一种用于浅层开挖回填的液态固化土施工装置与方法

本发明属于岩土工程中土体加固装置的，尤其涉及一种用于浅层开挖回填的液态固化土施工装置与方法。

背景技术：

1、随我国经济建设和城镇化建设发展，市政建筑、交通水利和城市地下空间等基础建设与更新体量巨大，随之产生废弃泥浆的各类岩土工程越来越多。据统计,我国每年产生建筑泥浆约3亿m3,而且还在以10％的速度递增。更严重的是,在巨大的经济利益驱动下,一些建筑工地趁监管漏洞将建筑泥浆偷排乱排,造成大量市政管道堵塞、水体和土壤的环境污染。故为工程泥浆找到1条绿色、经济、环保的处理方式已成为建筑行业发展中亟待解决的问题。因此，我们的技术提出一种回填的施工设备和施工方法。

2、现阶段，城市更新综合管廊铺设、市政管网开挖回填多采用压实土，但这种方法存在许多问题，如工期较长，材料运输成本高，影响城市交通正常运行等。在工程中主要针对泥浆的研究多数都是围绕制造分离的设备和添加各种絮凝剂方面，对于固化处理泥浆的技术目前还不是很成熟。现在急需寻找一种合理的、经济、环保的处理方式，这样不仅能解决泥浆污染等环境问题，还能极大的节约资源，实现资源的回收利用。根据目前国内外废弃泥浆的处理技术来看，对废弃工程泥浆的处理方法，固化法和化学絮凝法带来的效益以及对环境的破坏程度较轻。

3、流态固化土具有可泵性、流动性强和自密实性的特点可应用于各种大体量和狭小、异性等结构复杂的基坑，可避免传统基坑回填方式的不稳定性，确保基坑的回填施工质量；施工过程中不需要采用压路机等大型夯实设备，减小了施工外力对结构的影响甚至破坏；同时预拌流态固化土采用就地取材、原地建站、集中搅拌、连续浇筑的施工方法，预拌流态固化土质量稳定，对现场浇筑条件要求较低。

4、但流态固化土目前仍未广泛利用，主要有以下几个原因。1、环境治理难度大：流态固化土需要与大量水混合固化，如果材料处理不当，会对环境造成污染，难以治理。2、固化时间长：相比其他固化材料，流态固化土的固化时间较长，需要多次灌注和加压。这会增加工程的时间和成本。3、不适用于陡峭或小面积斜坡：由于流态固化土是通过水混合成型的，因此无法在陡峭的山坡或小面积斜坡上使用。这限制了其应用范围。4.抗压强度较低：相比其他建筑材料，流态固化土的抗压强度较低。这限制了其在高层建筑和高速公路等场合的应用。

5、工程泥浆是泥浆中的一种，是主要由黏土、膨润土和水这几种成份组成，如果废弃泥浆得不到有效处理，就会引起施工后的麻烦。在国内有些企业在施工过程中直接就地排放，造成对周边自然植被破坏、土地大量污染，当采用排放到水里，就会对周围水质破坏，危机居民饮用的安全。另外，如果将废弃泥浆采用就地排放或简单掩埋的方式，因为长时间得不到治理，可能数年不会干涸，对环境和生命健康造成威胁。

6、目前我国建筑废弃泥浆一般采用槽罐车运出坑内填埋或化学固化处理方法。坑内填埋的方法指将泥浆直接运到指定地点堆放或填埋的处理方法，这样处理的缺点是排放运输成本高昂,泥渣土需要占用大量堆放场地,代价巨大。化学固化处理的缺点是要用到大量的絮凝药剂和凝聚作用药剂,将固体和液体分离的仪器设备价格昂贵,处理成本高,并且操作流程复杂繁琐。同时,分离出来的液体一般还需要进一步净化处理后才能达标排放，分离出来的渣土目前也很难再利用。由此可见，废弃泥浆的处理技术是势在必行的。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：针对土的工程分类为粉土或黏性土的工程废弃泥浆，通过工程废弃泥浆快速脱水，利用其底泥制备成为流态固化土，应用于城市道路、管线等浅层开挖后快速回填。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种用于浅层开挖回填的液态固化土施工装置，包括沟槽，沟槽长度方向的两端分别设置充气橡胶气囊，两个充气橡胶气囊之间夹持管廊，管廊与沟槽的侧壁之间设置与管廊平行的水平向螺纹形搅拌装置，水平向螺纹形搅拌装置通过伸缩装置与移动装载设备相连。

3、优选的是，本发明沟槽的侧周对称设置左侧隔水挡板、右侧隔水挡板。

4、优选的是，本发明管廊与沟槽的侧壁之间填充有工程废弃泥浆。

5、优选的是，本发明左侧隔水挡板与右侧隔水挡板上分别设置排水阀门机构，所述排水阀门机构包括升降挡板、可开关排水口、挡板升降操控旋钮和排水洞；可开关排水口的纵向上端部设置升降挡板，排水洞的纵向上端部设置挡板升降操控旋钮，挡板升降操控旋钮与升降挡板相配合。

