本发明涉及筑堤施工技术领域，特别涉及一种扰淤稀释装置及其方法和扰淤稀释抛石挤淤方法。
背景技术
在填海造地或海堤填筑工程中，由于海床上沉积一层厚度不等的淤泥层。如何让抛填石料穿过淤泥层着底，历来是填海施工面临的问题。
目前，业内通常采用以下四种方法。
第一种，地基加固法，采用深层水泥土搅拌形成水泥桩、插板堆载预压固结法，加固淤泥层强度。但是，地基加固法造价高，工期长。
第二种，清淤法，采用抓斗、绞吸方法将淤泥层挖除，并外运丢弃。但是，清淤法造价高，需要弃泥场地，对海域污染大。
第三种，抛石挤淤法，所述法只能处理厚度小于3-4米的淤泥层，无法满足要求。
第四种，爆破挤淤法，所述法除炸药管理安全原因、审批程序严苛外，对海洋生物影响、对近岸建筑物震动影响及施工安全等一系列问题(目前爆破挤淤法已经被国家禁止使用)。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供一种扰淤稀释装置，具有无污染、效率高等优点。
一种扰淤稀释装置，包括扰淤机构和稀释机构，扰淤机构用以扰动淤泥；扰淤机构扰动淤泥时，稀释机构提供冲淤水并射向被扰动的淤泥。
在本发明的实施例中，上述扰淤机构包括驱动器、驱动轴和叶片轮,所述驱动轴的一端与所述驱动器连接,所述驱动轴的另一端与所述叶片轮连接,所述驱动器通过所述驱动轴驱使所述叶片轮转动扰动淤泥。
在本发明的实施例中，上述驱动轴上设有第一供水通道和第一排水孔，所述第一供水通道与所述第一排水孔连通，所述稀释机构提供的冲淤水经过所述第一供水通道和所述第一排水孔射向被扰动的淤泥。
在本发明的实施例中，上述驱动轴上设有第一供水通道，所述叶片轮上设有第二供水通道和第二排水孔，所述第二供水通道的一端与所述第一供水通道连通，所述第二供水通道的另一端与所述排水孔连通，所述稀释机构提供的冲淤水经过所述第一供水通道、所述第二供水通道、所述第二排水孔射向被扰动的淤泥。
在本发明的实施例中，上述扰淤机构包括电源、电缆、套管和振动头,所述电缆设置在所述套管内，所述电缆的一端与所述电源连接，所述电缆的另一端与所述振动头连接，所述振动头连接于所述套管的端部，所述振动头可振动扰动淤泥。
在本发明的实施例中，上述稀释机构包括水泵和水管，所述水管的一端与水泵连接，所述水管的另一端固定在所述振动头上。
本发明还提供一种扰淤稀释方法，利用上述的扰淤稀释装置，所述扰淤稀释方法包括：
利用扰淤机构扰动淤泥；以及
利用稀释机构提供冲淤水，并使冲淤水射向被扰动的淤泥。
在本发明的实施例中，将所述扰淤机构的驱动轴伸入水中，并使所述驱动轴端部的叶片轮接触淤泥，驱使所述叶片轮转动扰动淤泥以及将冲淤水射向被扰动的淤泥；同时向着靠近淤泥底部的方向逐渐延伸驱动轴。
在本发明的实施例中，将所述扰淤机构的套管伸入水中，并使所述套管端部的振动头接触淤泥，驱使所述振动头振动扰动淤泥以及将冲淤水射向被扰动的淤泥；同时向着靠近淤泥底部的方向逐渐延伸套管。
本发明还提供一种扰淤稀释抛石挤淤方法，采用上述的扰淤稀释方法，所述扰淤稀释抛石挤淤方法包括：
利用扰淤机构扰动淤泥；
利用稀释机构提供冲淤水，并使冲淤水射向被扰动的淤泥；以及
将淤泥层扰动稀释至底部后，向所述区域抛填石料，石料可沉入淤泥层底部。
本发明的扰淤稀释装置的扰淤机构用以扰动淤泥；当扰淤机构扰动淤泥时，稀释机构提供冲淤水并射向被扰动的淤泥。本发明的扰淤稀释装置具有无污染、效率高、造价低等优点。
附图说明
图1是本发明第一实施例的扰淤稀释装置的结构示意图。
图2是本发明的扰淤稀释装置在扰淤船上作业时的侧视示意图。
图3是本发明的扰淤稀释装置在扰淤船上作业时的俯视示意图。
图4是本发明第二实施例的扰淤稀释装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地描述。
第一实施例
图1是本发明第一实施例的扰淤稀释装置的结构示意图。如图1所示，扰淤稀释装置10包括扰淤机构12和稀释机构13。扰淤机构12用以扰动淤泥。稀释机构13用以提供冲淤水，当扰淤机构12扰动淤泥时，稀释机构13提供冲淤水并射向被扰动的淤泥。
