一种用于海堤背水坡的淤泥固化应用系统及其操作方法与流程

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1.本发明属于环境岩土工程技术领域，尤其涉及疏浚淤泥的处理处置和资源化利用技术领域，具体地说，是一种用于海堤背水坡的淤泥固化应用系统及其操作方法。


背景技术：

2.南方城市雨量充沛、地下水位高，深基坑土方开挖产生大量淤泥质粘土；另外，河湖库塘疏浚也会产生大量淤泥。由于产生的淤泥含水率高、固结难、体积大，存在脱水、固结等困难，需要征用大量的土地进行堆放，淤泥的处理处置已成为我国城镇化发展中面临的难题。
3.目前，处理淤泥主要有海洋倾倒、土地填埋、矿山回填、农业肥田、园林绿化和建材利用。但随着堆放场地逐渐紧缺，环保意识增强，淤泥处置方式越来越难。随着循环经济理念的发展，淤泥的资源化利用被大家所倡导，例如利用淤泥制作陶粒、砖块等建筑材料，但由于前期需要脱水、固化等处置，处理成本较高，使推广应用受到限制。淤泥具有大孔隙比、高压缩性、高含水量和低承载力的特点，对其固化处理技术成为了不可避免的技术难点，许多专家学者着力于对高性能固化剂的研发，通过对疏浚淤泥的固化，可有效提高土体的强度、变形特性以及渗透性等工程性质；主要通过固化剂种类和添加量来研究固化土的强度增长机理，方式较为单一，成本较高。
4.海堤是沿海地区防御风暴潮体系中重要而有效的工程措施，是沿海防护工程体系的组成部分。海堤内侧一般采用抛石和闭气土方回填，但对于堤身与水闸连接处，若采用抛石加闭气土处理，在海水高潮位时，闭气土容易流失，加上抛石孔隙大，容易向堤身内部渗漏，产生空洞或裂缝，造成海堤失稳；若仅采用闭气土处理，虽然一定程度上起到隔水的作用，但基础软弱，将产生不均匀沉降，无法达到路基承载力的要求，致使闸室两侧填土与空箱之间伸缩缝变形，止水破针，且两侧填土底部由于潮汐的作用，被海水掏空，形成渗流通道，成为水闸安全的重要隐患；并且沿海城市土石资源非常稀缺，开采点少，致使运输距离往往长达30km以上，采用抛石会大大增加原材料及运输成本。


