CN110485436B - 工程泥浆和渣土互层回填矿坑地基结构及再造地基方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程泥浆和渣土互层回填矿坑地基结构及再造地基方法。包括铺设在废弃矿坑内的真空滤管网、砂垫层和泥浆渣土结构单元；废弃矿坑底面上设有一层真空滤管网，由多根平行的横向真空滤管、多根平行的纵向真空滤管垂直交叉铺设构成；再真空滤管网上面铺设砂垫层，砂垫层上面再重复依次铺设多层泥浆渣土结构单元，每层泥浆渣土结构单元包括从下到上依次铺设布置土工布层、固结泥浆层、土工复合排水网、工程渣土层。本发明利用城市建设过程产生的工程泥浆和渣土回填废弃矿坑，可有效缓解城市巨量工程渣土和工程泥浆的处置压力，解决不规范处置以及废弃矿坑裸露引发的地质灾害及生态环境破坏问题，并能再造地基，实现土地资源再生。

Description

工程泥浆和渣土互层回填矿坑地基结构及再造地基方法

技术领域

本发明涉及固体废物处置与再利用相关领域的一种矿坑地基结构和处理方法，具体为一种在废弃矿坑互层回填工程泥浆和渣土，并对泥浆层进行真空预压处理，实现工程泥浆排水固结；上部堆铺工程渣土预压处理使泥浆压密硬化再造地基的方法。

背景技术

城市建设和改造过程中产生了大量建筑垃圾，包括工程渣土、工程泥浆、拆除垃圾、装修垃圾等。工程泥浆产生于钻孔桩基施工、地下连续墙施工、泥水盾构施工、水平定向钻及泥水顶管等施工过程，是一种由水、膨润土颗粒、黏性土颗粒以及化学添加剂组成的悬浊体。其主要特征为：含水率高，呈流体状态，强度极低；土颗粒粒径小，在0.1～100μm之间，自然沉淀分离耗时长；含有化学添加剂，处理不当会对环境造成污染。

城市地下工程建设产生的废弃工程泥浆量很大，其处置是各城市面临的难题。目前仅有少部分泥浆在施工现场利用机械压滤、絮凝沉淀、离心分离等方法进行脱水处理，大量废弃工程泥浆被运往城市周边洼地或废弃矿坑进行简易填埋，最终形成无法利用的沼泽地，不仅造成土地资源的浪费，而且易造成安全隐患和环境污染。另一方面，城市地下空间开挖也产生大量的工程渣土，仅有部分渣土用于土方回填平衡，大部分渣土需要外运到周边地区堆填处置。如能利用工程渣土和泥浆作为废弃矿坑的回填料，既能解决工程渣土和废弃泥浆出路难题，又能回填矿坑再生土地资源。考虑到工程渣土和工程泥浆的物理力学特点，两者混合回填废弃矿坑再生土地主要存在以下问题：

1)工程泥浆呈流态化，承载能力低，在未充分排水固结的情况下进行上部堆填极易造成堆体失稳和泥浆管涌；

2)高含水率、低含固率的工程泥浆在自重条件下排水固结缓慢，会影响回填施工进度，并造成显著工后沉降而影响复垦土地的地形坡度。因此，需要改变目前简易矿坑回填方式，在保证回填工程安全同时，实现工程泥浆排水固结减量和矿坑增容，与渣土互层回填再造稳定地基。真空预压法广泛应用于软土地基、吹填淤泥地基处理工程中，取得了较好的效果。通常是在软土中设置竖向塑料排水板或砂井，上铺砂层，再覆盖薄膜封闭，抽气使膜内排水板、砂层等处于部分真空状态，排除土中的水分，使土预先固结以减少地基后期沉降。但泥浆呈流动状态，几乎没有承载力，利用常规真空预压法难以对泥浆层进行处理，需要一种改进的、便于现场施工的工程泥浆处理方法。

