CN113389214B - 一种南海岛礁复合地基施工装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种南海岛礁复合地基施工装置，包括挖砂船、吹砂机构、围栏机构、加热棒以及打夯机，围栏机构设置在海中，其包括隔水板以及半透膜，加热棒设置在半透膜内壁上，在进行岛礁吹填时，将泥砂输送到半透膜内壁形成的吹砂腔中，通过设置的加热棒对泥砂进行升温加热，使泥砂中的水黏性降低，提高泥砂的渗透性，同时挖砂船可以将其储盐腔中存储的盐类投放到隔水板和半透膜之间的渗透腔中，使渗透腔内的海水浓度增加，并进一步提高泥砂的渗透性，打夯机对水面上的岛礁表面进行夯击时，泥砂内的水可以快速的从半透膜流出，降低泥砂内的含水率，提高岛礁地基的结构强度，从而可以在岛礁上进行港口以及通信设施的建设等。

Description

一种南海岛礁复合地基施工装置

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，特别涉及一种南海岛礁复合地基施工装置。

背景技术

人工海洋造岛基本采用的是吹砂填礁方式，通过挖砂船将海洋、岸线的砂土吸取后，喷出到待施工区域，以形成人工岛礁，岛礁含水量较高，砂层结构不稳定，需要对岛礁进行地基加固处理，增强其承载力，以便后期修建港口、通信设施等设备。

目前对于海洋地基的加固方式常用的有真空预压法，例如公开号为CN106988296A的发明专利，在使用时，集水井通过滤管连接接头连接滤管，滤管与塑料排水板底端相绑扎连通，开启真空泵，真空负压通过集水井、滤管、排水板直接向地基土传递，促进地基土中的水流入集水井内，从而实现对地基中水的去除，然而由于海洋泥土所处环境的不同，导致泥土的渗透性不同，泥土中的孔隙水黏性较强，导致负压无法将泥土中的水排出，地基的整体结构强度较差。

针对泥土中水排出效果较差的问题，公开号为CN102162239B的发明专利，联合化学溶液注入，并采用电渗法在软弱土地基中插入金属电极并分别在阳、阴电极，在通电情况下，使带正电荷的水及阳离子溶液向阴极流动，带负电荷的离子溶液向阳极流动，并从阴极顶部抽排水以降低土中含水率，然而该专利并没有考虑到泥土中还会含有大量的中性水，并不能保证泥土中绝大部分的水均可以在电场的作用下进行移动，因此所制得的地基整体结构强度仍然不理想。

发明内容

鉴以此，本发明提出一种南海岛礁复合地基施工装置，对吹填的泥砂进行加温以提高泥砂渗透性，同时提高泥砂外部的海水浓度，在强夯作用下，可以加速泥砂中水的向外流出，提高地基的结构强度。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种南海岛礁复合地基施工装置，包括挖砂船、吹砂机构、围栏机构、加热棒以及打夯机，所述吹砂机构以及打夯机设置在挖砂船上；所述围栏机构设置在海中，其包括隔水板以及半透膜，所述半透膜围成吹砂腔，所述隔水板围在半透膜外部，并与半透膜外壁形成渗透腔，所述隔水板顶部以及半透膜顶部均伸出到海面上方，所述挖砂船内部设置有储盐腔，所述储盐腔位于渗透腔上方，所述加热棒设置在半透膜内壁上，且在垂直方向上形成螺旋式阶梯结构。

优选的，所述吹砂机构包括吸砂管、吹砂泵以及出砂管，所述吹砂泵设置在挖砂船中，所述吸砂管一端伸入到海中，另一端伸入到挖砂船内与吹砂泵连接，所述出砂管倾斜设置在挖砂船上，并通过输砂管与吹砂泵连接。

优选的，所述吹砂机构还包括固定箱以及驱动机构，所述固定箱设置在挖砂船上，所述出砂管一端与固定箱转动连接，所述输砂管伸入到固定箱中，且与出砂管连接，所述驱动机构设置在挖砂船上，其包括第一旋转电机、旋转盘以及同步皮带，所述第一旋转电机输出轴与旋转盘连接，所述同步皮带连接旋转盘以及出砂管；所述出砂管内部设置有若干同心圆分布的筒状滤网，所述筒状滤网的网格大小由内至外依次减小。

