填海固化土组合物、生产参数模型试验设备及试验方法与流程

本发明属于土木和水利工程领域，尤其涉及一种填海固化土组合物、生产参数模型试验设备及试验方法。

背景技术：

填海造地工程是充分利用海洋资源，保障经济社会发展的重要措施，极大地缓解了沿海地区经济快速发展与土地资源供给不足之间的客观矛盾。

我国的填海造地工程开始实施于上世纪的五、六十年代，从上个世纪80年代开始大规模填海造地。填海造地工程不但在我国呈现逐年递增的态势，世界许多岛国和滨海国家也先后实施了此项工程。比如荷兰早在13世纪就开始实施填海造地工程，如今荷兰填海造地工程的面积占国土面积的百分之二十。在日本，自经济高速增长时期以来，大规模的填海造地不断涌现，从以工业开发为主，转向以交通、住宅、商务、情报、文化、娱乐等为主的城市功能多样化开发利用。

当前，填海造地主要指在海岸浅水区或海岛周围先围堰，然后把大量沙石倾入海中造地或构筑人工岛的活动。目前，大型港口以及临港工业建设用地问题的解决多采用填海造地的措施。港口、航道疏浚淤泥吹填方式在填海造地上有广泛应用，但是吹填地基多为淤泥和淤泥质软质黏土，不仅含水量与压缩性很大，在其上建设建筑物或构筑物时难以保证其地基的均匀沉降，而且其层厚较大，强度很低，属于超软弱地基，导致填海区的建、构筑物处理周期长、施工难度大、施工成本高等一系列问题。以往处理超软弱地基(深厚软土层)采用的排水固结法和强夯法在实际应用中无法取得理想的加固效果，且工期很长，需要投入大量人力物力，而浅表层快速加固等技术虽然能够在较短时间内使地基表层土体强度得到提高，但是由于在系统设置方面还存在一定问题和不足，有效加固深度不足，土体强度无法得到保证，会给之后的工程建设带来安全隐患。

一个多世纪以来，特别是改革开放以来，随着社会的发展和沿海经济的快速增长，港口、航道、海洋海岸工程建设产生的疏浚淤泥向海洋倾倒的数量也随之增长。且目前，在河口和近岸海区选划来供大型疏浚工程使用的海洋倾倒区越来越困难，疏浚淤泥倾倒将成为今后港口、航道、海洋海岸工程发展的一个障碍。

我国沿海地区填海建设需填海材料的数量巨大，通常以优质河沙为主，比如专利号为cn108726927a公开的利用淤泥的港口建设填海材料组合物，组合物由以下重量配比的原料混合制成：淤泥1-5；尾矿砂1-5；碳渣1-5；水泥0.04-0.06；非离子表面活性剂0.004-0.006；所述淤泥的含水量为70-90％。随着天然资源的减少和民众环保意识的增强，河沙的开采将越来越难，又因为价格的上涨和运输距离的延长，使用河沙作为填海材料将越来越不经济。所以，填海材料已经成为一些填海工程特别是大型填海工程项目开发建设的重要成本因素。

如何解决以上三个矛盾，科学地利用疏浚淤泥这一大量废弃资源，缓解填海材料短缺，提高填海造陆工程施工效率是亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中填海材料中河沙开采困难、淤泥废弃量大等问题，提出一种通过采用高效率的絮凝剂与工程缩尺模型设计，将废弃的疏浚淤泥混入絮凝剂处理成为性质良好的填海材料，作为取代河沙的新型吹填材料，以解决填海工程所需河沙资源匮乏问题的填海固化土组合物、生产参数模型试验设备及试验方法。

为了实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明涉及的一种填海固化土组合物，包括质量百分比为90.0～99.9％的淤泥和质量百分比为0.1～1％的絮凝剂溶液，絮凝剂溶液的稀释比为0.1％～5％。

本发明还涉及一种用于获取上述填海固化土组合物的生产参数模型试验设备，其包括淤泥存储罐、絮凝剂搅拌罐、絮凝剂存储罐、球形混合三通、静态混合器和产品输出罐；所述的絮凝剂搅拌罐的输出端通过管道与絮凝剂存储罐的输入端连通；所述的淤泥存储罐的输出端和絮凝剂存储罐的输出端分别通过管道连接在球形混合三通的其中两个接口处，球形混合三通的另一个接口与静态混合器的一端连通；所述的静态混合器的另一端通过管道与产品输出罐的输入端连通；所述的产品输出罐上设有用于检测组合物黏度的黏度传感器和用于检测组合物浊度的浊度传感器；所述的管道上均设有电动阀门，连接絮凝剂搅拌罐和絮凝剂存储罐的管道上、连接淤泥存储罐与球形混合三通的管道上、连接絮凝剂存储罐与球形混合三通的管道上均设有用于控制输出流量的计量泵。

