一种在疏浚淤泥浆堆场表面形成硬壳层的方法及硬壳层与流程

本发明属于地基处理和淤泥处理领域，是关于土木工程、港口航道工程等方面的在超软堆场表面结壳形成工作平台的技术，具体涉及一种在疏浚淤泥浆堆场表面形成硬壳层的方法及硬壳层，更具体地，涉及一种真空抽滤-絮凝固化联合法在疏浚淤泥浆堆场表面形成硬壳层的方法及硬壳层。

背景技术：

目前每年航道、港口的建设和维护及内陆河湖等水利和水环境治理工程产生的疏浚淤泥高达数亿方(水下方)，而疏浚工程中大多采用水力疏浚(绞吸或水力冲挖)等方式进行施工，利用这种方式疏浚出来的淤泥浆呈流浆或浮泥态，具有高黏性、渗透固结性差及含水率超高(甚至高达500％以上)等不良工程特性。如何高效、经济、规模化地对这些工程特性差的疏浚淤泥进行合理处理处置是当今工程界遇到的一个难题。

现有技术中常见的处置方式是将疏浚淤泥浆输送到指定大面积堆场中进行集中处理，但往往堆场处理中仅依靠自然蒸发形成具有一定强度的20cm左右表面硬壳层需要耗时2～3年之久，且下部淤泥仍为流塑态，强度较低，后续地基处理较为困难。针对上述遇到的问题，工程界尝试采取多种方式在堆场表面快速形成一层具有强度和厚度的硬壳层，常见方式如下：

(1)在堆场表面人工铺设竹芭荆芭形成表面承载层，然后通过真空抽滤进行地基处理；

(2)人工铺设水平和竖向塑料排水板进行常规真空抽滤，进而形成具有一定强度的表面硬壳层；

(3)就地掺入水泥、石灰等固化剂与淤泥搅拌形成具有一定承载力的硬壳层。

上述传统疏浚淤泥处理方法尚存不足之处：

一方面，均涉及到在极端不利环境下的人力劳作，机械化程度低下且施工速度极慢，严重滞后工期；

另一方面，对于新近疏浚淤泥浆(含水率通常>300％)而言，水泥固化法的固化效率微乎其微，为达到预定固化淤泥强度，需要耗费大量固化剂，在一定程度上提高了工程造价。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种在疏浚淤泥浆堆场表面形成硬壳层的方法，其目的在于，利用分区块加筋排水组件对絮凝固化处理后的疏浚淤泥进行真空抽滤处理，实现区块流动性施工作业，在短时间内快速形成硬壳层，从而为后续的人员机械进场施工提供一个工作平台。该方法在减少传统砂石料使用的同时，还可以将废弃疏浚淤泥进行资源化再利用，具有很好的环保性和经济性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种在疏浚淤泥浆堆场表面形成硬壳层的方法，包括以下步骤：

(1)将待处理堆场表层划分为n个区段，每个区段划分多个区块；在待处理堆场表层的区段1至区段m内的每一个区块铺设土工织物-塑料排水板加筋排水组件，m≥2，并完成区段1至区段m内，真空抽滤管与土工织物-塑料排水板加筋排水组件的组装，以及真空抽滤管和真空泵的连接；以及将相邻的区块内的土工织物-塑料排水板加筋排水组件用拼接锁扣连接，形成一个加筋层整体；

(2)完成步骤(1)后，对于正整数n，从n＝1开始，进行如下子步骤：

(2.1)将絮凝固化处理后的疏浚淤泥浆浇填至区段1+(n-1)p至区段np内每一区块的土工织物-塑料排水板加筋排水组件上，1≤p≤m-1，然后进行真空抽滤排水；

(2.2)在进行步骤(2.1)中疏浚淤泥浆浇填工作的同时，按照与步骤(1)相同的方法，进行区段1+m+(n-1)p至区段m+np内的土工织物-塑料排水板加筋排水组件、真空抽滤管的铺设、连接工作；