技术实现要素：

5.本发明为解决开挖土方外运消纳困难，提出充分利用海堤沿线工程产生的淤泥，将淤泥进行固化后替代黄土填筑的闭气土方，平衡了工程中淤泥处置困难和黄土采购成本高的问题，政策处理问题减少，有利于工程顺利实施。
6.本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
7.本发明提供一种用于海堤背水坡的淤泥固化应用系统，该系统包括沉降装置、管道、尾水处理池、淤泥晾晒场地、输送带、固化装置、海堤背水坡固化结构，沉降装置一端设置泥浆进口、内部设有沉降池泥浆泵，沉降装置通过管道分别与尾水处理池、淤泥晾晒场地相连接，淤泥晾晒场地与固化装置通过输送带连接，固化装置包括固化剂搅拌装置、混合搅拌装置、搅拌池，固化装置与海堤背水坡固化结构通过运输设备连接。
8.所述的沉降装置设有三级，分别为一级沉降池、二级沉降池、三级沉降池，一级沉降池靠外侧一端设置泥浆进口，一级沉降池、二级沉降池内设有沉降池泥浆泵，各级沉降池分别通过管道与尾水处理池相连接，三级沉降池通过管道与淤泥晾晒场地相连接。
9.所述的一级沉降池、二级沉降池和三级沉降池中装有搅拌机。
10.所述的沉降池泥浆泵与泥浆进口、管道采用对角线错开排布。
11.所述的混合搅拌装置采用液压反铲式挖掘机。
12.所述的海堤背水坡固化结构堤顶高程6.2m，分为二级平台，一级平台顶高程4.50m，净宽8m，连接堤顶与一级平台的斜坡坡比为1:4，该斜坡护面为100cm厚的种植土，一级平台与种植土斜坡下方为固化处理的闭气土方；二级平台总宽10m，高程为2.40m，后期开挖石方回填至内侧。
13.本发明也提供了一种用于海堤背水坡的淤泥固化应用系统的操作方法：将淤泥输送至沉降装置中脱水处理，经过三级沉降后，通过泥浆泵输送至淤泥晾晒场地中进行晾晒，然后通过输送带运输至搅拌池中；采用水泥、矿渣粉、生石灰、硅酸钠、硫酸钙和聚乙烯醇纤维均匀混合后组成粉剂固化剂与外掺剂三乙醇胺共同组成固化剂，在固化剂搅拌装置中搅拌均匀后输送至搅拌池中；将准备好的固化剂与淤泥采用混合搅拌装置进行搅拌，使固化剂和淤泥充分接触形成固化土；施工时由运输设备把固化土运至海堤背水坡固化结构的填筑区，由挖掘机把固化土填料运到位并粗略整平，采用水平平铺，摊铺路线从一端向另一端摊铺，然后用单筒压路机分层压实；填筑后采用塑料薄膜覆盖，每天洒水养护；然后进行检测，分层填筑并分层夯实。
14.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
15.1、本发明采用淤泥固化技术处理海堤背水坡，满足闭气土方回填的要求和抗渗性，拓展了固化土应用范围，为淤泥处置提供了一种资源化利用途径，具有一定的工程价值和社会效益。
16.2、本发明采用固化土替换海堤背水坡的闭气土部分，提高海堤整体结构性，减少工后沉降，整体抗滑稳定性更优，结构稳定可靠。
17.3、本发明综合考虑实际施工情况、沿海城市现状滩地条件，为充分利用海堤沿线淤积土方，减少土方外运，同时也减少了作为闭气土方填筑的黄土采购，为海堤建设节约了成本。
18.综上所述，水利工程中基坑开挖土方、疏浚淤泥含水率高、方量大，海堤建设需要大量闭气土方回填，为了平衡工程中土方问题，该系统提出采用淤泥固化技术处理海堤背水坡，替代黄土回填处理闭气土，满足闭气土方回填和抗渗要求，拓展了固化土应用范围，不仅解决水利工程中淤泥堆放难的问题，开辟淤泥资源化利用新途径，同时节约了黄土外购成本。
附图说明：
19.图1是本发明平面布置图。
20.图中附图标记：
21.1-沉降装置，2-管道，3-尾水处理池，4-淤泥晾晒场地，5-输送带，6-固化装置，7-海堤背水坡固化结构，8-运输设备。
22.11-一级沉降池，12-二级沉降池，13-三级沉降池，14-泥浆进口，15-沉降池泥浆泵。
23.61-固化剂搅拌装置，62-混合搅拌装置，63搅拌池。
具体实施方式：
24.下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。