所述的淤泥存储罐、絮凝剂搅拌罐、絮凝剂存储罐、产品输出罐和管道均采用透明材质制成。

所述的球形混合三通和产品输出罐之间设置了静态混合器，在不需外动力情况下，絮凝剂溶液产生分流、交叉混合和反向旋流三个作用，使加入的絮凝剂溶液迅速、均匀地扩散到整个淤泥泥浆中，达到瞬间混合的目的，混合效率高达90-96％，可节省絮凝剂用量约20-35％，对提高反应效率，节约能源具有重大意义，进而使淤泥和絮凝剂溶液能充分混合和反应后再输出到所述产品输出罐中，可大大提升两者的反应效率，创造良好的经济效益。

优选地，连接淤泥存储罐与球形混合三通的管道上、连接絮凝剂存储罐与球形混合三通的管道上均设有用于检测实际输出流量的流量计。

优选地，其还包括控制柜，控制柜内设有可编程逻辑控和数据采集器，数据采集器与可编程逻辑控通信连接；所述的黏度传感器、浊度传感器和流量计均与数据采集器通信连接；所述的计量泵和电动阀门均与可编程逻辑控制器通信连接。

优选地，所述的淤泥存储罐、絮凝剂搅拌罐、絮凝剂存储罐和产品输出罐均包括罐体和罐盖，罐盖和罐体可拆卸连接，罐盖上均设有用于检测液位的液位计，液位计与数据采集器通信连接。

优选地，所述的絮凝剂搅拌罐和所述的淤泥存储罐内均设有搅拌机。在淤泥存储罐内设置搅拌机的目的是让泥浆保持均匀的悬浊液状态，防止泥浆颗粒沉淀，保证输出均匀疏浚淤泥泥浆；在絮凝剂搅拌罐内设置搅拌机的目的是让絮凝剂粉末和水充分混合并进行反应，并得到稳定的絮凝液。

优选地，所述淤泥存储罐的侧壁上位于底部十分之一总罐体高度的部位开有淤泥出料口；所述絮凝剂搅拌罐的侧壁上位于底部十分之一总罐体高度的部位开有絮凝剂搅拌罐出料口；所述絮凝剂存储罐的侧壁上位于底部十分之一总罐体高度的部位开有絮凝剂存储罐进料口，絮凝剂存储罐的侧壁上位于底部十分之一总罐体高度的另一侧部位开有絮凝剂存储罐出料口；所述产品输出罐的侧壁上位于顶部十分之一总罐体高度的部位开有产品进料口；所述絮凝剂搅拌罐出料口、絮凝剂存储罐进料口、絮凝剂存储罐出料口和产品进料口上均刻有用于连接管道的螺纹。

本发明还涉及一种用于获取上述填海固化土组合物的生产参数试验方法，包括以下步骤：

s1.确定的絮凝剂溶液和淤泥的最佳配比参数，初步计算并设定淤泥存储罐、絮凝剂搅拌罐、絮凝剂存储罐、产品输出罐的尺寸，并根据尺寸选定管道的管径，初步计算并设定淤泥和絮凝剂溶液的输出流量；

s2.装载淤泥、絮凝剂粉末和水：在淤泥存储罐中装载设定量的疏浚淤泥，根据絮凝剂溶液的稀释比，在絮凝剂搅拌罐中加入设定量的絮凝剂粉末和水；

s3.制备絮凝剂溶液：絮凝剂搅拌罐启动，对絮凝剂粉末和水进行搅拌形成絮凝剂溶液，絮凝剂溶液被输送到絮凝剂存储罐中存储；

s4.淤泥与絮凝剂溶液混合：通过计量泵调整淤泥和絮凝剂溶液的输出流量，淤泥存储罐和絮凝剂存储罐同时输出淤泥和絮凝剂溶液，淤泥和絮凝剂溶液在静态混合器中混合反应并随即输出到产品输出罐中；

