CN102628273B - 利用疏浚土充灌筑堤的大型充灌袋筑堤方法及其设备 - Google Patents
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Abstract
利用疏浚土充灌筑堤的大型充灌袋筑堤方法及其设备：⑴．设计堤下软土地基塑料排水板深度和间距离，完成排水板施工并安装软土地基中监测设施；⑵．完成砂被层和软土排各一层施工；⑶．采用涤纶机织布加工大型充灌袋备用；⑷．安装疏浚土充灌设备；⑸．安装抽真空装置；⑹．铺设抽真空排水管网；⑺．充灌袋铺设和充灌施工；⑻．安装堤表密封系统；⑼．开启抽真空系统加速疏浚土充灌体的排水固结，同步开展相关监测和检测工作；⑽．利用筑堤的堤体升高全过程及时完成外海侧护面结构和内海侧的护坡结构以加强对堤体的保护。本方法所使用的设备为吹填土充灌袋的充灌设备。本发明降低了筑堤建设成本，保护环境；保证堤体稳定，充灌体粘粒含量10％。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用吹填土进行筑堤的大型充灌袋筑堤方法，以及这种方法所使用的吹填土充灌袋的充灌设备。国家高科技研究发展计划（863计划）资助（课题编号：2012AA112509）。
背景技术
目前围海工程和航道建设工程中围堤、防波堤的筑堤一般采用抛石挤淤、爆破挤淤或者采用充灌砂的大型充灌袋技术开展，采用抛石挤淤、爆破挤淤将需要大量开采山石，对区域环境造成严重破坏，也将损耗大量的资源，严重背离了我国当前以转变经济发展方式中的资源节约型和环境保护型经济发展方式，采用充灌砂的大型充灌袋筑堤技术也将消耗大量砂石资源，同样严重背离了我国当前以转变经济发展方式中的资源节约型和环境保护型经济发展方式，并且将大量增加筑堤成本。而在围海工程和航道建设工程的围海疏浚造地和航道疏浚工程中，将产生大量的疏浚土，很大部分疏浚土为海底底层残积土，尤其在航道建设工程中疏浚产生的残积土储量大，部分疏浚土将成为弃土。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用吹填土进行筑堤的大型充灌袋筑堤方法，以及这种方法所述使用的利用吹填土进行筑堤的大型充灌袋筑堤设备，该设备包括；吹填土充灌袋的充灌袋的充灌设备，以及堤下的抽真空装置。这种技术所要解决的技术问题，是利用工程建设中的疏浚土解决当前围海工程和航道建设工程中围堤、防波堤的传统筑堤材料缺乏问题，同时降低筑堤建设成本，保护环境。
完成上述发明任务的技术方案是，一种利用吹填土进行筑堤的大型充灌袋筑堤方法，其特征在于，步骤如下，
⑴．设计计算堤下软土地基塑料排水板深度和间距离，按设计要求完成排水板施工并安装软土地基中监测设施；
⑵．完成砂被层和软土排各一层施工；
⑶．按设计计算所需充灌袋大小和数量采用设计要求的涤纶机织布加工大型充灌袋备用；
⑷．安装疏浚土充灌设备，包括料仓或料池，和泥浆泵、浓浆泵和刚性输料管线的相互连接和安装调试试运行，疏浚土充灌设备连接；如图2所示。
⑸．安装抽真空装置。
本申请推荐，该抽真空装置由离心泵，射流真空腔和循环水箱组成。抽真空装置按设计位置布置安装在排水沟内，整个抽真空装置的安装高程在允许的情况下应尽量降低，尤其是循环水箱，有利于抽出水的排出。抽真空装置安装示意图如图1所示。
