一种吹填淤泥造地施工工艺及其装置.pdf

一种吹填淤泥造地施工工艺及其装置，该装置包括泥砂分离工艺装置和双层地基处理装置；其工艺流程如下：(1)按照普通吹填工艺首先将淤泥吹填至指定区域内，同时采用泥砂分离技术将砂性成分分离出后剩余的粘性泥浆也吹填至指定区域内构成下层淤泥层并达到指定标高；(2)吹填来的淤泥泥浆经过泥砂分离工艺，将砂性成分铺设于淤泥层表面，构成上层一定厚度的砂性土层，该砂性土层可作为水平排水系统；(3)将塑料排水板或袋装砂井等插入淤泥中，构成竖向排水系统，与水平排水系统共同构成完整的排水系统；(4)采用堆载法或真空预压法等方法设置加载系统，在进行一定时间的加压和排水固结后，可使吹填淤泥构成的双层地基达到预定的承载能力。

1、  一种吹填淤泥造地施工工艺装置，包括泥砂分离工艺装置和双层地基处理装置；其特征在于：该泥砂分离工艺装置包括：泵送装置、压力控制装置、不同规格的泥砂分流锥形主体装置、溢流装置和底流装置；该功率可控的泵送装置，其功率可根据锥形主体装置大小和淤泥进入锥形主体装置速度确定，可将淤泥泥浆以一定的速度和压力泵送至锥形主体装置；其压力控制装置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；该锥形主体装置的上端连接溢流装置，将溢流排出锥形体外，其下端连接底流装置，将底流排出锥形主体装置使其流入指定区域内淤泥层的表面，构成一定厚度的砂性土层。

2、  根据权利要求一所述的吹填淤泥造地施工工艺装置，其特征在于：该锥形主体装置是上口内径75-300mm、下口内径10-25mm、高500-2000mm的圆锥体。

3、  根据权利要求一所述的吹填淤泥造地施工工艺装置，其特征在于：该溢流装置是一个内径为10-50mm的排流管道。

4、  根据权利要求一所述的吹填淤泥造地施工工艺装置，其特征在于：该底流装置是一个内径为5-15mm、高40-120mm的排流管道。

5、  一种吹填淤泥造地施工工艺，其特征在于：其工艺流程如下：
(1)构成下层淤泥层：按照普通吹填工艺首先将淤泥吹填至指定区域内，同时采用泥砂分离技术将砂性成分分离出后剩余的粘性泥浆也吹填至指定区域内构成下层淤泥层并达到指定标高；
(2)构成上层砂性土层：吹填来的淤泥泥浆同时经过泥砂分离工艺，将砂性成分铺设于淤泥层表面，构成上层一定厚度的砂性土层，该砂性土层可作为水平排水系统；
(3)按设计要求将塑料排水板或袋装砂井等插入淤泥中，构成竖向排水系统，与水平排水系统共同构成完整的排水系统；淤泥中的水可沿着竖向排水系统进入水平排水系统，进而排出水平排水系统；
(4)此后可以采用堆载法或真空预压法等方法设置加载系统，在进行一定时间的加压和排水固结后，可使吹填淤泥构成的双层地基达到预定的承载能力，如果工期要求的紧，在实行加压排水一定时间、使软土达到一定固结度后，在上述地基表面进行强夯，可大大缩短地基达到预定承载力的时间。

