CN107326870A - 一种南海岛礁吹填钙质砂土地基的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种南海岛礁吹填钙质砂土地基的处理方法，其方法为：步骤一、施工测量；步骤二、输送管的布设；步骤三、挖泥船吸取海底钙质砂；步骤四、微生物菌液和营养液的制备；步骤五、混合箱中充分曝气搅拌。有益效果：本发明通过在混合箱中加入微生物固化剂，使得微生物与钙质砂在混合箱中充分搅拌混合，然后将混合后的钙质砂吹填到礁盘上，形成处理后的地基。这样，待经过一段时间后，混合后的钙质砂形成的处理后地基强度、变形和稳定性都满足工程建设要求，无需其他多余的地基处理措施。本发明具有施工方便、工程成本低、显著缩短施工工期，对环境无污染等显著特点。

Description

一种南海岛礁吹填钙质砂土地基的处理方法

技术领域

本发明涉及一种钙质砂土地基的处理方法，特别涉及一种南海岛礁吹填钙质砂土地基的处理方法。

背景技术

目前，南海造岛大都采取吹砂填礁造岛的方式。采用这种方法的优点：成岛速度快，规模大，效率高。我国沿海城市采用该方法每年造地达数百平方公里，价值可观。南海岛礁造地有两大优势：一是海砂资源丰富，二是礁石资源丰富。如带有泻湖的礁盘，其泻湖里的珊瑚砂厚达数十米。其周边无用的礁盘也很多。南海礁盘面积达数万平方公里，造岛潜力十分巨大。

南海礁盘周围大多有面积广大的浅滩，里面最多的就是大量海砂，填海最有效率也最经济的方法就是将这些砂子利用起来，就地开采使用。如此多的海砂当然不能用抓斗或者铲子蚂蚁搬家，而依赖于一种更有效率的作业方式——吹填。

吹填一般是指用挖泥船挖泥后，通过管线把泥舱中的泥水混合物，排放到近海陆地，将近海淤泥填垫，排除淤泥中的水分，达到一定标高，使之具有可利用价值。南海地区吹砂填礁造岛后，在岛上地表形成一层吹填钙质砂土，这种砂层比表面积大、一般含水处于饱和状态，砂层的结构极不稳定，失水后地基承载力显著增强，遇水后内部结构迅速破坏并使地基承载力减弱甚至消失。在南海岛礁吹填钙质砂土上修建港口、通信、监控和后方支援设施、以及机场跑道等时，需要对该层土进行地基处理。这种砂层常用的地基处理方法有：真空预压法、强夯法、水泥劈裂注浆法等。但是，由于南海的特殊地理位置原因，将上述方法的设备和材料运输到吹填岛礁的成本极高，地基处理的效率也很低。如何找到一种南海岛礁吹填钙质砂土中快速便捷、环保经济的地基处理方法是目前亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决南海地区吹砂填礁造岛后地基不稳定的问题而提供的一种南海岛礁吹填钙质砂土地基的处理方法。

本发明提供的南海岛礁吹填钙质砂土地基的处理方法，其方法如下所述：

步骤一、施工测量：

1)、测量系统：高程基准：采用珠江基准面；平面坐标系统：采用北京54坐标系；

2)、平面控制：首先建立起WGS－84坐标与北京54坐标之间的关系，即求取WGS－84到北京54坐标系统的坐标转换参数，实现WGS－84坐标到北京54坐标系的转换；然后在施工区附近的合适区域建立GPS差分基准站，最后在GPS移动站上进行相关的测量参数设置，实施基于RTK技术的施工测量控制；

3)、高程控制：高程控制测量主要是施工区附近高程控制点的高程引测，使用高精度数字水准仪按设计等级的水准测量的方式进行，测量及平差过程严格按测量规范的要求进行；

4)、水位递报：在施工区附近设置验潮站，设立水尺和自动潮位遥报系统，水位站的验潮间隔每10min验潮递报一次；

6)、水深测量：测深线布设按规范要求进行，施工检测及竣工测量测线沿用竣工前测量的测线，按单波束要求实施测量，利用双频GPS按RTK定位技术进行水深平面定位；分别利用测深精度较高的MK III双频测深仪及HS-50型波浪补偿仪进行测深及波浪补偿；

7)、施工中测量：施工中测量主要为吹填区标高测量，测量方式以全站仪加棱镜测量陆域高程的方式为主，在吹填区高程测量同时，也要对取土区的取砂深度进行监控测量，以保证取砂区域在计划安排中合理进行，在前期施工中，取砂区测量每7天进行一次，吹填区测量前期每周进行一次，后期随管线进度进行，在工程竣工前加大测量频率，一般每天测量一次；

