CN104372789A - 用于对高含水率淤泥及新吹填土进行排水固结的排水系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于对高含水率淤泥及新吹填土进行排水固结的排水系统，属于超软土技术领域。该系统包括铺设在淤泥或新吹填土上的秸秆毯、插入淤泥或新吹填土中的秸秆辊，所述秸秆毯和秸秆辊固定连接形成整体的排水系统；所述秸秆毯是以秸秆编织制成的毯状物，所述秸秆辊是以土工布袋包裹秸秆制成的辊状物。本发明提供一种不但可以解决农业生产中秸秆污染的问题，而且可以降低对高含水率淤泥及新吹填土等超软土进行排水固结的施工成本并能够大幅提高施工效率的新型排水系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于对高含水率淤泥及新吹填土进行排水固结的排水系统，属于疏浚超软土技术领域。
背景技术
排水固结法是一种重要的软土地基处理方法，该方法通过在软土中布设竖向和横向的排水体，缩短水由土体渗流排出的距离，再结合真空或堆载等方式使土体中的水在负压或超静孔压的作用下流出土体，从而达到固结土体、增加土体强度的目的。在此方法中，水平排水体和竖向排水体的布设是影响处理效果的关键因素。目前，竖向排水体常用的材料有砂或碎石桩、砂袋、塑料排水板等，而水平排水体一般采用砂垫层。
由于排水固结法具有处理成本低、施工方法简单等特点，所以在土木、交通等工程建设中得到了广泛应用。不少研究及工作人员将该方法用于处理高含水率淤泥、新吹填土等超软土。但由于淤泥、新吹填土等的含水率往往高于液限，处于流动状态，强度极低，因而在运用排水固结法处理时常遇到两个难题：一是由于淤泥强度极低，砂垫层施工时，砂颗粒会陷入淤泥中，难以形成连续的砂垫层；二是传统的排水系统是先在软土中打设竖向排水体，再铺设水平排水体（一般是砂垫层），但因为超软土的含水率太高，其表面承载力几乎为零，施工人员在其表面打设竖向排水体时非常困难，因此施工效率很低。
另外，公路建设、港口建设、围海造地等各种工程建设日益增多，所以对砂的需求也急速增加，砂资源日益成为紧缺资源，这必然导致在排水固结使用砂垫层处理超软土时施工成本的增加。考虑到难以在高含水率淤泥、新吹填土等超软土表面布设砂垫层的因素，一些研究者提出采用无砂垫层的方法进行排水固结，即仅在超软土中设置竖向排水体，而表层的砂垫层采用一层透水的土工材料，如无纺布、土工格栅等代替。然而在实际工程中，取消砂垫层的排水固结效果却不尽人意，比如天津临港工业区某吹填淤泥试验场地和温州某新近吹填淤泥处理工程中，淤泥强度增长缓慢。
另一方面，作为农产品主要废弃物之一的秸秆处置问题日益严峻。目前全世界每年农业生产中产生的秸秆为1000亿～2000 亿吨，中国每年有近6亿吨秸秆，而被利用的不足2000 万吨，约97%的秸秆被焚烧、堆积和遗弃，这对环境造成了极大的破坏。据报道，近年来我国近一半国土被雾霾覆盖 ，其中104个城市属于重污染，而导致雾霾天气的一个重要原因与农村秸秆的焚烧相关。例如，2008 年10 月28～29 日南京及周边地区发生了一次严重的空气污染事件，PM10、CO、SO2 等大气污染物浓度急剧增高，通过地面空气污染监测资料、卫星遥感火点监测资料、气象观测和NCAR/NCEP 再分析资料及气流后向轨迹模的结果表明，苏中、苏北地区秸秆焚烧产生的大气污染物向南京及周边地区输送是导致这次空气污染的罪魁凶手。在秸秆资源化利用方面，国内外已逐步重视将秸秆运用于地基处理中，主要集中在以下几个方面：1）将将秸秆编织物被应用于边坡、堤坝和垃圾填埋场等工程的临时固坡；2）将秸秆制作成秸秆棒或秸秆辊等用于解决边坡临时沉降控制和临时边坡侵蚀防护等问题中；3）将大麦秸秆等用于加筋粘性土和砂土；4）将稻秸秆被应用于Kuttanad黏土加固改良之中；5）将秸秆进行防腐处理后用于加筋固化滨海盐渍土中；6）掺入麦秸秆的灰土制作简易的泄水槽用于公路路基排水。但目前尚未发现充分利用秸秆材料，将水平秸秆料和竖向秸秆料连成一个整体排水系统，用于对高含水率淤泥及新吹填土等超软土进行排水固结的报道和论文出现。
