CN104818707A - 应用棉花秸秆固结和固化疏浚淤泥、新吹填土的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用棉花秸秆固结和固化疏浚淤泥、新吹填土的方法，该方法执行以下步骤：将棉花秸秆制成棉花秸秆捆并组合形成棉花秸秆柱体，然后***到待处理的淤泥或新吹填土中作为竖向排水体；在待处理的淤泥或新吹填土的表面铺设横向排水体后覆盖一层密封膜，然后将密封膜与抽真空装置进行连接，使用该抽真空装置对淤泥进行真空预压固结处理；在真空预压固结处理后，往棉花秸秆柱体内灌入固化剂和缓凝剂使之成为加固淤泥或新吹填土用的棉花秸秆，从而完成对疏浚淤泥或新吹填土的固结和固化。该方法能够使前期的真空预压排水固结与后期的灌浆固化两种功能合二为一，并使用环保固化剂，可以降低施工成本并提高其施工效率，大幅缩短施工周期。

Description

应用棉花秸秆固结和固化疏浚淤泥、新吹填土的方法

技术领域

本发明涉及一种应用棉花秸秆固结和固化疏浚淤泥、新吹填土的方法，属于水利、航道工程技术领域。

背景技术

随着沿海大开发的快速推进，围海吹填造地已成为沿海地区解决土地资源紧缺的重要途径，大规模围海吹填造地此起彼伏，连云港、盐城、天津、温州、厦门、广州南沙港以及深圳等地区，数百万平方公里的吹填造地区域已列入发展规划中。

新近吹填土多为浮泥～流泥状超软土，承载力几乎为0，人员和机械设备无法进场。面对如此超软土地基，常采用浅层加固后再深层处理的方法。浅层加固常采用自然晾晒法、化学固化法、真空预压法等，后期深层处理常采用打桩或深层搅拌法。

在这些加固方法中，自然晾晒法需要寻找大面积的晾晒场地，面临场地征用和来回土方运输问题，且翻晒受天气影响大，耗时较长，需1～2年，甚至更长时间，且形成硬壳层的厚度小，难以支撑加固下卧软土的机械设备荷载。化学固化法成本极高(约需200元/m²)，且水泥固化材料可致严重环境污染。真空预压法虽然成本低、施工便利，在吹填土加固工中得到广泛应用，但是随着公路建设、港口建设、围海造地等各种工程建设的日益增多，砂资源已日益成为紧缺资源，其水平砂垫层及竖向砂井的使用必然导致真空预压法成本的增加。另外，要想获得更高承载力，真空预压处理完毕后，还需进行再次的深层处理，比如深层搅拌法或打桩，所消耗的人力物力较大。

另一方面，农作物秸秆是农业生产中的主要废弃物之一，目前全世界每年农业生产中产生的秸秆为1000亿～2000亿吨，中国每年有近6亿吨秸秆，而被利用的不足2000万吨，约97%的秸秆被焚烧、堆积和遗弃，这对环境造成了极大的破坏。

秸秆排水在近年已有应用，比如，采用掺入麦秸秆的灰土制作简易的泄水槽用于公路路基排水；将进行过防腐处理的秸秆段放入无纺布袋中进行扎实，并将此作为排水体用于农田排水中等。

秸秆加筋在近年也有应用。比如，麦秸秆被应用于加筋粘性土和砂土；稻秸秆被应用于Kuttanad黏土加固改良；以防腐处理后的麦秸秆作加筋材料固化滨海盐渍土。但现有的相关理论研究多为定性成果，且现有的理论成果也多是人造纤维、土工格栅、土工织物等其他土工合成材料等。

到目前为止，利用秸秆自身筋材特性灌浆固化成桩的理论研究及工程应用成果很少，但也出现了少量有益成果报道，比如将切碎的细小麦秸秆应用于钢筋水泥土搅拌桩；将棉花秸秆粉与轻质碳酸钙、膨润土、硅灰等混合、稻秸秆粉与石灰粉、石英砂、粉煤灰、秋团土等混合、秸秆、煤矸石碳化粉细小颗粒与水泥或石灰和防水胶等混合制成墙体等。但这些方法一般都使用非环保固化剂（如水泥等），而非环保固化剂的生产和使用均会对环境造成巨大的破坏作用。