一种吹填淤泥造地施工工艺及其装置
(一)技术领域
本发明涉及一种吹填淤泥造地施工工艺及其装置，属于土木工程地基处理施工技术领域。
(二)背景技术
近年来在我国沿海、内陆湖泊和河流谷地等地区，大面积采用吹填淤泥的方法造地，如天津滨海新区拟吹填淤泥填海造地数百平方公里。目前的吹填造地工艺主要是将泥浆吹填至围堰堤坝内，形成单一淤泥层；然后在该淤泥层上采用排水固结法进行地基加固处理。该工艺存在以下两方面的问题：一方面，由于吹填淤泥的粘粒含量高、含水量大(最高达400-500％)、透水性差，须经过数年的风干与沉积，才能使地基具有承受后续施工荷载的承载能力，如此长的时间浪费通常是不能容忍的；为了缩短后续施工的等待时间，不得不投入大量的资金进行处理，目前采用的措施主要是采用含水量低的干土等材料铺设施工垫层等方法，但是这种工艺施工效率低、经济效益差、且土源紧张。另一方面，排水固结法需要用大量排水性良好的砂在吹填淤泥层表面构筑一定厚度的砂垫层作为水平排水系统；但砂源稀缺、且运距很大，使成本聚增。
(三)发明内容
本发明的目的是在现有吹填造地工艺的基础上，将高含水量淤泥吹填泥浆中的砂性组分分离出来，铺设于吹填淤泥层的表面，形成一定厚度的砂性土层，使现有工艺吹填形成的单一淤泥层转变成下层为淤泥层、上层为砂层的双层地基。从而，一方面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，另一方面可解决排水固结法施工中水平排水层砂源紧张问题。
本发明涉及一种吹填淤泥造地施工工艺及其装置，采用特殊工艺将吹填泥浆中的砂性组分分离，将原有工艺施工形成的粘性成分含量高、含水量大、压缩性高、透水性差的单层淤泥层改变成下层为淤泥层、上层为砂性土层的双层地基。具体包括：在泵送的吹填淤泥泥浆到达指定吹填造地的区域后，采用特殊工艺将粒径大于0.01mm的砂性组分分离出来，将其铺设在吹填淤泥层表面，形成一定厚度、排水性良好的砂性土层。可通过调节工艺参数改变砂性土层中砂性组分的粒径分布。一方面，由于砂性土层的高渗透性，可快速沉积形成能够承受后续排水固结法施工荷载的施工持力层；另一方面，形成了后续排水固结法施工的水平排水层。然后按设计要求将塑料排水板或袋装砂井等插入淤泥中，构成竖向排水系统，与水平排水系统共同构成完整的排水系统。此后可以采用堆载法或真空预压法等方法设置加载系统，进行一定时间的加压和排水固结后，可使吹填淤泥构成的双层地基达到预定的承载能力。如果在实行加压排水一定时间、软土达到一定固结度后，在上述地基表面进行强夯，可大大缩短地基达到预定承载力的时间。
本发明一种吹填淤泥造地施工工艺装置，包括泥砂分离工艺装置A和双层地基处理装置B。
其中的泥砂分离工艺装置A包括：泵送装置4、压力控制装置5、不同规格的泥砂分流锥形主体装置6、溢流装置9、底流装置7。泵送装置4主要指功率可控的泵，泵的功率可根据锥形主体装置大小和淤泥进入锥形主体装置速度确定，可将淤泥泥浆以一定的速度和压力泵送至锥形主体装置6；压力控制装置5包括压力控制表51和压力调节器52，实现对泵送速度和压力的控制。锥形主体装置6是上口内径75-300mm、下口内径10-25mm、高500-2000mm的圆锥体。锥形主体装置的上端连接溢流装置9。溢流装置9主要是一个内径为10-50mm的排流管道，将溢流排出锥形体外流入指定区域内的淤泥层或排至外滩。锥形主体装置6的下端连接底流装置7，该底流装置7是一个内径为5-15mm、高40-120mm的排流管道，将底流排出锥形主体装置6使其流入指定区域内淤泥层的表面，构成一定厚度的砂性土层。
