一种基于水平排水体系的排泥场扩容及围堰增稳方法以及形成的自平衡结构与流程

本发明涉及一种基于水平排水体系的排泥场扩容及围堰增稳方法以及形成的自平衡结构，属于疏浚超软土技术领域。

背景技术：

针对河湖清淤以及港口、航道的建设等产生的大规模高含水率疏浚泥，我国经常采用大面积排泥场存储的方式处置，这将不可避免地使用大量的土地资源；实际工程中常临时征用农田，修筑围堰，作为存放废弃疏浚泥的排泥场，在排泥场中的疏浚淤泥自然干化后，再将排泥场归还当地复垦，然而高含水率疏浚泥在排泥场内长时间不能够自然干化（如果采用自然干化一般需要3-5年才能复垦），需要长时间占用农田，导致工程征地费用增加；因此，提高排泥场存储能力并且尽快将排泥场复垦成为实际工程的迫切需要。

目前，排泥场扩容可以通过以下两种措施：一是对吹填过程中排泥场中的疏浚泥进行快速排水固结处理，即通过在软土中布设竖向和横向排水体，缩短水由土体渗流排出的距离，再结合真空或堆载等方式使土体中的水在负压或超静孔压的作用下流出土体，从而达到固结土体、增加土体强度的目的。目前，竖向排水体常用的材料有砂或碎石桩、砂袋、塑料排水板等，而水平排水体一般采用砂垫层；二是对排泥场围堰进行加固处理，在同等安全性条件下减小围堰的填土体积；在整个征地面积一定的前提下，减小围堰的占地面积或增加围堰的高度，可以增加排泥场的容积；但即使对排泥场进行扩容以提高储存能力，传统措施在处理疏浚泥时，短期内泥层表面强度微小，无法为复垦时小型农耕机械提供地基承载力，同时疏浚泥经过传统措施处理后，其透气、透水性能差，且不具备植物生长所需的各种养分，不适合直接作为耕植土使用。

申请号为200610038968.9，名称为“疏浚淤泥排水固结方法”的中国专利公开了“淤泥冲填不是采用一次吹填到设计高度，而是分层吹填，且每吹填一层，在其上铺设一定厚度的砂垫层，利用砂粒的自重沉入淤泥层中，形成砂泥混合物，从而明显提高淤泥的渗透特性”；该专利虽然是分层水平布置砂垫层，但主要是依靠砂的重力让砂混合到淤泥中从而提高渗透性能，泥砂混合物在其自重作用及堆载作用下固结，该法效率依旧较低，且会加大砂的用量，对于砂资源紧缺的地区不适用；申请号为201810626999.9，名称为“填泥免膜真空预压结构及预压方法”的中国专利公开了“填泥内横向或与横向略微偏移的方向布置排水板，围堰靠泥侧设有与该排水板连通的透水连接体，该透水连接体依次与排水管和真空泵连接，填泥泥面上方设有注水管，真空泵与注水管连接；填泥中的水依次经过排水板、透水连接体、排水管和注水管注入泥面上方，形成隔气的水层”，但该发明主要是利用吹填饱和泥、泥上水层的闭气功能，达到免设真空膜的目的，同时排水板横向或与横向略微偏移的方向设置，解决现有技术中的排水板弯折问题；因此亟需探索一种排泥场扩容兼顾快速复垦的技术。

技术实现要素：

本发明提供一种基于水平排水体系的排泥场扩容及围堰增稳方法以及形成的自平衡结构，不仅实现对排泥场的扩容，而且通过分层真空固结的方式实现排泥场的快速复垦。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于水平排水体系的排泥场扩容及围堰增稳方法，包括以下步骤：

第一步：制作若干组排水结构，将若干排水结构由下至上顺次埋设在土体中形成围堰，两组围堰中间形成安置淤泥的空间；

第二步：若干排水结构的一端伸进安置淤泥的空间内，位于淤泥一侧围堰内的排水结构的另一端伸出围堰，且若干排水结构伸出的另一端均通过排水管路与真空抽水装置连通；

第三步：制作若干组加密排水结构，在围堰形成的安置淤泥空间底部先布设第一层加密排水结构，对第一层加密排水结构进行淤泥吹填，第一层的加密排水结构与对应置于两侧围堰内的排水结构连通，启动真空抽水装置，加密排水结构与对应的排水结构形成连通的排水体系，此时第一层吹填的淤泥进行真空固结处理，布设第二层加密排水结构，继续对第二层加密排水结构进行第二层的淤泥吹填，第二层加密排水结构与对应置于两侧围堰内的排水结构连通，启动真空抽水装置，此时形成两层排水体系，重复上述相同操作对淤泥进行逐层固结；