s5.试验中全过程监测和数据采集：通过产品输出罐中的黏度传感器和浊度传感器实时监测产品浊度、黏度两个物理量，并每隔一段时间采集物理量，同时，观察产品的固结时间、固结进度和状态变化；

s6.终止试验：当淤泥存储罐中的淤泥存储量不足时，整个试验过程结束；

s7.重复步骤s1～s6若干次，根据每次试验监测到的产品的浊度变化和黏度变化，以及观察得到的产品的固结时间、固结进度和状态变化，判断产品的优劣，选出最佳产品，按比例放大生产最佳产品所用试验设备对应的各部件尺寸和管道管径，形成成套生产设备，同比例放大最佳产品对应的淤泥和絮凝剂溶液的输出流量参数，采用该尺寸的成套设备及输出流量参数批量生产填海固化土组合物。

优选地，连接淤泥存储罐与球形混合三通的管道上设有计流量计，连接絮凝剂存储罐与球形混合三通的管道上设有流量计，所述s3中，淤泥与絮凝剂溶液混合过程中分别测量淤泥和絮凝剂溶液的实际输出量并判断实际输出量与设定好的计量泵的输出量是否相同。

优选地，所述的淤泥存储罐、絮凝剂搅拌罐、絮凝剂存储罐和产品输出罐上均设有液位计，在实验中分别监测淤泥存储罐、絮凝剂搅拌罐、絮凝剂存储罐和产品输出罐内的液位变化。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和有益效果：

(1)本发明涉及的填海固化土组合物括质量百分比为90.0～99.9％的淤泥和质量百分比为0.1～1％的絮凝剂溶液，将其运用于实际填海工程后，解决了长久以来大量的疏浚淤泥只能倾倒浪费的问题，充分利用了废弃资源，保护了环境，实现了节能环保的目标，并取代河沙，成为新型的填海材料既可以节省大量资金，又保护了河沙不被过度开采，保护了脆弱的自然环境。

(2)采用本发明涉及的模型试验设备及模型试验方法，可模拟出实际的填海固化土组合物生产设备的各部件的尺寸以及淤泥和絮凝剂溶液的最佳流量，进而配制出满足填海要求、质量最优的填海固化土组合物，全过程采用了自动控制和自动数据采集，在实际工程中能大量节省人力，节省了填海工程的人力成本。

(3)采用本发明涉及的模型试验设备及模型试验方法中采用了静态混合器对絮凝剂溶液及淤泥进行混合，反应效率很高，可节省絮凝剂，节省成本。

(4)整套模型试验设备中罐体、管道材质透明，可直观的观察整个试验过程，方便了验证这套设备扩大比例尺后用于实际填海工程的可行性。

附图说明

图1是填海固化土组合物的生产参数模型试验设备的结构示意图；

图2是淤泥存储罐的结构示意图；

图3是絮凝剂搅拌罐的结构示意图；

图4是絮凝剂存储罐的结构示意图；

图5是产品输出罐的结构示意图。

图中：1-淤泥存储罐、2-不锈钢支架、3-电动阀门、4-计量泵、5-流量计、6-淤泥出料口、7-絮凝剂搅拌罐、8-液位计、9-搅拌机、10-罐盖、11-絮凝剂搅拌罐出料口、12-絮凝剂存储罐进料口、13-絮凝剂存储罐、14-絮凝剂存储罐出料口、15-球形混合三通、16-静态混合器、17-黏度传感器、18-浊度传感器、19-产品进料口、20-管道、21-数据采集器、22-可编程逻辑控制器、23-控制柜、24-产品输出罐。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步详细说明，以下实施例是对本发明的解释并不局限于以下实施例。

实施例1

本申请人前期的研究表明：利用疏浚工程中废弃的疏浚淤泥，采用在饮用水处理领域已被广泛认可和使用的絮凝剂，因其具较强的吸附和沉淀土颗粒的能力，可将土颗粒和水快速分离开来。根据相关研究已经验证了目前常用的高分子絮凝剂溶液与高含水量的淤泥、淤泥质软质黏土混合后具有良好的快速水土分离效果，可通过实验得出絮凝剂粉末和疏浚淤泥混合的最佳配比，进而用于获取一种新型的填海固化土组合物。上述填海固化土组合物包括质量百分比为90.0～99.9％的淤泥和质量百分比为0.1～1％的絮凝剂溶液，絮凝剂溶液的稀释比为0.1％～5％。

