一种吹填区预置砂井‑塑料排水板复合排水去污装置的制作方法

本发明涉及一种砂井-塑料排水板复合排水去污装置，尤其是涉及一种吹填区预置砂井-塑料排水板复合排水去污装置。

背景技术：

我国许多水域面积广阔的地区，尤其是沿海经济发达区，吹填造陆工程今年发展迅速，且规模宏大，多大于1km²，在环渤海湾、长三角及珠三角沿海城市区，近年许多围填海场地面积高达10km²以上。这些大规模的吹填场地形成后，通常会放置若干年，待其土体充分排水固结后，再进行工程利用。并且许多沿海水域底泥由于邻区工业污染排放，污染严重，意味着许多用于围海造陆的场地吹填土料本身即含有较多污染物，随着土体排水固结，这些污染物可能随着排水向地表及周边水体富集，导致对环境的二次污染。

中国专利CN104912126A公开了一种适用于软土地基的污染土修复系统及修复方法,该系统包括负压形成装置、设置在污染土地基中的可循环过滤井和砂井；可循环过滤井中设置有井壁套筒，井壁套筒中有修复桩芯；可循环过滤井的井口处自下而上依次设置有砂垫层、密封膜和封土；砂垫层中埋设有滤水管；污染土地基的上设置有排水沟槽；负压形成装置分别与滤水管和排水沟槽相贯通；污染土地基中的液体通过可循环过滤井以及负压形成装置流入砂井中；砂井中的液体在可循环过滤井中所形成的负压环境下渗入可循环过滤井中。该发明可够快速有效的降低软弱土地基中的污染物浓度,达到修复土壤的目的。不过，其并不适于预置于大规模吹填造陆区，长期(一年以上)连续使用的费用也不低。

中国专利CN105672246A公开了一种新近堆积土固结排水结构的预置方法，其实施步骤如下:在规划堆积场地划分多个预定堆积场地分区，每个预定堆积场地分区均以积水沟分隔；在每个预定堆积场地分区中预置具有导渗作用的导渗件；引导新近堆积土自下而上沉积覆盖全部导渗件至预定高度；在预定位置开挖纵横相通的积水沟，采用水泵将渗入积水沟中的水排出沟外，从而实现固结排水。本发明通过预置立体网状结构的导渗件，促进随后沉积覆盖的新近堆积土加速固结排水，适用于围海造地、人工堆积土、人工吹填土，以及河流入海地带自然堆积土场地，满足新近堆积土用于拟建工程建筑场地的应急需要。但是，该装置没有涉及到去污功能，且当场地预置该装置后，施工期间，其他船只与设备便难以在不破坏预置装置的情况下在场地中移动，这也就限制了其预置可达的最大规模。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种便捷、实用性强的吹填区预置砂井-塑料排水板复合排水去污装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种吹填区预置砂井-塑料排水板复合排水去污装置，包括连接成一体的上部去污组件和下部排水组件，其中，

所述的上部去污组件包括上部土工膜袋，以及设置在上部土工膜袋中由透水隔膜分开的位于下部的去污材料和位于上部的填充细砂；

所述的下部排水组件包括下部土工膜袋、底部砂袋、砂井中心管和塑料排水板，所述的下部土工膜袋和底部砂袋内均填充有滤料，其中，底部砂袋设置在下部土工膜袋底部，所述的砂井中心管设置在下部土工膜袋内部中心位置，在砂井中心管管壁上还设有沿轴线布置的多排透水孔，所述的塑料排水板与下部土工膜袋转动连接，并保证塑料排水板可在垂直方向上自由转动。