第四步：围堰中间形成的空间吹填充满淤泥后，在顶部表面覆设加厚加密排水结构，接着在最后一层加密排水结构表面铺设密封膜，继续启动真空抽水装置，对淤泥进行真空固结；

作为本发明的进一步优选，

前述的排水结构包括若干第一主排水管路以及若干第一次排水管路，若干第一主排水管路并排布设，相邻两根第一主排水管路之间的距离相同，若干第一次排水管路同样并排布设，相邻两根第一次排水管路之间的距离相同，每根第一次排水管路与每根第一主排水管路垂直交叉形成十字结构，且第一主排水管路与第一次排水管路在十字结构处形成连通；

第一主排水管路伸出围堰的另一端均通过排水管路与真空抽水装置连通；

第一主排水管路伸进淤泥的一端与加密排水结构连通；

相邻第一主排水管路之间的距离范围为0-1m；

相邻第一次排水管路之间的距离范围为0-1m；

作为本发明的进一步优选，

前述的加密排水结构包括与每个排水结构的第一主排水管路匹配连接的第二主排水管路，相邻第二主排水管路之间布设若干第二次排水管路，每根第二次排水管路均交叉设置一根相同的第二次排水管路，相邻第二次排水管路之间的距离相同；相邻第二次排水管路之间的距离范围为0-0.2m；

作为本发明的进一步优选，

前述排水结构的一端通过连接件与加密排水结构连接；

连接件包括连通管，在连通管靠近两个端部的位置分别开设贯通的连接孔，排水结构的一端插设在一个连接孔内，加密排水结构与连接件相邻的一端插设在另一个连接孔内，两个连接孔内同时安装压紧螺钉进行紧固；

作为本发明的进一步优选，

在未安装真空抽水装置的另一组围堰顶部布设吹填口，淤泥通过吹填口向围堰形成的空间内吹填；

作为本发明的进一步优选，

前述的加厚加密排水结构包括至少两层叠加铺设的加密排水结构；

作为本发明的进一步优选，

前述的排水结构、加密排水结构以及加厚加密排水结构均采用秸秆绳编织形成；

一种基于水平排水体系的排泥场扩容及围堰增稳方法形成的自平衡结构，包括若干排水结构以及若干加密排水结构；

若干排水结构由下至上埋设在土体中形成围堰，两组围堰之间形成用于放置淤泥的空间，排水结构的一端伸进淤泥内，若干加密排水结构由下至上埋设在淤泥内，加密排水结构的两端分别与两侧伸进淤泥内的排水结构的一端连接，每层排水结构与加密排水结构形成排水体系；

其中一侧围堰内的排水结构的另一端伸出围堰，且若干排水结构伸出的另一端均通过排水管路与真空抽水装置连通；

作为本发明的进一步优选，

前述的排水结构包括若干第一主排水管路以及若干第一次排水管路，若干第一主排水管路并排布设，相邻两根第一主排水管路之间的距离相同，若干第一次排水管路同样并排布设，相邻两根第一次排水管路之间的距离相同，每根第一次排水管路与每根第一主排水管路垂直交叉形成十字结构，且第一主排水管路与第一次排水管路在十字结构处形成连通；

第一主排水管路伸出围堰的另一端均通过排水管路与真空抽水装置连通；

第一主排水管路伸进淤泥的一端与加密排水结构连通；

相邻第一主排水管路之间的距离范围为0-1m；

相邻第一次排水管路之间的距离范围为0-1m；

前述的加密排水结构包括与每个排水结构的第一主排水管路匹配连接的第二主排水管路，相邻第二主排水管路之间布设若干第二次排水管路，每根第二次排水管路均交叉设置一根相同的第二次排水管路，相邻第二次排水管路之间的距离相同；相邻第二次排水管路之间的距离范围为0-0.2m；