本实施例中选用的絮凝剂溶液为聚丙烯酰胺絮凝剂溶液，所用的淤泥为疏浚淤泥，聚丙烯酰胺絮凝剂溶液的质量百分比为0.3％，疏浚淤泥的质量百分比为99.7％，配置聚丙烯酰胺絮凝剂(pam)溶液时絮凝剂在水中稀释比为1-2％。

实施例2

由于各地疏浚淤泥成分复杂、性质不一，同时絮凝剂类型和型号众多，因此，对于各地区的疏浚淤泥需要配置不同的絮凝剂类型和型号；然而，在实际施工过程中，面临着絮凝剂类型和型号选择困难、最优量选型困难等问题。因此，本申请人提出了针对不同成分的淤泥以及絮凝剂类型和型号，采用不同尺寸的生产设备以及淤泥和絮凝剂溶液的输出流量，进而获取效果最佳的固化土组合物。

为获取生产设备各部件的尺寸及管径、淤泥和絮凝剂溶液的输出流量，进而得到效果最佳的固化土组合物，本实施例涉及一种用于获取实施例1中填海固化土组合物的生产参数模型试验设备。参照附图1所示，填海固化土组合物的生产参数模型试验设备包括淤泥存储罐1、絮凝剂搅拌罐7、絮凝剂存储罐13、球形混合三通15、静态混合器16和产品输出罐24，其中，淤泥存储罐1、絮凝剂搅拌罐7、絮凝剂存储罐13和产品输出罐24均设置在不锈钢支架2上。

所述的絮凝剂搅拌罐7的输出端通过管道与絮凝剂存储罐13的输入端连通.参照附图3所示，所述絮凝剂搅拌罐7包括罐体和罐盖10，罐盖10和罐体可拆卸连接，絮凝剂搅拌罐7的侧壁上位于底部十分之一总罐体高度的部位开有絮凝剂搅拌罐出料口11，絮凝剂搅拌罐7内均设有搅拌机9，絮凝剂搅拌罐7上设有用于检测絮凝剂搅拌罐7内部液位的液位计8；参照附图4所示，所述絮凝剂存储罐13包括罐体和罐盖10，罐盖10和罐体可拆卸连接，絮凝剂存储罐13的侧壁上位于底部十分之一总罐体高度的部位开有絮凝剂存储罐进料口12，絮凝剂存储罐的侧壁上位于底部十分之一总罐体高度的另一侧部位开有絮凝剂存储罐出料口14，絮凝剂存储罐13上设有用于检测絮凝剂存储罐13内液位的液位计8。

参照附图2所示，所述淤泥存储罐1包括罐体和罐盖10，罐盖10和罐体可拆卸连接，淤泥存储罐1内均设有搅拌机9和用于检测淤泥存储罐1内淤泥液位的液位计8，淤泥存储罐1的侧壁上位于底部十分之一总罐体高度的部位开有淤泥出料口6；参照附图1所示，所述的淤泥存储罐1的输出端和絮凝剂存储罐13的输出端分别通过管道20连接在球形混合三通15的其中两个接口处。

参照附图1和5所示，所述产品输出罐4包括罐体和罐盖10，罐盖10和罐体可拆卸连接，产品输出罐24的侧壁上位于顶部十分之一总罐体高度的部位开有产品进料口19，所述的球形混合三通15的另一个接口与静态混合器16的一端连通，静态混合器16的另一端通过管道20与产品输出罐19的输入端连通；所述的产品输出罐24上设有用于检测组合物黏度的黏度传感器17、用于检测组合物浊度的浊度传感器18和用途检测产品输出罐24内产品液位的液位计8。

参照附图1所示，管道20上均设有电动阀门，连接絮凝剂搅拌罐7和絮凝剂存储罐13的管道上、连接淤泥存储罐1与球形混合三通15的管道上、连接絮凝剂存储罐13与球形混合三通15的管道上均设有用于控制输出流量的计量泵；连接淤泥存储罐1与球形混合三通15的管道上、连接絮凝剂存储罐13与球形混合三通的管道15上均设有用于检测实际输出流量的流量计5。

