CN105839613B - 用于近海造陆的吹填土的快速固化系统及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于近海造陆的吹填土的快速固化系统及其运行方法，该系统由阴阳电极、塑料硬管主干排水管、真空泵、将交流电转变成直流电的整流机以及振荡器等组成。该固化系统通过真空负压抽滤排水和电渗强化排水的组合工艺强化吹填土的固化，提高了吹填土的固化效果；在真空‑电渗固化后期，在产生的裂缝中人工灌浆从而使得土体裂缝被充实，同时，通过采用振荡法来回振荡，降低吹填土受力不均匀，减小吹填土基面裂缝产生数量、降低裂缝产生规模，从而进一步提高吹填土真空电渗的固化效果。该组合工艺不仅能够起到强化吹填土的固化效果，同时系统结构简单，固化周期短，是一种快速实现吹填土固化的工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种建造围海造陆的吹填土固化的方法，具体涉及一种用于近海造陆的吹填土的快速固化系统及其运行方法。
背景技术
长三角、珠三角和滨海经济带等沿海地区经济快速增长，但是土地资源有限，经济开发过程中需要大量的土地资源，填海造陆工程成为沿海地区解决土地资源紧缺的途径。填海造陆最理想的吹填材料是中粗砂，然而很多沿海地区由于砂源紧缺，填海造陆过程中如果大面积的采用中粗砂还带来极大的经济负担，而近海沉积的粘性土作为一种流化态软粘土通过泵吹填后形成围海造陆吹填材料。吹填土含水率高、盐分浓度大，同时质软不易进行人工作业。
目前可采用的吹填土固化技术比较多，如堆载预压法、真空预压法、真空电渗法、强夯法、动力排水固结法以及真空联合堆载预压法等得到了广泛的研究和工程实际应用。强夯法处理效果好，但是处理过程中需要地基具有一定的承载力使得大型夯实仪器能够作业；真空预压法存在地基表面固化效果不均匀，同时存在固化周期长、固化后期开裂的的弊端；真空电渗法作为一种深度脱水技术，固化效果好并且应用范围广，但是存在固化周期长的弊端。这些固化技术需要大型设备辅助，施工难度和强度都很大，不仅对场地承载力有较高的要求，而且存在工程投资资金高，固化周期长，固化效果因地变化大等特点。因此，如何快速处理含水率很高的吹填土称为围海造陆施工过程中的难题。提供一种固化周期短、固化效果好的吹填土固化技术成为围海造陆工程工期和工程质量能否达标的重要技术保障。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于近海造陆的吹填土的快速固化系统及其运行方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的用于近海造陆的吹填土的快速固化系统，包括布置在吹填土上的真空电渗排水系统，所述吹填土上还布置有动力振荡系统。
具体地，所述真空电渗排水系统服务吹填土面积15m2，每个系统包含一个振荡器、10对阴阳电极、一个整流机、两个多触点开关及其相关电路导线、四台真空泵及其相关排水管件、弯头，整个真空电渗排水系统安装在真空膜下。
具体地，所述阴阳电极包括阳极钛管和阴极钛管，所述阴极钛管表面具有拉缝形成的宽4mm的缝口，并包裹有用于过滤吹填土颗粒的土工布，所述阴阳电极的顶部与排水管相连通。
具体地，所述动力振荡系统采用单相附着式平板振荡器，接触底面大小为40*30cm，振荡频率为2840次/min，振荡力为30kg。
具体地，所述真空泵采用真空射流泵。
本发明同时提出上述用于近海造陆的吹填土的快速固化系统的运行方法，是通过真空电渗排除吹填土中水分，真空电渗后期联合动力振荡强化吹填土固化效果。
具体地，该运行方法包括以下步骤：
(1)采用常规泵输送管口吹填方法将近海的流态海泥吹填到指定区域，吹填高度接近3.5～4m，在吹填土表面铺设0.3m的砂垫层；
(2)采用夯桩机将钛电极打入地基中，电极高度4.8m，相邻的同性电极间距为0.6m，相隔的异性电极间距为1.5m；
