一种无围堰的吹填土地基以及快速成陆吹填方法

1.本发明涉及软土地基工程技术领域，具体涉及无围堰的吹填土地基施工方案。


背景技术：

2.随着围海造陆工程不断拓展，吹填土中出现越来越多的细颗粒土，如粉质粘土，粘土以及淤泥等。以前为了便于输送，因此传统的吹填方式是将吹填原状土完全破坏，来降低泥浆的输送难度；但是如此吹填形成的地基强度低，且由于细颗粒土的渗透性差，固结缓慢，土体吹填后有时需要进行多次地基处理方可满足吹填区域的地基承载能力要求，工程的施工成本居高不下，延缓了施工进度。此外，围堰一直是吹填成陆施工的前提，而需要建设围堰的主要原因是：
3.(1)由于细颗粒吹填土的强度普遍较低，呈流动状态，因此，需在吹填区域周围设置围堰以减少吹填土在造陆工程中的流失量；
4.(2)吹填土地基逐层加高，势必易于发生滑坡等灾害，围堰起着重力式的挡土墙作用；
5.(3)临江沿海的吹填工程，需要围堰的建设，抵御波流的长期淘刷破坏作用，特别是极端海浪条件。
6.与此同时，围堰的建设成本在围海造陆工程成本中占到了相当大的比例，如何降低围堰建设成本一直是吹填工程、人工筑岛工程中的难点，也是亟需解决的问题。
7.针对上述问题，如何有效的提高围海造陆工程施工的效率以及降低施工成本为本领域需解决的问题。


技术实现要素：

8.针对潮间带和潮上带的吹填成陆工艺，现有的吹填方案存在细颗粒吹填地基强度低、固结慢、吹填后需要长时间地基处理而导致的施工成本高、施工进度慢的问题，本发明的目的在于提出了一种无围堰的快速成陆吹填方案，实现无需建设围堰，有效提高所形成的吹填地基整体稳定性，并且吹填成陆效率高、实施容易、成本低廉。
9.为了达到上述目的，本发明提供了一种无围堰的吹填土地基，所述吹填土地基不设置围堰，直接由团块状泥饼堆积而成；所述团块状泥饼由原状土层切削而成。
10.进一步的，所述地基在自重下自然沉降密实。
11.进一步的，所述团块状泥饼土块的最小边长不小于3cm。
12.进一步的，所述吹填土地基中团块状泥饼的堆积体，形状各异的泥饼相互嵌固、架空而形成较大的空隙，且这些空隙具有较高的连通率。
13.进一步的，所述原状土层中原状土的液限指数低于0.6。
14.为了达到上述目的，本发明还提供了一种无围堰的快速成陆吹填方法，所述快速成陆吹填方法不建设围堰，通过切削吹填用土层中的原状土形成团块状泥饼，并以团块状泥饼对吹填区进行吹填。
15.进一步的，所述快速成陆吹填方法还包括吹填用土的平面范围及其埋深的确定步骤。
16.进一步的，所述快速成陆吹填方法还包括清理吹填用土区域上覆盖软弱土的步骤。
17.进一步的，所述快速成陆吹填方法中将切削形成的团块状泥饼直接输送至吹填区，通过团块状泥饼堆积形成吹填土地基，且使得泥浆水在吹填时从地基中排出。
18.进一步的，所述快速成陆吹填方法基于团块状泥饼对吹填区进行吹填时，出口位置地面位于水面以上，容许被高潮位淹没。
19.进一步的，所述快速成陆吹填方法基于团块状泥饼对吹填区进行吹填时，吹填过程沿着海岸进行，先吹填靠岸一侧，然后向大海一侧延伸；且吹填时，对每一个吹填位置，应在堆积土体超过吹填的设计标高后，才调整吹填管道的出口位置，进行下一个位置的吹填，重复这一步骤直至完成整个区域的吹填。
20.进一步的，所述快速成陆吹填方法还包括吹填后2～5天后对吹填泥饼堆积体进行平整的步骤。
