CN108104108A - 废弃淤泥浅层原位固化的施工设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种废弃淤泥浅层原位固化的施工设备及方法，施工设备包括设置于淤泥矩形区域四周的轨道和搅拌装置，轨道包括一对底部临时轻型行走轨道、一对上部临时轻型行走轨道和落地支架轨道，落地支架轨道的底部安装有与底部临时轻型行走轨道相对应的滑块和滑动电机，落地支架轨道的内侧垂直安装有输浆轨道和用于带动输浆轨道上下移动的滑动装置，输浆轨道内部为中空结构；搅拌装置包括搅拌电机和空心搅拌杆，搅拌电机安装于输浆轨道的上方，空心搅拌杆垂直设置于输浆轨道的下方。本发明可有效提高施工效率、降低淤泥含水率、提高土体强度，且可达到地基预处理或作为资源化利用目的。
Description
技术领域
本发明属于环保地基处理领域，尤其涉及一种废弃淤泥浅层原位固化的施工设备及方法。
背景技术
河湖清淤出的废弃淤泥具有颗粒细、含水率大于80%等特点，由于监管不严，存在偷排乱倒至城市郊区的现象，废弃淤泥堆场占地面积往往成千上百亩，厚度一般1.5~3m，对环境造成了严重的二次污染。随着城市化进程的加快，一些城市郊区已逐步被开发，需在已被倾倒淤泥的区域进行厂房、住房等建筑物及构筑物的建设，虽然经过长时间的自然蒸发、渗透，废弃淤泥含水率可降至80%以下，但仍面临着大量废弃淤泥难以处理的难题。目前，废弃淤泥常用的处理方式有两种，一是将废弃淤泥挖除并转运倾倒至别处，原场地换填塘渣或碎石，这造成了污染转移二次污染和自然资源浪费，且提高了造价；二是向淤泥中添加固定比例的固化材料，以降低淤泥含水率，提高淤泥强度。
向淤泥中添加固化材料的处理方式又包括两种方法：第一种方法是向淤泥表层添加固化材料，通过挖掘机进行搅拌；第二种方法是通过水泥搅拌桩或类似大型桩基设备向淤泥深处添加固化材料，并搅拌。以上两种方法存在以下缺陷：第一种方法对淤泥的经济合理的处理深度往往小于1m且挖掘机处理半径有限，最终导致固化均匀性差，固化土强度不高，另外，单台挖掘机设备的工作效率低，约为180～250方/小时；第二种方法经济合理的处理深度是5~30m，但设备投资大且机械利用率低，对深度小于3m的淤泥处理极不适用；这两种方法所采用的设备自重较大，往往难以进入废弃淤泥场地。因此亟需一种既能保证固化后淤泥土的强度及均匀性，又能确保施工速度快、设备利用率高、经济合理的废弃淤泥浅层原位固化的施工设备及方法。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可有效提高施工效率、降低淤泥含水率、提高土体强度，且可达到地基预处理或作为资源化利用目的的废弃淤泥浅层原位固化的施工设备及方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
废弃淤泥浅层原位固化的施工设备，淤泥为平整的矩形区域，施工设备包括设置于矩形区域四周的轨道和搅拌装置，轨道包括一对底部临时轻型行走轨道、一对上部临时轻型行走轨道和落地支架轨道，一对底部临时轻型行走轨道分别平行铺设于矩形区域的两条长边上，一对上部临时轻型行走轨道分别对应平行铺设于一对底部临时轻型行走轨道的上方，落地支架轨道垂直设置于矩形区域短边的两侧，落地支架轨道的底部安装有与底部临时轻型行走轨道相对应的滑块和滑动电机，滑动电机与滑块相连，并驱动滑块沿底部临时轻型行走轨道左右移动，落地支架轨道的内侧垂直安装有输浆轨道和用于带动输浆轨道上下移动的滑动装置，输浆轨道内部为中空结构；搅拌装置包括搅拌电机和空心搅拌杆，搅拌电机安装于输浆轨道的上方，空心搅拌杆垂直设置于输浆轨道的下方。
优选地，前述落地支架轨道的数量为四个，其高度为4m。
再优选地，前述空心搅拌杆的顶端与搅拌电机相连，搅拌电机带动空心搅拌杆转动。
更优选地，前述空心搅拌杆的末端安装有三层搅拌叶片，搅拌叶片的长度为20~30cm，
进一步优选地，在相邻两层前述搅拌叶片之间的空心搅拌杆上设置有两个对称的喷浆孔，喷浆孔的直径为2~4cm。
具体地，前述搅拌装置还连接有用于驱动其在输浆轨道上来回移动的驱动机构。