前述的加厚加密排水结构包括至少两层叠加铺设的加密排水结构；

前述排水结构的一端通过连接件与加密排水结构连接；

连接件包括连通管，在连通管靠近两个端部的位置分别开设贯通的连接孔，排水结构的一端插设在一个连接孔内，加密排水结构与连接件相邻的一端插设在另一个连接孔内，两个连接孔内同时安装压紧螺钉进行紧固；

作为本发明的进一步优选，

前述的排水结构、加密排水结构以及加厚加密排水结构均采用秸秆绳编织形成。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过排水结构以及加密排水结构形成一组排水体系，若干组排水体系形成“自平衡体系”；

2、本发明形成的“自平衡体系”在淤泥吹填过程中产生滑动变形，“自平衡体系”对滑动变形产生自抗力，制约体系的破坏；

3、本发明在进行抽真空处理时，“自平衡体系”可保持稳固性；

4、本发明在真空固结处理后，最后在淤泥场顶部覆设的加厚加密排水结构和淤泥场内的加密排水结构起到了加筋的作用，复垦时小型农耕机械将形成的自平衡结构作为载体，当自平衡结构顶部受到小型农耕机械的载荷后，加密排水结构变形受到围堰内排水结构的限制，两端产生锚固效应，增加了地基的承载力；

5、本发明进行分层排水，有效起到排渗作用；

6、本发明通过围堰内排水结构的设置，可以进行围堰高度稳定增加，有效减小围堰占地面积的同时增加排泥场的容积。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的优选实施例的整体结构侧视图；

图2是本发明的优选实施例在抽真空产生变形时的结构侧视图；

图3是本发明的优选实施例的排水结构示意图；

图4是本发明的优选实施例的加密排水结构示意图；

图5是本发明的优选实施例排水结构与加密排水结构固定连接后的结构示意图；

图6是本发明的优选实施例的连接件结构示意图。

图中：1为围堰，2为排水结构，3为加密排水结构，4为加厚加密排水结构，5为排水管路，6为真空抽水装置，7为吹填口，8为第一主排水管路，9为第一次排水管路，10为第二主排水管路，11为第二次排水管路，12为连接件，13为连通管，14为压紧螺丝，15为连接孔。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

传统的真空预压排水固结法可以达到快速处理高含水率淤泥的目的，但其在短时间内处理疏浚泥时泥层表面强度十分微小，无法为复垦时小型农耕机械提供地基承载力；同时疏浚泥经过传统措施处理后，其透气、透水性能差，且不具备植物生长所需的各种养分，不适合直接作为耕植土使用。

本申请提供一种“自平衡体系”，满足疏浚泥在短时间内固结的同时，对排泥场进行稳固扩容；

实施例1：

图1所示，为形成的“自平衡体系”的整体结构，包括若干排水结构2以及若干加密排水结构3；若干排水结构2由下至上埋设在土体中形成围堰1，两组围堰1之间形成用于放置淤泥的空间，若干加密排水结构3由下至上埋设在淤泥内，排水结构2的一端伸进淤泥内，加密排水结构3的两端分别与两侧伸进淤泥内的排水结构2的一端连接，每层排水结构2与加密排水结构3形成一层排水体系；图5所示，两侧围堰1内的排水结构2与埋设在淤泥内的加密排水结构3通过连接件12连接在一起，图6所示，是本申请中提出的一种关于连接件12的优选实施例，包括连通管13，在连通管13靠近两个端部的位置分别开设贯通的连接孔15，在连通管13内部开设连通槽，两个连接孔15通过连通槽形成连通，排水结构2的一端插设在一个连接孔15内，加密排水结构3与连接件12相邻的一端插设在另一个连接孔15内，两个连接孔15内同时安装压紧螺丝14进行紧固，如果一侧围堰1在上部载荷和吹填淤泥的作用下，产生滑动变形，此侧内的排水结构2产生拉力起到加筋作用，而位于淤泥内的加密排水结构3以及另一侧围堰1内的排水结构2会同时制约滑动变形时一侧围堰1内的排水结构2被拔出，相当于增加了锚固长度；