(3)令n＝n+1，重复步骤(2)，直至待处理堆场内所有区段和区块都浇填、固化完毕。

进一步地，步骤(2.1)中，区段1+(n-1)p至区段np的真空抽滤排水工作，与区段1+m+np至区段m+(n+1)p内的土工织物-塑料排水板加筋排水组件、真空抽滤管的铺设、连接工作，以及区段1+np至区段(n+1)p的疏浚淤泥浆浇填工作同时进行。

进一步地，所述步骤(1)中每个区段宽10m～20m，每个区块长50m～100m，宽10m～20m。

进一步地，所述步骤(1)～(2)中的土工织物-塑料排水板加筋排水组件，长50m～100m，宽10m～20m，从上到下依次由土工织物、水平排水板、土工织物层叠组成，四周边缘封闭固定形成整体，同一土工织物-塑料排水板加筋排水组件内部的水平排水板与同一真空抽滤管相连，真空抽滤管设置有开关阀。

进一步地，所述步骤(1)中的拼接锁扣固定在各土工织物-塑料排水板加筋排水组件的四周边缘，将相邻土工织物-塑料排水板加筋排水组件对应位置的拼接锁扣连接扣紧后，实现相邻土工织物-塑料排水板加筋排水组件无缝连接，成为一个加筋层整体。

进一步地，所述步骤(2)中的絮凝固化处理，采用的固化剂为水泥或水泥、生石灰、粉煤灰的混合物，絮凝剂为聚丙烯酰胺，搅拌速率介于60r/min～120r/min之间。

进一步地，所述步骤(2)中絮凝固化处理后的疏浚淤泥浆浇填厚度为0.8m～1.2m。

进一步地，所述步骤(2)中絮凝固化处理后的疏浚淤泥浆浇填厚度为1m。

本发明还提供了一种按照上述方法获得的硬壳层。

总体而言，本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)传统的堆场淤泥处理需待堆场全表层铺设土工织物、排水板完成后，才能进行下一步工序；相较之下，本发明将大堆场区域划分成多个小区域，在上一区段进行真空抽滤的同时，可进行下一区段的加筋排水组件铺设、泵送浇填、真空抽滤等工序，使絮凝固化泥的浇填工序延后加筋排水组件铺设工序m-p≥1个区段，即，在进行区段1+(n-1)p至区段np的絮凝固化淤泥的浇填工作时，区段1+np至区段m+(n-1)p已经完成加筋排水组件的铺设、真空抽滤管道的组装以及相邻区块加筋排水组件的锁扣拼接工作，此时在进行区段1+m+(n-1)p至区段m+np的加筋排水组件铺设、真空抽滤管道的组装以及相邻区块加筋排水组件的锁扣拼接工作，从而实现交叉递进施工，大幅度提升施工效率，缩短施工工期；

(2)本发明通过分区段、分区块的方式，将大片堆场分区段、分区块连续交叉施工，结合真空抽滤-絮凝固化联合法处理表层吹淤泥浆，可将高含水率淤泥浆快速絮凝固化处理，处理后的淤泥浆性质得到极大改善，表现为含水率大幅度降低，强度大幅度提高；

(3)由于分区段、分区块交叉施工，土工织物-塑料排水板加筋排水组件铺设方便快捷，所需人工量少，操作简单，施工效率高；

(4)真空抽滤结合絮凝固化联合法可进一步降低淤泥含水率，提高强度，缩短养护周期，快速形成硬壳层，其强度能有效承载一般的施工机械设备进场进行后续施工。

附图说明

图1为本发明的工艺方法流程图；

图2为本发明实施例1中的真空抽滤-絮凝固化联合处理堆场示意图；

图3为本发明实施例1中的土工织物-塑料排水板加筋排水组件示意图；

图4为本发明实施例1中的加筋排水组件拼接锁扣局部放大示意图；

图5为本发明真空抽滤固化完成后堆场剖面图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-待处理淤泥堆场；2-土工织物-塑料排水板加筋排水组件；3-真空抽滤管；4-加筋排水组件拼接锁扣；5-真空泵；6-水平塑料排水板；7-土工织物；8-固化硬壳层；9-堆场原泥。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明的一种在疏浚淤泥浆堆场表面形成硬壳层的方法，包括以下步骤：