发明内容

有鉴于此，为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种真空预压联合堆载处理工程泥浆再造地基系统及其施工方法，以达到大规模处置工程泥浆和渣土，并修复废弃矿坑实现土地再利用的目的。

为实现上述发明目的，具体提供了如下所述的技术方案：

一、一种工程泥浆和渣土互层回填矿坑再造地基方法，至少包括如下依次步骤：

1)平整废弃矿坑场地底部，使得废弃矿坑底面为平整的平面；

2)在废弃矿坑底部先铺设一层真空滤管网，真空滤管网是由多根平行的横向真空滤管、多根平行的纵向真空滤管垂直交叉铺设构成的管网结构，即使得横向真空滤管和纵向真空滤管十字交叉布置，相邻真空滤管之间的间距5m；

3)真空滤管网上面铺设砂垫层，砂垫层覆盖横、纵真空滤管；

4)将真空滤管网与吸水管道通过可拆卸接头连接，吸水管道引出到地面和真空泵连接；

5)在砂垫层上面铺设土工布；

6)在土工布上面注入工程泥浆，工程泥浆通过泥浆泵注入矿坑内至确定厚度，工程泥浆厚度不大于10m；

7)在工程泥浆表面铺设密封膜，废弃矿坑场地四周的密封膜之间做密封处理，同时吸水管道穿设于密封膜并在穿设连接之间做出膜密封处理；

8)开启真空泵抽真空，使真空度保持在-80kPa，使得真空滤管网内产生真空负压，进行工程泥浆排水固结；

9)清除密封膜，在固结后的工程泥浆上面铺设一层土工复合排水网，在土工复合排水网上面再均匀且分层铺设确定厚度的工程渣土，在铺设土工复合排水网和工程渣土过程中同时真空泵工作，继续对固结后的工程泥浆抽真空；

10)重复步骤5)至步骤9)，再以工程渣土代替砂垫层，在砂垫层上铺设土工布，直至回填填满整个废弃矿坑。

本发明中，利用城市建设过程产生的工程泥浆和渣土回填废弃矿坑，采用工程泥浆和渣土互层回填，对先填的泥浆层下部抽真空使泥浆层发生排水固结，当泥浆层承载力达到目标值时，上部堆铺工程渣土对泥浆层进一步预压排水固结，重复以上步骤直至回填满整个矿坑，且回填完成后的表面层为工程渣土层。铺设后真空滤管网始终保留在废弃矿坑的底部。

所述步骤1)的废弃矿坑为开采矿产资源产生的废弃露天矿坑。

所述步骤2)铺设真空滤管网之前，在矿坑底面上先铺设砂垫层。

所述步骤3)的真空滤管为真空预压软基处理中作为水平排水通道的一种软基处理材料。

所述步骤4)的吸水管道为抗压型管道。

所述步骤5)中的土工布为无纺土工布，等效孔径O₉₀根据工程泥浆颗粒直径确定。

所述步骤6)的工程泥浆为钻孔灌注桩、地下连续墙、泥水盾构施工、水平定向钻及泥水顶管等施工产生的泥浆。

所述步骤7)中，吸水管道穿过密封膜连接到地面上的集水器，集水器与真空泵之间连接。

所述步骤8)的抽真空采取低位抽真空方法。

所述步骤9)的工程渣土为各类建筑物、构筑物、管网等基础开挖过程中产生的弃土。

二、一种工程泥浆和渣土互层回填矿坑地基结构：

包括铺设在废弃矿坑内的真空滤管网、砂垫层和泥浆渣土结构单元；废弃矿坑底面上设有一层真空滤管网，真空滤管网是由多根平行的横向真空滤管、多根平行的纵向真空滤管垂直交叉铺设构成；再真空滤管网上面铺设砂垫层，砂垫层上面再重复依次铺设多层泥浆渣土结构单元，每层泥浆渣土结构单元包括从下到上依次布置的土工布层、固结泥浆层、土工复合排水网、工程渣土层。