发明内容

本发明要解决技术问题是：针对真空预压固结处理后的淤泥或新吹填土强度较低的缺点，提供一种应用棉花秸秆固结和固化疏浚淤泥、新吹填土的方法，能够使前期的真空预压排水固结与后期的灌浆固化两种功能合二为一，该方法不但节能环保，而且可以降低施工成本并提高其施工效率，大幅缩短施工周期。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种应用棉花秸秆对疏浚淤泥、新吹填土进行固化的方法，顺序执行以下步骤：

1）将棉花秸秆制成棉花秸秆捆，所述棉花秸秆捆的底面和顶面相应位置分别制有对应的凸块和凹坑；

2）将多个棉花秸秆捆通过凸块和凹坑配合定位形成棉花秸秆柱体，将所述棉花秸秆柱体的***包裹一层土工布，然后***到待处理的淤泥或新吹填土中作为竖向排水体；

3）在待处理的淤泥或新吹填土的表面铺设横向排水体后覆盖一层密封膜，然后将密封膜与抽真空装置进行连接，使用该抽真空装置对淤泥进行真空预压排水固结处理；

4）在真空预压固结处理后，往棉花秸秆柱体内灌入固化剂和缓凝剂使之成为加固淤泥或新吹填土用的棉花秸秆桩，从而完成对疏浚淤泥或新吹填土的固化。

所述固化剂优选脱硫石膏和矿渣。所述缓凝剂优选淤泥和石灰的混合浆液、氢氧化钠和/或复合激发剂CSN。

所述棉花秸秆可以选用田里直接收割后去除根部的棉花秸秆，所述棉花秸秆捆的直径为300～600mm。

本发明中所述的固化和固结均是本领域的常用技术术语，通常固化是指向淤泥中加入水泥、石灰等固化材料，通过固化材料与土颗粒等发生化学反应，产生碳酸钙等胶结材料，将土颗粒胶结，达到处理目的；而固结是指通过对土体施加外力，如加载、真空负压等，将土体压密，水被挤出，达到加固目的。前者属于化学处理方法，后者属于物理处理方法。

本发明直接选用田里直接收割后去除根部的棉花秸秆制成棉花秸秆柱体，并在棉花秸秆柱体的***包裹了一层土工布，这样棉花秸秆柱体在真空预压固结时，可以利用其自身所具备的一定强度刚度以及天然镂空的良排水特性，尽好排水体功能。在真空预压固结处理后，往棉花秸秆柱体内灌入固化剂和缓凝剂等添加剂，使棉花秸秆柱体形成棉花秸秆桩，起到深层加固的作用。因此，本发明可以充分利用棉花秸秆的枝蔓作良好筋材与骨架，灌以煅烧后的石膏（脱硫石膏）和矿渣等浆液来制备桩体，不仅耐磨蚀，而且施工效率与施工成本优势显著。

综上所述，本发明还具有以下优益效果：

（1）本发明利用棉花秸秆将疏浚淤泥、新吹填土的前期排水固结和后期灌浆固化结合在一起，将棉花秸秆制成棉花秸秆柱体，前期作为排水体、后期作为固化桩，不仅可大大减轻棉花秸秆焚烧或造纸所引起的空气和水污染，社会效益显著，而且充分利用棉花秸秆柱体的优异排水功能，并结合环境友好成本低廉的固化剂，从而大为降低高含水率淤泥与吹填土传统用砂井或排水带固结排水与常规水泥固化处理的施工成本、大幅提高其施工效率，经济效益巨大。

（2）申请人经长期的科研发现，将棉花秸秆制成棉花秸秆柱体在排水固结方法中用作排水体，可以达到很好的排水效果，而且吸纳消化大量农产品废弃物秸秆，将废弃的可再生棉花秸秆资源应用于高含水率淤泥或新吹填土的固结排水，从而大大减轻棉花秸秆焚烧或造纸所引起的空气和水污染。

本发明直接使用收割后去除根部的棉花秸秆，相较于现有技术中使用的其他如稻麦秸秆等需要进行切碎等处理，本发明的棉花秸秆不需要进行二次加工，即可在真空预压排水固结阶段，充分利用棉花秸秆自身所具备的一定强度刚度以及天然镂空的良排水特性，尽好排水体功能。