⑹．铺设疏浚土充灌袋下抽真空排水管网。
抽真空排水管网包括主管、滤管，主管、滤管均为Φ76mmPVC管，滤管上分布均匀的Φ5mm孔洞以利吸气、吸水，滤管外包裹针刺无纺土工布，主管和滤管一起构成真空预压法中吸水管，主管和滤管的加长连接接头均采用螺纹钢丝橡胶软管制成的两通接头连接，长度在300mm左右，两通接头采用的螺纹钢丝橡胶软管应能适应地面的不均匀变形情况，连接处必须密封，同时用10号或12号铁丝扎牢；主管和滤管相互连接应采用三通和四通连接，三通和四通均用76mm钢管制成，三通和四通与各管的连接应由两通接头连接。主管和滤管布置型式采用条状、梳子状或其它合适的形状，其结构示意图如图3所示。
⑺．充灌疏浚土的充灌袋铺设和充灌施工。
如图4所示工艺流程，将前期加工完成的大型充灌袋平铺在已完成抽真空排水管网铺设的堤体上并准确定位后进行疏浚土充灌施工，充灌施工同时安装该层充灌袋体的相关监测和检测预埋设施；
同时，用河砂或海砂充灌若干砂袋；堤体结构采用一层充灌疏浚土袋、再码放一层砂袋；形成疏浚土土层与砂层相互交替的结构型式；
⑻．安装堤表密封系统。该堤表密封系统由双层针刺无纺土工布和防渗土工膜以及密封体组成，堤表密封系统安装示意图如图3所示；
⑼．疏浚土充灌袋充灌完成后开启抽真空系统加速疏浚土充灌体的排水固结，同步开展相关监测和检测工作，下一层充灌袋体施工时间根据监测和检测资料确定；
⑽．利用疏浚土充灌筑堤的堤体升高全过程及时完成外海侧护面结构和内海侧的护坡结构以加强对堤体的保护。
完成本申请第二个发明任务的方案是，以上利用吹填土进行筑堤的大型充灌袋筑堤方法所使用的吹填土充灌袋的充灌设备，设有存放疏浚土的料仓或料池，其特征在于，在该料仓或料池上设有泥浆泵吸料管和浓浆泵进料管；所述的泥浆泵吸料管与泥浆泵进料口连接，该泥浆泵的出料口通过泥浆泵输料管与浓泥浆泵进料口连接；所述的浓浆泵进料管也与浓浆泵进料口连接，该浓浆泵出料口通过浓浆泵输料管与充灌袋连接。
本发明的利用疏浚土充灌筑堤的大型充灌袋筑堤技术，包含以下几个部分：
1、疏浚土（袋）和砂（袋）互层的堤体结构。利用疏浚土充灌筑堤的大型充灌袋筑堤技术中堤体结构采用充灌疏浚土的充灌袋和充灌砂的充灌袋互层的结构型式，其结构示意图如图1所示。如图1所示：利用疏浚土充灌筑堤的大型充灌袋筑堤技术的堤体结构包括堤下软土地基排水板，原地面线上为砂被，其上为软体排，软体排以上采用一层充灌疏浚土的充灌袋和一层充灌砂的充灌袋互层结构型式作为堤体，堤身外海侧随堤身升高采用无纺土工布＋袋装碎石＋开山石（或二片石）＋2t四脚空心方块的护面结构进行防冲保护，堤身内海侧随堤身升高采用无纺土工布＋袋装碎石＋开山石（或二片石）的护坡结构进行保护；
2、疏浚土充灌设备。疏浚土充灌采用大功率浓浆泵以降低充填袋内的含水量，提高充填袋内固体物的比例，配套设备包括料仓（池）和泥浆泵，料仓（池）以保重疏浚土充灌袋充灌施工全过程有足够料源供应，配套泥浆泵是在浓浆泵不能自动从料仓（池）吸入疏浚土的水土混合体时用泥浆泵将其泵送进入浓浆泵进料口；浓浆泵出口接直径不小于10英寸刚性输料管道，刚性输料管道出口末端插入充灌袋预留袖口，疏浚土充灌设备连接及工作方式示意图如图2所示；利用疏浚土充灌筑堤的大型充灌袋筑堤技术中灌砂充灌袋的充灌施工仍采用高压水枪加泥浆泵的水冲泵送施工方式进行；