所述的真空滤管网中，横向真空滤管和纵向真空滤管经支吸水管道连接到主吸水管道，主吸水管道引出一端和真空度监测仪器，主吸水管道引出另一端经集水器和真空泵连接，集水器、真空泵和真空度监测仪器均位于地面。

所述的泥浆渣土结构单元的数量为2-10个。

在废弃矿坑底面和真空滤管网之间再铺设一层砂垫层。

本方法通过在泥浆回填矿坑之前设置排水体，利用真空预压对先填的泥浆层进行排水固结处理，体积减量可达三分之二以上。然后，上部堆铺的工程渣土对泥浆层进一步预压处理，提高承载力，减少工后沉降，实现工程泥浆减量和工程渣土消纳、废弃矿坑修复以及土地资源再生。

本发明的有益效果在于：

在废弃矿坑中大规模的实现工程泥浆泥水分离，大幅降低泥浆的含水量，实现工程泥浆排水固结减量和矿坑增容。

在废弃矿坑中实现工程泥浆和工程渣土协同处置，不仅解决回填工程安全问题，而且再生地基工后沉降量小。

在消纳建筑垃圾同时实现对废弃矿坑治理，消除了地质灾害隐患，恢复了生态环境。，同时可以减少工程泥浆和渣土的排放。

回填工艺简单，地基处理系统主要由真空装置、抽排水设备、土工布和密封膜组成，施工方便，成本较低。

附图说明

图1为本发明具体的低位真空预压处理泥浆的综合布置示意图。

图2为本发明具体的互层回填矿坑再造地基的结构剖面示意图。

图中：废弃矿坑1、砂垫层2、土工布3、密封膜4、横向真空滤管5、纵向真空滤管6、支吸水管道7、主吸水管道8、真空泵9、集水器10、真空度监测仪器11、工程泥浆12、土工复合排水网13、工程渣土14。

具体实施方式

下面结合附图1和图2，对本发明进行更加详细的阐述。

如图1所示，包括铺设在废弃矿坑1内的真空滤管网、砂垫层2和泥浆渣土结构单元；废弃矿坑1底面上设有一层真空滤管网，真空滤管网是由多根平行的横向真空滤管5、多根平行的纵向真空滤管6垂直交叉铺设构成的管网结构；再真空滤管网上面铺设砂垫层2，砂垫层2上面再重复依次铺设三～五层泥浆渣土结构单元，每层泥浆渣土结构单元包括从下到上依次布置的土工布层、固结泥浆层、土工复合排水网、工程渣土层。

土工布层是由土工布3铺设构成，固结泥浆层是由工程泥浆12固结形成，工程渣土层是由工程渣土14铺设构成。

如图1和图2所示，真空滤管网中，横向真空滤管5和纵向真空滤管6经支吸水管道7连接到主吸水管道8，主吸水管道8引出一端和真空度监测仪器11，主吸水管道8引出另一端经集水器10和真空泵9连接，使得各管道使用主管道串联，主管道再与真空泵9和集水器10相连。集水器10、真空泵9和真空度监测仪器11均位于地面。

集水器10用于中间储水，使得真空泵9工作和水隔绝。

真空度监测仪器11用于实时监测真空泵9工作时真空滤管网内部的真空度，进而实时控制恒定，并可监测是否发生泄漏。

如图2所示，本发明方法具体实施例如下：

1)在开采矿产资源产生的废弃露天矿坑，平整废弃矿坑1场地底部，清除场地残余废矿，并将场地推平；若场地较难整平，可通过铺设碎石层或砂垫层进行处理，使得废弃矿坑1底面为平整的平面；

2)在矿坑底面上先铺设砂垫层2，再在砂垫层2上铺设一层真空滤管网，真空滤管网是由多根平行的横向真空滤管5、多根平行的纵向真空滤管6垂直交叉铺设构成的管网结构，即使得横向真空滤管5和纵向真空滤管6十字交叉布置，通过四通接头连接，滤管之间绑扎固定，相邻真空滤管之间的间距5m。