发明内容
本发明要解决技术问题是：提供一种不但可以解决农业生产中秸秆污染的问题，而且可以降低对高含水率淤泥及新吹填土等超软土进行排水固结的施工成本并能够大幅提高施工效率的新型排水系统。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种用于对高含水率淤泥及新吹填土进行排水固结的排水系统，其特征在于：包括铺设在淤泥或新吹填土上的秸秆毯、插入淤泥或新吹填土中的秸秆辊，所述秸秆毯和秸秆辊固定连接形成整体的排水系统；所述秸秆毯是以秸秆编织制成的毯状物，所述秸秆辊是以土工布袋包裹秸秆制成的辊状物。
本发明所提出的排水系统，充分发挥了农产品废弃物秸秆材料的高渗透特性，将其应用于超软土（即高含水率淤泥或新吹填土，也就是含水率超过70%的淤泥或新吹填土）排水固结，具有施工效率高、排水效果好、经济和社会效益显著等优势。与传统的排水体相比，本发明所提出的系统一方面变废为宝，缓解了秸秆焚烧所致的环境污染问题，节省了砂料，大幅降低了排水体成本；另一方面，本发明系统施工是先在软土上铺设秸秆毯作为硬壳层，此硬壳层可以承载施工人员甚至轻机械设备，然后再在硬壳体（即秸秆毯）上打设秸秆辊作为竖向排水体，从而大幅度地提高施工效率及大幅度降低施工劳动强度。
本发明所提出的排水系统，施工效率、抽真空效果及排水效果大为提高。因为本发明创造性地将秸秆毯兼作硬壳层，便于竖向排水体秸秆辊的打设，提高了施工效率；再者，本发明创造性地通过连接件将水平排水秸秆毯和竖向排水秸秆辊连成了一个有机的整体排水系统，大大增强了抽真空效果和排水效果。
本发明所提出的竖向排水体秸秆辊，可以采用土工布包裹收割机直接切出来的秸秆料制作而成，而不需要将秸秆料再次切碎和添加其他料环节及浸泡防腐剂环节，较大地节省了人工成本。
本发明是基于高含水率淤泥回填处理中缺少经济、简便的工程现实方法以及国家秸秆资源化综合利用的总体方针下，提出将秸秆作为排水体用于排水固结处理高含水率淤泥质填土。本发明使用秸秆作为水平排水体和竖向排水体，而秸秆可以与淤泥混为一体直至自然发酵腐烂，不需要作其他特别处理，因此非常环保；在制作秸秆毯和秸秆辊时，可以直接使用农田产出的秸秆，并不需要对秸秆进行粉碎，也不需要对秸秆进行防腐等特殊处理，因此可以进一步提高施工效率。在进行真空预压时，本发明与不使用砂垫层的排水系统相比，抽真空的效果大大提高，从而提高了排水固结的效果。
综上可知，本发明的排水系统至少具有以下五方面的优势：
1）本发明中水平方向铺设的秸秆毯作为水平排水体，替代传统水平砂垫层，一方面可节省日益紧缺的砂资源，降低施工成本；另一方面，可解决传统砂垫层施工时，砂颗粒陷入超软土，难以形成连续砂垫层问题。
2）本发明的排水系统施工时，先铺设水平方向的秸秆毯，秸秆毯可兼作硬壳层，再打设竖向排水体秸秆辊，弥补了传统竖向排水体打设困难，施工效率低下的不足。而传统方法是先打设竖向排水体，再铺上砂垫层，因超软土表层强度过低，使得竖向排水体打设困难，施工效率较低。
3）本发明通过连接件将水平秸秆毯和竖向秸秆辊固定连成有机的排水整体系统。与现有排水系统相比，本发明在进行真空排水固结时的抽真空效果、排水效果可大大提高。
4）本发明中的竖向排水体秸秆辊，是以土工布包裹收割机直接切出来的尺寸秸秆料制作而成，无需将秸秆料再次人工切碎和添加其他料环节及浸泡防腐剂环节，节省了人工成本。另外，秸秆辊的排水效果与普通砂井、袋装砂井相差不大，但成本比砂井大为降低。
5）本发明采用的秸秆毯和秸秆辊能吸纳消化大量农产品废弃物秸秆，从而大为缓解秸秆焚烧所造成的大气污染问题。