21.本发明提供的无围堰的快速成陆吹填方案，无需建设围堰，充分利用吹填用土层的原状土强度，实现吹填结束后的地基强度快速增长与吹填地基整体稳定性的提升，同时还具有吹填成陆效率高、实施容易、成本低廉的特点，可有效克服现有技术所存在的问题。
22.进一步的，本发明提供的无围堰快速成陆吹填方案，具体通过选择取土区中强度较高的土层作为吹填原状土，并通过充分利用吹填用土的原状土强度，将吹填原状土切削为团块状泥饼，经输泥管道进行水力输送，直接吹填至目的地。由于吹填原状土没有被完全搅碎，这使得吹填土体为团块状泥饼的堆积体，其泥饼保持着原状土的强度特性。吹填后，由团块状泥饼堆积而成吹填土地基，潮水位回落期间，暴露于水面以上的吹填土中的滞留水体将迅速排出，地基自然沉降密实，吹填土地基承载力能在短时间内迅速增加，从而实现在没有围堰的条件下吹填土体亦可快速成陆，工程施工成本明显降低，也加快了施工进度。
附图说明
23.以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
24.图1为本发明中吹填成陆结构及稳定性提升原理图；
25.图2为本发明中快速成陆吹填方法的基本流程示意图；
26.图3为本发明中具体实施例的剖面示意图；
27.图4为本发明中具体实施例的输泥管道的布局示意图。
具体实施方式
28.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
29.本发明方案在潮间带和潮上带的吹填成陆工艺中，打破常规方案需要建设围堰的技术思路，摒弃基于建设围堰的吹填成陆方案，创新的给出无围堰的快速成陆吹填工艺。
30.本无围堰的快速成陆吹填工艺实施时，无需建设围堰，充分利用吹填用土层的原状土强度，将吹填用土层中的原状土切削形成团块状泥饼，并传输至待吹填区域，直接以团
块状泥饼对吹填区进行吹填；由此来实现吹填结束后的地基强度快速增长与吹填地基整体稳定性的提升，具有吹填成陆效率高，实施便利，成本低廉的特点。
31.参见图1，其所示为基于本方案提供的无围堰的快速成陆吹填工艺所形成的吹填土地基示例图。
32.本吹填土地基100不设置围堰，直接由团块状泥饼110堆积而成；而团块状泥饼110则由原状土层切削而成。
33.作为举例，这里的团块状泥饼110由原状土层经绞吸式挖泥船的绞刀切削而成。该团块状泥饼110基本上保持着原状土的干密度、内聚力和内摩擦角等物理力学特性；同时该团块状泥饼110自重达到100～1000g，且形状不规则，最小边长不小于3cm；如此结构的在团块状泥饼110常规潮流作用下不容易被带走，更易于吹填成陆。
34.本方案中，团块状泥饼110在堆积形成相应堆积体(即吹填土地基100)时，形状各异的泥饼之间相互嵌固、架空而形成较大的空隙，且这些空隙具有较高的连通率，其排水性能可以高达同类粘土均质地基排水性能的100倍以上，有着很强的沥水性能。
35.本方案中在对原状土层确定时，对取土区上覆盖软弱土清理掉，充分暴露用于吹填的原状土，吹填原状土的液限指数应低于0.6，以使泥饼强度满足不易弯折变形的要求，确保泥饼架空形成较大的空隙。
36.作为举例说明，本方案在吹填形成吹填土地基时，可通过绞吸式挖泥船开挖及输送工作参数的调整来实现在吹填用土层中切削形成团块状泥饼，并将团块状泥饼传输至，直接通过团块状泥饼堆积形成吹填土地基。