3、疏浚土充灌袋下部抽真空排水管管网。排水管网由主管加滤管组成，主管、滤管的作用是传递真空压力和将膜下气、水，通过这两种管道输送到膜外抽真空装置的水箱内。滤管管璧设置吸水孔，滤管上分布均匀的Φ5mm孔洞以利吸气和吸水，滤管外包裹反滤土工布，主管和滤管一起构成真空吸气、水管。主管和滤管的加长连接接头均采用螺纹钢丝橡胶软管制成的两通接头连接，长度在300mm左右，两通接头采用的螺纹钢丝橡胶软管应能适应地面的不均匀变形情况，连接处必须密封，同时用10号或12号铁丝扎牢；主管和滤管相互连接应采用三通和四通连接，三通和四通均用76mm钢管或U-PVC管制成，三通和四通与各管的连接应由两通接头连接。主管和滤管布置型式采用条状、梳子状或其它合适的形状，其结构示意图如图2-1、图2-2所示；
4、抽气系统和堤表密封系统。堤表密封系统由双层针刺无纺土工布和防渗土工膜以及密封体组成；抽气系统采用抽真空装置，抽真空装置一般由离心泵，射流真空腔和循环水箱组成，抽真空装置设置数量按800～1000m2/1套抽真空装置的原则进行设置。抽真空装置按设计位置布置安装在内海侧低位置的排水沟内，整个抽真空装置的安装高程在允许的情况下应尽量降低，尤其是循环水箱，有利于抽出的气和水的排出。堤表密封系统和抽气系统安装结构示意如图3所示。
5、堤体安全监测和检测系统。堤体安全监测系统包括堤体基础软土孔隙水压力监测、分层压缩变形监测、深层水平位移监测，堤身地表沉降监测、堤身充灌袋压缩变形监测、疏浚土充灌袋中孔隙水压力消散情况监测、疏浚土充灌袋受力和变形监测，疏浚土充灌袋充灌压力监测，堤身疏浚土充灌袋中疏浚土强度增长情况和规律检测，堤体基础软土强度增长情况检测，堤体安全监测和检测系统如图3所示。
本发明所述疏浚土为航道建设中深层疏浚土，粘粒含量10％～60％；所述制作大型充灌袋材料为涤纶机织布，其材料参数如表1所示。
表1 充填袋材料涤纶机织布技术指标
| 项 目 | 单 位 | 技术指标 |
| 单位面积质量 | g/m2 | ≥230 |
| 经向强度 | kN/m | ≥50 |
| 经向断裂伸长率 | % | ≤35 |
| 纬向强度 | kN/m | ≥50 |
| 纬向断裂伸长率 | % | ≤30 |
| 经向梯形撕破强度 | N | ≥800 |
| 纬向梯形撕破强度 | N | ≥800 |
| CBR顶破强度 | N | ≥5000 |
| 垂直向渗透系数 | cm/s | ≥10-3 |
| 等效孔径O95 | mm | 0.20 |
| 接缝强度 | kN/m | ≥30 |
| 防老化性能强度保持率（168h） | % | ≥70 |