(3)阴极电极采用拉缝工艺从而在电极表面形成大量的缝口，缝口宽度为4mm，在电极表面包裹一层土工布，阳极电极不拉缝，不包裹土工布；
(4)阴极电极顶部通过弯头链接阀门，阀门链接塑料硬管，塑料硬管通过三通链接到排水主干管，排水主干管链接到真空泵；
(5)通过整流机将220V交流电源整流成100V直流电源，通过调节旋钮使得电压在0～100V可调，胶皮导线将整流机和多触点开关链接，再用胶皮导线将多触点开关和电极链接；
(6)真空电渗后，吹填土表面具有相当的承载强度，利用泵继续输送新鲜吹填土，人工推动振荡器机械臂均匀振荡吹填土表面，推动速度保持3m/min，并且来回推动三次。
具体地，先开启真空电渗脱水，吹填土中大量的易去除水首先被真空负压排出，然后在电渗作用下，吹填土中较难去除的水分迁移到阴极，阴极处富集的水分被真空负压继续排出；真空电渗14天后，采用振荡器来回平整三次后，继续加入新鲜的吹填土，新鲜的吹填土泥浆灌入产生的缝隙中，并且增加了吹填土基面高度，再进行真空-电渗-动力振荡后完成吹填土的固化工程。
使用时，本发明的用于近海造陆的吹填土的快速固化系统，由阴阳电极、包皮导电电路、将交流电转变成直流电的整流机、塑料硬管主干排水管、真空泵、振荡器等组成，一个真空-电渗-动力振荡固化系统服务吹填土面积15m2，每个系统包含一个振荡器、10对阴阳电极、一个整流机、两个多触点开关及其相关电路导线、四台真空泵及其相关排水管件、弯头，整个系统及其附件均安装在真空膜下；所述阴阳电极是有钛材质的阴电极和钛材质的阳电极，采用拉缝工艺在阴电极表面锯出几条宽度为4mm的缝口，同时在电极表面包裹一层土工布，土工布过滤掉吹填土颗粒，而水分通过缝口进入电极再利用真空负压快速进入塑料硬管主干排水管；所述塑料硬管主干排水管采用绞丝工艺并且绞丝部位缠几层生胶带后，通过90度转接弯头和阴电极链接；所述振荡器在真空电渗固化后期人工推动在吹填土表面振荡，振荡器在人工推动下速度保持3m/min，并且来回推动三次；所述整流机链接到220V交流电，两个正负接头输出直流电，通过导线链接到多触点开关，从而输出直流电。整流机选用高频整流机，通过旋钮调节输出直流电压0～100V，整流机导线链接到多触点开关，从而每个多触点开关有可以输出三个线路。
施工过程中首先用夯装机将包裹了土工布的电极打入吹填土并且深入从而使得电极固定；然后用90度弯头将电极和排水支管链接起来，链接处缠绕生胶带，保持装置气密性；然后将塑料排水支管和排水主干管用弯头链接起来，链接处缠绕生胶带；最后用塑料软管链接到真空射流泵。安装完排水系统后，采用沥青将导线和电极粘接起来，沥青可以使接头处不裸露到空气中，然后将包皮导线链接到多触点开关上，再将整流机和多触点开关用导线链接起来。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下显著的进步：
(1)利用真空电渗技术强化吹填土的脱水效果，真空预压作为一种传统的快速脱水技术，可以将阴极电极管附近的水分迅速排除吹填土；同时，电渗作用作为一种先进的脱水技术，电渗过程中，在电场的作用下能够将吹填土中的自由水，孔隙水，甚至是毛细水迁移到阴极，通过阴极的真空预压作用将水分排除吹填土。可见，真空电渗作用具有更强的脱水效果，同时能够节省吹填土固化工程周期。
(2)钛管电极有很强的化学稳定性，具有防酸，防高盐水，防腐蚀性能，电渗过程中，阳极和阴极发生水的电解作用产生局部强酸和强碱环境，而钛管能够持续作用，不会产生电极腐蚀导致电极断裂现象。
真空电渗后期，吹填土表面和内部会出现大量的裂缝，这些裂缝是由于电泳作用导致的吹填土受力不均匀产生的，同时电渗作用使得水分从阳极向阴极定向迁移也会产生裂缝，这些裂缝增大了电极部位的接触电阻和吹填土的总电阻。通过采用振动器产生的均匀动力荷载，不仅可以对吹填土有很好的竖向的压缩作用，人工推动振荡器可以使得土体受力均匀，水平方向上挤压裂缝周围土体，从而降低吹填土在固化过程中的裂缝产生现象。