25.参见图1，本发明提供一种用于海堤背水坡的淤泥固化应用系统，该应用系统包括沉降装置1、管道2、尾水处理池3、淤泥晾晒场地4、输送带5、固化装置6、海堤背水坡固化结构7。
26.沉降装置1设有三级，分别为一级沉降池11、二级沉降池12、三级沉降池13，一级沉降池11一端设置泥浆进口14，一级沉降池11、二级沉降池12内设有沉降池泥浆泵15，泥浆通过泥浆进口14进入一级沉降池11中，再通过沉降池泥浆泵15从一级沉降池11底部吸入，逐级输入至二级沉降池12和三级沉降池13中，沉降池泥浆泵15与泥浆进口14、管道2采用对角线错开排布，延长泥浆在沉降池中的路径。一级沉降池11、二级沉降池12和三级沉降池13中装有搅拌机，以便淤泥流动。
27.一级沉降池11、二级沉降池12和三级沉降池13中的尾水通过管道2流入尾水处理池3中，视尾水情况而定，采用弱酸性中和液或絮凝剂处理尾水的ph和悬浮物，确保尾水的浊度和ph达标排放。
28.固化装置6包括固化剂搅拌装置61、混合搅拌装置62、搅拌池63，固化剂搅拌装置61将搅拌好的固化剂分层加入至搅拌池63中，通过混合搅拌装置62搅拌，一层一层搅拌至均匀。固化剂搅拌装置61将固化剂按照0.4水灰比混合搅拌，搅拌均匀后输送至搅拌池63中与泥浆混合。混合搅拌装置62采用液压反铲式挖掘机。
29.三级沉降池13通过管道2将经过三次沉降后的泥浆输送至淤泥晾晒场地4，晾晒至一定含水率后通过输送带5传输至搅拌池63中，搅拌均匀后通过运输设备8运输至海堤背水坡固化结构7。运输设备8多采用自卸汽车，自卸汽车倾到方便。
30.海堤背水坡固化结构7，堤顶高程6.2m，按稳定计算分为二级平台，一级平台顶高程4.50m，净宽8m，连接堤顶与一级平台的斜坡坡比为1:4，该斜坡护面为100cm厚的种植土，一级平台与种植土斜坡下方为固化处理的闭气土方。二级平台总宽10m，高程为2.40m，后期开挖石方回填至内侧。
31.一种用于海堤背水坡的淤泥固化应用系统操作方法：
32.(1)淤泥脱水：由于地基开挖、滩涂处理、河道开挖等产生的淤泥含水率较高，需要先脱水处理，将淤泥输送至沉降装置1中经过三级沉降，含水率降至100％以下，通过泥浆泵输送至淤泥晾晒场地4中进行晾晒，至含水率至70％以下，然后通过输送带5运输至搅拌池63中。
33.(2)固化剂准备：按照试验结果采用42.5普通硅酸盐水泥、s95级高炉矿渣粉、氧化钙含量大于70％的生石灰、硅酸钠、硫酸钙和长度为5mm的聚乙烯醇纤维，配合比为70:20:10:3:1:2，均匀混合后组成粉剂固化剂，掺入量为每吨淤泥的5％～7％左右。与外掺剂三乙
醇胺共同组成固化剂，三乙醇胺的掺量为前述粉剂固化剂的0.02％。水灰比为0.4，在固化剂搅拌装置61中搅拌均匀后输送至搅拌池63中。
34.(3)固化拌合：将准备好的固化剂与淤泥采用液压反铲式挖掘机进行搅拌，使用液压反铲对混合物反复揉碾，使固化剂和淤泥充分接触，以最大程度激发土体活性，达到良好效果。每次搅拌方量控制在5m3～10m3，搅拌时间控制在15～30分钟。固化土搅拌后，无固化剂块状物质，色泽一致、均匀。
35.(4)铺摊填土：采用水平平铺，摊铺厚度为50cm。施工时由运输设备8把固化土运至海堤背水坡固化结构7的填筑区，由挖掘机把固化土填料运到位并粗略整平，摊铺路线从一端向另一端摊铺，注意虚铺厚度。施工时派专人指挥机械施工确保摊铺层厚度。用单筒压路机分层压实，操作时先轻后重、先慢后快、先边缘后中间。压实时，相邻两次的轮迹应重叠轮宽的1/3，保证压实均匀，不漏压。每层碾压6～10次。
36.(5)养护：填筑后采用塑料薄膜覆盖，每天洒水养护，至7d龄期。
37.(6)检测：分层填筑并分层夯实，分层厚度不大于50cm；固化土粘聚力c不小于30kpa，内摩擦角φ不小于20
°
(均为快剪指标)，固化土渗透系数不大于1
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10-5
cm/s。