CN117548017A - 一种疏浚土气动混流固化装置及方法 - Google Patents

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胡君龙
李金祥
刘志军
谢尧
毛凤山
曾可欣
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Abstract

本申请公开了一种疏浚土气动混流固化装置，涉及岩土工程技术领域，尤其涉及是一种疏浚土气动混流固化装置及方法，其包括：输入管路、混流管路和输出管路；输入管路包括输泥主管和空气输入管；混流管路包括扩大管和固化剂输入管；输泥主管、扩大管和输出主管依次头尾相连；输泥主管用于输入疏浚泥浆；空气输入管一端用于接入压缩空气，另一端与输泥主管连通；固化剂输入管一端用于接入固化剂，另一端连接有固化剂喷头；固化剂喷头设置在扩大管内；该装置通过压缩空气对输入的疏浚泥浆进行切割，并与喷洒的固化剂进行混合，可实现大规模疏浚土的连续快速固化，提高了疏浚泥浆的处理效率，可适应大规模处置需求与水下浇筑等复杂应用场景。

Description

一种疏浚土气动混流固化装置及方法
技术领域
本申请涉及岩土工程技术领域，尤其涉及是一种疏浚土气动混流固化装置及方法。
背景技术
随着我国沿江、沿海涉水资源的不断开发，大量航道、港池疏浚工程产生了规模巨大的疏浚土，以往大多采用指定水域倾倒的方式进行处理，使得相关水域和海域面临较高的环境和生态破坏风险。同时，近年来，相关抛泥场容量已接近饱和，大量疏浚土面临无处可去的困境。在此背景下，对疏浚土进行固化处理并资源化利用已成为解决大规模疏浚土处置的重要途径。
疏浚土具有高含水率、高压缩性的特性，现有技术常常利用水泥等材料进行就地搅拌固化，然而其处理效率和适用范围均有所限制，无法适应大规模处置需求与水下浇筑等复杂应用场景。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种可以实现大规模疏浚土的连续快速固化的技术。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
根据本发明的一个方面，提供了一种疏浚土气动混流固化装置，包括：输入管路、混流管路和输出管路；输入管路包括输泥主管和空气输入管；混流管路包括扩大管和固化剂输入管；输出管路包括输出主管；输泥主管、扩大管和输出主管依次头尾相连；输泥主管用于输入疏浚泥浆；空气输入管一端用于接入压缩空气，另一端与输泥主管连通；固化剂输入管一端用于接入固化剂，另一端连接有固化剂喷头；固化剂喷头设置在扩大管内；输出主管用于与外接布料管路连接。
具体的，扩大管还内置有静态混合器，静态混合器设置在固化剂喷头与扩大管的输出接口之间，静态混合器采用交叉片式静态混合器结构，其沿纵向布置的单元数量不低于3个，且相邻单元间的偏转角度保持为0°。
更具体的，固化剂喷头上设有锥形前端以及若干喷孔。
另一具体的，输泥主管、扩大管以及输出主管均采用不锈钢材质，且内壁进行喷砂打磨处理后喷涂环氧树脂层。
以上的，输泥主管上设有第一电磁阀和第一压力计；空气输入管上设有第二电磁阀、第二压力计和泄压阀。
进一步的，固化剂输入管上设有第三电磁阀和第三压力计。
更进一步的，输出主管上设有流量计。
根据本发明的另一个方面，提供了另一种疏浚土气动混流固化方法，采用上述的一种疏浚土气动混流固化装置，包括以下步骤：
S1：确定工作参数；工作参数包括：泥浆注入压力、气体脉冲频率和注入压力、固化剂注入压力；
S2：根据泥浆注入压力在输泥主管中输入疏浚泥浆，同时，根据气体脉冲频率和注入压力，从空气输入管输入压缩空气对疏浚泥浆进行切割；
S3：根据固化剂注入压力从固化剂输入管输入固化剂，并与疏浚泥浆混合；
S4：通过静态混合器对疏浚泥浆以及固化剂进行再次混合，形成混合料；
S5：输出混合料。
具体的，气体脉冲频率为2Hz；气体注入压力为350kPa。
更具体的，泥浆注入压力为300kPa，固化剂注入压力为170kPa。