（3）本发明在固化阶段，可以充分利用棉花秸秆的枝蔓作良好筋材与骨架，灌以煅烧后的石膏（脱硫石膏）等浆液来制备桩体。与现有技术中对浅层疏浚淤泥、新吹填土加固固结完成后，在需要作为建筑地基或路基时，需要对固结后的疏浚淤泥、新吹填土进行深层搅拌或打桩，本发明只需在棉花秸秆柱体中灌入固化剂和缓凝剂，不需要进行其他的深层处理。

（4）本发明使用的固化剂采用脱硫石膏和矿渣，即使用无毒性的脱硫石膏配合矿渣作为固化剂，与麦秸秆、稻秸秆以及棉花秸秆纤维、棉花秸秆粉混合水泥制成的固化桩体相比，本发明的固化剂对环境污染可大大减小，对环境更友好。

（5）棉花秸秆本身就具有较好的耐腐蚀性，因此本实发明中棉花秸秆腐烂速度及同等时间下的腐烂程度要远远低于麦秸秆、稻秸秆等其他种类秸秆，且将棉花秸秆打成棉花秸秆捆，更进一步提高了其耐腐蚀性。因此本发明中仅使用石灰浆液对棉花秸秆起防腐作用，防腐剂的使用量要远远小于麦秸秆、稻秸秆以及棉花秸秆纤维、棉花秸秆粉等，且施工环节也少了将棉花秸秆加工成短碎纤维、粉、颗粒等环节。

本发明步骤4）中往棉花秸秆柱体内灌入固化剂和缓凝剂的优选方法是：将固化剂和缓凝剂加入水中制成浆液，将注浆管***棉花秸秆柱体内的中心至底部，将注浆管与注浆泵相连接，再通过注浆泵将所述浆液压入棉花秸秆柱体内，使棉花秸秆柱体内充满浆液。所述注浆管优选多孔PVC管。

在实际操作时，可将注浆管***棉花秸秆柱体的中心至底部，并在边注浆的同时边拔出注浆管。另外，通过注浆泵将所述浆液压入棉花秸秆柱体时，使用搅拌机将所述浆液进行搅拌。

本发明在步骤3）中进行真空预压排水固结时，所述横向排水体优选麦秸秆毯和/或稻秸秆毯，所述麦秸秆毯的厚度为5cm~20cm。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例中棉花秸杆捆的结构示意图。

具体实施方式

实施例

本实施例的应用棉花秸秆对疏浚淤泥、新吹填土进行固结的方法，顺序执行以下步骤：

1）将棉花秸秆制成棉花秸秆捆，所述棉花秸秆捆的底面和顶面相应位置分别制有对应的凸块和凹坑；本实施例中棉花秸秆捆如图1所示，这样可以很方便地将凸块和凹坑叠置。

本实施例可以直接选择田里直接收割后去除根部的棉花秸秆，保证棉花秸秆捆的直径为300～600mm之间，并使制成的棉花秸秆捆形状大小均基本一致。

2）将多个棉花秸秆捆通过凸块和凹坑配合定位形成棉花秸秆柱体，将所述棉花秸秆柱体的***包裹一层土工布，然后***到待处理的淤泥或新吹填土中作为竖向排水体。这样将土工布包裹在棉花秸秆柱体上，可以防止淤泥或新吹填土中的碎石等块状物进入棉花秸秆柱体内。

3）在待处理的淤泥或新吹填土的表面铺设横向排水体后覆盖一层密封膜，然后将密封膜与抽真空装置进行连接，使用该抽真空装置对淤泥进行真空预压排水固结处理。

本实施例中横向排水体优选麦秸秆毯，所述麦秸秆毯的厚度为5cm~20cm。当然横向排水体也可以采用其他形式，比如传统的砂垫层或者稻秸秆毯等。

4）在真空预压固结处理后，往棉花秸秆柱体内灌入固化剂和缓凝剂使之成为加固淤泥或新吹填土用的棉花秸秆桩，从而完成对疏浚淤泥或新吹填土的固化。

本实施例中所述固化剂选用脱硫石膏，当然也可以选用矿渣，或者矿渣与脱硫石膏的混合物。

本实施例中所述缓凝剂优选淤泥和石灰的混合浆液、氢氧化钠和/或复合激发剂CSN。

本实施例中所述棉花秸秆可以选用田里直接收割后去除根部的棉花秸秆，所述棉花秸秆捆的直径为300～600mm。

本实施例在往棉花秸秆柱体内灌入固化剂和缓凝剂的方法是：将固化剂和缓凝剂加入水中制成浆液，将注浆管***棉花秸秆柱体内的中心至底部，将注浆管与注浆泵相连接，再通过注浆泵将所述浆液压入棉花秸秆柱体内，使棉花秸秆柱体内充满浆液。所述注浆管优选多孔PVC管。