所述施工设备是浓浆泵（卧式砂砾泵）和配备相应的料仓（池）及其它必需的辅助设备，浓浆泵和料仓(池)等组成的疏浚土筑堤技术设备，其泵送浓浆固体含量>60％,每小时泵送量不小于200m3。其中浓浆泵和料槽等组成的疏浚土筑堤技术设备，其泵送浓浆固体含量>60％,每小时泵送量不小于200m3。浓浆泵技术参数：电机功率>30kW、电机转速960r/min、工作压力6kg/cm2、泵送流量>200 m3/h、扬程>60m、吸程>2m、进出口径>100mm，料仓（池）技术参数：容积>100m3、深度>1m，泵送管技术参数：直径>100mm、管材为硬质管材、承压强度>6kg/cm2。所述抽真空排水系统主管为Φ76mmPVC管，滤管为管璧上分布均匀的Φ5mm孔洞的Φ76mmPVC管，外裹反滤土工布，或为Φ76mm的透水波纹软管，能够承受的压力不应小于400kPa；所述真空泵为射流真空泵，其泵后空载真空度不小于96kPa；所述土体强度检测技术为十字板、静力触探原位强度检测技术。
本发明采用浓浆泵泵送低含水量疏浚土的施工方式代替高压水枪加泥浆泵的水冲泵送施工方式，降低充灌灌入袋体中疏浚土含水量；堤体结构采用疏浚土（袋）和砂（袋）互层结构型式以及在疏浚土（袋）层下部布置抽真空排水装置，加快大型充灌袋中充灌灌入疏浚土的排水，加速充灌袋中土体强度增长，提高堤身整体稳定，确保堤体稳定安全，突破现有规范规定大型充灌袋筑堤技术中粘粒含量小于10％的要求，埋设孔隙水压力计、分层沉降管、测斜管、沉降板在充灌施工及后期袋中土体固结全过程对充灌袋中土体和堤下软土地基进行监测，采用十字板强度检测等原位强度检测技术对充灌袋中土体和地基软土强度进行跟踪检测。
经过合理的改良，采用合适的充灌工艺，合理设计堤体结构，采用适当的排水技术，以残积土为主的疏浚土筑堤不仅技术上可行，而且可以大量节省建设材料成本（开展的试验段工程运用表明利用疏浚土充灌筑堤建设成本较充灌砂筑堤的建设成本节省30％以上，较抛石挤淤筑堤的建设成本节省40％以上），保护区域自然环境，同时减少对建设工程临近海洋环境影响，具有良好的运用和发展空间。
本发明具有以下效果：利用疏浚土解决当前围海工程和航道建设工程中围堤、防波堤的传统筑堤材料缺乏问题，同时降低筑堤建设成本，保护环境。设计合理的堤体结构型式，采用浓浆泵改进传统的充灌袋筑堤的充灌设备，降低充灌入袋土体含水量，采用有效孔径更大的土工布制作充灌袋并设置抽真空排水技术加快充灌入袋疏浚土水混合体的排水固结，加速其强度增长，保证堤体稳定，突破规范规定大型充灌袋筑堤技术要求充灌体的粘粒含量<10％的要求，拓宽大型充灌袋筑堤技术的充灌材料选择范围，为筑堤建设提供一种具有良好经济和环境保护效益的新技术。
附图说明
图1是本发明的疏浚土充灌设备连接及工作方式示意图；
图2-1、图2-2分别为条状分布和梳子状分布的真空排水管网布置示意图；
图3是本发明的利用疏浚土充灌筑堤的大型充灌袋筑堤技术的堤体结构、真空排水系统和监测系统示意图；
图4是本发明的疏浚土充灌施工工艺流程示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实例。
实施例1：
如图3所示，利用疏浚土充灌筑堤的大型充灌袋筑堤技术，它包含以下步骤：
⑴．设计计算堤下软土地基塑料排水板深度和间距离，按设计要求完成排水板施工并安装软土地基中监测设施；
⑵．完成砂被层和软土排各一层施工；
⑶．按设计计算所需充灌袋大小和数量采用设计要求的涤纶机织布加工大型充灌袋备用；
⑷．安装疏浚土充灌设备，包括料仓（池）和泥浆泵、泥浆泵、浓浆泵不和刚性输料管线的相互连接和安装调试试运行，疏浚土充灌设备连接如图2所示；
