围海造地的施工工艺及其装置，属于土木工程地基处理技术领域。
(二)背景技术
近年来我国的沿海地区有大量的围海造地工程，如天津、渤海湾地区、广东沿海地区、长江三角洲、珠江三角洲等地区，其中仅天津滨海新区拟围海造地170平方公里。目前我国的很多围海造地工程，是采用吹填淤泥造地法，即将海底淤泥吹填至围埝内，该淤泥经过一定的处理后变成具有一定承载力的地基。
目前处理这些吹填淤泥的主要方法是落淤后采用排水固结法进行地基加固处理。但由于吹填淤泥粘粒含量高、含水量大(通常高达400-500％)、透水性差，必须经过数年的沉积与风干，才能使地基具有承受后继施工(如排水固结法施工等)的荷载的承载能力，如此长的时间浪费是不能接受的。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种吹填淤泥围海造地的施工工艺及其装置，在现有吹填造地工艺的基础上，通过一套包括淤泥脱水和分级系统、固化处理系统、输送摊铺系统等施工装置，在原有工艺施工后形成的粘性成份含量高、含水量大、透水性差的淤泥层上快速铺设一定厚度的改良土层，该改良土层经短期沉积或固化后，使该地基承载力能够满足后续施工要求。从而可解决吹填造地中淤泥沉积慢、不能快速进行后续施工的问题。
本发明涉及一种围海造地中吹填淤泥造地施工工艺及其装置，具有可快速、高效在吹填淤泥表层构筑一定厚度具有足够承载能力硬壳层地基的特点。
本发明一种围海造地中吹填淤泥造地施工工艺及其装置，在泵送的吹填淤泥泥浆到达指定吹填造地的区域后，采用特殊工艺将泥浆中的部分水和细小颗粒组分分离出去，形成含水量较低、颗粒粒径较粗的浓缩泥浆，这部分泥浆中的含水量和粒径分布可通过调节工艺参数改变；然后根据情况需要，可以将该部分泥浆与一定比例的固化剂混合、或不与固化剂混合，然后采用一定的工艺铺设于吹填淤泥层的表面，形成一定厚度的含水量较低、且粒径较粗的土层或固化土层。
1、本发明一种处理围海造地中吹填淤泥的施工装置，主要包括淤泥脱水和分级系统A，固化处理系统B，以及改良泥浆的摊铺系统C。
(1)淤泥脱水和分级系统A：包括：杂物筛除装置1、泵送装置2、压力控制装置3、不同规格的泥砂分流锥形主体装置4、底流装置5、溢流装置6。该杂物筛除装置1为一组一定筛孔孔径的震动筛或滚筒筛或者及其二者的组合，可将吹填泥浆中大于一定尺寸的贝壳、石子等杂物筛除以免造成后续工艺的管路堵塞；泵送装置2包括泵送管道和功率可控的泵，可将淤泥泥浆以一定的速度和压力泵送至锥形主体装置4；该压力控制装置3包括压力控制表和压力调节器，实现对泵送速度和压力的控制。杂物筛除装置1、泵送装置2、压力控制装置3、锥形主体装置4为串联连接，即淤泥经过杂物筛除装置1筛除杂物后，通过泵送装置2泵送，再通过压力控制装置3进入锥形主体装置4。该锥形主体装置4是上口内径75-300mm、下口内径10-25mm、高500-2000mm的圆锥体；锥形主体装置4的上端连接溢流装置6；该溢流装置6是一个内径为10-50mm的排流管道，将溢流泥浆排出锥形体外。该锥形主体装置4的下端连接底流装置5；该底流装置5是一个内径为5-15mm、高40-120mm的排流管道，将底流含水量较低、颗粒粒径较粗的粗颗粒浓缩泥浆排出锥形主体装置4，底流装置5的管道口置于固化剂混合装置9的上方，使浓缩泥浆输入到固化处理系统B中。
当淤泥泥浆经泵送装置2以一定的压力和速度沿切线方向进入锥形主体装置4后，在锥形主体装置4的内部高速旋转，产生离心力场。在离心力的作用下，密度大的颗粒组分被甩向四周，并顺着壁面向下运动，从底流装置5排出；密度小的浆体迁移到中间并向上运动，最后作为溢流从溢流装置6排出，这样泥浆中的颗粒粒径较粗的成份被分离。以泵送装置2为主管道可分支并联2-200个不同规格的压力控制装置3以及锥形主体装置4(如图2所示，图中只并联3个，根据需要可通过连接管段12继续扩展)，提高泥砂分离速度。