优选的，所述出砂管的端部外壁设置有凸起，所述固定箱侧壁设置有开口，所述开口内壁设置有凹槽，所述出砂管一端从开口伸入到固定箱内部，所述凸起嵌入到凹槽中。

优选的，所述出砂管位于固定箱内部的一端侧壁上设置有输水管，所述固定箱内设置有水泵，所述水泵的出水端与管道连接，所述管道伸出到固定箱外部。

优选的，所述加热棒包括棒体以及发热丝，所述棒体设置在半透膜内壁上，所述发热丝覆盖在棒体外表面。

优选的，还包括微生物矿化机构，所述微生物矿化机构包括注射管以及活塞泵，所述棒体内部设置有用于存储微生物矿化溶液的储液腔，所述注射管设置在棒体外表面，并与储液腔连通，所述活塞泵设置在储液腔中。

优选的，所述微生物矿化机构还包括第二旋转电机以及限位筒，所述限位筒设置在储液腔中，所述微生物矿化溶液以及活塞泵设置在限位筒内部，所述限位筒外表面上设置有通孔，所述第二旋转电机设置在棒体内部，其输出轴与限位筒外底面连接，所述第二旋转电机驱动限位筒转动使通孔与注射管连通。

优选的，所述限位筒外表面涂覆有隔热材料，所述棒体外表面设置有温度传感器以及控制器，所述控制器分别与温度传感器、活塞泵以及第二旋转电机电连接。

优选的，所述限位筒外壁设置有弹性碰珠，所述储液腔内壁设置有定位槽，所述定位槽内设置有与控制器电连接的按压按钮，所述旋转电机驱动限位筒转动使弹性碰珠弹出到定位槽中时，所述通孔与注射管连通。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种南海岛礁复合地基施工装置，挖砂船将海底泥砂通过吹砂机构吹填到半透膜围成的吹砂腔中后，首先通过加热棒对吹砂腔中的泥砂进行升温加热，使泥砂中的水黏性降低，提高泥砂的渗透性，同时挖砂船可以将储盐腔中存储的盐类投放到半透膜与隔水板组成的渗透腔中，提高渗透腔中海水的浓度，通过设置的打夯机对地基表面进行强夯锤击，加快泥砂中的水向外流出，降低地基中的含水率，提高地基的结构强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种南海岛礁复合地基施工装置的结构示意图；

图2为本发明的一种南海岛礁复合地基施工装置的吹砂机构的结构示意图；

图3为本发明的一种南海岛礁复合地基施工装置的加热棒的结构示意图；

图中，1为挖砂船，2为加热棒，3为打夯机，4为隔水板，5为半透膜，6为吹砂腔，7为渗透腔，8为储盐腔，9为吸砂管，10为吹砂泵，11为出砂管，12为输砂管，13为固定箱，14为第一旋转电机，15为旋转盘，16为同步皮带，17为筒状滤网，18为凸起，19为开口，20为凹槽，21为输水管，22为水泵，23为出水端，24为管道，25为棒体，26为发热丝，27为注射管，28为活塞泵，29为储液腔，30为第二旋转电机，31为限位筒，32为通孔，33为温度传感器，34为控制器，35为弹性碰珠，36为定位槽，37为按压按钮。

具体实施方式

为了更好理解本发明技术内容，下面提供一具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。

参见图1至图3，本发明提供的一种南海岛礁复合地基施工装置，包括挖砂船1、吹砂机构、围栏机构、加热棒2以及打夯机3，所述吹砂机构以及打夯机3设置在挖砂船1上；所述围栏机构设置在海中，其包括隔水板4以及半透膜5，所述半透膜5围成吹砂腔6，所述隔水板4围在半透膜5外部，并与半透膜5外壁形成渗透腔7，所述隔水板4顶部以及半透膜5顶部均伸出到海面上方，所述挖砂船1内部设置有储盐腔8，所述储盐腔8位于渗透腔7上方，所述加热棒2设置在半透膜5内壁上，且在垂直方向上形成螺旋式阶梯结构。

本发明的一种南海岛礁复合地基施工装置，采用吹填工艺在海洋上进行人工造岛工程，挖砂船1通过设置的吹砂机构将待吹填区域周围的泥砂进行抽取，并将泥砂输送到待吹填区域以形成岛礁，然后通过设置的打夯机3对岛礁的表面进行夯击以加固，提高地基的结构强度，以便于后期建设港口、基站等设施。

