CN103850245B - 疏浚泥管中固化实验装置及其疏浚泥管中混合固化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种疏浚泥管中固化实验装置及其疏浚泥管中混合固化方法，包括疏浚泥池和改良土池，其特征是，疏浚泥池和改良土池之间通过输送管依次连接有扩大管道、混合区、管中混合机构、锥形圆筒；所述疏浚泥池内的疏浚泥通过立式泥浆泵抽入输送管内依次输送至扩大管道、混合区、管中混合机构、锥形圆筒处理之后输入至改良土池；混合区旁边设有G型单螺杆泵插入其内部输送固化剂，G型单螺杆泵上设有固化剂输入口。本发明具有自动化程度高，工程时间短和成本低的优点，具有广阔的市场前景。

Description

疏浚泥管中固化实验装置及其疏浚泥管中混合固化方法

技术领域

本发明属于疏浚泥固化实验装置技术领域，具体涉及一种疏浚泥管中固化实验装置及其疏浚泥管中混合固化方法。

背景技术

我国东部沿海城市经济的快速发展与港口的发展密不可分，港为市用，市以港兴。城市用地的扩张和港口规模的扩大需要大量的填方用土，同时船舶的大型化势必带来航道的深水化，疏浚是解决船舶安全航行和港口与航道基础建设的必要途径，目前疏浚面临的最大问题就是如何处置每年数量高达上亿方的疏浚淤泥。这些淤泥含水率高、强度低，无法直接作为工程用土，目前我国主要通过两种方法处理疏浚泥：吹填和抛泥。吹填造陆作为经济、成熟的工艺已被广泛采用。但具有一定的局限性，特别是疏浚淤泥，固结速度慢、承载力小、需要占用大量土地资源，后期的软基处理费时费力，若疏浚淤泥中含有重金属，处理不当易造成二次污染等。在海洋部门指定倾倒区进行海洋抛泥是目前我国广为使用的处理方案，据统计，疏浚泥的倾倒已由1996年的2578万m³上升到2007年的2亿m³，平均每年增速约为20％。工程增加，抛泥区也越设越远，运费自然也提高，“船老大”为节省成本边走边倒，危害了海洋生物的生存环境，同时造成航道的快速回淤。另一方面，中国特别是沿海城市在填海造陆、港口码头的建设、道路施工等土方工程中，需要大规模的地基填筑。开山采石作为地基填筑材料会对环境造成不利影响，其应用受到一定限制，且采用石材作为地基填筑材料对地基下卧层承载力有较高要求；利用疏浚淤泥作为地基填筑材料在填海以及港口工程中得到广泛应用，但后续的地基处理费用较高、工期长。日本近年来将疏浚淤泥固化之后作为港航工程的地基填筑、填海造陆工程，取得良好的技术效果和经济效益。对于水工建筑工程中软土固化处理的工程量远远大于普通建筑，属于大体积量疏浚淤泥固化处理，采用传统的机械搅拌技术将固化剂搅拌均匀，然后采用皮带输送机或车辆将固化土运送到工程地点，这种方式工作效率低，已经不能满足港航工程等需要大体积量填筑的工程要求，因此，迫切需要开发大体积疏浚淤泥固化处理的施工工艺。

授权公告号为CN 203079815 U(公告日为2013年07月24日)的中国实用新型专利公开了一种疏浚泥固化装置，其特征在于：包括用于输送疏浚泥的输泥管路，输泥管路的进口端插入处理前的疏浚泥中用以吸取疏浚泥，输泥管路的出口端下方设有用以收集固化处理后的疏浚泥的收集容器，该输泥管路的中部位置处设有用以往输泥管路中添加粉料固化剂的添加口。

该装置利用泥浆泵将疏浚泥泵入管道中，向管道中定量投入固化剂，并泵入高压气体，使固化剂与泥浆在紊流的作用下充分混合，从而达到固化的目的。由于疏浚泥具有固体颗粒细碎、杂质较多、含水率大的特点，上述装置仅仅通过高压气体使固化剂与泥浆达到充分混合的效果，在现实过程中高压气体在无规律向管内充气时有时不但不能充分混合，还会起到反效果，同时上述装置的固化剂也不能均匀地进入管中，使固化剂与泥浆混合不均匀。