(3)介于吹填土体产生的裂缝不仅影响到真空负压抽滤效果和电渗作用，真空电渗动力振荡强化吹填土固化后，通过泵继续加入新鲜的吹填土，这些新鲜的吹填土流动态强，会迅速进入裂缝，增加了2.5m高度后，使得吹填土高度恢复原高度，继续进行真空电渗动力振荡固化作业，直到达到目标吹填土地基高度。
(4)采用真空电渗联合动力振荡技术固化吹填土工程过程中，不仅固化效果好，能够使得固化后吹填土的含固率达到65％，同时整个固化周期能够控制在24天，大大降低了工程周期。
可见，本发明采用真空负压排水和深度脱水工艺使得吹填土固化效果非常好；同时采用振荡作业降低了真空电渗过程中裂缝产生现象，而且振荡作业过程中结合灌浆法使得提高真空电渗固化效果；本工艺不仅固化效果好，同时解决了传统吹填土固化周期长，便于工程化应用。
除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的用于近海造陆的吹填土的快速固化系统及其运行方法所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例一的系统示意图；
图2为图1的A-A剖面图；
图3为图1的B-B剖面图；
图4为阴极钛管拉缝的结构示意图；
图中：1-真空泵；2-排水主干管；3-水平排水支管；4-振荡器；5-阳极钛管；6-阴极钛管；7-整流机；8-多触点开关；9-地基；10-吹填土；11-阀门；12-拉缝缝口；13-90度弯头；14-土工布；15-砂垫层。
具体实施方式
实施例一：
本实施例的真空-电渗-动力振荡强化吹填土固化系统如图1、图2和图3所示，是在淤泥质土层地基9上部通过泵运输吹填土10，吹填土厚度达3.5m，然后平成场地在吹填土上部铺设中粗砂的砂垫层15，高度0.3m，整个吹填土区域砌防渗墙，防止吹填土流动。如图4所示，采用切割机在直径为40mm的钛管电极上拉缝，拉缝缝口12的封口宽度为2mm，拉缝间距为500mm，然后将拉缝电极表面包裹一层土工布14。包裹后的电极用铁丝固定，然后采用打桩机将阳极钛管5和阴极钛管6打入吹填土地基9中，钛管底部深入淤泥质土层0.5m，从而保持钛管固定，相邻同极钛管间距为0.6m，相邻异极钛管间距为1.5m，在吹填土区域分别打入阴、阳电极。采用金属制成的90度弯头13将电极开口上部和塑料水平排水支管3链接，通过三通将水平排水支管3和排水主干管2链接，主干管和支管之间安装阀门11，从而便于气密性检修，排水主干管2通过塑料软管和真空泵1链接。利用包皮导线将同性电极链接，接触部位用沥青包裹；然后链接到多触点开关8，接触部位用沥青固定，同时防止接触部位裸露在空气中，防止腐蚀和漏电危险；导线将多触点开关8和整流机7链接从而形成整个电渗通电回路。并在吹填土区域地基上布置振荡器4。
使用时，开启真空泵和电渗整流机，从而形成真空-电渗脱水系统，运行10天左右后，污泥含水率能够降低到70％左右，同时吹填土基面上有一定的承载力并且出现了大量的缝隙，这些缝隙大大增大了电渗系统的电阻，同时使得电渗过早结束，从而降低了吹填土固化效果；用泵继续灌入吹填土泥浆，使得吹填土高度重新回到3.5m，采用人工推动振荡器在吹填土区域地基上来回振荡三次，振荡过程中不仅压缩了吹填土基面，增强了吹填土基面承载力，同时将泥浆灌入第一次真空电渗过程中形成的裂缝中，从而降低了整个电渗系统电阻，提高第二次真空电渗系统电阻，从而增强第二次真空电渗固化效果。第二次整个电渗继续固化10天，每3天进行振荡器来回振荡三次，从而防止大面积裂缝产生，并且保持较高的电渗强度。整个真空-电渗-动力振荡固化工程结束后，利用起桩机将电极排除，同时回填中粗砂土，并且用夯桩机夯实后，再次平整整个吹填土区域，固化过程结束。
实施例二：