为了提高岛礁的结构强度，需要将泥砂中的水排出，打夯机3对岛礁进行夯击时，会压缩泥砂之间的缝隙，从而促进水的排出，然而夯击对排水的作用并不是很大，需要长时间夯击才能将大部分水排出，为此，本发明设置了围栏机构，围栏机构由外至内为同心圆设置的隔水板4以及半透膜5，隔水板4与半透膜5之间形成渗透腔7，半透膜5围成吹砂腔6，吹砂机构将泥砂输送到吹砂腔6中以形成岛礁，而在半透膜5的内壁上垂直设置了若干加热棒2，加热棒2可以对泥砂进行升温加热，使泥砂中的水黏性降低，从而提高泥砂的渗透性，在进行夯击时，可以加快水的快速排出，同时，为了保证泥砂的受热均匀，本发明将加热棒2设置为不均匀的螺旋式阶梯结构，从而可以对泥砂进行均匀的加热，保证泥砂中的水均可以进行升温以降低黏性。

为了进一步加快泥砂中水的排出，本发明在挖砂船1内设置了储盐腔8，在储盐腔8内存储有盐类，例如工业用盐等，将盐类投放到渗透腔7内后，可以使渗透腔7内的海水浓度增加，而位于高浓度海水中的泥砂的渗透性会进一步提高，打夯机3对岛礁表面进行夯击时，泥砂中浓度较低的水会通过半透膜5进入到渗透腔7中，进一步降低泥砂中的含水量，提高地基的结构强度。

而由于隔水板4顶部以及半透膜5顶部均伸出到海面上方，因此可以防止海水之间的流动造成渗透腔7中浓度的改变，半透膜5所围成的吹砂腔6可以根据实际建设的岛礁面积进行更改，在地基加固工程完成后，可以将半透膜5以及隔水板4撤去，完成整个岛礁吹填工程。

优选的，所述吹砂机构包括吸砂管9、吹砂泵10以及出砂管11，所述吹砂泵10设置在挖砂船1中，所述吸砂管9一端伸入到海中，另一端伸入到挖砂船1内与吹砂泵10连接，所述出砂管11倾斜设置在挖砂船1上，并通过输砂管12与吹砂泵10连接。

在进行吹填时，吹砂泵10通过吸砂管9抽取海底或海岸的泥砂，然后通过输砂管12以及出砂管11将泥砂吹填到吹砂腔6中，具体的，出砂管11呈倾斜状，从而喷出的泥砂呈弧形被吹入到吹砂腔6中。

优选的，所述吹砂机构还包括固定箱13以及驱动机构，所述固定箱13设置在挖砂船1上，所述出砂管11一端与固定箱13转动连接，所述输砂管12伸入到固定箱13中，且与出砂管11连接，所述驱动机构设置在挖砂船1上，其包括第一旋转电机14、旋转盘15以及同步皮带16，所述第一旋转电机14输出轴与旋转盘15连接，所述同步皮带16连接旋转盘15以及出砂管11；所述出砂管11内部设置有若干同心圆分布的筒状滤网17，所述筒状滤网17的网格大小由内至外依次减小。

在进行岛礁的吹填时，吹砂泵10将泥砂通过输砂管12以及出砂管11输送到吹砂腔6，输砂管12和出砂管11的连接处则位于固定箱13中，设置固定箱13的目的在于为出砂管11提供转动的支撑点，第一旋转电机14带动旋转盘15转动，旋转盘15通过同步皮带16带动出砂管11的转动，从而泥砂经过出砂管11时会发生旋转，在出砂管11内设置了若干筒状滤网17，且筒状滤网17的网格由内至外依次减小，因此泥砂在出砂管11内旋转时，在离心力的作用下，泥砂中的水会从最外层的筒状滤网17被甩出，从而可以在吹填前，对泥砂进行初步的固液分离，当吹填的岛礁浮出到海面之上时，此时仍然需要进行吹填，而经过固液分离的泥砂吹出到岛礁上时，由于含水量较少，因此可以极大的提高施工的效率，因此挖砂船1上的工作人员可以通过观察吹填的岛礁是否露出到水面上，然后控制第一旋转电机14的工作，以实现出砂时的固液分离。