发明内容

本发明的目的是提供一种疏浚泥管中固化实验装置，该装置可以对各种不同含水率，尤其是含水率为100％的疏浚泥样本模拟处理并利用模拟仿真计算，为现场工程处理提供参考数据，同时还可以作为工程中的大体积疏浚泥固化装置，克服了我国现有的传统机械搅拌技术遇到的效率低、场地受限等问题。

为实现本发明的目的，本发明采用的技术方案是：

一种疏浚泥管中固化实验装置，包括疏浚泥池和改良土池，其特征是，疏浚泥池和改良土池之间通过输送管依次连接有扩大管道、混合区、管中混合机构、锥形圆筒；所述疏浚泥池内的疏浚泥通过立式泥浆泵抽入输送管内依次输送至扩大管道、混合区、管中混合机构、锥形圆筒处理之后输入至改良土池；混合区旁边设有G型单螺杆泵插入其内部输送固化剂，G型单螺杆泵上设有固化剂输入口。

所述G型单螺杆泵插入混合区内的固化剂出口处设有多个固化剂喷射口。

所述扩大管道在疏浚泥输入端倾斜连接有输气管，输气管连接有柱塞式空气压缩机。

所述柱塞式空气压缩机按一定规律间歇性通过输气管向扩大管道内吹气。

所述管中混合机构为直径小于输送管的二股管或方形扩大管。

所述二股管将输送管输入进来的疏浚泥一分为二，两根管形状均为圆弧形且长度不同。

所述方形扩大管内部通过Y形隔片隔开，混合区与方形扩大管之间的输送管上设有分流副管，所述分流副管一端连接输送管，另一端连接在方形扩大管的末端处。

本发明另一方面提供了一种疏浚泥管中混合固化方法，其特征在于包括以下过程：

1)通过立式泥浆泵抽取疏浚泥输送至扩大管道，利用柱塞式空气压缩机按一定规律间歇性且倾斜向扩大管道入口处吹气，使疏浚泥在扩大管道内形成气液二相混合流，翻滚前进；

2)将翻滚前进的疏浚泥输送至混合区，根据实际需求向G型单螺杆泵上的固化剂输入口添加固化剂，使固化剂通过G型单螺杆泵的喷射口喷入混合区内与疏浚泥混合；

3)将与固化剂混合之后的疏浚泥送入管中混合机构，管中混合机构采用两根管形状均为圆弧形且长度不同和直径小于输送管的二股管，使疏浚泥在管内被动性发生乱流；促进前后交替 混合，使固化剂与疏浚泥初步混合均匀，形成混合疏浚泥；

4)将混合疏浚泥输送至锥形圆筒，混合疏浚泥从锥形圆筒底部进入，使混合疏浚泥在筒内发生撞击而产生漩流，使固化剂与疏浚泥最终混合均匀；

5)将最终混合均匀的疏浚泥输送至改良土池内。

所述疏浚泥输送至混合区时为倾斜输入。

与现有技术相比，本发明的优点是：通过采用管中固化技术提高了疏浚土的固化效率，该装置可以对各种不同的疏浚泥样本模拟处理并利用模拟仿真计算，为现场工程处理提供参考数据，同时还可以作为大体积疏浚泥固化设备在工程中使用，克服了我国现有的传统机械搅拌技术遇到的效率低的问题，可为我国水工建筑所需的大体积量填筑用土，提供更加环保、低价的固化疏浚泥，同时解决了疏浚淤泥的处置问题；本发明具有自动化程度高，工程时间短和成本低的优点，具有广阔的市场前景。

附图说明

现在接下来借助于实施例的附图来对本发明进行简短的描述，附图中：

图1示出了本发明疏浚泥管中固化实验装置的结构示意图；

图2示出了本发明扩大管道内的工作原理图；

图3示出了本发明混合区内部的喷口示意图；

图4示出了本发明疏浚泥进入锥形圆筒形成漩流的工作原理图；

图5示出了本发明方形扩大管的结构示意图；

图6示为图5的沿A-A线的截面图。

图中：1、疏浚泥池，2、立式泥浆泵，3、柱塞式空气压缩机，4、扩大管道，5、支架，6、混合区，7、G型单螺杆泵，8、固化剂输入口，9、管中混合机构，10、锥形圆筒，11、输送管，12、改良土池，13、地面，14、输气管，701，喷射口，901、方形扩大管，902、分流副管，903隔片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明一种疏浚泥管中固化实验装置，包括疏浚泥池1用来放置实验土和改良土池12用来放置固化之后的土，两个池设在地面13下面；疏浚泥池1和改良土池12 之间通过输送管11依次连接有扩大管道4；