其中一侧围堰1内的排水结构2的另一端伸出围堰1，且若干排水结构2伸出的另一端均通过排水管路5与真空抽水装置6连通；若干层的排水体系进行分层固结时，图2所示，淤泥内的加密排水结构3随着淤泥的沉降发生变形，产生拉力，相当于对围堰1内的排水结构2产生了预应力，进一步增强了围堰1的稳固性；同时若干层的排水体系在进行分层固结时，能够有效降低围堰1内水头的高度，起到排渗作用，进一步增强了围堰1渗流的稳定性。

位于两侧围堰1内的排水结构2在进行抽真空时，排水结构2内部的气压下降，大气压与该气压的差值作用于围堰1上，对围堰1的稳定性进行了加强。

实施例2：

基于上述实施例1用于通过其实现排泥场扩容以及围堰1增稳的方法如下：

第一步：制作若干组排水结构2，将若干排水结构2由下至上顺次埋设在土体中形成围堰1，两组围堰1中间形成安置淤泥的空间；排水结构2可以有多种编织方法，主要包括若干第一主排水管路8以及若干第一次排水管路9，若干第一主排水管路8并排布设，相邻两根第一主排水管路8之间的距离相同，若干第一次排水管路9同样并排布设，相邻两根第一次排水管路9之间的距离相同，每根第一次排水管路9与每根第一主排水管路8垂直交叉形成十字结构，且第一主排水管路8与第一次排水管路9在十字结构处形成连通；

本申请中提供一种优选的结构，如图3所示，以相同间距并排铺设的若第一干主排水管路，图3中的第一主排水管路8沿着纵向方向铺设，第一主排水管路8两两之间平行设置，还包括以相同间距并排铺设的若干第一次排水管路9，第一次排水管路9沿着横向方向铺设，第一次排水管路9两两之间平行设置，第一主排水管路8与第一次排水管路9之间是相互连通的，由图3中还可以直接看出，本申请中优选的是第一主排水管路8与第一次排水管路9交叉设置，且两者之间垂直呈十字形交叉结构，也就是说优选实施例中第一主排水管路8与第一次排水管路9在十字形交叉结构处形成连通，第一主排水管路8伸出围堰1的另一端均通过排水管路5与真空抽水装置6连通，第一主排水管路8伸进淤泥的一端与加密排水结构连通；将第一主排水管路8与第一次排水管路9之间同样的形成连通，由于第一主排水管路8是需要与真空抽水装置6相连通的，通过第一主排水管路8与第一次排水管路9的连通增加排水面积后提高了排水速率，最终提高了淤泥真空固结的效率；在经过多次实验后发现，相邻第一主排水管路8之间的距离范围为0-1m，相邻第一次排水管路9之间的距离范围为0-1m时围堰1的排水固结效率最佳；

在本步骤中，通过在围堰1内设置一层又一层的排水结构2，在加速排水的同时有助于维持围堰1的稳定性，围堰1高度可以做一部分加高，有效减小围堰1的占地面积，由于围堰1的高度增加，那么排泥场的容积又做了增加；

第二步：若干排水结构2的一端伸进安置淤泥的空间内，位于淤泥一侧围堰1内的排水结构的另一端伸出围堰1，且若干排水结构2伸出的另一端均通过排水管路5与真空抽水装置6连通；

第三步：制作若干组加密排水结构3，在围堰1形成的安置淤泥空间底部先布设第一层加密排水结构3，对第一层加密排水结构3进行淤泥吹填，第一层的加密排水结构3与对应置于两侧围堰1内的排水结构2连通，启动真空抽水装置6，加密排水结构3与对应的排水结构2形成连通的排水体系，此时第一层吹填的淤泥进行真空固结处理，布设第二层加密排水结构3，继续对第二层加密排水结构3进行第二层的淤泥吹填，第二层加密排水结构3与对应置于两侧围堰1内的排水结构连通，启动真空抽水装置6，此时形成两层排水体系，重复上述相同操作对淤泥进行逐层固结；

同样的加密排水结构3的编织方法有很多中，本申请中优选的实施例如图4所示，加密排水结构3包括与每个排水结构的第一主排水管路8匹配连接的第二主排水管路10，相邻第二主排水管路10之间布设若干第二次排水管路11，每根第二次排水管路11均交叉设置一根相同的第二次排水管路11，相邻第二次排水管路11之间的距离相同；相邻第二次排水管路11之间的距离范围为0-0.2m，最终形成的排水结构2与加密排水结构3连通的结构如图5所示；