对于输砂管12而言，其直径大小等于出砂管11内最内层的筒状滤网17的直径大小，从而泥砂通过输砂管12进行输送时，泥砂可以在多层的筒状滤网17中进行固液分离。

优选的，所述出砂管11的端部外壁设置有凸起18，所述固定箱13侧壁设置有开口19，所述开口19内壁设置有凹槽20，所述出砂管11一端从开口19伸入到固定箱13内部，所述凸起18嵌入到凹槽20中，所述出砂管11位于固定箱13内部的一端侧壁上设置有输水管21，所述固定箱13内设置有水泵22，所述水泵22的出水端23与管道24连接，所述管道24伸出到固定箱13外部。

同步皮带16在带动出砂管11转动时，出砂管11侧壁设置的凸起18可以沿着开口19的凹槽20进行移动，所设置的凹槽20和凸起18可以保证出砂管11的旋转不会发生偏移，而进行固液分离时，泥砂中的水会被甩出到最外层的筒状滤网17与出砂管11内壁之间的空腔中，并通过设置的输水管21流入到固定箱13内部，在固定箱13内部设置的水泵22可以将固定箱13内的水通过输水管21以及管道24重新排入到海洋中。

优选的，所述加热棒2包括棒体25以及发热丝26，所述棒体25设置在半透膜5内壁上，所述发热丝26覆盖在棒体25外表面，还包括微生物矿化机构，所述微生物矿化机构包括注射管27以及活塞泵28，所述棒体25内部设置有用于存储微生物矿化溶液的储液腔29，所述注射管27设置在棒体25外表面，并与储液腔29连通，所述活塞泵28设置在储液腔29中。

通过设置的发热丝26可以对泥砂进行升温加热，而本发明为了提高地基的结构强度，还在加热棒2内设置了微生物矿化机构，在棒体25内部设置了储液腔29，储液腔29内存储有微生物矿化溶液，微生物矿化溶液包括巴氏芽孢杆菌以及营养液等，通过活塞泵28压缩储液腔29，使得储液腔29内的微生物矿化溶液通过注射管27注射到棒体25外部的泥砂区域中，在微生物的新陈代谢作用下，会产生结构强度较大的碳酸钙结晶，并沉淀在泥砂中，从而提高岛礁地基的结构强度。

优选的，所述微生物矿化机构还包括第二旋转电机30以及限位筒31，所述限位筒31设置在储液腔29中，所述微生物矿化溶液以及活塞泵28设置在限位筒31内部，所述限位筒31外表面上设置有通孔32，所述第二旋转电机30设置在棒体25内部，其输出轴与限位筒31外底面连接，所述第二旋转电机30驱动限位筒31转动使通孔32与注射管27连通。

具体的，微生物矿化溶液并不是一开始就进行注入，因此需要对储液腔29进行密封，在储液腔29内设置的限位筒31可以对注射管27进行封堵，在限位筒31上设置了若干个通孔32，每个通孔32对应于一个注射管27，当需要进行微生物矿化时，第二旋转电机30可以带动限位筒31转动，使通孔32与注射管27对接在一起后，再控制活塞泵28将储液腔29内的微生物矿化溶液注射到棒体25外部的泥砂中。

优选的，所述限位筒31外表面涂覆有隔热材料，所述棒体25外表面设置有温度传感器33以及控制器34，所述控制器34分别与温度传感器33、活塞泵28以及第二旋转电机30电连接。

为防止加热棒2进行加温时温度过高导致微生物矿化溶液中的微生物失去活性，本发明在限位筒31的外表面设置了隔热材料，同时还在棒体25外表面设置了温度传感器33，用于检测棒体25外表面的温度信息，当加热棒2降温后，控制器34可以控制第二旋转电机30转动，使通孔32与注射管27连通，并同时控制活塞泵28将微生物矿化溶液推出到棒体25外部，防止棒体25外表面温度过高使微生物失去活性。

优选的，所述限位筒31外壁设置有弹性碰珠35，所述储液腔29内壁设置有定位槽36，所述定位槽36内设置有与控制器34电连接的按压按钮37，所述旋转电机驱动限位筒31转动使弹性碰珠35弹出到定位槽36中时，所述通孔32与注射管27连通。