(1)将待处理堆场表层划分为n个区段，每个区段划分多个区块；在待处理堆场表层的区段1至区段m内的每一个区块铺设土工织物-塑料排水板加筋排水组件，m≥2，并完成区段1至区段m内，真空抽滤管与土工织物-塑料排水板加筋排水组件的组装，以及真空抽滤管和真空泵的连接；以及将相邻的区块内的土工织物-塑料排水板加筋排水组件用拼接锁扣连接，形成一个加筋层整体；

(2)完成步骤(1)后，对于正整数n，从n＝1开始，进行如下子步骤：

(2.1)将絮凝固化处理后的疏浚淤泥浆浇填至区段1+(n-1)p至区段np内每一区块的土工织物-塑料排水板加筋排水组件上，1≤p≤m-1，然后进行真空抽滤排水；

(2.2)在执行步骤(2.1)的同时按照与步骤(1)相同的方法，进行区段1+m+(n-1)p至区段m+np内的土工织物-塑料排水板加筋排水组件、真空抽滤管的铺设、连接工作；

(3)完成步骤(2)后，令n＝n+1，重复步骤(2)，直至待处理堆场内所有区段和区块都浇填、固化完毕。

上述步骤中，m、p共同决定交叉递进施工的速度，在铺设速度一定的情况下，m-p决定浇填与铺设的延迟量，p是每次循环时一次性铺设区段及浇填区段的数量，p决定浇填与铺设的效率。传统的真空预压方法是先将一整块大面积堆场进行铺设排水板、组装，再一起进行抽真空，整个过程比较费时费力。而本发明将大面积的堆场分割成小的长条状的区段，区段铺设组装完毕就可以抽真空，再加上浇填、抽滤和铺设可以交叉滚动施工，更能节约时间，不必等到整块全部铺设完毕再抽真空。

优选地，步骤(2.1)中，区段1+(n-1)p至区段np的真空抽滤排水工作，与区段1+m+np至区段m+(n+1)p内的土工织物-塑料排水板加筋排水组件、真空抽滤管的铺设、连接工作，以及区段1+np至区段(n+1)p的疏浚淤泥浆浇填工作同时进行。如此操作可以使得交叉施工的过程更加紧凑。

下面结合图2～图5，以几个优选的具体实施例对本发明基于真空抽滤-絮凝固化联合法的，在疏浚淤泥浆堆场表面形成硬壳层的方法，进行更为详细的介绍：

【实施例1】m＝2，p＝1

(1)采用泵送装置将含水率高达500％的疏浚淤泥泵送至絮凝固化联合处理装置进行均匀搅拌，搅拌速度介于60r/min～120r/min之间，直至絮凝固化过程完成；此项工作可以提前完成，也可以在区段划分和铺设的过程中完成。

将待处理淤泥堆场划分为n个区段(区段长度直接由堆场大小决定，宽10m～20m)，每个区段划分多个区块(长50m～100m，宽10m～20m)；

本实施例取m＝2，p＝1，即在堆场区段1和区段2的每个区块上依次将预制好的土工织物-塑料排水板加筋排水组件2铺设完毕，加筋排水组件2从上至下由土工织物7-水平排水板6-土工织物7组成，连接各自的抽气管道3与真空泵5，再将区段1和区段2相邻区块的土工织物-塑料排水板加筋排水组件用拼接锁扣4连接起来，形成一个加筋层整体；

