CN106904916B - 一种填海围堰用模袋固化土及其制备方法和应用方法 - Google Patents

一种填海围堰用模袋固化土及其制备方法和应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种填海围堰用模袋固化土及其制备方法和应用方法，属于海工材料技术领域。本发明的模袋固化土以废泥浆、复合絮凝剂、泥浆结构剂和生物质纤维为原料制备而成，其中，以废泥浆的干重为基准，废泥浆干重占模袋固化土注浆时浆体总重的40～60％，复合絮凝剂占废泥浆干重的6～9％，泥浆结构剂占废泥浆干重的3～4.5％，生物质纤维占废泥浆干重的0～2.5％。采用本发明的技术方案能够有效提高填海围堰用模袋填充材料的固化效果，经固化处理后即能直接用于围海造陆，且能够满足围堤建设工程的使用需要。

Description

一种填海围堰用模袋固化土及其制备方法和应用方法
技术领域
本发明属于海工材料技术领域，更具体地说，涉及一种围堰、堤坝、护岸的堤芯结构材料及其制备方法。
背景技术
近年来，滩涂开发围海造陆工程发展方兴未艾，其中围堤建设是围海造陆工程中的必要步骤。目前国内常采用抛石、模袋砂、模袋固化土或草袋土来构筑围堤，在这些围堰材料中，草袋土的成本相对较低，但是如果草袋土码放的堤芯处于防波堤外的水位变动区，由于草袋内就地取用的土质液限较高，加上草袋体积小，码放施工后，受到浪和流的作用后，袋内土会被大量冲刷流失，最后仅剩下空袋，因此只有接近低潮位时才能施工，施工进度缓慢。
在围堰结构设计和建设中，***排淤法已得到了广泛的应用。但由于***排淤法施工受进场道路限制，不能进行多工位同步施工，并且随着政府对开山资源的控制，***排淤法的大量采用已造成当地石料的相对紧张和价格上涨；而开山石的大量利用对资源和环境造成了很大的负面影响。土工织物具有良好的排水、隔离及过滤作用，可以提高软土地基的稳定性，由此诞生了模袋砂围堤。模袋砂围堤的特点是结构整体性能良好、软土地基处理简单经济、施工效率高等，具有较高的推广应用价值，但目前砂源处于日益紧缺状态，从而限制了模袋砂围堤的应用。同时，在江河口、湖泊的综合治理和港口航道的疏浚工程中清淤会产生大量的疏浚淤泥弃置。
在以上背景下，模袋充淤筑堤技术应运而生，该技术一方面解决了砂源短缺的难题，另一方面更好地解决了港口航道的疏浚淤泥的弃置问题。但是疏浚或者吹填产生的淤泥具有高含水率、高液限、高压缩性、低强度、透水性差等特点，因此，如何使模袋充填的淤泥快速固结硬化以达到满足工程建设的需要是一项急需解决的问题。基于该问题，现有技术中通常是向模袋填充淤泥中添加固化剂对淤泥进行固结硬化处理，其中较为常用的固化剂为水泥。
如我国的天津和连云港采用PO32.5水泥作为淤泥填海造地的固化剂材料，采用模袋固化淤泥作为围堰堤芯材料，并取得了极大的社会和经济效益，但是其在工程实施过程中还存在许多问题急需解决，如固化淤泥中需要的水泥掺量比例较大，且采用水泥对淤泥进行固化处理后残留的水分含量仍较高，需要进行二次抽干处理，操作复杂，从而影响了该技术的推广应用。
为了克服采用水泥对淤泥进行固化处理存在的不足，现有技术中也有研究是采用其他不含水泥的固化剂对淤泥进行固化处理。如中国专利申请号为201510769896.4的申请案公开了一种工业废渣固化淤泥的方法，该申请案将淤泥、碱渣、矿粉、固化剂混合搅拌后进行输送摊铺、密实、养护，形成高强固化土。该申请案是利用矿渣、粉煤灰、碱渣等工业废弃物代替水泥进行淤泥固化的环保技术，从而可以做到废物利用、环境治理和废弃物的环保利用，但其对淤泥的固化效果仍难以满足要求，尤其是无法实现含水率高于80％的极稀工程废泥浆的直接和低成本固化。
因此，研究出一种固化效果好、经固化后可以直接填海造地，且同时能够满足围堤建设工程需要的固化填料及其制备方法对于滩涂开发围海造陆工程的发展就至关重要。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中采用模袋固化淤泥作为围堰堤芯材料存在的不足，而提供了一种填海围堰用模袋固化土及其制备方法和应用方法。采用本发明的技术方案能够有效提高填海围堰用模袋填充材料的固化效果，经固化处理后即能直接用于围海造陆，且能够满足围堤建设工程的使用需要。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