本发明达到的有益效果：本申请的一种疏浚土气动混流固化装置，包括：输入管路、混流管路和输出管路；输入管路包括输泥主管和空气输入管；混流管路包括扩大管和固化剂输入管；输出管路包括输出主管；输泥主管、扩大管和输出主管依次头尾相连；输泥主管用于输入疏浚泥浆；空气输入管一端用于接入压缩空气，另一端与输泥主管连通；固化剂输入管一端用于接入固化剂，另一端连接有固化剂喷头；固化剂喷头设置在扩大管内；输出主管用于与外接布料管路连接；该装置通过压缩空气对输入的疏浚泥浆进行切割，并与喷洒的固化剂进行混合，压缩空气的使用，提高了内部的湍流水平，同时减小了浆体输送的阻力，可实现混合效果与输送效率的兼顾，可实现大规模疏浚土的连续快速固化，提高了疏浚泥浆的处理效率，可适应大规模处置需求与水下浇筑等复杂应用场景。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例的一种疏浚土气动混流固化装置的整体结构示意图；
图2是本申请实施例的一种疏浚土气动混流固化装置的输入管路的结构示意图；
图3是本申请实施例的一种疏浚土气动混流固化装置的混流管路的结构示意图；
图4是本申请实施例的一种疏浚土气动混流固化装置的输出管路的结构示意图；
图5是本申请实施例的一种疏浚土气动混流固化方法的示意性流程图；
其中，图1至图4中，包括有：
1、输入管路；11、输泥主管；12、第一输入接口；13、第一输出接口；
14、第一电磁阀；15、第一压力计；
16、空气输入管；161、第二压力计；162、第二电磁阀；163、泄压阀；
2、混流管路；21、扩大管；211、静态混合器；22、第二输入接口；23、第二输出接口；
24、固化剂输入管；241、第三压力计；242、第三电磁阀；25、固化剂喷头；
251、喷孔；252、锥形前端；
3、输出管路；31、输出主管；32、第三输入接口；33、第三输出接口；34、流量计。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本申请实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本申请的技术方案，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例1
本申请的一种疏浚土气动混流固化装置的实施方法之一，如图1至图4所示，包括：输入管路1、混流管路2和输出管路3。
输入管路1包括输泥主管11和空气输入管16；混流管路2包括扩大管21和固化剂输入管24；输出管路3包括输出主管31。输泥主管11、扩大管21和输出主管31依次头尾相连。
输泥主管11用于输入疏浚泥浆；空气输入管16一端用于接入压缩空气，另一端与输泥主管11连通。其中，空气输入管16设置的方向为，沿输泥主管11的输出方向，倾斜入射。
具体的，输泥主管11包括第一输入接口12和第一输出接口13，扩大管21包括第二输入接口22和第二输出接口23，输出主管31包括第三输入接口32和第三输出接口33。第一输入接口12、第一输出接口13、第二输入接口22、第二输出接口23、第三输入接口32和第三输出接口33均设有法兰，各管路之间通过对应的法兰连接。
固化剂输入管24一端用于接入固化剂，另一端连接有固化剂喷头25；固化剂喷头25设置在扩大管21内。
扩大管21还内置有静态混合器211，静态混合器211设置在固化剂喷头25与扩大管的输出接口之间。
输出主管31用于与外接布料管路连接。
在本实施例中，输泥主管11的管径为100mm，扩大管21的管径为200mm，输出主管31的管径为100mm。输泥主管11、扩大管21以及输出主管31均采用不锈钢材质，内部管壁喷砂打磨后喷涂一层环氧树脂涂层，以防止管道在海水等环境长期作用下产生腐蚀。
进一步的，固化剂喷头25上设有锥形前端252以及若干喷孔251。
锥形前端252可对前方到达的疏浚泥浆起到分散和绕流的效果，在其后端形成湍流，提升混合水平。在本实施例中，喷孔251的直径为2mm。
更进一步的，输泥主管11上设有第一电磁阀14和第一压力计15，通过第一电磁阀14控制泥浆输送的启动和结束；通过调节泥浆泵的电机工作频率调节泥浆注入压力；第一压力计15用于监测第一输入接口12输入疏浚泥浆的压力。