整体结构呈图1所示的分层结构，能够快速有效的降低围堰1内水头的高度，起到快速排渗作用，增强围堰1渗流的稳定性；

关于加密排水结构本申请同时提出第二种实施例，主要包括若干第二主排水管路10以及若干第二次排水管路11，若干第二主排水管路10并排布设，相邻两根第二主排水管路10之间的距离相同，若干第二次排水管路11同样并排布设，相邻两根第二次排水管路11之间的距离相同，每根第二次排水管路11与每根第二主排水管路10垂直交叉形成十字结构，且第二主排水管路10与第二次排水管路11在十字结构处形成连通；第二主排水管路10与围堰1内同一层的第一主排水管路8一一对应连接，同样的第二主排水管路10为沿着纵向方向布设的相互之间平行的平铺结构，第二次排水管11为沿着横向方向布设的，每根第二主排水管路10与第二次排水管路11之间垂直呈十字形交叉结构，两者在十字形交叉结构处也是连通的，第二主排水管路10的两端分别与伸进围堰1的排水结构中的第一主排水管路8连接；本优选实施例中，相邻第二主排水管路10之间的距离范围为0-0.2m，相邻第二次排水管路11之间的距离范围为0-0.2m；

需要说明的是，在加密排水结构3中排水管路之间的距离远远小于排水结构2中排水管路之间的距离，这是因为位于淤泥场内的加密排水结构3需要起到进一步的加筋作用，同时当淤泥场内的加密排水结构3在受到外力变形时，加密部分受到围堰1内的排水结构2的限制，进一步的增加承载力；

第四步：在未安装真空抽水装置6的另一组围堰1顶部布设吹填口7，淤泥通过吹填口7向围堰1形成的空间内吹填，围堰1中间形成的空间吹填充满淤泥后，在顶部表面覆设加厚加密排水结构4，接着在最后一层加密排水结构3表面铺设密封膜，继续启动真空抽水装置6，对淤泥进行真空固结；

对淤泥部分进行抽真空处理，使得围堰1内排水体内气压下降，大气压与该气压形成气压差值，这个差值作用在围堰1上，进一步增加了围堰1的边坡稳定性。

实施例2中，淤泥吹填充满后，在其顶部表面最后覆设一层加厚加密排水结构4，在本申请中优选的加厚加密排水结构4的主体结构与加密排水结构3相同，但是加厚加密排水结构4为至少两层加密排水结构3叠加构成，此种设置以后的“自平衡体系”，复垦后，小型农耕机械将此“自平衡体系”作为载体，自平衡结构的顶部受到小型农耕机械的载荷后，在淤泥场顶部覆设的加厚加密排水结构4和淤泥场内的加密排水结构3起到加筋的同时，当加密排水结构3变形时受到围堰1内排水结构2的限制，对加密排水结构3产生来自两侧的拉力，同样的加长了锚固长度，在加密排水结构3两端产生锚固效应，提高了地基的承载能力。

实施例3：

由于我国为农业大国，每年农村都会产生大量的废弃秸秆，废弃秸秆常常被丢弃或焚烧，给自然环境带来了巨大的破坏，为了解决环境污染以及对废弃材料的重复再利用问题，本申请中的排水结构2、加密排水结构3以及加厚加密排水结构4均采用秸秆绳编织形成；

秸秆绳选用方便，其作为排水介体时具有较优的排水渗透能力，同时秸秆里含有大量的钾肥和少量其他微量元素，秸秆在腐烂后成为钾肥和有机肥，为田地提供养分，充分利用了废弃秸秆资源。

实施例4：

当按照实施例3的做法，排水结构2、加密排水结构3以及加厚加密排水结构4均采用秸秆绳编织形成的话，在连通管13靠近两个端部的位置分别开设贯通的连接孔15，图6中的连接件12在内部形成连通，排水结构2的一端插设在一个连接孔15内，加密排水结构3与连接件12相邻的一端插设在另一个连接孔15内，而排水结构2的一端以及加密排水结构3的一端在连接件12内形成连通，由于秸秆本身具有全表面透水的特性，进一步提升了排水结构2以及加密排水结构3的连通排水能力。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。