37.具体的，通过调节绞吸式挖泥船的开挖与输送运行参数，将吹填原状土切削为团块状泥饼，并经输泥管道进行水力输送，直接吹填至目的地(如待吹填区域)。而通过绞吸式挖泥船输送吹填土体(即团块状泥饼)过程中将会吸入泥浆泵的水体，但是由于原状土层主要被切削为团块状的泥饼，从而使得泥浆水的含泥量与泥浆稠度都非常低，因此，在由团块状泥饼堆积而成的吹填土地基，其泥浆水将会很容易从地基中排出。
38.进一步的，由开挖输送到吹填区的团块状泥饼堆积形成吹填土地基时，输送过程中产生的泥浆水，大部分将在吹填时从地基中排出。而且，堆积形成的吹填土地基在潮水位回落期间，暴露于水面以上的吹填土中滞留的泥浆水将快速排出，同时地基在自重下自然沉降密实，使得吹填土地基承载力也不断增加，其吹填地基整体稳定性也随之提升，从而实现在没有围堰的条件下吹填快速成陆。
39.在此方案的基础上，本方案进一步给出了本无围堰的快速成陆吹填工艺的一种完整施工过程，以对本方案进一步说明。
40.参见图2，本无围堰的快速成陆吹填工艺的具体实施可包括如下步骤：
41.步骤1、确定吹填用土的平面范围及其埋深：
42.该步骤中根据取土区的勘测资料，选择直剪快剪试验粘聚力较大、分布均匀、厚度较大的土层作为吹填原状土，吹填原状土的液限指数应低于0.6。
43.这里选择取土区中强度较高的土层作为吹填原状土，确保挖掘切削所成的泥饼刚度足够，不易弯折变形。
44.同时，本方案中优选吹填原状土的液限指数应低于0.6，以使泥饼强度满足不易弯折变形的要求，确保泥饼架空形成较大的空隙。
45.步骤2、清理上覆盖软弱土：
46.该步骤中通过对确定的取土区中吹填原状土的上覆盖软弱土进行清理，充分暴露吹填原状土，且吹填原状土的液限指数应低于0.6。
47.这里对于清理所采用的具体方案不加以限定，可根据实际需求而定。
48.步骤3、调节施工参数：
49.该步骤中通过绞吸式挖泥船对选定的吹填原状土进行试挖掘，通过调节绞刀头和刀齿型号及安装方式、绞刀转速、横移速率、泥泵运行功率，以及输泥管道中的泥浆流速，使吹填泥浆中的土体能保持团块状。
50.作为举例，这里的绞吸式挖泥船包括泥泵，绞刀和输送通道；挖泥船就位后,使用一根落在挖槽中心线上的主定位桩作为船体旋转中心,依靠横移的作用使绞刀在挖槽宽度内作左右横向往返摆动,使绞刀分层切削开挖断面土层；然后调整左右横移绞车,收放横移缆的快慢与停止,使绞刀移动速度改变及改变绞刀在断面上不同的切削位置。
51.经试验数据对比，本方案优选确定挖泥船运行参数优选如下：
52.采用1450m3/h的绞吸式挖泥船，38ds型绞刀，绞刀直径2.755m，该绞刀为6臂绞刀，每条刀臂不均匀安装8枚38ds型凿形刀齿；绞刀转速30rpm，横移速度10～15m/min，泥泵功率1250kw，泥浆输送流速4.5～5.3m/s。
53.如此运行参数，能够使吹填泥浆中的土体能保持团块状，且最后成型的团块状泥饼地基中土块的最小边长为3.0～10cm，自重大且形状不规则。
54.步骤4、优化输泥管出口布设方案：
55.本步骤根据步骤3中确定的施工参数，在不建设围堰的情况下，用绞吸式挖泥船将吹填原状土以团块状泥饼形式直接吹填至设计区域，排水出口位置地面位于水面以上，利于泥饼之间所滞留的泥浆水体快速排走，并在自重作用下沉降密实，即便在高潮位被淹没，也不会被潮水冲刷带走。
56.再者，在进行吹填时，应沿着海岸进行，先吹填靠岸一侧，然后向大海一侧延伸；同时吹填时，对每一个吹填位置，应在堆积土体超过吹填的设计标高后，方可调整吹填管道的出口位置，进行下一个位置的吹填，重复这一步骤直至完成整个区域的吹填。这样在众多的输泥管出口位置均会形成山丘状的泥饼堆积体，随着泥饼吹填土体内的滞留泥浆水体不断排出，经沥水、蒸发失水、沉实过程，形成具有一定地基承载力的泥饼吹填土体。