进一步的，所述的上部土工膜袋的底部设有插筒，插筒外径小于砂井中心管的内径，通过插筒插入砂井中心管实现上部去污组件和下部排水组件连接。

进一步的，每排透水孔等间距设置在砂井中心管的同一水平位置的管壁上，相邻的两排透水孔相间设置。

进一步的，所述的塑料排水板的一端上设有卡扣孔，在砂井中心管管壁上安装有与卡扣孔匹配的卡扣结构，通过卡扣结构穿过卡扣孔，使得塑料排水板可绕卡扣结构上下自由转动。

进一步的，每一块塑料排水板上套设有一浮块，所述的浮块满足：当下部排水组件浸入水体中时，浮块使塑料排水板向上抬起收拢。

进一步的，所述的塑料排水板在与下部土工膜袋连接的一端的下方设有限制塑料排水板的转动角度的支撑板。

更进一步的，所述的支撑板为直角三角形支撑板，其两条直角边分别接触塑料排水板和下部土工膜袋。

进一步的，所述的下部土工膜袋底部中心位置还设有与砂井中心管连为一体的定位尖。

进一步的，所述的底部砂袋等弧度间距分布在下部土工膜袋底部，其一端与下部土工膜袋连为一体，另一端封口；

进一步的，所述的塑料排水板设有至少一排，相邻的两排塑料排水板以及最下层塑料排水板与底部砂袋之间的高度差为1.2～1.8m。

进一步的，填充在底部砂袋与下部土工膜袋中的滤料为中粗砂，中粗砂中黏粒含量不大于3wt％。

更为具体的，本发明的吹填区预置砂井-塑料排水板复合排水去污装置用于促进吹填场地环保排水固结。本发明的装置包含上部去污组件与下部排水组件两大部分。其中，上部去污组件主要包含上部土工膜袋、隔膜及其中的填充材料和插筒，下部排水组件主要包含下部土工膜袋、砂井中心管、透水孔、塑料排水板、浮块、定位尖、底部砂袋等。依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)规定，普通砂井直径可取300～500mm，袋装砂井直径可取70～120mm。本排水装置由于采用了三维立体排水结构，旨在预置于大规模待吹填造陆的水域，故排水装置之间间距尽可能大，以便于施工期间其他装备在场地中自由运移。故本排水装置的下部土工膜袋直径设置为500mm，上部土工模袋直径略小于500mm，以便套合到下部土工膜袋中；底部砂袋取直径300mm。上部土工模袋、隔膜、下部土工膜袋及底部砂袋的制作材料均采用透水性良好，具有足够强度，能承受袋内砂的自重及弯曲所产生的拉力，且需具有一定的抗老化性能和耐腐蚀性能，同时应便于制作，价格低廉土工膜材料，如聚丙烯膜。上部土工膜袋中的隔膜用于隔开其上的填充细砂与其下的去污材料，去污材料根据场地实际污染程度及污染物种类确定，同时需要保证材料具有良好透水性，如颗粒状活性炭；隔膜之上的细砂主要用于减少排水将下部去污材料带到地表径流，同时防止地表杂物明显混入去污材料中。去污材料的充填厚度需要根据场地排除水体初始污染程度及排水深度确定。插筒壁薄，外径略小于砂井中心管内径。下部土工膜袋及底部砂袋中，为保证良好的透水性，依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)规定，均充填中粗砂，其中黏粒含量不应大于3％。下部土工膜袋的中心设置有一砂井中心管，其管壁上均匀分布有透水孔。该管下端与下部土工膜袋底部中心的定位尖连为一体，且材料相同，两者主要用于保持该排水装在在施工过程中受外部扰动不易歪倒；同时，为保证砂井中心管的存在不会明显影响到该装置的排水性能，砂井中心管外径设置为90mm，沿着砂井中心管横截面上设置4个等间距分布的各自占据22.5°弧度、沿着砂井中心管轴线方向长100mm的透水孔，且上下相邻排的透水孔相间排列。砂井中心孔的顶部与下部土工膜袋顶部预留有放置上部土工膜袋及其填充物，并保证土工膜袋顶部可封口的土工膜袋长度。底部砂袋外端封口，内端与下部土工膜袋连为一体，且一个下部土工膜袋底部连接4个等弧度间距分布的底部砂袋。下部土工膜袋的中上段根据吹填造陆深度布置不同层次的水平塑料排水板，为保证对吹填土体内的有效排水，设置最下层塑料排水板平面与底部砂袋轴线高差及相邻塑料排水板平面之间的高差约为1.5m。同层塑料排水板的分布间距及方位与底部砂袋一致。塑料排水板与下部土工膜袋的连接是通过卡扣来实现的，每个塑料排水板靠近下部土工膜袋的一端表面设置有3个圆形卡扣孔，3个卡扣黏连于下部土工膜袋外表，并分别穿过塑料排水板上的3个卡扣孔，使得塑料排水板可绕卡扣上下自由转动；每个塑料排水板上套合有一浮块，浮块可在塑料排水板上沿其延伸方向任意长度处固定，仅在重力作用不会自由移动；这使得塑料排水板在水体里头，可通过浮块承受的浮力作用，刚好能向上抬起收拢，这意味着预置于待吹填水域的各排水装置之间出现较大无障碍通道，以供相关设备及人员的自由运行。为防止塑料排水板在施工过程中，受吹填土作用压沉至明显向下倾斜，在塑料排水板末端卡扣紧邻下方设置有黏连于下部土工膜袋外表的等腰三角形状垫板及其下的直角三角形状支撑板，两板均采用刚性环保轻质材料制成。