优选地，前述搅拌装置有多个，相邻两个搅拌装置之间的间隔为10~20cm。
再优选地，前述输浆轨道有多个，输浆轨道通过第一输浆管连接输浆泵，输浆泵通过第二输浆管连接固化剂储料罐。
废弃淤泥浅层原位固化的施工方法，包括以下步骤：
S1、对沿距废弃淤泥50~100cm的四周矩形区域进行平整，平整宽度为50~100cm，选择矩形区域的长边方向，平行铺设底部临时轻型行走轨道和上部临时轻型行走轨道；
S2、选择矩形区域的短边方向，两侧分别平行架设落地支架轨道，并在落地支架轨道的底部安装与底部临时轻型行走轨道相对应的滑块和滑动电机；
S3、在落地支架轨道内侧安装输浆轨道和用于带动输浆轨道上下移动的滑动装置，输浆轨道可沿落地支架轨道上下移动，其移动幅度距离为2m，输浆轨道内部为中空结构，可输送固化剂浆液；
S4、输浆轨道上间隔10~20cm安装一套搅拌装置以及用于驱动搅拌装置在输浆轨道上来回移动的驱动机构，搅拌装置可沿输浆轨道左右移动，利于根据淤泥固化土强度设计指标而灵活移位；
S5、将固化剂浆液储存在固化剂储料罐中，通过附近平整场地上的输浆泵进行输送；
S6、开始固化作业，在空心搅拌杆下钻时，空心搅拌杆边搅拌边喷浆，在其提升时，空心搅拌杆只搅拌不喷浆；
S7、当第一排固化完成后，将搅拌装置底部提升至待处理淤泥顶部，开启滑动电机，落地支架轨道带动输浆轨道连同搅拌装置沿着底部临时轻型行走轨道和上部临时轻型行走轨道移动至下一指定排位置进行淤泥固化作业，依次进行，直至完成全部区域的淤泥固化。
优选地，前述步骤S1之前还包括步骤S0：固化剂浆液可根据需要选择市场上已有的；将待固化的淤泥进行室内固化试验，确定待固化淤泥的无侧限抗压强度与水灰比的关系。
本发明的有益之处在于：
（1）本发明有效提高了施工效率、降低了淤泥含水率、提高了土体强度，可达到地基预处理或作为资源化利用的目的；
（2）针对大面积浅层淤泥（几十至上百亩）堆弃在原好场地的现实情况，充分将场地条件优劣互补，架设轻型机械设备，划分区域对浅层淤泥进行充分处理，造价可降低2/3；
（3）整套装置一次架设、铺设完成后，就可以进行一整排的连续淤泥固化作业，多台搅拌装置同时工作，且可根据淤泥固化土强度设计指标而灵活移位，较常规淤泥固化作业效率提高至少3倍；
（4）克服了常规挖机设备处理深度不够且强度、均匀度难以达标、常规桩基设备处理深度太大导致机械利用率极低等缺陷，该方法及设备处理深度在3m以下，既充分发挥了机械利用率，又确保了固化淤泥土的强度及均匀性。
附图说明
图1是本发明中施工设备的结构示意图；
图2是本发明中搅拌装置的结构示意图。
图中附图标记的含义：1、固化剂储料罐，2、第一输浆管，3、输浆泵，4、底部临时轻型行走轨道，5、落地支架轨道，6、上部临时轻型行走轨道，7、空心搅拌杆，8、搅拌电机，9、输浆轨道，10、淤泥，11、搅拌叶片，12、喷浆孔，13、第二输浆管。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
参见图1和图2，本发明的一种废弃淤泥浅层原位固化的施工设备，其中淤泥10为平整的矩形区域，施工设备包括设置于矩形区域四周的轨道和搅拌装置，轨道包括一对底部临时轻型行走轨道4、一对上部临时轻型行走轨道6和落地支架轨道5，落地支架轨道5的数量为四个，其高度为4m。
一对底部临时轻型行走轨道4分别平行铺设于矩形区域的两条长边上，一对上部临时轻型行走轨道6分别对应平行铺设于一对底部临时轻型行走轨道4的上方。落地支架轨道5垂直设置于矩形区域短边的两侧，落地支架轨道5的底部安装有与底部临时轻型行走轨道4相对应的滑块（未图示）和滑动电机（未图示），滑动电机与滑块相连，并驱动滑块沿底部临时轻型行走轨道4左右移动。落地支架轨道5的内侧垂直安装有输浆轨道9和用于带动输浆轨道9上下移动的滑动装置，输浆轨道9内部为中空结构，可输送固化剂浆液。
搅拌装置包括搅拌电机8和空心搅拌杆7，空心搅拌杆7的顶端与搅拌电机8相连，搅拌电机8带动空心搅拌杆7转动，搅拌电机8安装于输浆轨道9的上方，空心搅拌杆7垂直设置于输浆轨道9的下方。空心搅拌杆7的末端安装有三层搅拌叶片11，搅拌叶片11的长度为20~30cm，在相邻两层前述搅拌叶片11之间的空心搅拌杆7上设置有两个对称的喷浆孔12，喷浆孔12的直径为2~4cm。