8)、竣工测量：竣工测量采用全站仪加棱镜测量陆域高程的方式进行；

步骤二、输送管的布设：输送管线由水上管、水下管、陆地管组成，具体布设如下所述：

1)、水下管线的布设：水下管线主要采用3加1形式，即3节钢管与1节胶皮套相连接，水下管与水上管连接处采用1节钢管加1节自浮管形式；

水下管线的组装：

a、在管线堆放场地先进行1加1形式钢管的小组装，堆好待用；

b、在码头管线入水处，由装载机和吊车配合组装接长水下管；

c、水下管组装完后视海面情况，如不能直接拖入施工区，则暂时由锚艇拖至空闲地方备用，需要沉放时由起锚艇拖至预定位置，一端牵到礁盘，一端拖至测量人员在设计入水端提前抛设的浮漂位置；

d、水下管沉放时，则将入水端用八字锚固定，并拆掉两端盲板，上岸端由吊车或勾机协助注水下沉；

2)、水上管线的布设：水上输送管采用1加1形式，即1节钢管与1节胶皮套相连并连到一个浮筒，在施工区附近选取管线堆放场地，堆场要濒临礁盘且水域宽敞，方便运输到施工现场的地点，在礁盘先将管线进行小组装成1加1形式，堆好待用，在需要水上管线时，由装载机和吊车配合，一边在岸边将小组装1加1的管线之间对接，一边将接好的管线推到海里，并由锚艇将浮筒填加到水上管线下，用卡带固定好，这样就完成了水上管线的组装下水，在拖到施工区使用之前，先用锚缆将水上管线拖至码头附近固定好，需要时再由锚艇拖至施工区，选择风较小时，由拖轮或小艇将已组装好的水上管线由抛锚地拖带至施工区，将一端抛八字锚固定接水下管或陆地管，另一端接挖泥船的排泥管后弯头，这样就完成了水上管线的铺设；

3)、陆地管线的布设：陆地管线采用硬性连接，即钢管直接连接的形式。管线接卡用装载机进行协助和运送管子，用风动扳手或人工将螺丝拧紧；

步骤三、挖泥船吸取海底钙质砂：

挖泥船位置布置在礁盘附近海边位置，左右各抛出一只横移锚，缆长抛出30-40m，抛出时锚位略向船艉方向，采用船艉的两根钢桩交替固定船位，挖砂由分层分条开挖，先挖上层，后挖下层，分条宽度70m、分层厚度1.5m，随着吹填施工的进行，挖泥船根据规定的取砂区范围、自身排距的具体情况，船位根据实际位置移动，输送管与吹砂泵连接，利用吹砂泵的吹力把钙质砂从水下管和水上管输送到混合箱，同样利用吹砂泵的吹力把混合微生物后的钙质砂吹到指定回填区域；

步骤四、微生物菌液和营养液的制备：

微生物菌液由浓度OD600＝1.5的巴氏芽孢杆菌及其营养盐溶液共同组成，每1L的营养盐溶液中含有6g的大豆蛋白胨、16g的胰蛋白胨、5g的氯化钠以及20g的尿素，营养盐溶液的pH值为7.25；

微生物营养液为浓度为0.60mol/L-1.50mol/L的氯化钙溶液和浓度为0.60mol/L-1.50mol/L的尿素溶液混合而成；

步骤五、混合箱中充分曝气搅拌：混合箱一端联接水下管和水上管，另一端联接陆地管，钙质砂通过水下管和水上管运送至混合箱，在混合箱中与微生物菌液和营养液充分曝气搅拌，之后通过陆地管吹填至指定区域，混合箱由生物膜系统、曝气系统和搅拌系统三大系统组成。

生物膜系统包括数个膜组器，数个膜组器均匀分布于混合箱上部的生化反应区中，膜组器的边缘与生化反应区的内壁距离不小于300mm，膜组器底部的散气管至所述生化反应区内底面的间距不小于300mm，应合理设计混合箱内的水流循环通道，使钙质砂的流向形成通过膜组件的向上流循环，生物膜的断面上，由外及里形成了好氧、兼性厌氧和厌氧三个反应区；