进一步地，扰淤机构12包括驱动器121(例如钻机)、驱动轴122和叶片轮123,驱动轴122的一端与驱动器121连接,驱动轴122的另一端与叶片轮123连接,驱动器121通过驱动轴122驱使叶片轮123转动扰动淤泥。驱动轴122上可设置多组叶片轮123，各叶片轮123沿着驱动轴122的轴线方向相互间隔设置，叶片轮123的数量可根据实际需要自由选择。叶片轮123上设有多片叶片，叶片的数量可根据实际需要自由选择。当需要扰动淤泥时，将驱动轴122伸入水中，并使叶片轮123接触淤泥层的表面，此时驱动器121驱使驱动轴122和叶片轮123转动扰动淤泥，同时向着淤泥层底部的方向逐渐延伸驱动轴122，直至在淤泥层上切削形成一个圆柱形的腔体，腔体内淤泥呈浮游或流朔状。在本实施例中，驱动轴122上设有第一供水通道101和第一排水孔，第一供水通道101沿着驱动轴122的轴线方向设置，第一供水通道101与第一排水孔连通，第一排水孔设置于靠近叶片轮123的位置，且第一排水孔的轴线方向与第一供水通道101的轴线方向互成夹角，优选地，第一排水孔的轴线方向垂直于第一供水通道101的轴线方向。驱动轴122上也可不设置第一排水孔，在叶片轮123上设有第二供水通道102和第二排水孔103，第二供水通道102的一端与第一供水通道101连通，第二供水通道102的另一端与第二排水孔103连通；第二排水孔103的轴线方向与第一供水通道101的轴线方向互成夹角，优选地，第二排水孔103的轴线方向垂直于第一供水通道101的轴线方向。
为了实现驱动轴122能向着淤泥层底部的方向逐渐延伸以及当叶片轮123到达淤泥层底部后将驱动轴122从腔体内抬升出来，扰淤机构12还包括卷扬机124和三角架125，卷扬机124上的钢绳经过三角架125上的导向轮后连接于驱动器121，通过卷扬机124的正反转实现下降或抬升驱动器121和驱动轴122。
值得一提的是，本发明的驱动器121可同时驱使多根驱动轴122和叶片轮123转动，例如驱动器121可同时驱使三根驱动轴122转动或者设置三个驱动器121对应驱使三根驱动轴122转动，驱动轴122的数量可根据实际需要自由选择，并不以此为限。
进一步地，稀释机构13包括水泵132和水管133，水管133的一端与水泵132连接，水管133的另一端与驱动轴122的第一供水通道101连通。在本实施例中，稀释机构13的水泵132提供的冲淤水经过第一供水通道101和第一排水孔射向被扰动的淤泥或者经过第一供水通道101、第二供水通道102、第二排水孔103射向被扰动的淤泥。
图2是本发明的扰淤稀释装置在扰淤船上作业时的侧视示意图。图3是本发明的扰淤稀释装置在扰淤船上作业时的俯视示意图。如图1、图2和图3所示，本发明的扰淤稀释装置10设置在扰淤船20上，当需要对海底的淤泥层进行扰动稀释时，将扰淤船20行驶至所述区域的海面上；将扰淤机构12的驱动轴122伸入海水中，并使叶片轮123接触淤泥；驱动器121驱使驱动轴122和叶片轮123转动，同时稀释机构13提供冲淤水，使冲淤水从第一排水孔或第二排水孔103高速射出，进而稀释被扰动的淤泥；之后向着靠近淤泥层底部的方向逐渐延伸驱动轴122，直至叶片轮123到达淤泥层的底部，此时卷扬机124驱使驱动器121和驱动轴122往复再扰动稀释一次，淤泥经高压冲淤水冲刷扰动，抗剪强度骤减，扰动形成的腔体301直径大于3米(腔体301的直径与叶片轮123的长度相关)，腔体301内淤泥呈浮游或流朔状，淤泥被充分扰动稀释后，强度在短期内不会恢复，能为抛填筑堤的自卸车提供充足的时间从海堤两端向中部抛填石料推进施工，在重力作用下，石料逐渐下沉至浮游和流朔状淤泥底部。
如图3所示，为了减小污染，可在海堤外侧沿线布置一条土工布防污带30，防污带30下沿设置坠铁块沉入海底，同时沿线用轻型桩或抛重物在海底固定，而防污带30的上沿设置多个浮球31。
本发明的扰淤稀释装置10通过高压喷水及机械扰动切削淤泥进行抛石挤淤，具有无污染、效率高、造价低等优点。而且，挤淤范围可控，特别是通过控制喷水压力和流量随时调节被扰动淤泥含水量(稀释度)，可分别对不同填石石料性质、粒径等有针对性处理。
第二实施例