(2)固化处理系统B：包括固化剂贮料装置7、固化剂输送装置8、泥浆与固化剂混合装置9、泥浆与固化剂搅拌与出料装置10、输送装置11。固化剂贮料装置7可以是圆柱体、方体等适当的几何形状，其容积大小可根据需要而定，主要用于存放固化剂；通过固化剂输送装置8与混合装置9连接。输送装置8是内径10-100mm的管道，连接在固化剂贮料装置7的适当位置，通过内装螺旋推进器或压缩空气将固化剂贮料装置7的固化剂输送至泥浆与固化剂混合装置9。泥浆与固化剂混合装置9上部开敞接收底流装置5排入的浓缩泥浆和固化剂输送装置8输入的固化剂，底部有开口连接泥浆与固化剂搅拌与出料装置10。泥浆与固化剂搅拌与出料装置10可以是一定功率的泥浆泵，泥浆与固化剂混合装置9中的泥浆与固化剂混合物通过泥浆泵可以被搅拌均匀形成改良泥浆，并通过输送装置11送至需要的地点。输送装置11为内径为50-150mm的管道，其侧壁连接有一个或数个喷嘴，采用一定的设施将一定量的压缩空气通过喷嘴注入到输送装置11的管路中，以减小改良泥浆的输送阻力。输送装置11末端留有连接管段接口，通过管段12将固化处理过的改良泥浆输入摊铺系统C。
(3)改良泥浆的摊铺系统C包括：能够快速连接的连接管段12、能够移动的软管(或者皮带运输机)13和承载及移动装置14(可供人员及设备浮在泥浆表面且能移动)。
2、本发明一种处理围海造地中吹填淤泥的施工工艺，其工艺流程如下：
(1)在指定区域内，将按照普通吹填工艺或者采用本发明中的淤泥脱水和分级系统A中的溢流装置6中排出的泥浆，吹填至指定标高，构成基础淤泥层；
(2)在基础泥浆层表面铺设一层透水的隔离层e，以防止质量密度较高的粗粒径浓缩泥浆沉入到低密度的基础泥浆层中。该隔离层可以是采用竹材、木材、植物秸秆等编织的片材，土工布及其制品，塑料编制布及其制品等。
(3)淤泥泥浆a经过前述淤泥脱水和分级系统A，使底流含水量较低、颗粒粒径较粗的粗粒径浓缩泥浆进入固化处理系统B中泥浆与固化剂混合装置9。
(4)固化处理系统B中固化剂贮料装置7的固化剂通过固化剂输送装置8输入泥浆与固化剂混合装置9，固化剂掺量为泥浆质量的0～30％，固化剂的输入速度根据进入泥浆与固化剂混合装置9的粗粒径浓缩泥浆的速度调整。
(5)泥浆与固化剂搅拌与出料装置10将泥浆与固化剂混合物搅拌均匀形成改良泥浆并以一定的速度通过输送装置11送至需要的地点。
(6)采用摊铺系统在透水隔离层上按一定时间间隔和一定的厚度分层逐层将上述步骤(5)得到的改良泥浆铺设至指定厚度。分层厚度和各层摊铺的时间间隔主要根据基础泥浆的特性确定，以保证改良泥浆层不沉入基础泥浆层中。
(四)附图说明
图1所示为本发明装置结构图及施工工艺流程图
图2所示为淤泥脱水和分级系统A详细说明图
图中标号如下：
A淤泥脱水和分级系统  B固化处理系统  C泥浆摊铺系统
a泥浆  b堤坝  d吹填淤泥层  e透水隔离层
f粗粒径浓缩泥浆与固化剂混合物层  g固化剂
1杂物筛除装置  2泵送装置  3压力控制装置  4锥形主体装置
5底流装置  6溢流装置  7固化剂贮料装置  8固化剂输送装置
9泥浆与固化剂混合装置  10搅拌与出料装置  11输送装置
12连接管段  13移动软管或者皮带运输机  14承载及移动装置
(五)具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的说明。
本发明一种处理围海造地中吹填淤泥的施工装置包括淤泥脱水和分级系统A、固化处理系统B以及泥浆摊铺系统C。