曝气系统的要求如下：

1)曝气的风量应同时满足微生物需氧量和减缓膜组器污染的要求；气水比20-30:1；

2)曝气设备应兼有供氧、混合的功能，选用射流曝气或鼓风潜水曝气；

3)射流曝气要符合HJ/T263的规定；鼓风潜水曝气要符合HJ/T260的规定；

4)设计风机台数应考虑备用原则。

搅拌系统的作用是将微生物菌液和营养液与钙质砂充分混合在一起。

本发明的有益效果：

本发明通过在混合箱中加入微生物固化剂，使得微生物与钙质砂在混合箱中充分搅拌混合，然后将混合后的钙质砂吹填到礁盘上，形成处理后的地基。这样，待经过一段时间后，混合后的钙质砂形成的处理后地基强度、变形和稳定性都满足工程建设要求，无需其他多余的地基处理措施。本发明具有施工方便、工程成本低、显著缩短施工工期，对环境无污染等显著特点。

具体实施方式

本发明提供的南海岛礁吹填钙质砂土地基的处理方法，其方法如下所述：

步骤一、施工测量：

1)、测量系统：高程基准：采用珠江基准面；平面坐标系统：采用北京54坐标系；

2)、平面控制：首先建立起WGS－84坐标与北京54坐标之间的关系，即求取WGS－84到北京54坐标系统的坐标转换参数，实现WGS－84坐标到北京54坐标系的转换；然后在施工区附近的合适区域建立GPS差分基准站，最后在GPS移动站上进行相关的测量参数设置，实施基于RTK技术的施工测量控制；

3)、高程控制：高程控制测量主要是施工区附近高程控制点的高程引测，使用高精度数字水准仪按设计等级的水准测量的方式进行，测量及平差过程严格按测量规范的要求进行；

4)、水位递报：在施工区附近设置验潮站，设立水尺和自动潮位遥报系统，水位站的验潮间隔每10min验潮递报一次；

6)、水深测量：测深线布设按规范要求进行，施工检测及竣工测量测线沿用竣工前测量的测线，按单波束要求实施测量，利用双频GPS按RTK定位技术进行水深平面定位；分别利用测深精度较高的MK III双频测深仪及HS-50型波浪补偿仪进行测深及波浪补偿；

7)、施工中测量：施工中测量主要为吹填区标高测量，测量方式以全站仪加棱镜测量陆域高程的方式为主，在吹填区高程测量同时，也要对取土区的取砂深度进行监控测量，以保证取砂区域在计划安排中合理进行，在前期施工中，取砂区测量每7天进行一次，吹填区测量前期每周进行一次，后期随管线进度进行，在工程竣工前加大测量频率，一般每天测量一次；

8)、竣工测量：竣工测量采用全站仪加棱镜测量陆域高程的方式进行；

步骤二、输送管的布设：输送管线由水上管、水下管、陆地管组成，具体布设如下所述：

1)、水下管线的布设：水下管线主要采用3加1形式，即3节钢管与1节胶皮套相连接，水下管与水上管连接处采用1节钢管加1节自浮管形式；

水下管线的组装：

a、在管线堆放场地先进行1加1形式钢管的小组装，堆好待用；

b、在码头管线入水处，由装载机和吊车配合组装接长水下管；

c、水下管组装完后视海面情况，如不能直接拖入施工区，则暂时由锚艇拖至空闲地方备用，需要沉放时由起锚艇拖至预定位置，一端牵到礁盘，一端拖至测量人员在设计入水端提前抛设的浮漂位置；

d、水下管沉放时，则将入水端用八字锚固定，并拆掉两端盲板，上岸端由吊车或勾机协助注水下沉；

2)、水上管线的布设：水上输送管采用1加1形式，即1节钢管与1节胶皮套相连并连到一个浮筒，在施工区附近选取管线堆放场地，堆场要濒临礁盘且水域宽敞，方便运输到施工现场的地点，在礁盘先将管线进行小组装成1加1形式，堆好待用，在需要水上管线时，由装载机和吊车配合，一边在岸边将小组装1加1的管线之间对接，一边将接好的管线推到海里，并由锚艇将浮筒填加到水上管线下，用卡带固定好，这样就完成了水上管线的组装下水，在拖到施工区使用之前，先用锚缆将水上管线拖至码头附近固定好，需要时再由锚艇拖至施工区，选择风较小时，由拖轮或小艇将已组装好的水上管线由抛锚地拖带至施工区，将一端抛八字锚固定接水下管或陆地管，另一端接挖泥船的排泥管后弯头，这样就完成了水上管线的铺设；