广州中船龙穴岛造船基地位于虎门外珠江右岸，龙穴岛围垦区的东岸线上，2004年3月吹填淤泥高度4.3m，为了赶在2004年10月份完成淤泥固化后进行土建，工期十分紧张，淤泥根本无法进行正常的固化平整工作。再固化区域的13个区域中的6-13区采用真空-电渗-动力振荡固化项目，固化总面积2.6万平方米。
首先在固化区域建立淤泥挡墙，随即铺设真空电渗固化设备，真空电渗14h后，进行第一次动力荷载，第一遍荷载能为800～1000KN·m，连续来回荷载3遍，荷载后平整固化区域。进行第二次真空电渗固化14h，固化后动力荷载淤泥区。进行了12天后，固化区基面承载力达到了80KN/m2，基面土体含水率为58.4％，完全达到了地基土工施工强度。
整个工程固化历时14天，加上设备采购和进场准备时间23天，整个工程耗时1个月，加固成本在80元/m2，固化效果好，满足了土建方面对工期和工程质量的要求。
Claims (8)
1.一种用于近海造陆的吹填土的快速固化系统的运行方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）采用常规泵输送管口吹填方法将近海的流态海泥吹填到指定区域，吹填高度3.5～4m，在吹填土表面铺设0.3m的砂垫层；
（2）采用夯桩机将钛电极打入地基中，电极高度4.8m，相邻的同性电极间距为0.6m，相隔的异性电极间距为1.5m；
（3）阴极电极采用拉缝工艺从而在电极表面形成大量的缝口，缝口宽度为4mm，在电极表面包裹一层土工布，阳极电极不拉缝，不包裹土工布；
（4）阴极电极顶部通过弯头链接阀门，阀门链接塑料硬管，塑料硬管通过三通链接到排水主干管，排水主干管链接到真空泵；
（5）通过整流机将220V交流电源整流成100V直流电源，通过调节旋钮使得电压在0～100V可调，胶皮导线将整流机和多触点开关链接，再用胶皮导线将多触点开关和电极链接；
（6）真空电渗后，吹填土表面具有相当的承载强度，利用泵继续输送新鲜吹填土，人工推动振荡器机械臂均匀振荡吹填土表面，推动速度保持3m/min，并且来回推动三次。
2.根据权利要求1所述的用于近海造陆的吹填土的快速固化系统的运行方法，其特征在于：先开启真空电渗脱水，吹填土中大量的易去除水首先被真空负压排出，然后在电渗作用下，吹填土中较难去除的水分迁移到阴极，阴极处富集的水分被真空负压继续排出；真空电渗14天后，采用振荡器来回平整三次后，继续加入新鲜的吹填土，新鲜的吹填土泥浆灌入产生的缝隙中，并且增加了吹填土基面高度，再进行真空－电渗－动力振荡后完成吹填土的固化工程。
3.根据权利要求1所述的用于近海造陆的吹填土的快速固化系统的运行方法，其特征在于：所述快速固化系统包括布置在吹填土上的真空电渗排水系统，所述吹填土上还布置有动力振荡系统。
4.根据权利要求3所述的用于近海造陆的吹填土的快速固化系统的运行方法，其特征在于：所述真空电渗排水系统服务吹填土面积15m2，每个系统包含一个振荡器、10对阴阳电极、一个整流机、两个多触点开关及其相关电路导线、四台真空泵及其相关排水管件、弯头，整个真空电渗排水系统安装在真空膜下。
5.根据权利要求4所述的用于近海造陆的吹填土的快速固化系统的运行方法，其特征在于：所述阴阳电极包括阳极钛管和阴极钛管，所述阴极钛管表面具有拉缝形成的宽4mm的缝口，并包裹有用于过滤吹填土颗粒的土工布，所述阴阳电极的顶部与排水管相连通。
6.根据权利要求3所述的用于近海造陆的吹填土的快速固化系统的运行方法，其特征在于：所述动力振荡系统采用单相附着式平板振荡器，接触底面大小为40*30cm，振荡频率为2840次/min，振荡力为30kg。
7.根据权利要求4所述的用于近海造陆的吹填土的快速固化系统的运行方法，其特征在于：所述真空泵采用真空射流泵。
8.根据权利要求1所述的用于近海造陆的吹填土的快速固化系统的运行方法，其特征在于：通过真空电渗排除吹填土中水分，真空电渗后期联合动力振荡强化吹填土固化效果。
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