其一，本发明的一种填海围堰用模袋固化土，该模袋固化土以废泥浆、复合絮凝剂、泥浆结构剂和生物质纤维为原料制备而成，其中，以废泥浆的干重为基准，废泥浆干重占模袋固化土灌注浆时浆体总重的40～60％，复合絮凝剂占废泥浆干重的6～9％，泥浆结构剂占废泥浆干重的3～4.5％，生物质纤维占废泥浆干重的0～2.5％。
更进一步的，所述的废泥浆采用地挖隧道工程的泥水盾构机掘进过程中形成的废泥浆或桩基工程和地下连续墙工程施工中形成的废泥浆，该废泥浆中含有10％以上的造浆用膨润土。
更进一步的，所述的复合絮凝剂由无机絮凝剂和有机絮凝剂组成，其中无机絮凝剂占复合絮凝剂总重的99.9％～99.99％，有机絮凝剂占复合絮凝剂总重的1/1000～1/10000。
更进一步的，所述的无机絮凝剂为磨细矿渣微粉、粉煤灰、磨细炉渣、铜渣微粉、钢渣微粉和磨细天然火山灰中的一种或一种以上的组合，该无机絮凝剂粉体的比表面积≥400m2/kg；所述的有机絮凝剂为阴离子型聚丙烯酰胺PAM、阳离子型PAM、阴阳离子型PAM中的一种或一种以上的组合。
更进一步的，所述的泥浆结构剂由含碱或碱土金属的铝酸盐、硅酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硼酸盐和碳酸盐中的一种或一种以上以任意比例复合而成，或是由含上述含碱或碱土金属的铝酸盐、硅酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硼酸盐和碳酸盐成分的复盐物质中的一种或一种以上以任意比例复合而成，泥浆结构剂粉体的比表面积≥350m2/kg；所述的生物质纤维采用粉碎后秸秆和糖厂的甘蔗渣，其直径为0.1～1mm，长度为5～30mm。
其二，本发明的一种填海围堰用模袋固化土的制备方法，该方法是将废泥浆、复合絮凝剂、泥浆结构剂和生物质纤维按照原料配比混合并搅拌形成均匀的浆体后，灌注到水工模袋内在海水中经固化和硬化而形成模袋固化土的。
更进一步的，所述的模袋由无纺布缝制而成，模袋上留有3～6个充填袖口，其长度方向尺寸与围堰堤心的轴心线尺寸一致，充填后形成模袋土的高度≥500mm，模袋厚度≥0.5mm。
更进一步的，其具体步骤如下：
(1)将泥水盾构机掘进过程中所形成的废泥浆或基础工程桩基施工中形成的废泥浆输送到地面上的泥浆储存罐内进行临时储存，按照计量将废泥浆从泥浆储存罐中抽取到泥浆搅拌罐中，然后根据质量配比，先加入计量好的无机絮凝剂搅拌2～10分钟，随后再加入有机絮凝剂搅拌1～2分钟；
(2)停止搅拌后，使废泥浆充分进行沉降，滤出沉淀面层以上清水，然后打开搅拌罐的底部阀门使含水率小于60％的底层泥浆直接抽入泥浆输送罐车中，通过泥浆输送罐车运送至围堰施工现场，并采用泥浆储罐或储池进行临时储存；
(3)将泥浆储罐或储池中临时储存的废泥浆输送至泥浆搅拌机中，并按照设定比例同时喂入泥浆结构剂进行搅拌，搅拌均匀后，再将其输送到预先投放布置好的模袋袖口处进行原位灌注，模袋灌注完毕后，扎死灌浆模袋袖口，并将模袋上部整平，模袋内的泥浆24h后固化完毕，即得本发明的模袋固化土。
更进一步的，所述步骤(2)中的废泥浆运送到围堰施工现场后，将其直接泵送到简易码头停靠的泥浆输送船上，由泥浆输送船将废泥浆和泥浆结构剂一起运到安装有泥浆搅拌机和泥浆输送泵的搅拌施工船边，将其和结构剂一起通过搅拌施工船上的抽吸泵，并经过分别计量，泵入泥浆搅拌机中，在海面的施工船上进行搅拌，并将拌合好泥浆结构剂的泥浆通过泥浆泵对模袋进行水下原位灌注施工。
其三，本发明的一种填海围堰用模袋固化土的应用方法，其步骤如下：在围堰施工现场按设定位置布置第一层模袋，采用本发明的方法对第一层的模袋依次进行可固化泥浆灌注，第一层模袋中的废泥浆固化完毕后再在其上布置第二层模袋，并依次进行可固化泥浆灌注，依次进行整个围堰堤芯结构的施工。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种填海围堰用模袋固化土，该模袋固化土以废泥浆、复合絮凝剂、泥浆结构剂和生物质纤维为原料制备而成，通过以废泥浆代替现有常用疏浚或者吹填产生的淤泥作为围堰堤芯材料，并通过选用合适的复合絮凝剂和泥浆结构剂对废泥浆进行固化处理，同时辅以生物质纤维的结构补强作用，即通过各组分的相互协调作用，从而可以显著提高模袋固化填料的固化效果，填料经固化处理后即可立即投入施工使用，且能够满足填海围堰工程的使用需求。