扩大管道4在疏浚泥输入端倾斜连接有输气管14，输气管14连接有柱塞式空气压缩机3，柱塞式空气压缩机3按一定规律间歇性通过输气管14倾斜向扩大管道4内吹气；

用于固化剂和疏浚泥混合的混合区6，混合区6旁边设有G型单螺杆泵7插入其内部输送固化剂，G型单螺杆泵7上设有固化剂输入口8，混合区6共有三个接口，两个为疏浚泥进口和出口，疏浚泥输送至混合区时为倾斜输入，第三个接口为固化剂进口，固化剂是通过G型单螺杆泵7出口处的固化剂喷射口701喷入混合区6内的(如图3所示)；

管中混合机构9：管中混合机构9是两根形状均为圆弧形且长度不同且直径小于输送管11的二股管，二股管的形状也可以是波浪形、W形、S形或Z形，但是两根管的长度不同。同时，管中混合机构9也可以是内部通过Y形隔片903隔开方形扩大管901，混合区6与方形扩大管901之间的输送管11上设有分流副管902，所述分流副管902一端连接输送管11，另一端连接在方形扩大管901的末端处。

锥形圆筒10：采用金属制成，底部被削成圆截面，直径从底到上越来越大；

疏浚泥池1内的疏浚泥通过立式泥浆泵2抽入输送管11内依次输送至扩大管道4、混合区6、管中混合机构9、锥形圆筒10处理之后输入至改良土池12。同时，在输送管11下面的地面上放置有若干个支架支撑输送管11。

通过本发明在实现疏浚泥管中混合固化方法和原理如下：

第一步：通过立式泥浆泵2抽取疏浚泥输送至扩大管道4，利用柱塞式空气压缩机3按一定规律间歇性且倾斜向扩大管道4入口处吹气，由于柱塞式空气压缩机3工作的时候有一个吸气的过程，这个过程不排气，吸气的时候会有一个停顿的过程，从而达到间歇性输入空气，并且由于输入空气的入口管呈一定的角度倾斜，从而使疏浚泥在管道内形成一定的漩状(如图2所示)为后面与固化剂的充分混合提供保障；疏浚泥在扩大管道4内形成气液二相混合流，翻滚前进。

第二步：将翻滚前进的疏浚泥输送至混合区6，根据实际需求向G型单螺杆泵7上的固化剂输入口8添加固化剂，固化剂为液体或粉末状均可，使固化剂通过G型单螺杆泵7的喷射口701喷入混合区6内与疏浚泥混合，G型单螺杆泵7的流量可以根据要求，通过改变速度进行调节，运行速度可高可低，出口压力可随泵的级数增加而增加，每增加一级，压力增加0.6MPa，由于通过最终的改良土应用于不同领域需要不同的强度要求，因此对于固化剂的需求也不同，可能是粉末状、颗粒状、液态等，G型单螺杆泵7可以满足粉末状、颗粒状、液态的固化剂，且不会出现故障；混合区6是由一个扩大的斜管作为混合场所，因此疏浚泥 入口相对该区则是通过一定倾斜角度进入，直间撞击在混合区6的管道壁面，由于惯性作用，在相对两壁面来回发生碰撞，由于出口处相对混合区又设在其侧壁面上，从而促使疏浚泥和固化剂在混合区6内进行足够地碰撞，最终达到充分混合后继续输出；

第三步：将与固化剂混合之后的疏浚泥送入管中混合机构9，管中混合机构9采用两根管形状均为圆弧形且长度不同和直径小于输送管11的二股管，由于输泥管到二股管处一分为二，一方面管内压力、流速瞬间均发生改变，管内疏浚泥、空气、固化剂三者混合物的状态随之急剧变化，导致形成湍流。另一方面，由于分开后二支管的长短不一，从而本来是一个层面上的疏浚泥在出口汇合处导致时间差，促进前后交替混合，使固化剂与疏浚泥的初步混合均匀，形成混合疏浚泥；管中混合机构9也可以采用内部通过Y形隔片903隔开方形扩大管901(如图5和图6所示)，疏浚泥通过分流副管902进入到方形扩大管901的末端处，和二股管原理相同，使疏浚泥在出口汇合处导致时间差，促进前后交替混合；还可以是长度不同三股管，三股管直径也小于输送管11，工作原理与二股管相同，使疏浚泥在出口汇合处导致时间差，促进前后交替混合；

