一种淤泥质土的水力冲挖制浆配比方法与流程

本发明涉及水力冲挖制浆配比施工领域，特别是淤泥质土水力冲挖制浆配比的确定方法。

背景技术：

水力冲挖是一种新型基坑开挖方式，其施工原理是模拟自然界的水流冲刷现象，借水力的作用来完成土方工程的施工作业，水流由高压泵产生压力，经输水管输送，通过水枪喷射出一股密集的高压、高速柱状水流，对要开挖的土体进行切割、粉碎，使之湿化、崩解，形成泥浆，再由泥浆泵及其输泥管道输送到弃土区。

通常情况下，对高层建筑基坑进行土方开挖，常采用人工挖掘、机械挖掘、人工机械配合等方法，常规的挖掘方法工期长、效率低；另外开挖的土体采用传统的渣土车进行运输，会引起城市环境污染问题，渣土车运输还经常受到临时管制，导致出土困难，影响工期。水力冲挖技术则能有效避免这些问题并具有工期短、少噪音、少污染等绿色和生态优点，符合生态文明建设与绿色发展要求。

在泥浆输送过程中，增大泥浆含水量以提高管道流速对提高管道运输效率具有明显的作用，然而过大的含水量必然造成泥浆运输时间的增长和资源的浪费，但流速太低又会导致淤泥沉积堵塞管道。因此需要合理控制泥浆的含水量，使其达到输送效率最高的经济流速。该流速一般略大于临界流速，临界流速是管道水力输送过程中最重要的参数之一，直接关系到管道运行的安全可靠性和经济实用性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，提供一种淤泥质土的水力冲挖制浆配比方法，解决现有水力冲挖制浆后泥浆配比不明确，泥浆过稀导致泥浆泵效率降低，泥浆过稠导致泥浆泵管道堵塞的问题，实现水力冲挖工作效率的最优化。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提出一种针对淤泥质土的水力冲挖制浆配比方法，具体步骤如下：

步骤一、通过室内试验测定淤泥质土的比重ds；

步骤二、做颗粒筛分试验得出级配，得到小于该粒径的颗粒含量占85％的颗粒粒径d85；

步骤三、由步骤一和步骤二得出e.j.瓦斯普公式中的浆体体积浓度cv、泥浆密度ρk；e.j.瓦斯普公式为：

式中：vc代表临界流速；d代表泥浆泵管道直径；ρg代表淤泥质土的天然密度；

其中，w0为原淤泥质土的天然含水量，w为加水后泥浆的含水量；

步骤四、根据e.j.瓦斯普公式得出有关以含水量w为变量的临界流速vc，

步骤五，得出每立方米的淤泥加水后在含水量w情况下以临界流速输出所需的时间t，

步骤六，通过matlab计算得到时间和含水量的关系曲线，并找到最优点，得到最佳含水量，该点处每立方米的淤泥冲水后得到的泥浆以临界流速输出所需的时间最少，该含水量为最佳含水量。

进一步的，本发明所提出的一种针对淤泥质土的水力冲挖制浆配比方法，泥浆泵管道直径取15cm，20cm，30cm，或者35cm。

进一步的，本发明所提出的一种针对淤泥质土的水力冲挖制浆配比方法，步骤一所述的比重ds，取平均值2.72；步骤二所述的d85＝0.033mm。

进一步的，本发明所提出的一种针对淤泥质土的水力冲挖制浆配比方法，淤泥质土的基本物理力学性质指标如下：

含水量w0＝31.7％～41.3％,比重ds＝2.71～2.74,重度γ＝16.7～18.3kn/m³，孔隙比e0＝0.95～1.2，液限wl＝31.5～41.9，塑限wp＝20.3～27.2；

其中，对于含水量为31.7％的淤泥质土，每一立方米的土采用高压水枪冲射0.78m³的水，对于含水量为41.3％的淤泥质土，每一立方米的土采用高压水枪冲射0.29m³的水,使得泥浆含水率分别达到94％和61.4％，介于含水量为31.7％和41.3％之间的淤泥质土，需要冲射的水量采用线性内插法进行计算。

本发明的有益效果体现在：

本发明提供的淤泥质土水力冲挖泥浆配比的确定方法简单、科学、可行性高。该方法能够有效地解决以往高压水枪输出水量不确定，泥浆泵往外输出泥浆时泥浆过稀导致工程效率低，或泥浆过稠导致泥浆泵磨损大，机器耗能大的问题。对水力冲挖技术本身的发展有积极的推动作用，并且合理的泥浆配比避免了水、电的不必要浪费，节能环保，具有显著的技术经济效益和社会效益。

附图说明

图1是南京某淤泥质土的级配曲线图。

图2是初始含水量为31.7％的淤泥质土在临界流速下泥浆含水量和输出时间的关系曲线图。

图3是初始含水量为31.7％的淤泥质土在临界流速下泥浆含水量和输出时间的关系曲线局部放大图。

图4是初始含水量为41.3％的淤泥质土在临界流速下泥浆含水量和输出时间的关系曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做进一步具体的介绍。

本发明针对淤泥质土水力冲挖制浆，每立方米的土用高压水枪喷射一定水量，使泥浆达到临界流速状态。

临界流速是一个既能降低输送能耗又能提高输送效率的经济速度，采用e.j.瓦斯普公式得出临界流速。e.j.瓦斯普公式为：

式中：vc—临界流速(m/s)；

cv—浆体体积浓度(％)；

d—泥浆泵管道直径(m)；

ρg—淤泥质土的天然密度(g/cm³)；

ρk—泥浆密度g/cm³；

d85—小于该粒径的颗粒含量占85％的颗粒粒径(m)。

本发明针对一定物理指标范围内的淤泥质土，提供了一种水力冲挖制浆配比的确定方法，该种淤泥质土的物理指标如下：

含水量w0＝31.7％～41.3％,比重ds＝2.71～2.74,重度γ＝16.78～18.34kn/m³，孔隙比e0＝0.956～1.21，液限wl＝31.5～41.9，塑限wp＝20.3～27.2；

该种水力冲挖制浆配比确定方法的具体步骤如下：

步骤一，通过室内试验测定淤泥质土的比重ds，本发明取平均值2.72；

步骤二，做颗粒筛分试验得出级配，级配曲线图如图1所示，得到d85＝0.033mm；

步骤三，由步骤一和步骤二可以得出e.j.瓦斯普公式中的cv、ρk；

其中，w0为原淤泥质土的天然含水量，w为加水后泥浆的含水量；

步骤四，根据e.j.瓦斯普公式得出有关以含水量w为变量的临界流速vc；

步骤五，得出每立方米的淤泥加水后在含水量w情况下以临界流速输出所需的时间t，

步骤六，通过matlab计算得到时间和含水量的关系曲线，并找到最优点，得到最佳含水量，该点处每立方米的淤泥冲水后得到的泥浆以临界流速输出所需的时间最少，该含水量为最佳含水量；

本发明中的泥浆泵运送管道直径取15cm，20cm，30cm，35cm；

参考图2至图4所示，根据计算结果可知，对于含水量为31.7％的淤泥质土，每立方米的土采用高压水枪冲射0.78m³左右的水，对于含水量为41.3％的淤泥质土，每立方米的土采用高压水枪冲射0.29m³左右的水,使得泥浆含水量分别达到94％和61.4％左右。

介于原含水量为31.7％和41.3％之间的淤泥质土，需要冲射的水量可以采用线性内插法进行计算。

本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。