优选地，搅拌装置还连接有用于驱动其在输浆轨道9上来回移动的驱动机构（未图示），搅拌装置可沿输浆轨道9左右移动，利于根据淤泥10固化土强度设计指标而灵活移位。优选地，输浆轨道9上可安装多个搅拌装置，相邻两个搅拌装置之间的间隔为10~20cm。
输浆轨道9有多个，输浆轨道9通过第一输浆管2连接输浆泵3，输浆泵3通过第二输浆管13连接固化剂储料罐1。
废弃淤泥10浅层原位固化的施工方法，包括以下步骤：
S0：固化剂浆液可根据需要选择市场上已有的；将待固化的淤泥10进行室内固化试验，确定待固化淤泥10的无侧限抗压强度与水灰比的关系；
S1、对沿距废弃淤泥50~100cm的四周矩形区域进行平整，平整宽度为50~100cm，选择矩形区域的长边方向，平行铺设底部临时轻型行走轨道4和上部临时轻型行走轨道6；
S2、选择矩形区域的短边方向，两侧分别平行架设落地支架轨道5，并在落地支架轨道5的底部安装与底部临时轻型行走轨道4相对应的滑块和滑动电机；
S3、在落地支架轨道5内侧安装输浆轨道9和用于带动输浆轨道9上下移动的滑动装置，输浆轨道9可沿落地支架轨道5上下移动，其移动幅度距离为2m，输浆轨道9内部为中空结构，可输送固化剂浆液；
S4、输浆轨道9上间隔10~20cm安装一套搅拌装置以及用于驱动搅拌装置在输浆轨道9上来回移动的驱动机构，搅拌装置可沿输浆轨道9左右移动，利于根据淤泥10固化土强度设计指标而灵活移位；
S5、将固化剂浆液储存在固化剂储料罐1中，通过附近平整场地上的输浆泵3进行输送；
S6、开始固化作业，在空心搅拌杆7下钻时，空心搅拌杆7边搅拌边喷浆，在其提升时，空心搅拌杆7只搅拌不喷浆；
S7、当第一排固化完成后，将搅拌装置底部提升至待处理淤泥10顶部，开启滑动电机，落地支架轨道5带动输浆轨道9连同搅拌装置沿着底部临时轻型行走轨道4和上部临时轻型行走轨道6移动至下一指定排位置进行淤泥10固化作业，依次进行，直至完成全部区域的淤泥10固化。
考虑到提高1倍施工效率和固化作业的平稳性，可相向布置同套的输浆轨道9和搅拌装置。
实施例1
待处理废弃淤泥的含水量为58%，容重为1.79t/m3，工程中要求经过90天龄期时固化后淤泥的强度达到250kPa，减小地基的不均匀沉降，对废弃淤泥浅层原位固化的施工方法，包括以下步骤：
S0：固化剂浆液可根据需要选择市场上已有的；将待固化的淤泥10进行室内固化试验，确定待固化淤泥10的无侧限抗压强度与水灰比的关系；
S1、对沿距废弃淤泥50cm的四周矩形区域进行平整，平整宽度为80cm，选择矩形区域的长边方向，长度约为326m平行铺设底部临时轻型行走轨道4和上部临时轻型行走轨道6；
S2、选择矩形区域的短边方向，长度约75m，两侧分别平行架设落地支架轨道5，并在落地支架轨道5的底部安装与底部临时轻型行走轨道4相对应的滑块和滑动电机；
S3、在落地支架轨道5内侧安装输浆轨道9和用于带动输浆轨道9上下移动的滑动装置，输浆轨道9可沿落地支架轨道5上下移动，其移动幅度距离为2m，输浆轨道9内部为中空结构，可输送固化剂浆液；
S4、输浆轨道9上间隔10cm安装一套搅拌装置以及用于驱动搅拌装置在输浆轨道9上来回移动的驱动机构，搅拌装置可沿输浆轨道9左右移动，利于根据淤泥10固化土强度设计指标而灵活移位；
S5、将固化剂浆液储存在固化剂储料罐1中，通过附近平整场地上的输浆泵3进行输送；
S6、开始固化作业，在空心搅拌杆7下钻时，空心搅拌杆7边搅拌边喷浆，在其提升时，空心搅拌杆7只搅拌不喷浆；
S7、当第一排固化完成后，将搅拌装置底部提升至待处理淤泥10顶部，开启滑动电机，落地支架轨道5带动输浆轨道9连同搅拌装置沿着底部临时轻型行走轨道4和上部临时轻型行走轨道6移动至下一指定排位置进行淤泥10固化作业，依次进行，直至完成全部区域的淤泥10固化。