3)真空滤管网上面铺设砂垫层2，砂垫层2覆盖横、纵真空滤管5、6；

4)将真空滤管网与吸水管道7、8通过可拆卸接头连接，管道绑扎在坑壁上进行固定，吸水管道引出到地面和真空泵9连接；

5)在砂垫层2上面铺设土工布3；土工布3的有效孔径根据工程泥浆粒径大小选择。土工布之间拼接紧密，拼接处进行缝制处理。

6)在土工布3上面注入工程泥浆12，工程泥浆12采用钻孔灌注桩等施工产生的泥浆，工程泥浆12通过泥浆泵注入矿坑内至确定厚度，泥浆层厚度根据废弃矿坑1的深度确定，工程泥浆12厚度不大于10m；

7)在工程泥浆表面铺设密封膜4，废弃矿坑1场地四周的密封膜4之间做密封处理，同时吸水管道7、8穿设于密封膜4并在穿设连接之间做出膜密封处理；

8)真空预压：开启真空泵9抽真空，使真空度保持在-80kPa，使得真空滤管网内产生真空负压，将工程泥浆和周桩土的水分经由真空滤管收取到地面，进行工程泥浆排水固结。

在真空负压作用下，真空负压沿着横向真空滤管5、纵向真空滤管6和砂垫层2传递至泥浆层底部，再由泥浆层底部传递至泥浆层表面。在真空度的作用下，泥浆中的水分透过土工布3进入横向真空滤管5、纵向真空滤管6、支吸水管道7和主吸水管道8，然后收集到集水器10中。排水固结一段时间后，选取若干点测试泥浆固结后的强度，根据强度确定堆载渣土时机。

9)当工程泥浆固结后达到设计强度后，在固结后的工程泥浆上面铺设一层土工复合排水网13，清除密封膜4，在土工复合排水网13上面再均匀且分层铺设确定厚度的工程渣土14，工程渣土14厚度根据所需上覆荷载确定。在铺设土工复合排水网13和工程渣土过程中同时真空泵9工作，继续对固结后的工程泥浆抽真空；

10)重复步骤5)至步骤9)，再以工程渣土14代替砂垫层2，在砂垫层2上铺设土工布3，直至回填填满整个废弃矿坑1，使得矿坑最顶面一层为工程渣土14。

根据以上步骤完成工程泥浆和渣土互层回填矿坑再造地基结构的模型试验，试验中利用直径1m、高度2.2m的模型筒模拟矿坑，砂垫层厚度100mm，土工布有效孔径为0.04mm，真空滤管直径76mm，吸水管道直径10mm，泥浆层厚度为1.8m，渣土层厚度为2.0m，采用低位真空预压法，真空度为60kPa。测试了泥浆固结过程中孔压变化规律、沉降变化规律以及固结后强度，结果表明工程泥浆减量效果显著，泥浆体积减量达到73％，强度从零增加至13kPa左右，地位真空预压固结后承载力可满足上覆堆载渣土的需求。

上述实施处理后，本发明这样的矿坑再造地基方式和形成的结构，可有效缓解城市巨量工程渣土和工程泥浆的处置压力，解决不规范处置以及废弃矿坑裸露引发的地质灾害及生态环境破坏问题，并能再造地基，实现土地资源再生。

Claims (8)