6、一种用于浅层开挖回填的液态固化土施工方法，包括如下步骤：

7、步骤s1：测定工程废弃泥浆的含水率、泥浆土的工程分类与泥浆土可交换阳离子容量；

8、步骤s2：使用充气橡胶气囊对沟槽横向两端进行隔水：对拟回填区间沟槽的两端分别布置前充气橡胶气囊与后充气橡胶气囊，对充气橡胶囊注气直至鼓起填满沟槽两端横截面，使泥浆无法从两端流出，实现开挖沟槽的分段隔离；

9、步骤s3：在分段隔水区间内的沟槽横向两侧分别布置左侧隔水挡板与右侧隔水挡板；

10、步骤s4：向分段隔水区间内的沟槽内灌入工程废弃泥浆；

11、步骤s5：对工程废弃泥浆进行固液分离：在泥浆中添加阳离子型季铵盐，实现固液分离；

12、步骤s6：排出固液分离后工程废弃泥浆上清液：待开挖区底部形成稳定沉积土后，通过排水阀门机构控制上层液体排水液面高度，使稳定沉积土表层的上层液体自排水阀门机构侧向排除，并收集；

13、步骤s7：测定稳定沉积土含水率，当固液分离后开挖区底部形成的稳定沉积土表面高度低于开挖后所需回填高度，重复步骤s4至步骤s6；

14、步骤s8；在沉积土中添加固化剂和土壤保水材料，根据回填后路用性能要求，选择固化剂和保水材料；

15、步骤s9：采用水平向螺纹形搅拌装置对加入固化剂与土壤保水材料的沟槽中固化土进行搅拌；

16、步骤s10：撤去挡板与相关装备，移动设备与卡车进行下一段施工，重复步骤s2到步骤s9。

17、优选的是，本发明步骤s8中的固化剂为高铝酸盐水泥。

18、优选的是，本发明步骤s8中的土壤保水材料为工业级羧甲基纤维素钠。

19、优选的是，本发明步骤s9中水平向螺纹形搅拌装置的有效搅拌直径为30cm，搅拌时间5min，搅拌速率30r/min。

20、有益效果：

21、本发明主要利用工程废弃泥浆代替回填土，通过固液分离、固化等施工，使工程废弃泥浆成为液态固化土，用于浅层开挖后的回填施工，有助于工程废弃泥浆高效转运和资源化利用。

22、与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)工程废弃泥浆自身流动性强，相较常规流态固化土，提高施工效率；(2)回填作业不涉及压实，施工效率提升。(3)采用车载搅拌装置，比固定设备更便捷、高效。(4)充分利用工程废弃泥浆，用以回填循环利用。

技术特征：

1.一种用于浅层开挖回填的液态固化土施工装置，其特征在于：包括沟槽(15)，沟槽(15)长度方向的两端分别设置充气橡胶气囊，两个充气橡胶气囊之间夹持管廊(11)，管廊(11)与沟槽(15)的侧壁之间设置与管廊(11)平行的水平向螺纹形搅拌装置(21)，水平向螺纹形搅拌装置(21)通过伸缩装置(22)与移动装载设备(25)相连。

2.根据权利要求1所述的用于浅层开挖回填的液态固化土施工装置，其特征在于：沟槽(15)的侧周对称设置左侧隔水挡板(23)、右侧隔水挡板(24)。

3.根据权利要求1所述的用于浅层开挖回填的液态固化土施工装置，其特征在于：管廊(11)与沟槽(15)的侧壁之间填充有工程废弃泥浆(14)。

4.根据权利要求1所述的用于浅层开挖回填的液态固化土施工装置，其特征在于：左侧隔水挡板(23)与右侧隔水挡板(24)上分别设置排水阀门机构，所述排水阀门机构包括升降挡板(28)、可开关排水口(29)、挡板升降操控旋钮(210)和排水洞(211)；可开关排水口(29)的纵向上端部设置升降挡板(28)，排水洞(211)的纵向上端部设置挡板升降操控旋钮(210)，挡板升降操控旋钮(210)与升降挡板(28)相配合。

5.基于权利要求1-4任一项所述的用于浅层开挖回填的液态固化土施工装置的施工方法，其特征在于包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的用于浅层开挖回填的液态固化土施工方法，其特征在于上述步骤s8中固化剂为高铝酸盐水泥。

7.根据权利要求5所述的用于浅层开挖回填的液态固化土施工方法，其特征在于上述步骤s8中土壤保水材料为工业级羧甲基纤维素钠。

8.根据权利要求5所述的用于浅层开挖回填的液态固化土施工方法，其特征在于上述步骤s9中水平向螺纹形搅拌装置的有效搅拌直径为30cm，搅拌时间5min，搅拌速率30r/min。

技术总结
一种用于浅层开挖回填的液态固化土施工装置，包括沟槽，沟槽长度方向的两端分别设置充气橡胶气囊，两个充气橡胶气囊之间夹持管廊，管廊与沟槽的侧壁之间设置与管廊平行的水平向螺纹形搅拌装置，水平向螺纹形搅拌装置通过伸缩装置与移动装载设备相连。本发明主要利用工程废弃泥浆代替回填土，通过固液分离、固化等施工，使工程废弃泥浆成为液态固化土，用于浅层开挖后的回填施工，有助于工程废弃泥浆高效转运和资源化利用。

技术研发人员：范日东,王坤,孙文静,杨鹏
受保护的技术使用者：东华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24