一种室内模拟现场砂土吹填建筑装置及吹填方法与流程

本发明涉及模拟现场砂土吹填建筑的装置及吹填方法，具体涉及一种室内模拟现场砂土吹填建筑装置及吹填方法。

背景技术：

吹填土是指由水力吹填设备将泥沙吹填筑起的沉积土，即通过泥砂泵将泥砂连同水一起泵送到堤防上，通过水的排出而固结形成的比较密实堤坝。随着我国经济建设的发展，水利建设的快速发展，为了解决堤防建设中土方需求量大、部分堤防没有合适的料场以及减少对耕地的占用，堤防建设中吹填筑堤的施工规模逐渐扩大。

国内对吹填试验研究还停留在小型试验上，如天津大学路明月等直接将配制的不同含水率的粘土浆液装入土盒，研究吹填土的固结特性；北京交通大学刘莹等利用量筒和沉降柱等小型试验器具进行模拟吹填；吉林大学张中琼等利用1m×1m×1m的容器模拟软土的吹填过程等等；上述试验直接将配制好的土体浆液装入容器，未考虑实际吹填施工过程中压力输料管道出口高流速泥浆对吹填土体产生的持续冲击、挤压作用；盛装土体浆液的试验容器过小，无法真实模拟实际吹填施工过程中土体颗粒与水的自由迁移过程；而且，土料浆液一次性搅拌后直接注入试验容器，缺少连续吹填的操作过程，与施工现场吹填的过程相差甚远。上述原因导致目前吹填试验并不能较为真实的模拟现场吹填施工，试验容器中土体颗粒组成、含水率及初始密度等与实际吹填土体并不相同。

而且，国内目前模拟吹填以软粘土为主，用砂土进行吹填筑堤的施工工艺研究相对较少。为了满足室内科研试验以及根据研究成果指导砂土吹填现场施工的要求，需要在室内对砂土吹填的方法进行模拟。

综上所述，提出一种室内真实模拟现场砂土吹填建筑的装置及吹填方法，对于指导砂土吹填修筑堤防优化设计，砂土现场吹填筑堤施工工艺研究与优化，以及砂土吹填修筑堤防长期服役性能研究等方面具有现实意义。

技术实现要素：

本发明目的是实现在室内模拟现场砂土吹填，进而提供一种室内模拟现场砂土吹填建筑装置及吹填方法。

本发明为解决上述问题而采用的技术方案是：

1、一种室内模拟现场砂土吹填建筑装置，它包括泥浆存储容器、搅拌机、上料机、排泥水泵、吹填围堰、排水沟渠、污水沉淀池、蓄水池、第一上水泵、大型蓄水池、第二上水泵和气泵，搅拌机安装在泥浆存储容器上，上料机靠近泥浆存储容器设置，上料机的出口端设置在泥浆存储容器上方，排泥水泵、第二上水泵和气泵靠近泥浆存储容器设置，排泥管的一端与泥浆存储容器的侧边连通，排泥管的另一端设置在吹填围堰的上方，气泵的出气端与泥浆存储容器的底端连通，第二上水泵的出水端通过上水管与泥浆存储容器的底端连通，第二上水泵的入水端与进水管的一端连通，进水管的另一端靠近大型蓄水池的底端设置在大型蓄水池内，且排泥水泵安装在排泥管上，排水沟渠紧靠吹填围堰设置，污水沉淀池紧靠排水沟渠设置，蓄水池紧靠污水沉淀池设置，吹填围堰的底端、排水沟渠的底端、污水沉淀池的池底和蓄水池的池底呈阶梯状依次降低，污水沉淀池至蓄水池设有流水管，第一上水泵靠近蓄水池设置，循环水管的一端靠近蓄水池的底端设置在蓄水池内，循环水管的另一端设置在大型蓄水池内，且第一上水泵设置在循环水管上。

一种室内模拟现场砂土吹填建筑装置的吹填方法，所述方法是按照以下步骤实现的；

步骤一：注水：向大型蓄水池内注水；

步骤二：填料：将吹填筑堤用的砂性土装入上料机内，通过上料机向泥浆存储容器内填入吹填筑堤用的砂性土，并同时通过第二上水泵将大型蓄水池内的水通过泥浆存储容器的底部注水；