第四步：将混合疏浚泥输送至锥形圆筒10内，混合疏浚泥从锥形圆筒10底部进入首先与筒璧形成激烈碰撞，由于锥形圆筒10的壁面与竖直平面呈现一定的角度，且在惯性的作用下，锥形圆筒10内部分混合泥呈现乱流螺旋向上升的状态，使混合疏浚泥在筒内发生撞击而产生漩流(如图4所示)，从而在锥形圆筒10内达到最终混合均匀。最后在出口处管道成梯状排出。

第五步：将最终混合均匀的疏浚泥输送至改良土池12内，由于疏浚泥和固化剂在管中充分混合，排入改良土池12内静置稳定，得到工程所需要的改良疏浚泥。

Claims (9)

1.一种疏浚泥管中固化实验装置，包括疏浚泥池(1)和改良土池(12)，其特征是，疏浚泥池(1)和改良土池(12)之间通过输送管(11)依次连接有扩大管道(4)、混合区(6)、管中混合机构(9)、锥形圆筒(10)；所述疏浚泥池(1)内的疏浚泥通过立式泥浆泵(2)抽入输送管(11)内依次输送至扩大管道(4)、混合区(6)、管中混合机构(9)、锥形圆筒(10)处理之后输入至改良土池(12)；混合区(6)旁边设有G型单螺杆泵(7)插入其内部输送固化剂，G型单螺杆泵(7)上设有固化剂输入口(8)。

2.根据权利要求1所述的疏浚泥管中固化实验装置，其特征是，所述G型单螺杆泵(7)插入混合区(6)内的固化剂出口处设有多个固化剂喷射口(701)。

3.根据权利要求1所述的疏浚泥管中固化实验装置，其特征是，所述扩大管道(4)在疏浚泥输入端倾斜连接有输气管(14)，输气管(14)连接有柱塞式空气压缩机(3)。

4.根据权利要求3所述的疏浚泥管中固化实验装置，其特征是，所述柱塞式空气压缩机(3)按一定规律间歇性通过输气管(14)向扩大管道(4)内吹气。

5.根据权利要求1所述的疏浚泥管中固化实验装置，其特征是，所述管中混合机构(9)为直径小于输送管(11)的二股管或方形扩大管(901)。

6.根据权利要求5所述的疏浚泥管中固化实验装置，其特征是，所述二股管将输送管(11)输入进来的疏浚泥一分为二，两根管形状均为圆弧形且长度不同。

7.根据权利要求5所述的疏浚泥管中固化实验装置，其特征是，所述方形扩大管(901)内部通过Y形隔片(903)隔开，混合区(6)与方形扩大管(901)之间的输送管(11)上设有分流副管(902)，所述分流副管(902)一端连接输送管(11)，另一端连接在方形扩大管(901)的末端处。

8.一种疏浚泥管中混合固化方法，其特征在于包括以下过程：

1)通过立式泥浆泵(2)抽取疏浚泥输送至扩大管道(4)，利用柱塞式空气压缩机(3)按一定规律间歇性且倾斜向扩大管道(4)入口处吹气，使疏浚泥在扩大管道(4)内形成气液二相混合流，翻滚前进；

2)将翻滚前进的疏浚泥输送至混合区(6)，根据实际需求向G型单螺杆泵(7)上的固化剂输入口(8)添加固化剂，使固化剂通过G型单螺杆泵(7)的喷射口(701)喷入混合区(6)内与疏浚泥混合；

3)将与固化剂混合之后的疏浚泥送入管中混合机构(9)，管中混合机构(9)采用两根管形状均为圆弧形且长度不同和直径小于输送管(11)的二股管，使疏浚泥在管内被动性发生乱流；促进前后交替混合，使固化剂与疏浚泥初步混合均匀，形成混合疏浚泥；

4)将混合疏浚泥输送至锥形圆筒(10)，混合疏浚泥从锥形圆筒(10)底部进入，使混合疏浚泥在筒内发生撞击而产生漩流，使固化剂与疏浚泥最终混合均匀；

5)将最终混合均匀的疏浚泥输送至改良土池(12)内。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征是，所述疏浚泥输送至混合区(6)时为倾斜输入。