上述技术方案的进一步改进是：所述秸秆毯包括自下而上叠置的第一秸秆毯和第二秸秆毯，所述第一秸秆毯设有通孔，所述第二秸秆毯设有与通孔同轴心且相互连通的盲孔，所述盲孔的孔径小于通孔的孔径；所述盲孔内设有支撑管，所述支撑管靠近第一秸秆毯的一端向外弯折并沿第一秸秆毯的顶面延伸形成环形底座，所述环形底座位于第一秸秆毯与第二秸秆毯之间，所述环形底座的外径大于与所述通孔的孔径；所述秸秆辊的一端插入所述通孔并紧贴环形底座的底面，所述土工布袋的袋口贯穿所述支撑管，并从所述支撑管内穿出后向外翻折沿支撑管的外壁以及环形底座的顶面延伸。
本发明将土工布袋的袋口通过支撑管和第一秸秆毯、第二秸秆毯之间的挤压而固定在第一秸秆毯、第二秸秆毯之间，从而将秸秆辊与秸秆毯紧压并固定在一起，这样就克服了秸秆辊与秸秆毯不好连接固定的难题。本发明连接秸秆辊与秸秆毯的技术手段简单可靠，不但易于实施而且施工成本很低。
上述技术方案的再进一步改进是：所述支撑管设有外螺纹以及与该外螺纹相配合的螺母，所述土工布袋的袋口从支撑管外壁和螺母之间穿过。这样通过螺纹将所述土工布袋的袋口进一步压紧，从而进一步增加秸秆辊与秸秆毯之间的固定效果。
上述技术方案的更进一步改进是：所述第二秸秆毯的底部设有可使所述环形底座恰好陷入的台阶，所述台阶与盲孔组合形成阶梯孔。这样，可以使环形底座的底部与第二秸秆毯的底部齐平，从而使秸秆辊与第二秸秆毯紧贴，进而可以提高秸秆辊与秸秆毯的排水效果。
上述技术方案的更进一步改进是：所述第二秸秆毯上还设有若干层叠置的第三秸秆毯。这样可不但以增加硬壳体的刚度，而且可以进一步提高秸秆毯的排水效果。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
实施例
本实施例基于盐城港滨海港区的内河疏港航道工程，该工程已于2013年3月通过省发展和改革委员会的正式批复，目前正逐步进入建设环节。盐城港滨海港区是江苏沿海开发“三极一带多节点”空间布局中的重要节点，内河疏港航道作为港口集疏运体系的重要组成部分，对滨海港区的发展具有重要作用。滨海港区疏港航道工程按IV级别标准整治，并建设相应的通航建筑物，其中包括运盐河船闸和滨海船闸两座。滨海船闸闸位布置于滨海港区疏港航道废黄河地涵的南侧，运盐河船闸位于滨淮镇头罾村的中山河与运盐河交汇处。根据《盐城港滨海港区疏港航道工程运盐河船闸施工图设计工程地质勘察报告》，运盐河船闸场地位于下扬子板块苏北坳陷区，工程地质情况复杂，区域内有两层分别为约7m厚的淤泥质粉质粘土和淤泥、淤泥质粘土，这两层土含水率高、液性指数达1.2以上，处于流动状态，强度极低，上述力学性质极差的高含水率淤泥一般不能直接用于工程建设，需要进行排水固结处理。
本实施例的用于对高含水率淤泥及新吹填土进行排水固结的排水系统，如图1所示，包括铺设在淤泥上的秸秆毯1、插入淤泥中的秸秆辊2，秸秆毯1和秸秆辊2固定连接；其中秸秆毯1是以秸秆编织制成的毯状物，秸秆辊2是以土工布袋3包裹秸秆制成的辊状物。本实施例的秸秆辊2在制作时，可直接使用收割机切割获得的秸秆，而不必进行粉碎及防腐等处理。
本实施例中秸秆毯1包括自下而上叠置的第一秸秆毯1-1和第二秸秆毯1-2，第一秸秆毯1-1设有通孔，第二秸秆毯1-2设有与通孔同轴心且相互连通的盲孔，盲孔的孔径小于通孔的孔径；盲孔内设有支撑管3-1，支撑管3-1靠近第一秸秆毯1-1的一端向外弯折并延伸形成环形底座3-2，环形底座3-2位于第一秸秆毯1-1与第二秸秆毯1-2之间，环形底座3-2的外径大于与通孔的孔径；秸秆辊2的一端插入通孔并紧贴环形底座3-2的下侧，土工布袋3的袋口2-1贯穿支撑管3-1，并从支撑管3-1内穿出后向外翻折沿支撑管3-1的外壁以及环形底座3-2的上侧延伸。这样，利用环形底座3-2、支撑管3-1以及秸秆毯1将土工布袋3的袋口2-1压紧，从而将秸秆毯1和秸秆辊2固定连接在一起。