初始状态时，通孔32与注射管27未连通，此时弹性碰珠35处于压缩状态，当第二旋转电机30接收到控制器34的驱动信号时，会带动限位筒31转动，当弹性碰珠35旋转到定位槽36处时会弹出，并使定位槽36内的按压按钮37被触发，按压按钮37发送电信号给控制器34，控制器34即停止第二旋转电机30的驱动，此时通孔32正好与注射管27连通，实现限位筒31的停止驱动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种南海岛礁复合地基施工装置，其特征在于，包括挖砂船、吹砂机构、围栏机构、加热棒以及打夯机，所述吹砂机构以及打夯机设置在挖砂船上；所述围栏机构设置在海中，其包括隔水板以及半透膜，所述半透膜围成吹砂腔，所述隔水板围在半透膜外部，并与半透膜外壁形成渗透腔，所述隔水板顶部以及半透膜顶部均伸出到海面上方，所述挖砂船内部设置有储盐腔，所述储盐腔位于渗透腔上方，所述加热棒设置在半透膜内壁上，且在垂直方向上形成螺旋式阶梯结构；所述吹砂机构包括吸砂管、吹砂泵以及出砂管，所述吹砂泵设置在挖砂船中，所述吸砂管一端伸入到海中，另一端伸入到挖砂船内与吹砂泵连接，所述出砂管倾斜设置在挖砂船上，并通过输砂管与吹砂泵连接；所述吹砂机构还包括固定箱以及驱动机构，所述固定箱设置在挖砂船上，所述出砂管一端与固定箱转动连接，所述输砂管伸入到固定箱中，且与出砂管连接，所述驱动机构设置在挖砂船上，其包括第一旋转电机、旋转盘以及同步皮带，所述第一旋转电机输出轴与旋转盘连接，所述同步皮带连接旋转盘以及出砂管；所述出砂管内部设置有若干同心圆分布的筒状滤网，所述筒状滤网的网格大小由内至外依次减小。

2.根据权利要求1所述的一种南海岛礁复合地基施工装置，其特征在于，所述出砂管的端部外壁设置有凸起，所述固定箱侧壁设置有开口，所述开口内壁设置有凹槽，所述出砂管一端从开口伸入到固定箱内部，所述凸起嵌入到凹槽中。

3.根据权利要求2所述的一种南海岛礁复合地基施工装置，其特征在于，所述出砂管位于固定箱内部的一端侧壁上设置有输水管，所述固定箱内设置有水泵，所述水泵的出水端与管道连接，所述管道伸出到固定箱外部。

4.根据权利要求1所述的一种南海岛礁复合地基施工装置，其特征在于，所述加热棒包括棒体以及发热丝，所述棒体设置在半透膜内壁上，所述发热丝覆盖在棒体外表面。

5.根据权利要求4所述的一种南海岛礁复合地基施工装置，其特征在于，还包括微生物矿化机构，所述微生物矿化机构包括注射管以及活塞泵，所述棒体内部设置有用于存储微生物矿化溶液的储液腔，所述注射管设置在棒体外表面，并与储液腔连通，所述活塞泵设置在储液腔中。

6.根据权利要求5所述的一种南海岛礁复合地基施工装置，其特征在于，所述微生物矿化机构还包括第二旋转电机以及限位筒，所述限位筒设置在储液腔中，所述微生物矿化溶液以及活塞泵设置在限位筒内部，所述限位筒外表面上设置有通孔，所述第二旋转电机设置在棒体内部，其输出轴与限位筒外底面连接，所述第二旋转电机驱动限位筒转动使通孔与注射管连通。

7.根据权利要求6所述的一种南海岛礁复合地基施工装置，其特征在于，所述限位筒外表面涂覆有隔热材料，所述棒体外表面设置有温度传感器以及控制器，所述控制器分别与温度传感器、活塞泵以及第二旋转电机电连接。

8.根据权利要求6所述的一种南海岛礁复合地基施工装置，其特征在于，所述限位筒外壁设置有弹性碰珠，所述储液腔内壁设置有定位槽，所述定位槽内设置有与控制器电连接的按压按钮，所述旋转电机驱动限位筒转动使弹性碰珠弹出到定位槽中时，所述通孔与注射管连通。

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