57.步骤5、平整吹填区域：
58.在吹填后，待施工机械可安全进场时，对已吹填的区域进行平整。
59.这里需要说明的，在不影响施工安全的前提下，步骤2、3可分区同时进行，步骤4、5同样也可分区同时进行。
60.以下通过一具体应用实例来说明一下本发明方案的实施过程。
61.参见图3，某地拟在已建海堤的靠海一侧建设海滨生态绿地，建设前该处滩涂场地标高2.0m左右，介于当地平均高潮位和平均低潮位之间，属于潮间带。拟在现有泥面的基础上，将海堤靠海一侧的土体高程吹填至标高7.5m。海滨绿地的宽度为170～200m，在生态绿地的外侧，由吹填土体自然成坡。
62.据此，本实例中采用本方案提供的无围堰的快速成陆吹填工艺实现快速且低成本的施工。
63.结合图3和图4所示，本实例中进行无围堰的快速成陆吹填施工的具体步骤如下：
64.步骤1、确定吹填用土的平面范围及其埋深：
65.根据取土区的勘测资料，选择取土区表层以下的粉质粘土作为疏浚原状土，其土体液限指数为0.5左右，粘聚力平均值为32kpa。
66.步骤2、清理上覆盖软弱土：
67.确定吹填原状土层后，运用挖泥船，将其取土区表层的其他土层挖除，输送至弃土区，充分暴露吹填原状土。
68.步骤3、调节施工参数：
69.用绞吸式挖泥船对选定的吹填原状土进行试挖掘，通过反复对比试验，确定的挖泥船运行参数如下：采用1450m3/h的绞吸式挖泥船，38ds型绞刀，绞刀直径2.755m，该绞刀为6臂绞刀，每条刀臂不均匀安装8枚38ds型凿形刀齿。绞刀转速30rpm，横移速度10～15m/min，泥泵功率1250kw，泥浆输送流速4.5～5.3m/s；经随机采样，团块状泥饼地基中土块的最小边长为3.0～10cm。
70.步骤4、优化输泥管出口布设方案：
71.根据步骤3中选定的施工参数，在不建设围堰的情况下，用绞吸式挖泥船将吹填原状土进行开挖，并将吹填原状土以团块状泥饼形式直接吹填至指定区域。
72.吹填时，需由岸侧起向海侧吹填。此外，吹填时，需待堆积的土体超过吹填的指定标高后，方可调整吹填管道的出口位置，将吹填管道接长到下一个点，重复这一步骤直至完成整个区域的吹填。
73.如图4所示，输泥管道的主管沿已建海堤平行布置，与海堤的距离为约20～50m。当
①
号点吹填土堆积至超过设计标高时，将输泥管道接长至
②
号点继续吹填，以此类推。
74.若
①
号点吹填的土体在自然成坡的条件下，吹填土体无法达到设计宽度(如170～200m)时，可按需由
①
号点向海一侧引出一条支管，在
“①‑
支”号点进行补充吹填。
75.步骤5、平整吹填区域：
76.吹填完成2～5天后，由团块状泥饼堆积而成的吹填土地基经过沥水、蒸发失水、沉实过程，其地基表层形成硬壳层，施工机械可安全进场，对已吹填的区域进行平整。
77.据此实例可见，本发明方案通过充分吹填用土的原状土强度，在无需建设围堰情况下，将原状土切削成团块状泥饼后并输送至需吹填区域，堆积形成吹填地基，实现吹填结束后的地基强度快速增长与吹填地基整体稳定性的提升，具有吹填成陆效率高，实施便利，成本低廉的特点。
78.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。