在实际操作时，可将注浆管***棉花秸秆柱体的中心至底部，并在边注浆的同时边拔出注浆管。另外，通过注浆泵将所述浆液压入棉花秸秆柱体时，可以使用搅拌机将所述浆液进行搅拌。

当然，本实施例也可以采用其他的方法灌入固化剂和缓凝剂，只要能够使所述浆液能够充满棉花秸秆柱体即可。

本实施例将原来分别独立实施的淤泥或新吹填土的固结排水与灌浆成桩固化加固处理合二为一，只需进行一次连续的操作即可完成，因此降低了施工成本并大幅提高了施工效率，并减少水泥固化的污染。同时，将农业废弃物棉花秸秆运用于大规模沿海开发围海吹填造地工程，拓展了秸秆的综合利用新途径，使之转化成新的土工再生资源,较好缓解秸秆焚烧所引起的空气污染，社会效益显著，对社会的可持续发展具有重要意义。

本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换形成的技术方案，均为本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种应用棉花秸秆固结和固化疏浚淤泥、新吹填土的方法，其特征在于，顺序执行以下步骤：

1）将棉花秸秆制成棉花秸秆捆，所述棉花秸秆捆的底面和顶面相应位置分别制有对应的凸块和凹坑；

2）将多个棉花秸秆捆通过凸块和凹坑配合定位形成棉花秸秆柱体，将所述棉花秸秆柱体的***包裹一层土工布，然后***到待处理的淤泥或新吹填土中作为竖向排水体；

3）在待处理的淤泥或新吹填土的表面铺设横向排水体后覆盖一层密封膜，然后将密封膜与抽真空装置进行连接，使用该抽真空装置对淤泥进行真空预压排水固结处理；

4）在真空预压固结处理后，往棉花秸秆柱体内灌入固化剂和缓凝剂使之成为加固淤泥或新吹填土用的棉花秸秆桩，从而完成对疏浚淤泥或新吹填土的固化。

2.根据权利要求1所述的应用棉花秸秆固结和固化疏浚淤泥、新吹填土的方法，其特征在于：所述固化剂是脱硫石膏和矿渣。

3.根据权利要求1或2所述的应用棉花秸秆固结和固化疏浚淤泥、新吹填土的方法，其特征在于：所述缓凝剂是淤泥和石灰的混合浆液、氢氧化钠和/或复合激发剂CSN。

4.根据权利要求1所述的应用棉花秸秆固结和固化疏浚淤泥、新吹填土的方法，其特征在于：所述棉花秸秆捆的直径为300～600mm。

5.根据权利要求1所述的应用棉花秸秆固结和固化疏浚淤泥、新吹填土的方法，其特征在于：所述棉花秸秆为田里直接收割后去除根部的棉花秸秆。

6.根据权利要求1所述的应用棉花秸秆固结和固化疏浚淤泥、新吹填土的方法，其特征在于，步骤4）中往棉花秸秆柱体内灌入固化剂和缓凝剂的具体方法是：将固化剂和缓凝剂加入水中制成浆液，将注浆管***棉花秸秆柱体内的中心至底部，将注浆管与注浆泵相连接，再通过注浆泵将所述浆液压入棉花秸秆柱体内，使棉花秸秆柱体内充满浆液。

7.根据权利要求6所述的应用棉花秸秆固结和固化疏浚淤泥、新吹填土的方法，其特征在于：将注浆管***棉花秸秆柱体的中心至底部，并在边注浆的同时边拔出注浆管。

8.根据权利要求6所述的应用棉花秸秆固结和固化疏浚淤泥、新吹填土的方法，其特征在于：通过注浆泵将所述浆液压入棉花秸秆柱体时，使用搅拌机将所述浆液进行搅拌。

9.根据权利要求6-8之任一所述的应用棉花秸秆固结和固化疏浚淤泥、新吹填土的方法，其特征在于：所述注浆管为多孔PVC管。

10.根据权利要求1所述的应用棉花秸秆固结和固化疏浚淤泥、新吹填土的方法，其特征在于：步骤3）中进行真空预压排水固结时，所述横向排水体为麦秸秆毯和/或稻秸秆毯。