淤泥脱水和分级系统A包含的装置及各装置的规格参数如下：包括泵送装置2、压力控制装置3、不同规格的锥形主体装置4、底流装置5、溢流装置6。泵送装置2包括内径为25mm的排流管道和功率为2.5KW的泵；压力控制装置3包括压力控制表和一个可旋转把手，通过旋转把手调节管道流量；通过调节泵送装置2和压力控制装置3，使淤泥以0.25MPa的压力进入锥形主体装置4中；锥形主体装置4是上口内径300mm、下口内径20mm、高1000mm的圆锥体；锥形主体装置4的上端连接溢流装置6；溢流装置6是一个内径为20mm的排流管道，将溢流泥浆排出锥形体外；锥形主体装置4的下端连接底流装置5；底流装置5是一个内径为10mm、长40mm的排流管道。具体的淤泥脱水和分级过程如下：泥浆a进入输泥管，一部分直接吹填至堤坝b内，作为地基的基础淤泥层d的组分部分，另一部分泥浆经过泵送装置2和压力控制装置3的调控分别以0.25Mpa的压力进入20个规格相同的锥形主体装置4(图2中只表示出3个)，经过锥形主体装置4的高压旋转分流，使细小颗粒浆体成份从溢流装置6排出，底流粗颗粒浓缩泥浆成份经底流装置5排至固化处理系统中的泥浆与固化剂混合装置9。
固化处理系统B包含的装置及各装置的规格参数如下：包括固化剂贮料装置7、固化剂输送装置8、泥浆与固化剂混合装置9、泥浆与固化剂搅拌与出料装置10、输送装置11。固化剂贮料装置7是一个5×5×5m3的正方体容器，主要用于存放固化剂；固化剂输送装置8是一个内径为40mm含内装螺旋推进器的管道；泥浆与固化剂混合装置9内径3000mm，高2000mm；泥浆与固化剂搅拌与出料装置10旋转时的功率为5KW。输送装置11为内径为50-150mm的管道，其侧壁有3个喷嘴采用空气压缩机将一定量的压缩空气通过喷嘴注入到输送装置11的管路中。具体的固化处理过程如下：固化剂贮料装置7中的固化剂通过固化剂输送装置8进入泥浆与固化剂混合装置9，同时粗颗粒浓缩泥浆也经底流装置5进入泥浆与固化剂混合装置9，固化剂与粗颗粒浓缩泥浆混合后经过泥浆与固化剂搅拌与出料装置10均匀搅拌，得到固化土，并经输送装置11输送至指定地点。混合物中由于含有固化剂，因此经过很短的时间便会硬化，从而具有一定的强度，并达到地基要求的承载力。
泥浆摊铺系统C包含的装置为能够快速连接的管段12、可移动的软管(或皮带运输机)13、承载及移动装置14。
(1)实施例一
在某海滨的填海造地场地，采用普通吹填工艺或者本发明中淤泥脱水和分级系统A中的溢流装置6中排出的泥浆，在围埝中吹填至3米标高处，构成基础淤泥层。在该基础泥浆层表面铺设一层土工被，土工被为土工织物制成的大面积囊状结构，可以有效防止质量密度较高的粗粒径浓缩泥浆沉入到低密度的基础泥浆层中。
淤泥脱水和分级系统A中分离出的改良泥浆主要是粒径大于30μm的粉粒成份，由于这部分改良泥浆渗透系数较大，经短期沉积可以满足后续施工承载力要求，故可以不添加固化剂，即不用系统B。改良泥浆采用皮带运输机13及其承载及移动装置14输送至指定地点，按照第一层20cm，第二层30cm，第三层60cm，第四层90cm的层厚每隔20天铺一层，在土工被上形成2米厚度的改良泥浆层，该泥浆层固结速度快于基础淤泥层，可以在较短时间达到一定承载力，便于后续施工机械进场，同时，土工被上层的土体压力，有利于加速基础淤泥层的固结。
(2)实施例二
在某海滨的填海造地场地，采用普通吹填工艺或者本发明中淤泥脱水和分级系统A中的溢流装置6中排出的泥浆，在围埝中吹填至2米标高处，构成基础淤泥层。在该基础泥浆层表面铺设一层荆扒，荆扒为荆条编织的二维结构，可以有效防止质量密度较高的粗粒径浓缩泥浆沉入到低密度的基础泥浆层中。
淤泥脱水和分级系统A中分离出的粗颗粒浓缩泥浆主要是粒径小于50μm的粉粒成份，需要添加固化剂，固化剂水泥掺量8％。20个锥形主体装置4通过底流装置5输入到泥浆与固化剂混合装置9的总速度为0.03吨/秒，则固化剂输入的速度为2.4千克/秒。系统A分离出来的已脱水和脱出细小颗粒的改良泥浆经过固化处理系统B与固化剂充分混合。
将混合有固化剂的改良泥浆采用可移动软管13及其承载及移动装置14输送至指定地点，按照第一层20cm，第二层30cm，第三层50cm，第四层50cm的层厚每隔15天铺一层，在荆扒层上形成1.5米厚度的改良泥浆层，该泥浆层固结速度快于基础淤泥层，可以在较短时间达到一定承载力，便于后续施工机械进场，同时，荆扒上层的土体压力，有利于加速基础淤泥层的固结。