空气输入管16的管径为20mm，且设有第二电磁阀162、第二压力计161和泄压阀163，通过控制第二电磁阀162的开合频率控制压缩空气注入的脉冲频率；通过调节泄压阀163的开度调节空气注入的压力；第二压力计161用于监测空气输入管16的入口处输入的压缩空气的压力。
固化剂输入管24上设有第三电磁阀242和第三压力计241，通过控制第三电磁阀242的开度控制固化剂的输送启动和结束；通过调节固化剂泵的电机工作频率调节固化剂的注入压力；第三压力计241用于监测固化剂输入管24的入口处输入的固化剂的压力。
输出主管31上设有流量计34，用于监测第三输出接口33输出的混合料的流量。
根据本发明的另一个方面，提供了另一种疏浚土气动混流固化方法，采用上述的一种疏浚土气动混流固化装置，包括以下步骤：
S1：确定工作参数；工作参数包括：泥浆注入压力、气体脉冲频率、气体注入压力和固化剂注入压力。
在本实施例中，气体脉冲频率为2Hz；气体注入压力为350kPa；泥浆注入压力为300kPa，固化剂注入压力为170kPa。
在进入步骤S2进行正式工作之前，还需要进行密封性检查，具体包括以下步骤：
向输泥主管11、空气输入管16、固化剂输入管24中分别持续通入疏浚泥浆、固化剂、压缩空气，依次开启第一电磁阀14、第二电磁阀162和第三电磁阀242，调节泥浆泵、固化剂泵的频率和泄压阀163的开度控制疏浚泥浆、固化剂、压缩空气的注入压力分别为300kPa、170kPa和350kPa，然后检查装置外表面与各个法兰连接处等部位是否存在漏水漏气现象，如有，采取紧固连接螺栓、增加密封垫等措施进行密封。检查完毕后，采用高压水枪将内部冲洗干净备用。
S2：根据泥浆注入压力在输泥主管11中输入疏浚泥浆，同时，根据气体脉冲频率和气体注入压力，从空气输入管16输入压缩空气对疏浚泥浆进行切割。具体包括以下步骤S21和S22：
S21:打开第一电磁阀14，向输泥主管11中持续泵送制备好的疏浚泥浆，调节泥浆泵的频率，通过第一压力计15监控泥浆压力，使泥浆压力维持在300±5kPa。
S22：当疏浚泥浆从第一输出接口13处开始泵出的时候，先打开第二电磁阀162，向输泥主管11中输入压缩空气。疏浚泥浆在脉冲式的压缩空气的切割作用下，被切割成小团的土塞，由此减小了疏浚泥浆与管壁的接触面积，降低了泥浆输送过程中的摩擦力，提升了输送速率。斜向入射的压缩空气，其水平分量为土塞提供了水平推力，可进一步提升了土塞的输送速率。
具体的，步骤S22中，可通过编程控制器(PLC)控制第二电磁阀162按照2Hz的频率进行开合，使空气输入管16中产生频率为2Hz的气体脉冲，同时调节泄压阀163的开度，使得压缩空气的最高压力稳定在350kPa±10kPa的范围内。
S3：根据固化剂注入压力从固化剂输入管24输入固化剂，并与疏浚泥浆混合；具体为：打开第三电磁阀242，向扩大管21输入固化剂，调节外接的固化剂泵的频率，使得固化剂的泵送压力维持在170±5kPa。
在步骤S3中，到达锥形前端252的土塞绕锥形前端252发生绕流，并与后部径向喷射的固化剂产生初步混合。
S4：通过静态混合器211对疏浚泥浆以及固化剂进行再次混合，形成混合料。初步混合后的混合物到达静态混合器211的位置后，被静态混合器211再次切割，切割后的两部分混合物产生螺旋状的运动，并在每一静态混合器单元后再次产生混合。在本实施例中，静态混合器211包括三个静态混合器单元，如此切割混合的过程在每经过一个静态混合器单元发生一次，一共进行3次混合，该过程对疏浚泥浆与固化剂起到了充分混合的作用。
S5：输出混合料。充分混合后的混合料(疏浚产物)由输出主管31输送至外部进行临时储存或就地浇筑。
更具体的，步骤S1还包括以下步骤S11至S14：
S11：泥浆控制粘度测定，取疏浚泥样品通过室内液塑限土工试验测定泥浆的液限，然后在1.5倍液限至2.0倍液限范围内按照10％的含水量增量制备泥浆样品，并采用旋转粘度计测试样品粘度，绘制含水量-粘度关系曲线，一般来说，随着含水量的增加，泥浆的粘度逐步降低，且降低趋势逐渐趋缓，取含水量-粘度关系曲线下降变缓一点的粘度作为泥浆控制粘度μ1。
其中，当现场不具备粘度-含水量测试条件时，μ1可采用试验确定的经验值：μ1＝10Pa·s。