3)、陆地管线的布设：陆地管线采用硬性连接，即钢管直接连接的形式。管线接卡用装载机进行协助和运送管子，用风动扳手或人工将螺丝拧紧；

步骤三、挖泥船吸取海底钙质砂：

挖泥船位置布置在礁盘附近海边位置，左右各抛出一只横移锚，缆长抛出30-40m，抛出时锚位略向船艉方向，采用船艉的两根钢桩交替固定船位，挖砂由分层分条开挖，先挖上层，后挖下层，分条宽度70m、分层厚度1.5m，随着吹填施工的进行，挖泥船根据规定的取砂区范围、自身排距的具体情况，船位根据实际位置移动，输送管与吹砂泵连接，利用吹砂泵的吹力把钙质砂从水下管和水上管输送到混合箱，同样利用吹砂泵的吹力把混合微生物后的钙质砂吹到指定回填区域；

步骤四、微生物菌液和营养液的制备：

微生物菌液由浓度OD600＝1.5的巴氏芽孢杆菌及其营养盐溶液共同组成，每1L的营养盐溶液中含有6g的大豆蛋白胨、16g的胰蛋白胨、5g的氯化钠以及20g的尿素，营养盐溶液的pH值为7.25；

微生物营养液为浓度为0.60mol/L-1.50mol/L的氯化钙溶液和浓度为0.60mol/L-1.50mol/L的尿素溶液混合而成；

步骤五、混合箱中充分曝气搅拌：混合箱一端联接水下管和水上管，另一端联接陆地管，钙质砂通过水下管和水上管运送至混合箱，在混合箱中与微生物菌液和营养液充分曝气搅拌，之后通过陆地管吹填至指定区域，混合箱由生物膜系统、曝气系统和搅拌系统三大系统组成。

生物膜系统包括数个膜组器，数个膜组器均匀分布于混合箱上部的生化反应区中，膜组器的边缘与生化反应区的内壁距离不小于300mm，膜组器底部的散气管至所述生化反应区内底面的间距不小于300mm，应合理设计混合箱内的水流循环通道，使钙质砂的流向形成通过膜组件的向上流循环，生物膜的断面上，由外及里形成了好氧、兼性厌氧和厌氧三个反应区；

曝气系统的要求如下：

1)曝气的风量应同时满足微生物需氧量和减缓膜组器污染的要求；气水比20-30:1；

2)曝气设备应兼有供氧、混合的功能，选用射流曝气或鼓风潜水曝气；

3)射流曝气要符合HJ/T263的规定；鼓风潜水曝气要符合HJ/T260的规定；

4)设计风机台数应考虑备用原则。

搅拌系统的作用是将微生物菌液和营养液与钙质砂充分混合在一起。

Claims (3)

1.一种南海岛礁吹填钙质砂土地基的处理方法，其特征在于：其方法如下所述：

步骤一、施工测量：

1)、测量系统：高程基准：采用珠江基准面；平面坐标系统：采用北京54坐标系；

2)、平面控制：首先建立起WGS－84坐标与北京54坐标之间的关系，即求取WGS－84到北京54坐标系统的坐标转换参数，实现WGS－84坐标到北京54坐标系的转换；然后在施工区附近的合适区域建立GPS差分基准站，最后在GPS移动站上进行相关的测量参数设置，实施基于RTK技术的施工测量控制；

3)、高程控制：高程控制测量主要是施工区附近高程控制点的高程引测，使用高精度数字水准仪按设计等级的水准测量的方式进行，测量及平差过程严格按测量规范的要求进行；

4)、水位递报：在施工区附近设置验潮站，设立水尺和自动潮位遥报系统，水位站的验潮间隔每10min验潮递报一次；

6)、水深测量：测深线布设按规范要求进行，施工检测及竣工测量测线沿用竣工前测量的测线，按单波束要求实施测量，利用双频GPS按RTK定位技术进行水深平面定位；分别利用测深精度较高的MK III双频测深仪及HS-50型波浪补偿仪进行测深及波浪补偿；

7)、施工中测量：施工中测量主要为吹填区标高测量，测量方式以全站仪加棱镜测量陆域高程的方式为主，在吹填区高程测量同时，也要对取土区的取砂深度进行监控测量，以保证取砂区域在计划安排中合理进行，在前期施工中，取砂区测量每7天进行一次，吹填区测量前期每周进行一次，后期随管线进度进行，在工程竣工前加大测量频率，一般每天测量一次；