步骤三：启动搅拌机和气泵，步骤二中向泥浆存储容器注入水和填入吹填筑堤用的砂性土后启动搅拌机和气泵，通过启动搅拌机的桨叶对泥浆存储容器内的水和吹填筑堤用的砂性土进行混合搅拌，通过气泵向泥浆存储容器底部吹入高压气体，通过搅拌机桨叶的搅拌和气泵吹入高压气体的冲击使水和吹填筑堤用的砂性土均匀混合；

步骤四：排泥浆：当泥浆存储容器内的混合泥浆达到5m³时通过排泥水泵进行排除泥浆，将泥浆存储容器内的泥浆吹填到吹填围堰内；

步骤五：排污水：吹填围堰内的污水经过排水沟渠之后排入污水沉淀池内，污水在污水沉淀池内沉淀，污水沉淀池内沉淀的上部清水通过污水沉淀池和蓄水池之间的流水管流入蓄水池内，通过第一上水泵将蓄水池中的水排入大型蓄水池内，使大型蓄水池内的水进行循环使用；

步骤六：控制吹填厚度：当吹填围堰内达到所需厚度后停止吹填，搅拌机、上料机、排泥水泵、第一上水泵、大型蓄水池、第二上水泵和气泵停止工作，吹填围堰内土体开始自然排水，砂土表面无积水时完成吹填。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供了一种室内真实模拟砂土现场吹填筑堤的装置及吹填方法，实现了泥浆搅拌、泥浆压力输送、围堰吹填、排水等操作工艺与现场吹填施工一致，为吹填土体相关的科学研究试验及吹填工艺优化提供最为基础的室内实验基础方法与条件。通过发明的装置及吹填方法，可在实验室通过模拟吹填获取物理、力学性能与现场吹填筑堤土体相似的土体。通过室内模拟吹填土体物理、力学性能与吹填工艺相关性的研究，可指导砂土现场吹填筑堤施工工艺的优化，提升砂土吹填筑堤施工的经济性、安全性，确保砂土吹填修筑堤防的施工质量。通过室内模拟吹填土体物理、力学性能研究与分析，可指导砂土吹填修筑堤防长期服役性能的研究与预测，为砂土吹填修筑堤防工程的长期管养提供咨询建议；同时，指导砂土吹填修筑堤防的优化设计，提升砂土吹填修筑堤防工程设计的科学合理性和经济有效性。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种室内模拟现场砂土吹填建筑装置，它包括泥浆存储容器1、搅拌机2、上料机3、排泥水泵4、吹填围堰5、排水沟渠7、污水沉淀池8、蓄水池9、第一上水泵10、大型蓄水池11、第二上水泵12和气泵13，搅拌机2安装在泥浆存储容器1上，上料机3靠近泥浆存储容器1设置，上料机3的出口端设置在泥浆存储容器1上方，排泥水泵4、第二上水泵12和气泵13靠近泥浆存储容器1设置，排泥管的一端与泥浆存储容器1的侧边连通，排泥管的另一端设置在吹填围堰5的上方，气泵13的出气端与泥浆存储容器1的底端连通，第二上水泵12的出水端通过上水管与泥浆存储容器1的底端连通，第二上水泵12的入水端与进水管的一端连通，进水管的另一端靠近大型蓄水池11的底端设置在大型蓄水池11内，且排泥水泵4安装在排泥管上，排水沟渠7紧靠吹填围堰5设置，污水沉淀池8紧靠排水沟渠7设置，蓄水池9紧靠污水沉淀池8设置，吹填围堰5的底端、排水沟渠7的底端、污水沉淀池8的池底和蓄水池9的池底呈阶梯状依次降低，污水沉淀池8至蓄水池9设有流水管，第一上水泵10靠近蓄水池9设置，循环水管的一端靠近蓄水池9的底端设置在蓄水池9内，循环水管的另一端设置在大型蓄水池11内，且第一上水泵10设置在循环水管上。

本实施方式中第二上水泵12的出水端通过上水管与泥浆存储容器1的底端连通，通过第二上水泵12对泥浆存储容器1供水，保证水流对投入容器的砂土颗粒产生向上的冲力，使泥浆存储容器1内的水和吹填筑堤用的砂性土混合更充分。