参照附图1所示，基于絮凝技术填海材料组合物的模型试验设备还包括控制柜23，控制柜23内设有可编程逻辑控22和数据采集器21，数据采集器21与可编程逻辑控22通信连接；所述的黏度传感器17、浊度传感器18、流量计5和液位计8均与数据采集器通信连接；所述的计量泵4和电动阀门3均与可编程逻辑控制器22通信连接。

采用填海固化土组合物的生产参数模型试验设备的试验方法，包括以下步骤：

s1.根据岩土工程实验室级别的小尺度试验确定的絮凝剂溶液和淤泥的最佳配比参数，初步计算并设定淤泥存储罐、絮凝剂搅拌罐、絮凝剂存储罐、产品输出罐的尺寸，并根据尺寸选定管道的管径，初步计算并设定淤泥和絮凝剂溶液的输出流量；包括：

1)各罐体尺寸的计算：

假设本次模型试验的比例尺为1:20，水的密度为1000kg/m³，土颗粒的干密度为2600kg/m³，泥浆实际含水率约为100％到400％，假设泥浆含水率为400％，则计算罐体尺寸过程如下：

在实际工程建设中，淤泥存储罐的设置和尺寸应由总填方量、机械数量、工期等多方面因素决定，本次模型试验中假设某填海工程中淤泥存储罐的设计尺寸为直径6m,高度12m，则设计总存放体积为250m³，则根据模型试验的相似比例尺，计算得到模型试验中淤泥存储罐罐体尺寸应为直径0.3m，高0.6m，淤泥泥浆存放体积应为0.036m³m³，则0.036m³m³泥浆的总质量为：

本次试验假设絮凝剂用水稀释的比例为0.5％，每千克土(干重)絮凝剂用量为2g，则单次试验总絮凝剂的最大用量为：

mf＝22.65×2＝45.3g；

取整后取50g，稀释比例为0.5％，则絮凝剂溶液总质量为：

mfl＝(100+0.5)×mf＝(100+0.5)×45.3＝4552.65g＝4.552kg；

取整后取絮凝液的总重量为5kg；

絮凝剂投料后需搅拌半个小时才能与水充分混合成为絮凝剂溶液并输出与淤泥泥浆混合反应，为保证絮凝剂溶液的连续输出，设置了絮凝剂搅拌罐和絮凝液存储罐两级联动的输出装置，絮凝剂搅拌罐搅拌时间为半小时，搅拌好后输出到絮凝液存储罐，再从絮凝剂存储罐输出絮凝剂溶液与泥浆反应，絮凝剂存储罐存储的量需要超过半小时的反应量，这里设计絮凝剂存储罐存储量为一个小时，避免出现淤泥等絮凝液的情况，即保证能够连续施工；

则理论上搅拌罐所需装载絮凝液质量为：

对应的絮凝液体积为：

取直径为0.15m，高为0.3m的圆柱形的反应罐。由几何相似比为1：20得，施工现场的罐体设计尺寸为直径3m，高为6m，设计存放体积为20m³。

理论上絮凝剂存储罐所需装载絮凝液的质量为5kg，对应的絮凝液体积为：

取直径为0.18m，高为0.36m的圆柱形的存储罐；

产出土罐体需存放的总体积为前两者之和，则设计总存放体积为：

vp＝0.036+0.0025×2＝0.041m³；

取直径为0.35m，高为0.7m的圆柱形存储罐；

2)计算确定输送管道尺寸

在淤泥疏浚及吹填工程中，绞吸船输送淤泥的原理为通过离心泵产生负压后，将泥浆吸起并经过泥泵增压后，通过管道将泥浆输送至指定区域。本次模型试验抽取泥浆的过程与绞吸船作业过程相似；

临界流速是影响管道阻力损失的主要因素，影响临界流速大小的主要因素有泥浆浓度、土的颗粒级配和形状等。当浆体流速低于临界流速时，发生沉淀，管道就有堵塞的危险；浆体流速高于临界流速时，大量的能量消耗在泥沙颗粒的均匀悬浮上，扬程消耗增加。实际泥浆流速越接近临界流速，其管道阻力越小。当管道断面的平均流速刚好超过临界流速时，管道阻力最小、功率最省。但对于长距离浆体管道输送，必须要求输送流速比临界流速高一些。

由于疏浚吹填工程中土的粒径、含水率等物理性质多样，而本试验中所用土的粒径都相同，故采用不同的泥浆浓度来试算原型中不同浓度情况下管道输送中的临界流速。对于淤泥、黏土，临界流速计算根据durand的管路泥浆摩阻推导公式，计算公式如下：