经过90天龄期，经测试，淤泥10固化土的无侧限抗压强度强度达到250kPa，满足了预制管桩桩基设备作业需求，并减小了地基的不均匀沉降。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.废弃淤泥浅层原位固化的施工设备，所述淤泥为平整的矩形区域，其特征在于，施工设备包括设置于矩形区域四周的轨道和搅拌装置，所述轨道包括一对底部临时轻型行走轨道、一对上部临时轻型行走轨道和落地支架轨道，一对所述底部临时轻型行走轨道分别平行铺设于矩形区域的两条长边上，一对所述上部临时轻型行走轨道分别对应平行铺设于一对底部临时轻型行走轨道的上方，所述落地支架轨道垂直设置于矩形区域短边的两侧，落地支架轨道的底部安装有与底部临时轻型行走轨道相对应的滑块和滑动电机，所述滑动电机与滑块相连，并驱动滑块沿底部临时轻型行走轨道左右移动，所述落地支架轨道的内侧垂直安装有输浆轨道和用于带动输浆轨道上下移动的滑动装置，所述输浆轨道内部为中空结构；所述搅拌装置包括搅拌电机和空心搅拌杆，所述搅拌电机安装于输浆轨道的上方，所述空心搅拌杆垂直设置于输浆轨道的下方。
2.根据权利要求1所述的废弃淤泥浅层原位固化的施工设备，其特征在于，所述落地支架轨道的数量为四个，其高度为4m。
3.根据权利要求1所述的废弃淤泥浅层原位固化的施工设备，其特征在于，所述空心搅拌杆的顶端与搅拌电机相连，所述搅拌电机带动空心搅拌杆转动。
4.根据权利要求1所述的废弃淤泥浅层原位固化的施工设备，其特征在于，所述空心搅拌杆的末端安装有三层搅拌叶片，所述搅拌叶片的长度为20~30cm。
5.根据权利要求4所述的废弃淤泥浅层原位固化的施工设备，其特征在于，在相邻两层所述搅拌叶片之间的空心搅拌杆上设置有两个对称的喷浆孔，所述喷浆孔的直径为2~4cm。
6.根据权利要求1所述的废弃淤泥浅层原位固化的施工设备，其特征在于，所述搅拌装置还连接有用于驱动其在输浆轨道上来回移动的驱动机构。
7.根据权利要求1所述的废弃淤泥浅层原位固化的施工设备，其特征在于，所述搅拌装置有多个，相邻两个搅拌装置之间的间隔为10~20cm。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的废弃淤泥浅层原位固化的施工设备，其特征在于，所述输浆轨道有多个，输浆轨道通过第一输浆管连接输浆泵，所述输浆泵通过第二输浆管连接固化剂储料罐。
9.如权利要求8所述的废弃淤泥浅层原位固化的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对沿距废弃淤泥50~100cm的四周矩形区域进行平整，平整宽度为50~100cm，选择矩形区域的长边方向，平行铺设底部临时轻型行走轨道和上部临时轻型行走轨道；
S2、选择矩形区域的短边方向，两侧分别平行架设落地支架轨道，并在落地支架轨道的底部安装与底部临时轻型行走轨道相对应的滑块和滑动电机；
S3、在落地支架轨道内侧安装输浆轨道和用于带动输浆轨道上下移动的滑动装置，输浆轨道可沿落地支架轨道上下移动，其移动幅度距离为2m，输浆轨道内部为中空结构，可输送固化剂浆液；
S4、输浆轨道上间隔10~20cm安装一套搅拌装置以及用于驱动搅拌装置在输浆轨道上来回移动的驱动机构；
S5、将固化剂浆液储存在固化剂储料罐中，通过附近平整场地上的输浆泵进行输送；
S6、开始固化作业，在空心搅拌杆下钻时，空心搅拌杆边搅拌边喷浆，在其提升时，空心搅拌杆只搅拌不喷浆；
S7、当第一排固化完成后，将搅拌装置底部提升至待处理淤泥顶部，开启滑动电机，落地支架轨道带动输浆轨道连同搅拌装置沿着底部临时轻型行走轨道和上部临时轻型行走轨道移动至下一指定排位置进行淤泥固化作业，依次进行，直至完成全部区域的淤泥固化。
10.根据权利要求9所述的废弃淤泥浅层原位固化的施工方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括步骤S0：固化剂浆液可根据需要选择市场上已有的；将待固化的淤泥进行室内固化试验，确定待固化淤泥的无侧限抗压强度与水灰比的关系。
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