图4是本发明第二实施例的扰淤稀释装置的结构示意图。如图4所示，本实施例的扰淤稀释装置10与第一实施例的扰淤稀释装置10结构大致相同，不同点在于扰淤机构12的结构不同。
具体地，扰淤机构12包括电源126、电缆127、套管128和振动头129。电缆127设置在套管128内，电缆127的一端与电源126连接，电缆127的另一端与振动头129连接，振动头129连接于套管128的端部，振动头129可振动扰动淤泥。稀释机构13的水管133一端与水泵132连接，水管133的另一端固定在振动头129上，水管133的出水孔对准被扰动的淤泥，优选地，水管133的出水方向垂直于套管128的长度方向。在本实施例中，振动头129内设有电机和与电机连接的偏心轮，电机驱动偏心轮转动，进而实现振动头129振动。
本发明的扰淤稀释装置10设置在扰淤船20上，当需要对海底的淤泥层进行扰动稀释时，将扰淤船20行驶至所述区域的海面上；将扰淤机构12的套管128伸入海水中，并使振动头129接触淤泥，振动头129开始振动，同时稀释机构13提供冲淤水，使冲淤水从水管133出口高速射出，进而稀释被扰动的淤泥；之后向着靠近淤泥层底部的方向逐渐延伸套管128，直至振动头129到达淤泥层的底部，此时卷扬机124驱使套管128和振动头129往复再扰动稀释一次，淤泥经高压冲淤水冲刷扰动，抗剪强度骤减，扰动形成的腔体301直径大于3米(腔体301的直径与叶片轮123的长度相关)，腔体301内淤泥呈浮游或流朔状，淤泥被充分扰动稀释后，强度在短期内不会恢复，能为抛填筑堤的自卸车提供充足的时间从海堤两端向中部抛填石料推进施工，在重力作用下，石料逐渐下沉至浮游和流朔状淤泥底部。
第三实施例
本发明还提供了一种扰淤稀释方法，所述扰淤稀释方法利用上述的扰淤稀释装置10，所述扰淤稀释方法包括：
利用扰淤机构12扰动淤泥；以及
利用稀释机构13提供冲淤水，并使冲淤水射向被扰动的淤泥。
具体地，将扰淤机构12的驱动轴122伸入水中，并使驱动轴122端部的叶片轮123接触淤泥，驱使叶片轮123转动扰动淤泥以及将冲淤水射向被扰动的淤泥；同时向着靠近淤泥底部的方向逐渐延伸驱动轴122。
具体地，将扰淤机构12的套管128伸入水中，并使套管128端部的振动头129接触淤泥，驱使振动头129振动扰动淤泥以及将冲淤水射向被扰动的淤泥；同时向着靠近淤泥底部的方向逐渐延伸套管128。
在本实施例中，淤泥经高压的冲淤水冲刷扰动，抗剪强度骤减，扰动形成的腔体301直径大于3米(腔体301的直径与振动头129的额定功率相关)，腔体301内淤泥呈浮游或流朔状，淤泥被充分扰动稀释后，强度在短期内不会恢复，能为抛填筑堤的自卸车提供充足的时间从海堤两端向中部抛填石料推进施工，在重力作用下，石料逐渐下沉至浮游和流朔状淤泥底部。
第四实施例
本发明还提供了一种扰淤稀释抛石挤淤方法，所述扰淤稀释抛石挤淤方法采用上述的扰淤稀释方法，所述扰淤稀释抛石挤淤方法包括：
利用扰淤机构12扰动淤泥；
利用稀释机构13提供冲淤水，并使冲淤水射向被扰动的淤泥；以及
将淤泥层扰动稀释至底部后，向区域抛填石料，石料可沉入淤泥层底部。在本实施例中，石料被抛入扰动形成的腔体301内，在重力作用下，石料逐渐下沉至浮游和流朔状淤泥底部，相邻腔体间残留未扰动的淤泥由于体积小、阻力小，在石块抛填过程中被一起挤出。而且，被扰动的区域宽度大于海堤的宽度，减小两侧淤泥外流的阻力。
在本实施例中，本发明的扰淤稀释抛石挤淤方法的工作效率高，其工效是地基处理的10-12倍，清淤工效的4-5倍。而且，本发明的扰淤稀释抛石挤淤方法采用的扰淤稀释装置10造价低，造价是地基处理的1/5-1/7倍，清淤造价的1/3-1/4倍。此外，本发明的扰淤稀释抛石挤淤方法针对性强，可调节扰动淤泥的含水量，从而调节扰动淤泥的抗剪强度，以针对不同抛填石料的挤淤效果，且挤淤范围可控。
本发明的扰淤稀释装置10的扰淤机构12用以扰动淤泥；当扰淤机构12扰动淤泥时，稀释机构13提供冲淤水并射向被扰动的淤泥。本发明的扰淤稀释装置10具有无污染、效率高、造价低等优点。
本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。