式中：vc为泥浆的临界流速(m/s)；c为土壤颗粒的体积浓度(％)；ds为土颗粒粒径(mm)；d为排泥管线内径(m)；ρs为土颗粒密度(g/cm³)；

公式中各参数计算与取值如下：

(1)体积浓度c计算(体积百分比浓度在相同的温度和压力下，物质b的体积vb与溶液的体积v之比，称为物质b的体积分数)：在含水率为400％时，1kg泥浆的土壤颗粒的质量为0.2kg，土颗粒的体积为：

泥浆的总体积为：

土壤的体积浓度c为：

与以上计算类似，在含水率为200％时，土壤的体积浓度c为16.12％；在含水率为100％时，土壤的体积浓度c为27.75％；

(2)土颗粒粒径：由于黏土泥浆颗粒粒径小于1mm，这里计算保守假设土颗粒的粒径为1mm；

(3)假设实际工程中管道内径为300mm。

(4)ρs为土颗粒密度，密度为2.6g/cm³。

故管道运输的临界流速计算如下：

(1)含水率为400％时，临界流速计算如下：

(2)含水率为200％时，临界流速计算如下：

(3)含水率为100％时，临界流速计算如下：

由于三者相差不大，故本试验取原型中管道的临界流速为2.5m/s，而在实际工程中，淤泥输送的速率应略大于临界流速，故实际管道输送速度取3.0m/s；

运动相似是指原型与模型两个流动中任何对应质点的迹线是几何相似的，而且任何对应质点流过相应线段所需的时间又是具有同一比例的。或者说两个流动的速度场(或加速度场)是几何相似的，则根据模型试验中的流动相似原则，时间比尺为

速度比尺为：

则本次模型试验中管道的流速为：

泥浆管道弯曲半径应满足设计要求，流量与管道断面及流速之间存在以下关系：

则管道直径计算如下：

按1.5倍的安全系数计算：

d＝1.5×0.98＝14.7mm

根据公称管子尺寸，故选dn15管道(即英寸制4分管)作为输送管道，近似内径为15mm，外径为21.25mm，为了探究管径与泥浆输送效率、经济性的关系，本次试验预留了3种管径作为模型试验的变量，分别为4分管、6分管和1寸管；

3)泵的扬程计算是选择泵的类型的重要依据，这是由管网系统的安装和操作条件决定的，计算最大扬程后，根据泵的扬程、工作压力和需泵送的颗粒粒径三个参数选择计量泵型号；

抽取泥浆的计量泵总扬程计算：

沿程压降计算：对于圆管，有压流，沿程压降用darcy-welsbach公式进行计算：

其中，λ即为沿程水头损失系数(沿程阻力系数)，l为管道总长度，d为管道内径，v为泥浆流速，g为重力加速度。

λ的取值与雷诺数有关，雷诺数计算公式如下：

其中v、ρ、μ分别为流体的流速、密度与动力黏度，d为圆管直径。各参数取值如下：

(1)根据经验，此泥浆动力粘度值(马氏泥浆粘度仪测试值)假设为50s(动力粘度为2000mpa·s(2pa·s)，即2000厘泊)。

(2)流体的密度取泥浆可能出现的密度最大值，含水率最小时，流体的密度最大，含水率最小为100％，根据泥浆和水的密度假设值，此时的泥浆密度为1445kg/m³；

则雷诺数计算如下：

水流流态分为层流，过渡流和紊流，一般认为管道流re＜2100时为层流状态，大于4000时为湍流状态，2100～4000时为过渡流状态，故输送管道中的泥浆流动属于层流。当re＜2100时，沿程阻力系数λ计算过程如下：

泥浆管道的总长度为ab、bc、cd、de段之和，总长度为3.3m；

泥浆管道的沿程压降计算如下：

在压力管道系统中局部压降(流量计、阀门、转弯等水头损失)计算如下。局部阻力计算与局部阻力系数ζ值有关，阀门采用电动球形阀，全开时ζ＝6.4；转弯处选用90°的标准弯头，ζ＝0.75；流量计，ζ＝7。计算过程如下：