S12：固化剂控制粘度测定，取固化剂样品从50％含水量开始按照20％的含水量增量制备固化剂样品，并采用旋转粘度计测试样品粘度，绘制含水量-粘度关系曲线，一般来说，随着含水量的增加，固化剂的粘度逐步降低，且降低趋势逐渐趋缓，取含水量-粘度关系曲线下降变缓一点的粘度作为固化剂控制粘度μ2。
其中，当现场不具备粘度-含水量测试条件时，μ2可采用试验确定的经验值：μ2＝4Pa·s。
S13：泥浆制备，正式工作前，筛去疏浚泥中粒径大于2mm的大颗粒成分，然后向疏浚泥中加水搅拌制备成泥浆状态，搅拌过程中，每隔5分钟取样采用旋转粘度计测量泥浆的粘度，当粘度小于等于μ1时，放出泥浆储存备用，当所测粘度大于μ1时，向搅拌机中加水继续搅拌，控制每次加水的质量，使每次加水后泥浆的含水量增加值不超过5％，加水搅拌后继续测量泥浆粘度，直至泥浆粘度小于等于μ1时，可放出泥浆至储存箱中进行储存备用。
S14、固化剂制备，按照所需处理泥浆质量的12.5％称量固化剂(粉剂)，并添加固化剂质量50％的水，与固化剂混合，搅拌均匀，然后采用旋转粘度计测量新拌固化剂的粘度，当粘度小于μ2时，取出固化剂储存备用，当粘度大于μ2时，向固化剂(粉剂)中加水搅拌，控制每次加水的质量，使每次加水后泥浆的含水量增加值不超过10％，加水搅拌后继续测量固化剂粘度，直至固化剂粘度小于等于μ2时，可放出固化剂至储存箱中进行储存备用。
其中，固化剂为地聚物类固化剂，按照碱激发剂、偏高岭土、粉煤灰、矿粉以1：1：1：2的比例配制而成。
注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种疏浚土气动混流固化装置，其特征在于，包括：输入管路、混流管路和输出管路；
所述输入管路包括输泥主管和空气输入管；所述混流管路包括扩大管和固化剂输入管；所述输出管路包括输出主管；
所述输泥主管、扩大管和输出主管依次头尾相连；
所述输泥主管用于输入疏浚泥浆；
所述空气输入管一端用于接入压缩空气，另一端与所述输泥主管连通；
所述固化剂输入管一端用于接入固化剂，另一端连接有固化剂喷头；所述固化剂喷头设置在所述扩大管内；
所述输出主管用于与外接布料管路连接。
2.根据权利要求1所述的一种疏浚土气动混流固化装置，其特征在于：
所述扩大管还内置有静态混合器，所述静态混合器设置在所述固化剂喷头与扩大管的输出接口之间。
3.根据权利要求2所述的一种疏浚土气动混流固化装置，其特征在于：
所述固化剂喷头上设有锥形前端以及若干喷孔。
4.根据权利要求1所述的一种疏浚土气动混流固化装置，其特征在于：
所述输泥主管、扩大管以及输出主管均采用不锈钢材质，且内壁设有环氧树脂层。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种疏浚土气动混流固化装置，其特征在于：
所述输泥主管上设有第一电磁阀和第一压力计；
所述空气输入管上设有第二电磁阀、第二压力计和泄压阀。
6.根据权利要求5所述的一种疏浚土气动混流固化装置，其特征在于：
所述固化剂输入管上设有第三电磁阀和第三压力计。
7.根据权利要求6所述的一种疏浚土气动混流固化装置，其特征在于：
所述输出主管上设有流量计。
8.一种疏浚土气动混流固化方法，采用权利要求1至7任一项所述的一种疏浚土气动混流固化装置，其特征在于，包括以下步骤：
S1：确定工作参数；所述工作参数包括：泥浆注入压力、气体脉冲频率、气体注入压力和固化剂注入压力；
S2：根据所述泥浆注入压力在输泥主管中输入疏浚泥浆，同时，根据所述气体脉冲频率和气体注入压力，从空气输入管输入压缩空气对所述疏浚泥浆进行切割；
S3：根据所述固化剂注入压力从固化剂输入管输入固化剂，并与所述疏浚泥浆混合；
S4：通过静态混合器对所述疏浚泥浆以及固化剂进行再次混合，形成混合料；
S5：输出所述混合料。
9.根据权利要求8所述的一种疏浚土气动混流固化方法，其特征在于：
所述气体脉冲频率为2Hz；所述气体注入压力为350kPa。
10.根据权利要求9所述的一种疏浚土气动混流固化方法，其特征在于：
所述泥浆注入压力为300kPa，所述固化剂注入压力为170kPa。
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