(2)在堆场区段3的每个区块上依次铺设土工织物-塑料排水板加筋排水组件2，同时在区段1的每个加筋排水组件2表层浇填絮凝固化后的疏浚淤泥；

浇填方法如下：将浇填泵送管道固定在浮油桶上，浮油桶漂浮在堆场表层，由牵引线人工控制前进方向和速度，浇填厚度约为1m；

(3)待区段3每个区块的加筋排水组件2铺设完成和区段1絮凝固化泥的浇填工作完成后，马上进行区段4加筋排水组件2的铺设工作和区段2的絮凝固化泥浇填工作，同时对区段1加筋排水组件2进行真空抽滤。

为了相邻区段的加筋排水组件2能顺利拼接，故使絮凝固化泥的浇填工序至少延后加筋排水组件2的铺设工序一个区段，即在进行区段n的絮凝固化泥的浇填工作时，区段n+1的每个区块已经完成加筋排水组件2的铺设、真空抽滤管道的组装以及与区段n加筋排水组件2的锁扣拼接工作，此时一般在进行区段n+2内每个区块的加筋排水组件2铺设、真空抽滤管道的组装以及相邻区块加筋排水组件的锁扣拼接工序，重复上述步骤，直至整个淤泥堆场处理完毕。本实施例的工序表如表1所示：

表1m＝2，p＝1时的工序表

其中，每次迭代过程中，浇填区段的真空抽滤工作既可以在本次迭代中进行，也可以在下次迭代中进行，例如区段1的浇填既可以在第1次迭代中进行也可以在第2次迭代中进行。本实施例取第2次迭代时进行，可以使得交叉递进施工的节奏更紧凑，同时保证浇填和真空抽滤的时间都很充裕，确保硬壳层有足够的强度支持后续设备进场施工。为使表格简明，表1～表3中用“铺设”指代“加筋排水组件铺设、真空抽滤管道的组装以及相邻区块加筋排水组件的锁扣拼接”。

【实施例2】m＝3，p＝2

本实施例与实施例1的区别在于一次性浇填2个区段，浇填与铺设的延迟量仍为1个区段。

本实施例的工序表如表2所示：

表2m＝3，p＝2时的工序表

本实施例中，在进行区段2n-1至区段2n的絮凝固化淤泥的浇填工作时，区段2n+1已经完成加筋排水组件的铺设、真空抽滤管道的组装以及相邻区块加筋排水组件的锁扣拼接工作，此时在进行区段2n+2至区段2n+3的加筋排水组件铺设、真空抽滤管道的组装以及相邻区块加筋排水组件的锁扣拼接工作。

【实施例3】m＝4，p＝2

本实施例与实施例1的区别在于一次性浇填2个区段，浇填与铺设的延迟量为2个区段。

本实施例的工序表如表3所示：

表3m＝4，p＝2时的工序表

本实施例中，在进行区段2n-1至区段2n的絮凝固化淤泥的浇填工作时，区段2n+1至区段2n+2已经完成加筋排水组件的铺设、真空抽滤管道的组装以及相邻区块加筋排水组件的锁扣拼接工作，此时在进行区段2n+3至区段2n+4的加筋排水组件铺设、真空抽滤管道的组装以及相邻区块加筋排水组件的锁扣拼接工作。

m、p的其他数据组合方案可以由本发明的通项公式及上述实施例直接推得，不再赘述。此外，可以理解，由于本发明中划分的区段总数为n，当倒数第二批区段浇填完毕时，n个区段也可能已经全部铺设完毕。如果n个区段已经全部铺设完毕，剩余未浇填区段的浇填、真空抽滤直接顺次操作即可。

按照本发明的方法所得到的带有硬壳层的堆场，如图5所示，剖面从上至下依次为形成的硬壳层8、土工织物7、水平排水板6、土工织物7和淤泥堆场原泥9，土工织物-塑料排水板加筋排水组件2不仅可用作真空抽滤排水，还可作为永久的地基加筋层，提高堆场的承载力和整体强度，有利于后续机械设备进场施工，缩短施工工期，达到了本发明的目的。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。