所述吹填区预置砂井-塑料排水板复合排水去污装置是运用充填砂体相对于吹填土土体良好的排水性能发挥作用的，故本装置适用于黏性土及粉性土吹填造陆场地，并不适用于砂质土作为吹填料的吹填造陆场地。

所述吹填区预置砂井-塑料排水板复合排水去污装置旨在促进大规模吹填场地排水固结，并明显降低排出水体中的污染物，并预置后可在各装置之间留有较大运行通道，根据上述的尺寸参数及结构设置及行业规范要求，建议该装置在预置时候进行预置时，采用正方形排列，且间距为5m左右，底部砂袋与塑料排水板长度设置为2.5m左右。

所述浮块应采用轻质环保经济的材料制成，且其表面应平整光滑，以促进排水效果。

所述的塑料排水板应选用材质具有一定刚度的轻质环保材料，确保在该装置要求的长度范围内不会发生自由弯曲行为。

所述插筒、砂井中心管、定位尖部件均采用具有较大强度、轻质环保的材料。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、功能综合性强，一方面该装置材料与吹填土土体可形成复合地基，可提高地基的总体强度；另一方面，该预置装置有利于长期促进场地排水固结；再者，该装置有利于明显降低排除水体中的污染物。

二、便于大规模预置，由于该装置在预置场地内能留有较大的运移通道，从而使用该装置可顺畅地进行大规模(大于1Km²)的预置工作。

三、总体平均成本较低，由于该装置可长期(1年以上)地持续促进吹填地基的排水固结，并将排出水体中污染物含量明显降低，将之与可达到同等效果的其他地基处理及场地修复技术进行综合效应对比，本发明的综合平均成本更低。

四、去污材料可更换回收，本装置中的去污材料在去污效果明显降低时，可通过更换上部土工膜袋充填物，对其充填材料进行更新；当场地排出水体中污染物含量达到了场地环保标准后，可对上部土工膜袋中充填材料进行回收处理，并回填干净的中粗砂。

附图说明

图1为本发明的上部去污组件的结构示意图；

图2为本发明的下部排水组件的俯视结构示意图；

图3为本发明的下部排水组件的立体结构示意图；

图4为本发明的砂井中心管与塑料排水板的具体连接示意图；

图5为本发明预置至吹填水域初始状态结构示意图；

图6为本发明待吹填场地成陆后的状态结构示意图；

图中，1-上部土工膜袋，2-细砂，3-隔膜，4-去污材料，5-插筒，6-下部土工膜袋，7-砂井中心管，8-透水孔，9-塑料排水板，10-浮块，11-卡扣结构，12-垫板，13-支撑板，14-定位尖，15-底部砂袋。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1-4所示，一种吹填区预置砂井-塑料排水板复合排水去污装置，包含上部去污组件与下部排水组件两大部分。上部去污组件主要包含上部土工膜袋1、隔膜3及其中的细砂2、去污材料4和插筒5，下部排水组件主要包含下部土工膜袋6、砂井中心管7、透水孔8、塑料排水板9、浮块10、定位尖14、底部砂袋15等。本排水装置采用三维立体排水结构，下部土工膜袋6直径设置为500mm，上部土工模袋1直径略小于500mm，以便套合到下部土工膜袋6中；底部砂袋15取直径300mm。上部土工模袋1、隔膜3、下部土工膜袋6及底部砂袋15的制作材料均采用透水性良好，具有足够强度，能承受袋内砂的自重及弯曲所产生的拉力，且需具有一定的抗老化性能和耐腐蚀性能，同时应便于制作，价格低廉土工膜材料，如聚丙烯膜。上部土工膜袋1中的隔膜3用于隔开其上的填充细砂2与其下的去污材料4，去污材料4根据场地实际污染程度及污染物种类确定，同时需要保证材料具有良好透水性，如颗粒状活性炭。去污材料4的充填厚度需要根据场地排除水体初始污染程度及排水深度确定。插筒5可由薄皮塑料筒制成，其外径略小于砂井中心管7内径。下部土工膜袋6及底部砂袋15中，为保证良好的透水性，均充填中粗砂，其黏粒含量不应大于3％。下部土工膜袋6的中心设置有一砂井中心管7，该管可采用薄壁PVC管制成，其管壁上均匀分布有透水孔8。该管下端与下部土工膜袋6底部中心的定位尖14连为一体，两者主要用于保持该排水装在在施工过程中受外部扰动不易歪倒；同时，砂井中心管7外径设置为90mm，沿着砂井中心管7横截面上设置4个等间距分布的各自占据22.5°弧度、沿着砂井中心管7轴线方向长100mm的透水孔8，且上下相邻排的透水孔8相间排列。砂井中心孔7的顶部与下部土工膜袋6顶部预留有放置上部土工膜袋1及其填充物(2、4)、并保证土工膜袋顶部可封口的土工膜袋长度。底部砂袋15外端封口，内端与下部土工膜袋6连为一体，且一个下部土工膜袋6底部连接4个等弧度间距分布的底部砂袋15。下部土工膜袋6中上部根据吹填造陆深度布置不同层次的水平塑料排水板9，设置最下层塑料排水板9平面与底部砂袋15轴线高差及相邻塑料排水板9平面之间的高差约为1.5m。同层塑料排水板9的分布间距及方位与底部砂袋15一致。塑料排水板9与下部土工膜袋6的连接是通过卡扣结构11来实现的，每个塑料排水板9靠近下部土工膜袋6的一端表面设置有3个圆形卡扣孔，3个卡扣结构11黏连于下部土工膜袋6外表，并分别穿过塑料排水板9上的3个卡扣孔，使得塑料排水板9可绕卡扣结构11上下自由转动；每个塑料排水板9上套合有一浮块10，浮块10可由表面光滑的塑料泡沫块制成，在塑料排水板9上沿其延伸方向任意长度处固定，仅在重力作用不会自由移动；这使得塑料排水板9在水体中可通过浮块10承受的浮力作用，刚好能向上抬起朝砂井中心管7收拢，这使得预置于待吹填水域的各排水装置之间呈现较大无障碍通道，以供相关设备及人员的自由运行。为防止塑料排水板9在施工过程中，受吹填土作用压沉至明显向下倾斜，在塑料排水板9末端卡扣结构11紧邻下方设置有黏连于下部土工膜袋6外表的等腰三角形状垫板12及其下的直角三角形状支撑板13，两板均采用刚性环保轻质材料制成。

