废泥压密装置及废泥压密方法与流程

本发明涉及土体压密结构，具体涉及一种废泥压密装置及废泥压密方法。

背景技术

目前在淤泥、矿渣泥、污泥、工程排放泥浆等废泥的处理中，常采用真空预压方法，如图1(a)所示，围堰1在原地面8上形成一块空间，该空间内填废泥9，填泥完成后在泥面顶部竖向打设排水板5，设置排水支管3(图示小圆圈)和排水总管2，铺设密封膜10，最后采用真空泵6对排水总管2抽真空进行真空预压。该方法存在以下几个问题：(1)排水通道与大气相连，必须用不透气的密封膜隔离，但是在废泥表面铺设密封膜10不仅工序繁琐，而且会提高成本，同时密封膜不易降解或较难降解，在一定程度上会污染环境；(2)泥在真空预压处理中下沉量大，造成排水板弯折，大大阻碍了真空度的传递，如图1(b)、1(c)所示，为了便于看出排水板弯折后的形状，图1(c)中用线条描绘了弯折后排水板的轮廓；(3)真空预压后泥的承载力仍较低，后期沉降仍较大；(4)排水板打设时泥的包裹力较小，常产生回拽问题，造成排水板长度不足。

技术实现要素：

发明目的：本发明的第一目的是提供一种能够提高废泥压密效果的废泥压密装置；本发明的第二目的是提供基于该废泥压密装置的废泥压密方法。

技术方案：本发明的废泥压密装置，包括废泥和围堰，所述废泥内横向或与横向略微偏移的方向布置排水板，最高层的所述排水板距废泥顶面3.5～5m，所述围堰靠泥侧设有与该排水板连通的透水连接体，该透水连接体连接排水管，废泥中的水在真空环境下依次经过排水板、透水连接体和排水管排出。

本发明中，当排水板的最高一层距废泥顶面的距离低于3.5m时，表层强度相对较高的非饱和土厚度太薄，夯实时重锤易沉入泥中，且真空预压时间过短，效果不足；当排水板的最高一层距废泥顶面的距离高于5m时，真空预压时间过长可使工期变长；在排水板距废泥泥面3.5～5m时，可以兼顾效果与效率，故此选用该范围。

其中，排水板可以在废泥中分层设置，层间距为0.8～3.0m，优选为1.0～1.5m。

本发明中，最高一层的排水板距废泥顶面0.4～0.6倍层间距，由于排水材料与大气不相连，顶层泥可作为隔气材料；优选0.5倍，使顶层泥和下层泥同时完成固结。

同一层废泥中并排布置若干排水板，其中排水板的间距为0.8～3.0m，可使所有废泥中的水都能就近排出，间距优选为0.8～1.2m，同时每排排水板与透水连接体一一对应。

本发明的排水板侧向竖直或侧向且略微倾斜地插入废泥中，有利于提高抵抗不均匀沉降的抗弯刚度。

本发明中，真空环境的实现是将排水管连接真空装置，且真空装置的高程不超过排水管。具体来说，排水管包括位于围堰靠泥侧底部的排水支管和位于围堰底部的排水总管，透水连接体依次连接排水支管、排水总管和真空装置，且排水总管和真空装置的高程不高于排水支管。其中，真空装置可以选用真空泵。

为使排水板和透水连接体无缝对接、排水通畅，排水板与透水连接体连接时，先绕透水连接体一周，然后用钢丝穿孔绑扎或者用订书机订。优选的，透水连接体为防弯折的软土固结用排水通道、粗棉线或塑料盲沟，其中，沙井、粗棉线和盲沟的水流通量要大于各层排水板的通量之和。透水连接体的直径为3～8cm，直径小于3cm会导致通量不足、流水太慢，直径大于8cm会浪费材料。

本发明废泥压密装置的废泥压密方法，包括以下步骤：

(1)结构布设：埋设排水管、建设围堰，并在围堰上布设透水连接体；填废泥，布设排水板并将排水板与透水连接体连接，直至填泥完成；

(2)真空预压：将真空装置与排水管连接，抽真空，直至废泥中的水位下降至最高一层排水板；

(3)夯密：对废泥进行夯击，直至废泥特性达到目标要求。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：(1)排水板横向或与横向略微偏移的方向设置，解决了现有技术中的排水板弯折问题，可以大大减少淤堵；(2)本发明利用泥本身不透水、不透气的特点，免设真空膜，大大提高施工便易性，节约成本，保护环境；(3)本发明的处理方法沉降量可以达到处理土层厚度的30～60％，沉降量非常大，选用袋装沙井、粗棉线、塑料盲沟作为透水连接体，即便在大沉降量和强夯的作用下也可保持通畅，同时水排出的方向是水平或向下的，重力有利于水的排出。

附图说明

图1(a)为现有填泥真空预压结构的示意图；

图1(b)、1(c)分别为现有技术中使用排水板弯折后的照片；

图2为本发明废泥压密装置的示意图；

图3为本发明排水板的布置示意图；

图4为图2沿i-i方向的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图2～4对本发明的技术方案作进一步说明。

如图2所示，本发明的废泥压密装置包括围堰1，围堰1在原地面8上形成一块空间，该空间内填废泥9，废泥9内横向布置排水板5，这里的横向是指水平方向，当然排水板5也可以与横向略微偏移的方向布置，例如与水平方向成±15°以内；由图2所示，最高层的排水板距废泥顶面7为3.5～5m。

图2和图4中所示的排水板5分层设置，层间距为0.8～3.0m，经过研究表明，层间距越小，排水越快，相应的材料用量和施工量均会增加，导致成本越高，因此，层间距优选为一个合理的范围，优选为1.0～1.5m。