本实施方式中排泥水泵4是由长沙中联泵业有限公司生产的流量为15m³/h的排泥水泵，本实施方式中第一上水泵10是由上海上泵集团有限公司生产的流量为15m³/h的上水泵，第二上水泵12是由上海上泵集团有限公司生产的流量为15m³/h的上水泵，气泵13是由上海全风实业有限公司生产的型号为YX-71D-3的气泵，且风量为5.5m³/min，上料机3是由山东曲阜汇众机械有限公司生产的型号为TL型的上料机，且流量为50m³/h，搅拌机2是由常州市博能减速机械有限公司生产型号为BLD型立式搅拌机，且BLD型立式搅拌机转速为40-136rpm。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种室内模拟现场砂土吹填建筑装置，大型蓄水池11的长为25m，大型蓄水池11的宽为10m，大型蓄水池11的池深为3.5m，泥浆存储容器1的长为2m，泥浆存储容器1的宽为2m，泥浆存储容器1的高为2m，污水沉淀池8的长为2m，污水沉淀池8的宽为2m，污水沉淀池8的池深为4m，蓄水池9的长为2m，蓄水池9的宽为2m，蓄水池9的池深为4m，吹填围堰5的长为10m，吹填围堰5的宽为6m，吹填围堰5的深度为1m。其他结构与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种室内模拟现场砂土吹填建筑装置，吹填围堰5是由自嵌式挡土砌块砌筑而成的吹填围堰。其他结构与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种室内模拟现场砂土吹填建筑装置，吹填围堰5内壁设有土工布14。土工布14为了防止泥浆中细颗粒流出，同时确保砂土颗粒在围堰中有效排水、沉积。其他结构与具体实施方式一或三相同。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种室内模拟现场砂土吹填建筑装置，它还包括水准仪6，水准仪6设置在吹填围堰5旁的地面上。水准仪6用于观测吹填围堰5内的吹填土高程，以控制吹填砂土的厚度，其他结构与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种室内模拟现场砂土吹填建筑装置，位于排泥管上靠近排泥水泵4的入口端和出口端处分别安装有阀门，气泵13上的出气端上安装有阀门，靠近第二上水泵12的入水端和出水端分别安装有一个阀门，第一上水泵10的入水端和出水端分别安装有一个阀门。其他结构与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种室内模拟现场砂土吹填建筑装置的吹填方法，所述方法是按照以下步骤实现的；

步骤一：注水：向大型蓄水池11内注水；

步骤二：填料：将吹填筑堤用的砂性土装入上料机3内，通过上料机3向泥浆存储容器1内填入吹填筑堤用的砂性土，并同时通过第二上水泵12将大型蓄水池11内的水通过泥浆存储容器1的底部注水；

步骤三：启动搅拌机2和气泵13，步骤二中向泥浆存储容器1注入水和填入吹填筑堤用的砂性土后启动搅拌机2和气泵13，通过启动搅拌机2的桨叶对泥浆存储容器1内的水和吹填筑堤用的砂性土进行混合搅拌，通过气泵13向泥浆存储容器1底部吹入高压气体，通过搅拌机2桨叶的搅拌和气泵13吹入高压气体的冲击使水和吹填筑堤用的砂性土均匀混合；

步骤四：排泥浆：当泥浆存储容器1内的混合泥浆达到5m3时通过排泥水泵4进行排除泥浆，将泥浆存储容器1内的泥浆吹填到吹填围堰5内；

步骤五：排污水：吹填围堰5内的污水经过排水沟渠7之后排入污水沉淀池8内，污水在污水沉淀池8内沉淀，污水沉淀池8内沉淀的上部清水通过污水沉淀池8和蓄水池9之间的流水管流入蓄水池9内，通过第一上水泵10将蓄水池9中的水排入大型蓄水池11内，使大型蓄水池11内的水进行循环使用；

步骤六：控制吹填厚度：当吹填围堰5内达到所需厚度后停止吹填，搅拌机2、上料机3、排泥水泵4、第一上水泵10、大型蓄水池11、第二上水泵12和气泵13停止工作，吹填围堰5内土体开始自然排水，砂土表面无积水时完成吹填。

具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种室内模拟现场砂土吹填建筑装置的吹填方法，步骤四中排泥浆时调整排泥管位置，平衡充填料分布，避免细砂颗粒沉积于某一部位，排泥浆过程中吹填围堰内及时清理泥沙裹带的杂物以达到沉积均匀的目的。其他结构与具体实施方式一相同。