将该装置预置到待吹填的水域之前，先应根据场地规模、待吹填厚度、填料渗透性特征及污染状况，确定合理的下部土工膜袋6、砂井中心管7、上部土工膜袋1的长度、塑料排水板9的层数及该装置的预置数量，选取合适的去污材料4及用量，定制好该装置，并准备好适量的填充材料。向下部土工膜袋6及底部砂袋15灌入中粗砂直至砂井中心管7顶端往下100mm左右的高度，期间，需保证底部砂袋15及下部土工膜袋6填充密实，底部砂袋15及土工膜袋没有明显褶皱，砂井中心管7处于装置的中轴线上。将装置预置到待吹填水域的规划预置点，将定位尖14插入场地沉积层中，调整装置各个部件，使得装置中心线处于竖直状态，整体稳固，且底部砂袋15分别沿着两个相垂直的预置方向延展置于水底。上部土工膜袋1先密实充填好中粗砂，并通过插筒5插入下部土工膜袋6内的砂井中心管7中，并使两者中轴线重合(如图5所示)。再将下部土工膜袋6顶端进行暂时封口。此时，下部土工膜袋6外侧的塑料排水板9在浮块10受周边水体浮力作用下，向上浮起收拢。

开始吹填施工后，水底堆积物表面逐渐向上抬升，至第一层塑料排水板9卡扣结构11高度后，排水板上表会逐渐堆积填料，导致塑料排水板9在其压力下沉至水底堆积土料表面。随着吹填施工的继续，在各层塑料排水板9处如此循环，直至场地吹填施工结束。然后打开下部土工膜袋6顶端的封口，取出上部土工膜袋1及其填充物，将初始填充的中粗砂换成去污材料4、隔膜3及细砂2自下至上分层组成的新填充物。再将上部土工膜袋1及新填充物如前述装入下部土工膜袋6顶段内，最后封口下部土工模袋6顶端(如图6所示)，当然，封口操作只是为了防止外部杂物进入土工膜袋内，不能明显降低其透水性。

此后，随着吹填场地由本发明装置主导排水而固结，通过检测上部土工膜袋1顶部排水及下部土工模袋6中心管顶部中粗砂排水中的污染物浓度，获得去污材料4的去污能力降低程度及场地渗流污染物剩余浓度。当结果显示场地渗流污染物剩余浓度仍然较高，但是去污材料4去污能力却不足时，对上部土工膜袋1中的填充物进行回收处理，并回填以新的去污材料4、隔膜3及细砂2；当结果显示场地渗流污染物剩余浓度已达到场地环保标准，则对上部土工膜袋1进行回收处理，并在下部土工膜袋6顶段回填中粗砂，使之密实，并封口下部土工膜袋6顶。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。