锥形主体装置6的内部工作情况如下：当淤泥泥浆经泵送装置4以一定的压力和速度沿锥形主体装置6的切线方向进入锥形主体装置6后，由于泥浆的切向速度而使锥形主体内部形成离心区。锥形主体装置6的顶部是密封的，具有切向分速度的泥浆又受到顶部向下的推力，再加上重力的影响而使泥浆获得向下的轴向分速度。两个分速度合成的结果使泥浆向下作螺旋运动，形成向下的旋流。在旋流截面上，中心的液体速度高，离心力大，压力小，因而外面的空气由锥形主体装置6底端通气口高速流入锥形主体装置6。所以泥浆到达底流装置7附近时，液体部分夹带着细小的粘性颗粒便改变方向，和空气一起向上作螺旋运动，形成向上的旋流，并经过溢流装置9从上溢流口溢出，而旋流液中较粗的砂性成分在离心力的作用下被甩向锥形主体装置内壁，边旋转边下落，由底流装置7排出，这样泥浆中的砂性成分被分流。该泵送装置4经压力控制装置5可同时连接10-60个不同规格的锥形主体装置6，提高泥沙分离速度。从底流装置7排出的底流便可作为砂性土层8。
双层地基处理装置B包括竖向排水装置10、表层加压装置11。竖向排水装置10指塑料排水板或袋装砂井等，构成竖向排水系统，与水平排水系统共同构成完整的排水系统；淤泥中的水可沿着竖向排水系统进入水平排水系统，进而排出地基。表层加压装置11指采用堆载法或真空预压法等方法设置的加载系统，可增加双层地基的排水固结速度。如果工期要求的紧，在实行加压排水一定时间、使软土达到一定固结度后，在上述地基表面加设强夯装置，可大大缩短地基达到预定承载力的时间。
本发明中一种吹填淤泥造地施工工艺，其工艺流程如下：
(1)构成下层淤泥层：按照普通吹填工艺首先将淤泥吹填至指定区域内，同时采用泥砂分离技术将砂性成分分离出后剩余的粘性泥浆也吹填至指定区域内构成下层淤泥层并达到指定标高；
(2)构成上层砂性土层：吹填来的淤泥泥浆同时经过泥砂分离工艺，将砂性成分铺设于淤泥层表面，构成上层一定厚度的砂性土层，该砂性土层可作为水平排水系统；
(3)按设计要求将塑料排水板或袋装砂井等插入淤泥中，构成竖向排水系统，与水平排水系统共同构成完整的排水系统；淤泥中的水可沿着竖向排水系统进入水平排水系统，进而排出水平排水系统；
(4)此后可以采用堆载法或真空预压法等方法设置加载系统，在进行一定时间的加压和排水固结后，可使吹填淤泥构成的双层地基达到预定的承载能力。如果工期要求的紧，在实行加压排水一定时间、使软土达到一定固结度后，在上述地基表面进行强夯，可大大缩短地基达到预定承载力的时间。施工流程框图见图1，施工工艺流程图见图2。
本发明的优点和功效表现在：因目前吹填淤泥造地工艺主要是将泥浆吹填于围堰堤坝内，形成单一淤泥层，然后在淤泥层上采用排水固结法进行地基加固处理。该工艺存在两方面问题：一方面，由于淤泥沉积速度缓慢，导致长时间不能进行后续施工；另一方面，排水固结法需要大量砂在淤泥层表面构筑水平排水系统，但砂源稀缺、且运距很大，使成本剧增。本发明的施工工艺及装置构成下层为淤泥层、上层为砂层的双层地基。上层的砂层，一方面经短时间沉积即可作为后续施工持力层，另一方面可作为排水固结法施工水平排水层。解决了现有吹填淤泥造地工艺存在的严重缺陷。同时本工艺具有施工机械、工艺简单，施工速度快等特点，并可取得良好的经济效益和技术效益。
(四)附图说明
图1本发明施工工艺流程框图
图2本发明的施工工艺流程图
图中标号说明如下：
1输泥管；    2堤坝；    3吹填淤泥层；    4泵送装置；
5压力控制装置；    51压力控制表；    52压力调节器；
6不同规格的泥砂分流锥形主体装置；    7底流装置；    8砂性土层；
9溢流装置底流装置；    10竖向排水体；    11加压装置；
(五)具体实施方式
如图2所示，本发明一种吹填淤泥造地施工工艺装置，包括泥砂分离工艺装置A和双层地基处理装置B。
其中的泥砂分离工艺装置A包括：泵送装置4、压力控制装置5、不同规格的泥砂分流锥形主体装置6、溢流装置9、底流装置7。泵送装置4主要指功率可控的泵，泵的功率可根据锥形主体装置大小和淤泥进入锥形主体装置速度确定，可将淤泥泥浆以一定的速度和压力泵送至锥形主体装置6；压力控制装置5包括压力控制表51和压力调节器52，实现对泵送速度和压力的控制。锥形主体装置6是上口内径200mm、下口内径15mm、高800mm的圆锥体。锥形主体装置6的上端连接溢流装置9。溢流装置9主要是一个内径为15mm的排流管道，将溢流排出锥形体外流入指定区域内的淤泥层或排至外滩。锥形主体装置6的下端连接底流装置7。底流装置7是一个内径为8mm、高40mm的排流管道，将底流排出锥形主体装置6使其流入指定区域内淤泥层的表面，构成一定厚度的砂性土层。