图3中在同一层废泥9中并排布置若干排水板5，排水板5的间距为0.8～3.0m，可使所有废泥9中的水都能就近排出，优选间距为0.8～1.2m，以便于所有废泥9中的水都能就近排出。从图3可以看出，排水板5侧向竖直插入废泥9中，这里的侧向是沿排水板5的宽度方向，或与侧向略微倾斜的方向插入废泥9中，其中，倾斜角度可以为±10°以内，这样有利于排水板5压走水分，而非现有技术中沿排水板的长度方向。

如图2所示，围堰1靠泥侧设有透水连接体4，该透水连接体4与排水板5的一侧连通，透水连接体4连接排水管，排水管连接真空泵6，废泥9中的水在真空环境下依次经过排水板5、透水连接体4和排水管排出，此时要满足真空泵6的高程不超过排水管。排水管可以分为排水支管3和排水总管2，其中，排水支管3位于围堰靠泥侧底部，与透水连接体4连通，用于收集透水连接体中的水分，排水支管3连接排水总管2将水分汇集到排水总管2中，排水总管2与真空泵6连接，此时要满足且排水总管2和真空泵的高程不高于排水支管3。高程设置的原则是水向下流，在真空预压阶段，水流方向与重力方向一致，能促进水的流出；在降水预压阶段更重要，如果位置高了，水就流不出来了。

其中，排水支管3可以是塑料管、钢管或沙沟；当采用塑料管、钢管时，应预留大小适宜的孔洞，透水连接体插入孔洞进行连接；当采用沙沟时，直接埋入沙沟中即可。排水总管2可以为两端开口的密闭钢管，两端开口处分别与排水支管、真空泵相连；当排水支管采用沙沟时，排水总管与排水支管连接端应包裹纱布、纱网，纱布纱网的孔径应小于沙的粒径。

排水板5与透水连接体4连接时，先绕透水连接体4一周，然后用钢丝穿孔绑扎，可以实现排水板5和透水连接体4无缝对接、排水通畅。其中，透水连接体4为防弯折的软土固结用排水通道、粗棉线或塑料盲沟。透水连接体4的直径为3～8cm，直径小于3cm会导致通量不足、流水太慢，直径大于8cm会浪费材料。

如图2所示，最高一层的排水板5距废泥顶面7为0.4～0.6倍层间距，优选0.5倍。

废泥压密方法包括以下步骤：

(1)结构布设：按照上述埋设排水管、建设围堰1，并在围堰1上布设透水连接体4；逐层填废泥9，布设排水板5并将排水板5与透水连接体4连接，直至填泥完成。

(2)真空预压：将真空泵6与排水管连接，抽真空，直至废泥中的水位下降至最高一层排水板5。

(3)夯密：每填一层排水板5，由轻至重对废泥进行夯击，由轻至重的夯击顺序可以为轻型夯实机械夯实、低能强夯和强夯的顺序，直至达到目标要求，例如地基承载力达到180kpa，孔隙比小于0.8等。

其中，轻型夯实机械优选200～250蛙式或柴油打夯机，低能强夯为夯击能在500～1000kn.m的范围之间；夯击间隔时间优选为8～20天，具体夯击次数根据工程需要来确定；当地基承载力大于30kpa可以用蛙式打夯机等轻型打夯机，当地基承载力大于75kpa后才能用强夯，夯锤重可取10～20t，锤底静压力值可取20～30kpa，单位夯击能取1500～2000kn·m/m²，夯击至最后两击的平均夯沉量不大于50mm。

现有的泥土压密技术是将排水板通过插板机竖直打入泥中，使得排水板最长的边垂直于地面，之后在泥土的顶部汇集水分后排出，而本发明是在废泥中分层布设的排水板，废泥在80kpa真空压力下的两者模型试验压密效果对比如表1所示，土体正方形布置间距均为1m*1m，即排水板的层间距为1m，同一层中，相邻排水板的间距为1m。

表1废泥压密效果对比

由表1可知，在相同排水板的间距下，通过对比现有技术与本发明技术方案的压密后的土体孔隙率，本发明的孔隙率更低，泥土更密实；通过对比现有技术与本发明技术方案的压密后的土体体积压缩率，压密91天时，本发明的土体体积压缩率比现有技术的土体体积压缩率大6.3％，也就是说，在10米厚的土层在100kpa的压力下，本发明处理方法的压缩量比现有方法多0.63m。

本发明采用夯密技术后，孔隙比还会大幅下降，将会下降到0.7～1.0的范围内，进一步提高工程性能。

当孔隙比为2时，流泥压密至目标地基承载力所需时间如表2所示，由表2可知，当目标地基承载力为25kpa时，本方案较现有技术缩短了14天；当目标地基承载力为50kpa时，本方案较现有技术缩短了62天；当目标地基承载力为100kpa时，本方案需要83天，而现有技术达不到此要求，综上所述，本方案较现有技术达到目标地基承载力所需时间均明显缩短。

表2孔隙比为2时流泥压密至目标地基承载力所需时间

为研究排水板距废泥泥面的距离对压密效果影响，设计一组平行试验，基本步骤参照上述实施方式，不同之处在于：排水板距废泥泥面为2m、3m、3.5m、4m、5m、6m，记录真空预压时间及真空预压后地基承载力，结果如表3所示。

表3排水板距废泥泥面的距离对压密效果影响

由表3可知，当排水板距废泥泥面的距离低于3.5m时，例如为2m和3m时，真空预压后地基承载力为22kpa和45kpa，承载力偏低，不便于夯实施工的开展；当排水板距废泥泥面的距离为3.5～5m时，均可达到施工要求；当排水板距废泥泥面的距离高于5m时，例如为6m时，真空预压后地基承载力为75kpa，但处理时间达到了416天，造成工期偏长，效率偏低。