本实施例在使用时，先将第一秸秆毯1-1铺设在淤泥堆上，其次将秸秆辊2插入淤泥堆中，然后安装支撑管3-1和环形底座3-2，最后将第二秸秆毯1-2铺设在第一秸秆毯1-1上。
传统的排水系统是先在淤泥堆中安装竖向排水体，再铺设水平排水体（一般是砂垫层），但因为淤泥的含水率太高，其表面承载力几乎为零，施工人员在其表面打设竖向排水体时非常困难，因此施工效率很低。本实施例创造性地使用秸秆毯作为水平排水体，在使用时先在淤泥上铺设秸秆毯作为硬壳体，而硬壳体可以承载施工人员甚至轻机械设备，这样施工人员就可以在硬壳体（即秸秆毯）上安装秸秆辊作为竖向排水体，并可以在硬壳体（即秸秆毯）上使用轻机械设备进行施工，从而不但提高了施工效率，而且大幅度地降低施工人员的劳动强度。
显然，由秸秆辊和秸秆毯组成的秸秆排水系统，是一种全新的排水系统，它不仅可以解决了固结排水过程中砂垫层不连续问题及打设竖向排水体困难的问题，还具有材料轻便透水、成本低廉、施工方便及施工效率高等特点。同时，为秸秆资源化利用，缓解秸秆对环境的影响开辟了一条有效新途径。
本实施例中所述高含水率淤泥是指含水率超过70%的淤泥。当然，本实施例的排水系统也可以应用于高含水率的新吹填土（即含水率超过70%的新吹填土），其具体结构和施工方式与用于高含水率淤泥时基本一致，在此不再敖述。
本实施例还可以作以下改进：
1）支撑管3-1设有外螺纹以及与该外螺纹相配合的螺母4，土工布袋3的袋口2-1从支撑管3-1的外壁和螺母4之间穿过。这样，就可以通过螺纹将土工布袋的袋口2-1进一步压紧，从而进一步增加秸秆辊2与秸秆毯1之间的固定效果。
2）第二秸秆毯1-2的底部设有可使环形底座3-2恰好陷入的台阶，台阶与盲孔组合形成阶梯孔。
3）第二秸秆毯1-2上还可以设置若干层叠置的第三秸秆毯。这样可以进一步提高秸秆毯1的排水效果。
本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换形成的技术方案，均为本发明要求的保护范围。
Claims (5)
1. 一种用于对高含水率淤泥及新吹填土进行排水固结的排水系统，其特征在于：包括铺设在淤泥或新吹填土上的秸秆毯、插入淤泥或新吹填土中的秸秆辊，所述秸秆毯和秸秆辊固定连接形成整体的排水系统；所述秸秆毯是以秸秆编织制成的毯状物，所述秸秆辊是以土工布袋包裹秸秆制成的辊状物。
2. 根据权利要求1所述的用于对高含水率淤泥及新吹填土进行排水固结的排水系统，其特征在于：所述秸秆毯包括自下而上叠置的第一秸秆毯和第二秸秆毯，所述第一秸秆毯设有通孔，所述第二秸秆毯设有与通孔同轴心且相互连通的盲孔，所述盲孔的孔径小于通孔的孔径；所述盲孔内设有支撑管，所述支撑管靠近第一秸秆毯的一端向外弯折并沿第一秸秆毯的顶面延伸形成环形底座，所述环形底座位于第一秸秆毯与第二秸秆毯之间，所述环形底座的外径大于与所述通孔的孔径；所述秸秆辊的一端插入所述通孔并紧贴环形底座的底面，所述土工布袋的袋口贯穿所述支撑管，并从所述支撑管内穿出后向外翻折沿支撑管的外壁以及环形底座的顶面延伸。
3. 根据权利要求2所述的用于对高含水率淤泥及新吹填土进行排水固结的排水系统，其特征在于：所述支撑管设有外螺纹以及与该外螺纹相配合的螺母，所述土工布袋的袋口从支撑管外壁和螺母之间穿过。
4. 根据权利要求2或3所述的用于对高含水率淤泥及新吹填土进行排水固结的排水系统，其特征在于：所述第二秸秆毯的底部设有可使所述环形底座恰好陷入的台阶，所述台阶与盲孔组合形成阶梯孔。
5. 根据权利要求2或3所述的用于对高含水率淤泥及新吹填土进行排水固结的排水系统，其特征在于：所述第二秸秆毯上还设有若干层叠置的第三秸秆毯。
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