8)、竣工测量：竣工测量采用全站仪加棱镜测量陆域高程的方式进行；

步骤二、输送管的布设：输送管线由水上管、水下管、陆地管组成，具体布设如下所述：

1)、水下管线的布设：水下管线主要采用3加1形式，即3节钢管与1节胶皮套相连接，水下管与水上管连接处采用1节钢管加1节自浮管形式；

水下管线的组装：

a、在管线堆放场地先进行1加1形式钢管的小组装，堆好待用；

b、在码头管线入水处，由装载机和吊车配合组装接长水下管；

c、水下管组装完后视海面情况，如不能直接拖入施工区，则暂时由锚艇拖至空闲地方备用，需要沉放时由起锚艇拖至预定位置，一端牵到礁盘，一端拖至测量人员在设计入水端提前抛设的浮漂位置；

d、水下管沉放时，则将入水端用八字锚固定，并拆掉两端盲板，上岸端由吊车或勾机协助注水下沉；

2)、水上管线的布设：水上输送管采用1加1形式，即1节钢管与1节胶皮套相连并连到一个浮筒，在施工区附近选取管线堆放场地，堆场要濒临礁盘且水域宽敞，方便运输到施工现场的地点，在礁盘先将管线进行小组装成1加1形式，堆好待用，在需要水上管线时，由装载机和吊车配合，一边在岸边将小组装1加1的管线之间对接，一边将接好的管线推到海里，并由锚艇将浮筒填加到水上管线下，用卡带固定好，这样就完成了水上管线的组装下水，在拖到施工区使用之前，先用锚缆将水上管线拖至码头附近固定好，需要时再由锚艇拖至施工区，选择风较小时，由拖轮或小艇将已组装好的水上管线由抛锚地拖带至施工区，将一端抛八字锚固定接水下管或陆地管，另一端接挖泥船的排泥管后弯头，这样就完成了水上管线的铺设；

3)、陆地管线的布设：陆地管线采用硬性连接，即钢管直接连接的形式，管线接卡用装载机进行协助和运送管子，用风动扳手或人工将螺丝拧紧；

步骤三、挖泥船吸取海底钙质砂：

挖泥船位置布置在礁盘附近海边位置，左右各抛出一只横移锚，缆长抛出30-40m，抛出时锚位略向船艉方向，采用船艉的两根钢桩交替固定船位，挖砂由分层分条开挖，先挖上层，后挖下层，分条宽度70m、分层厚度1.5m，随着吹填施工的进行，挖泥船根据规定的取砂区范围、自身排距的具体情况，船位根据实际位置移动，输送管与吹砂泵连接，利用吹砂泵的吹力把钙质砂从水下管和水上管输送到混合箱，同样利用吹砂泵的吹力把混合微生物后的钙质砂吹到指定回填区域；

步骤四、微生物菌液和营养液的制备：

微生物菌液由浓度OD600＝1.5的巴氏芽孢杆菌及其营养盐溶液共同组成，每1L的营养盐溶液中含有6g的大豆蛋白胨、16g的胰蛋白胨、5g的氯化钠以及20g的尿素，营养盐溶液的pH值为7.25；

微生物营养液为浓度为0.60mol/L-1.50mol/L的氯化钙溶液和浓度为0.60mol/L-1.50mol/L的尿素溶液混合而成；

步骤五、混合箱中充分曝气搅拌：混合箱一端联接水下管和水上管，另一端联接陆地管，钙质砂通过水下管和水上管运送至混合箱，在混合箱中与微生物菌液和营养液充分曝气搅拌，之后通过陆地管吹填至指定区域，混合箱由生物膜系统、曝气系统和搅拌系统三大系统组成。

2.根据权利要求1所述的一种南海岛礁吹填钙质砂土地基的处理方法，其特征在于：所述的步骤五中的生物膜系统包括数个膜组器，数个膜组器均匀分布于混合箱上部的生化反应区中，膜组器的边缘与生化反应区的内壁距离不小于300mm，膜组器底部的散气管至所述生化反应区内底面的间距不小于300mm，应合理设计混合箱内的水流循环通道，使钙质砂的流向形成通过膜组件的向上流循环，生物膜的断面上，由外及里形成了好氧、兼性厌氧和厌氧三个反应区。

3.根据权利要求1所述的一种南海岛礁吹填钙质砂土地基的处理方法，其特征在于：所述的步骤五中的曝气系统的要求如下：

1)曝气的风量应同时满足微生物需氧量和减缓膜组器污染的要求；气水比20-30:1；

2)曝气设备应兼有供氧、混合的功能，选用射流曝气或鼓风潜水曝气；

3)射流曝气要符合HJ/T263的规定；鼓风潜水曝气要符合HJ/T260的规定；

4)设计风机台数应考虑备用原则。