则总压降(水头损失)计算如下：

ht＝hf1+hf2＝39.66+0.072＝39.73m

则泥浆泵总扬程计算如下：

h＝ht+d＝hf1+hf2+d＝39.73+0.06＝39.79m

取最大扬程为40m。

p＝ρ×g×h＝1445×9.81×40＝567018mpa＝5.7bar

抽取絮凝剂的计量泵总扬程计算：

本次模型试验使用的絮凝剂类型为pam(聚丙烯酰胺)，pam溶液是很粘稠的,分子量越高的pam的溶液粘度越大，因为pam大分子是长而细的链状体，在溶液中运动的阻力很大。聚丙烯酰胺是一种线型高分子聚合物，产品主要分为干粉和胶体两种形式。按其平均分子量可分为低分子量(<100万)、中分子量(200-400万)和高分子量(>700万)三类。本絮凝剂按最大分子量为1500万计算，则溶液的最大粘度取值为3000厘泊(即940mpa·s)；

雷诺数计算如下：

一般认为管道流re＜2100时为层流状态，大于4000时为湍流状态，2100～4000时为过渡流状态，故输送管道中的泥浆流动属于湍流。当re＜2100时，沿程阻力系数λ计算过程如下：

絮凝剂管道为ge、ef、fh、hi段，总长度为2.1m。

絮凝剂管道的沿程压降计算如下：

在压力管道系统中局部压降(流量计、阀门、转弯等水头损失)按管中沿程压降的10％到30％计算。本管道输送距离较短，而且有大转弯，理论上局部水头损伤较大，因此局部压降按管中沿程压降的10％计算，计算如下：

hn＝hf×10％＝42.83×10％＝4.283m

则总压降(水头损失)计算如下：

ht＝hf+hn＝42.83+4.283＝47.12m

则絮凝液泵总扬程计算如下：

h＝ht+d＝47.12+0.03＝47.15m

取最大扬程为50m；

工作压力计算：

压强＝密度×重力系数×高度(即扬程)(1bar＝0.1mpa＝100000pa)

p＝ρ×g×h＝1000×9.81×50＝490500mpa＝4.91bar

两个抽取絮凝剂的计量泵选择一样的型号，所以只作一次选型计算，根据以上的计算，选取合适的计量泵；

4)选取合适的各传感器和其余零配件并组装该系统

根据实际试验的情况，选取合适的电动阀门、液位计、流量计、黏度传感器、浊度传感器、控制柜、可编程逻辑控制器、数据采集器等其余零配件并组装好整套试验系统；

s2.装载淤泥、絮凝剂粉末和水：在淤泥存储罐中装载设定量的疏浚淤泥，根据絮凝剂溶液的稀释比，在絮凝剂搅拌罐中加入设定量的絮凝剂粉末和水；

s3.制备絮凝剂溶液：絮凝剂搅拌罐启动，对絮凝剂粉末和水进行搅拌形成絮凝剂溶液，絮凝剂溶液被输送到絮凝剂存储罐中存储；

s4.淤泥与絮凝剂溶液混合：通过计量泵调整淤泥和絮凝剂溶液的输出量，淤泥存储罐和絮凝剂存储罐同时输出淤泥和絮凝剂溶液，淤泥和絮凝剂溶液在静态混合器中混合反应并随即输出到产品输出罐中，此过程中，淤泥与絮凝剂溶液混合过程中分别测量淤泥和絮凝剂溶液的实际输出量并判断实际输出量与设定好的计量泵的输出量是否相同；

s5.试验中全过程监测和数据采集：通过产品输出罐中的黏度传感器和浊度传感器实时监测产品浊度、黏度两个物理量，并每隔一段时间采集物理量，同时，观察产品的固结时间、固结进度和状态变化，在实验中分别监测淤泥存储罐、絮凝剂搅拌罐、絮凝剂存储罐和产品输出罐内的液位变化；

s6.终止试验：当淤泥存储罐中的淤泥存储量不足时，整个试验过程结束；

s7.重复步骤s1～s6若干次，根据每次试验监测到的产品的浊度变化和黏度变化，以及观察得到的产品的固结时间、固结进度和状态变化，判断产品的优劣，选出最佳产品，按比例放大生产最佳产品所用试验设备对应的各部件尺寸和管道管径，形成成套生产设备，同比例放大最佳产品对应的淤泥和絮凝剂溶液的输出流量参数，采用该尺寸的成套设备及输出流量参数批量生产填海固化土组合物。

以上结合实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本发明的专利涵盖范围之内。