1.一种工程泥浆和渣土互层回填矿坑再造地基方法，其特征在于：至少包括如下依次步骤：

1)平整废弃矿坑（1）场地底部；

2)在废弃矿坑（1）底部先铺设一层真空滤管网，真空滤管网是由多根平行的横向真空滤管（5）、多根平行的纵向真空滤管（6）垂直交叉铺设构成；

3)真空滤管网上面铺设砂垫层（2），砂垫层（2）覆盖横、纵向真空滤管（5、6）；

4)将真空滤管网与吸水管道通过可拆卸接头连接，吸水管道引出到地面和真空泵（9）连接；

5)在砂垫层（2）上面铺设土工布（3）；

6)在土工布（3）上面注入工程泥浆（12），工程泥浆（12）通过泥浆泵注入矿坑内至确定厚度；

所述步骤6)的工程泥浆（12）为钻孔灌注桩、地下连续墙、泥水盾构施工、水平定向钻或泥水顶管施工产生的泥浆；

7)在工程泥浆表面铺设密封膜（4），废弃矿坑（1）场地四周的密封膜（4）之间做密封处理，同时吸水管道穿设于密封膜（4）并在穿设连接之间做出膜密封处理；

8)开启真空泵（9）抽真空，使得真空滤管网内产生真空负压，进行工程泥浆排水固结；

9) 清除密封膜（4），在固结后的工程泥浆上面铺设一层土工复合排水网（13），在土工复合排水网（13）上面再均匀且分层铺设确定厚度的工程渣土（14），在铺设土工复合排水网（13）和工程渣土过程中同时真空泵（9）工作，继续对固结后的工程泥浆抽真空；

所述步骤9)的工程渣土（14）为各类建筑物、构筑物或管网基础开挖过程中产生的弃土；

10)重复步骤5)至步骤9)，以工程渣土（14）代替砂垫层（2），在工程渣土上铺设土工布（3），直至回填填满整个废弃矿坑（1）。

2.根据权利要求1所述一种工程泥浆和渣土互层回填矿坑再造地基方法，其特征在于：所述步骤1)的废弃矿坑（1）为开采矿产资源产生的废弃露天矿坑。

3.根据权利要求1所述一种工程泥浆和渣土互层回填矿坑再造地基方法，其特征在于：所述步骤2)铺设真空滤管网之前，在矿坑底面上先铺设砂垫层（2）。

4.根据权利要求1所述一种工程泥浆和渣土互层回填矿坑再造地基方法，其特征在于：所述步骤7)中，吸水管道穿过密封膜（4）连接到地面上的集水器（10），集水器（10）与真空泵（9）之间连接。

5.一种工程泥浆和渣土互层回填矿坑地基结构，其特征在于：包括铺设在废弃矿坑（1）内的真空滤管网、砂垫层（2）和泥浆渣土结构单元；废弃矿坑（1）底面上设有一层真空滤管网，真空滤管网是由多根平行的横向真空滤管（5）、多根平行的纵向真空滤管（6）垂直交叉铺设构成；再真空滤管网上面铺设砂垫层（2），砂垫层（2）上面再重复依次铺设多层泥浆渣土结构单元，每层泥浆渣土结构单元包括从下到上依次布置的土工布层、固结泥浆层、土工复合排水网、工程渣土层；

所述的泥浆为工程泥浆（12），工程泥浆（12）为钻孔灌注桩、地下连续墙、泥水盾构施工、水平定向钻或泥水顶管施工产生的泥浆；

所述的渣土为工程渣土（14），工程渣土（14）为各类建筑物、构筑物或管网基础开挖过程中产生的弃土。

6.根据权利要求5所述的一种工程泥浆和渣土互层回填矿坑地基结构，其特征在于：所述的真空滤管网中，横向真空滤管（5）和纵向真空滤管（6）经支吸水管道（7）连接到主吸水管道（8），主吸水管道（8）引出一端和真空度监测仪器（11），主吸水管道（8）引出另一端经集水器（10）和真空泵（9）连接，集水器（10）、真空泵（9）和真空度监测仪器（11）均位于地面。

7.根据权利要求6所述的一种工程泥浆和渣土互层回填矿坑地基结构，其特征在于：所述的泥浆渣土结构单元的数量为2-10个。

8.根据权利要求6所述的一种工程泥浆和渣土互层回填矿坑地基结构，其特征在于：在废弃矿坑（1）底面和真空滤管网之间再铺设一层砂垫层（2）。

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