锥形主体装置6的内部工作情况如下：当淤泥泥浆经泵送装置4以一定的压力和速度沿锥形主体装置6的切线方向进入锥形主体装置6后，由于泥浆的切向速度而使锥形主体内部形成离心区。锥形主体装置6的顶部是密封的，具有切向分速度的泥浆又受到顶部向下的推力，再加上重力的影响而使泥浆获得向下的轴向分速度。两个分速度合成的结果使泥浆向下作螺旋运动，形成向下的旋流。在旋流截面上，中心的液体速度高，离心力大，压力小，因而外面的空气由锥形主体装置6底端通气口高速流入锥形主体装置6。所以泥浆到达底流装置7附近时，液体部分夹带着细小的粘性颗粒便改变方向，和空气一起向上作螺旋运动，形成向上的旋流，并经过溢流装置9从上溢流口溢出，而旋流液中较粗的砂性成分在离心力的作用下被甩向锥形主体装置6内壁，边旋转边下落，由底流装置7排出，这样泥浆中的砂性成分被分流，泵送装置4经压力控制装置5可同时连接10个不同规格的锥形主体装置6，提高泥沙分离速度。从底流装置7排出的底流便可作为砂性土层8。
双层地基处理装置B包括竖向排水装置10、表层加压装置11。竖向排水装置10指塑料排水板或袋装砂井等，构成竖向排水系统，与水平排水系统共同构成完整的排水系统；淤泥中的水可沿着竖向排水系统进入水平排水系统，进而排出地基。表层加压装置11指采用堆载法或真空预压法等方法设置的加载系统，可增加双层地基的排水固结速度。如果工期要求的紧，在实行加压排水一定时间、使软土达到一定固结度后，在上述地基表面加设强夯装置，可大大缩短地基达到预定承载力的时间。
本发明中一种吹填淤泥造地施工工艺，其工艺流程如下：
(1)构成下层淤泥层：按照普通吹填工艺首先将淤泥吹填至指定区域内，同时采用泥砂分离技术将砂性成分分离出后剩余的粘性泥浆也吹填至指定区域内构成下层淤泥层并达到指定标高；
(2)构成上层砂性土层：吹填来的淤泥泥浆同时经过泥砂分离工艺，将砂性成分铺设于淤泥层表面，构成上层一定厚度的砂性土层，该砂性土层可作为水平排水系统；
(3)按设计要求将塑料排水板或袋装砂井等插入淤泥中，构成竖向排水系统，与水平排水系统共同构成完整的排水系统；淤泥中的水可沿着竖向排水系统进入水平排水系统，进而排出水平排水系统；
(4)此后可以采用堆载法或真空预压法等方法设置加载系统，在进行一定时间的加压和排水固结后，可使吹填淤泥构成的双层地基达到预定的承载能力。如果工期要求的紧，在实行加压排水一定时间、使软土达到一定固结度后，在上述地基表面进行强夯，可大大缩短地基达到预定承载力的时间。施工流程框图见图1，施工工艺流程图见图2。
本发明中一种吹填淤泥造地施工工艺，其工艺流程再次概括叙述如下：
见图2所示，泥浆进入输泥管，一部分直接吹填至堤坝2内，作为双层地基的下层淤泥层3的组分部分。另一部分泥浆经过泵送装置4和压力控制装置5的调控分别以0.25Mpa的压力进入10个规格相同的锥形主体装置6(图示中只标出一个)。锥形主体装置6的规格是上口内径200mm、下口内径15mm、高800mm的圆锥体。泥浆在锥形主体装置6中经过分流，使泥浆中的粘性组分和砂性组分分离。锥形主体装置6的上端连接内径为15mm的溢流装置9，可使泥浆中的粘性成分经由溢流装置9排入堤坝内下层淤泥层3中，和先前吹填至堤坝内的淤泥共同构成双层地基的下层淤泥层3，下层淤泥层高约15m。锥形主体装置6的下面连接内径为8mm、高40mm的底流装置7。泥浆中的砂性成分经由底流装置7排放在下层淤泥层3的上部，从而构成双层地基的上层砂性土层8。淤泥层3和砂性土层8共同构成了双层地基。
双层地基构筑完成后，可在淤泥层中插入长8m的塑料排水板作为竖向排水装置10，同时在砂性土层表面真空预压法加速排水，施加的真空度为730mmHg。淤泥中的水经由竖向排水装置进入砂性土层，砂性土层自身的排水速率较快，又采用真空预压法加快其排水，因此可在短时间内实现大面积的吹填淤泥造地。