⑸．安装抽气系统。抽气系统采用抽真空装置，抽真空装置由离心泵，射流真空腔和循环水箱组成。抽真空装置按设计位置布置安装在排水沟内，整个抽真空装置的安装高程在允许的情况下应尽量降低，尤其是循环水箱，有利于抽出水的排出。抽气系统安装示意图如图1所示；
⑹．铺设疏浚土充灌袋下抽真空排水管网。抽真空排水管网包括主管、滤管，主管、滤管均为Φ76mmPVC管，滤管上分布均匀的Φ5mm孔洞以利吸气、吸水，滤管外包裹针刺无纺土工布，主管和滤管一起构成真空预压法中吸水管，主管和滤管的加长连接接头均采用螺纹钢丝橡胶软管制成的两通接头连接，长度在300mm左右，两通接头采用的螺纹钢丝橡胶软管应能适应地面的不均匀变形情况，连接处必须密封，同时用10号或12号铁丝扎牢；主管和滤管相互连接应采用三通和四通连接，三通和四通均用76mm钢管制成，三通和四通与各管的连接应由两通接头连接。主管和滤管布置型式采用条状、梳子状或其它合适的形状，其结构示意图如图3所示；
⑺．充灌疏浚土的充灌袋铺设和充灌施工。如图4所示工艺流程，将前期加工完成的大型充灌袋平铺在已完成抽真空排水管网铺设的堤体上并准确定位后进行疏浚土充灌施工，充灌施工同时安装该层充灌袋体的相关监测和检测预埋设施；
⑻．安装堤表密封系统。堤表密封系统由双层针刺无纺土工布和防渗土工膜以及密封体组成，堤表密封系统安装示意图如图1所示；
⑼．疏浚土充灌袋充灌完成后开启抽真空系统加速疏浚土充灌体的排水固结，同步开展相关监测和检测工作，堤体结构采用一层充灌疏浚土袋再充灌一层砂袋的土、砂互层结构型式，下一层充灌袋体施工时间根据监测和检测资料确定；
⑽．利用疏浚土充灌筑堤的堤体升高全过程及时完成外海侧护面结构和内海侧的护坡结构以加强对堤体的保护。
图1中，料仓（或料池）1，泥浆泵吸料管2，泥浆泵3，浓浆泵吸料管4，浓浆泵5，泥浆泵输料管6，浓浆泵输料管7，充灌袋8。图2中，滤管9，主管10，出膜口11。
图3中，堤面保护结构12，抛石护底13，排水板（正方形布置）14，测斜管（含地基分层沉降监测）15，外海16，堤顶前沿线17，防浪墙18，软体排一层19，袋下抽真空滤管管网20，砂被21，孔隙水压力计22，真空排水密封膜23，堤顶保护结构24，灌疏浚土充灌袋25，灌砂充灌袋26，沉降板27，天然泥界面28，真空泵29。
实施例2：
与实施例1基本相同，不同之处在于疏浚土充灌袋下滤管改为Φ76mm的透水波纹软管，主管和滤管连接的四通、三通为U-PVC四通、三通。
实施例3：
与实施例1基本相同，不同之处在于根据疏浚土含粘粒含量的不同，采用一层砂充灌袋两层疏浚土充灌袋的堤体结构代替土（袋）、砂（袋）互层的堤体结构型式，或者全为疏浚土充灌袋的堤体结构型式。
Claims (6)
1.一种利用疏浚土进行筑堤的大型充灌袋筑堤方法，其特征在于，步骤如下，
⑴．设计计算堤下软土地基塑料排水板深度和间距离，按设计要求完成排水板施工并安装软土地基中监测设施；
⑵．完成砂被层和软土排各一层施工；
⑶．按设计计算所需充灌袋大小和数量采用设计要求的涤纶机织布加工大型充灌袋备用；
⑷．安装疏浚土充灌设备，包括料仓或料池，和泥浆泵、浓浆泵和刚性输料管线的相互连接和安装调试试运行，疏浚土充灌设备连接；
⑸．安装抽真空装置；
⑹．铺设疏浚土充灌袋下抽真空排水管网；
⑺．充灌疏浚土的充灌袋铺设和充灌施工；
⑻．安装堤表密封系统，该堤表密封系统由双层针刺无纺土工布和防渗土工膜以及密封体组成；
⑼．疏浚土充灌袋充灌完成后开启抽真空系统加速疏浚土充灌体的排水固结，同步开展相关监测和检测工作；
⑽．利用疏浚土充灌筑堤的堤体升高全过程及时完成外海侧护面结构和内海侧的护坡结构以加强对堤体的保护；
步骤⑺所述的充灌疏浚土的充灌袋铺设和充灌施工采用以下的工艺流程：将前期加工完成的大型充灌袋平铺在已完成抽真空排水管网铺设的堤体上并准确定位后进行疏浚土充灌施工，充灌施工同时安装该层充灌袋体的相关监测和检测预埋设施；同时，用河砂或海砂充灌若干砂袋；堤体结构采用一层充灌疏浚土袋、再码放一层砂袋；形成疏浚土土层与砂层相互交替的结构型式；
所述疏浚土为航道建设中深层疏浚土，粘粒含量10％～60％；制作所述大型充灌袋材料为涤纶机织布，充填袋材料涤纶机织布技术指标的材料参数如下：
单位面积质量 ≥230 g/m2
经向强度 ≥50 kN/m
经向断裂伸长率 ≤35 %
纬向强度 ≥50 kN/m
纬向断裂伸长率 ≤30 %
经向梯形撕破强度 ≥800 N
纬向梯形撕破强度 ≥800 N
CBR顶破强度 ≥5000 N
垂直向渗透系数 ≥10-3 cm/s
等效孔径O95 0.20 mm
接缝强度 ≥30 kN/m
168h防老化性能强度保持率 ≥70 %。
2.根据权利要求1所述的利用疏浚土进行筑堤的大型充灌袋筑堤方法，其特征在于，步骤⑸所述的抽真空装置由离心泵、射流真空腔和循环水箱组成，该抽真空装置按设计位置布置安装在排水沟内。
3.根据权利要求1或2所述的利用疏浚土进行筑堤的大型充灌袋筑堤方法，其特征在于，所述的堤体结构包括堤下软土地基排水板，原地面线上为砂被，其上为软体排，软体排以上采用一层充灌疏浚土的充灌袋和一层充灌砂的充灌袋互层结构型式作为堤体，堤身外海侧随堤身升高采用无纺土工布＋袋装碎石＋开山石或二片石＋2t四脚空心方块的护面结构进行防冲保护，堤身内海侧随堤身升高采用无纺土工布＋袋装碎石＋开山石或二片石的护坡结构进行保护。
4.一种权利要求1所述的利用疏浚土进行筑堤的大型充灌袋筑堤方法所使用的疏浚土充灌袋的充灌设备，设有存放疏浚土的料仓或料池，其特征在于，在该料仓或料池上设有泥浆泵吸料管和浓浆泵进料管；所述的泥浆泵吸料管与泥浆泵进料口连接，该泥浆泵的出料口通过泥浆泵输料管与浓泥浆泵进料口连接；所述的浓浆泵进料管也与浓浆泵进料口连接，该浓浆泵出料口通过浓浆泵输料管与充灌袋连接。
5.根据权利要求4所述的疏浚土充灌袋的充灌设备，其特征在于，所述的浓浆泵出口接直径不小于10英寸刚性输料管道，该刚性输料管道出口末端插入充灌袋预留袖口。
6.根据权利要求4或5所述的疏浚土充灌袋的充灌设备，其特征在于，所述的疏浚土充灌袋的充灌施工采用高压水枪加泥浆泵的水冲泵送施工方式进行。
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| CN102628273A (zh) | 2012-08-08 |
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