(2)本发明的一种填海围堰用模袋固化土，采用地挖隧道工程的泥水盾构机掘进过程中形成的废泥浆或桩基工程和地下连续墙工程施工中形成的含水率高于80％以上的废泥浆，即高水废泥浆作为模袋填料的主要组分，从而可以大规模快速消纳城市建设中所产生的高水废泥浆，防止其长期堆放带来的安全隐患，并使其高效资源化。
(3)本发明的一种填海围堰用模袋固化土，本发明结合废泥浆的性质，通过大量实验选择泥浆结构剂对废泥浆进行固化处理，同时对泥浆结构剂的种类及添加质量比例进行优化设计，从而能够使高水废泥浆进行高效快速固化，有利于加快围堰施工的速度，同时能够保证模袋填料的强度等性能满足使用要求。
(4)本发明的一种填海围堰用模袋固化土，只需添加较少的泥浆结构剂(占泥浆干重量的5％以下)即能实现泥浆的快速固化，从而能够有效防止其添加量较多时会影响废泥浆的流动性，因此废泥浆中不需要过量的水分维持灌注流动性，废泥浆在模袋中固化后不会产生大量水分泌出，即不会影响模袋固化土的完整性，保证了其正常使用性能。
(5)本发明的一种填海围堰用模袋固化土，所述的复合絮凝剂由有机絮凝剂和无机絮凝剂组成，并对两种絮凝剂的比例进行优化设计，通过复合絮凝剂与泥浆结构剂的相互协调作用，从而可以有效保证泥浆固化效果。其中复合絮凝剂中的无机絮凝剂组成，一方面可以保证高水废泥浆高效脱水时的快速絮凝沉淀，另一方面该成分还可以参加与结构剂共同完成的泥浆胶凝和固化反应，从而有助于进一步提高泥浆的固化速度，保证其固化效果。
(6)本发明的一种填海围堰用模袋固化土的制备方法，通过对该模袋固化土的组成、配比及具体制备工艺进行优化设计，从而可以保证其高效快速固化，固化后即可直接使用，所得固化土的强度等性能均能满足填海围堰的使用要求，且本发明所用围堰的堤芯材料成本显著低于已有模袋固化土堤芯材料(水泥作为固化材料)、模袋砂和抛石。同时，本发明的模袋固化土中含有生物质粗纤维，从而可以对固化土进行进一步增强，使模袋固化土的微观整体性也得到改善，进而能够保证其长期使用效果，因此适于推广使用。
(7)本发明的一种填海围堰用模袋固化土的应用方法，采用原位灌注方式对模袋进行泥浆灌注和固化处理，从而可以有效保证固化土的使用效果。
具体实施方式
本发明的一种填海围堰用模袋固化土，该模袋固化土以废泥浆、复合絮凝剂、泥浆结构剂和生物质纤维为原料制备而成，其中，以废泥浆的干重为基准，废泥浆干重占模袋固化土注浆时浆体总重的40～60％，复合絮凝剂占废泥浆干重的6～9％，泥浆结构剂占废泥浆干重的3～4.5％，生物质纤维占废泥浆干重的0～2.5％。
沿海城市建设和地下轨道建设工程中会产生大量的液态渣土余泥弃浆(以下简称“废泥浆”)，如果不及时进行消纳处理，将会给城市带来致命的灾害，如深圳的光明新村渣土场垮塌事件。本发明采用废泥浆代替疏浚或者吹填产生的淤泥作为模袋主要填料用于围堰筑堤，并通过选用合适的复合絮凝剂和泥浆结构剂对废泥浆进行固化和絮凝处理，即通过各组分的相互协调作用，从而可以显著提高模袋固化填料的固化效果，填料经固化处理后即可立即投入施工使用，且能够满足填海围堰工程的使用需求。
具体的，本发明所用废泥浆采用地挖隧道工程的泥水盾构机掘进过程中形成的废泥浆或桩基工程和地下连续墙工程施工中形成的废泥浆，该废泥浆中含有10％以上的造浆用膨润土，其含水量超过80％。发明人最初尝试采用以水泥为主要成分的固化剂对上述废泥浆进行固化处理，但结果表明，采用通用水泥不能将极稀的泥水盾构废泥浆和基挖工程渣泥浆等进行高效模袋固化，模袋土固化和硬化的周期偏长。本发明结合废泥浆的性质，主要通过添加泥浆结构剂对泥浆进行固化处理，并对泥浆结构剂的种类及添加质量比例进行优化设计，从而能够使高水废泥浆进行高效快速固化，有利于加快围堰施工的速度，同时能够保证模袋填料的强度等性能满足使用要求。本发明的模袋固化土中还添加有复合絮凝剂，通过复合絮凝剂与泥浆结构剂的相互协调作用，一方面可以保证泥浆的快速絮凝沉淀，另一方面还有助于进一步提高泥浆的固化速度，保证其固化效果。
具体的，本发明的泥浆结构剂由含碱或碱土金属的铝酸盐、硅酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硼酸盐和碳酸盐中的一种或一种以上以任意比例复合而成，或是由含上述含碱或碱土金属的铝酸盐、硅酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硼酸盐和碳酸盐成分的复盐物质中的一种或一种以上以任意比例复合而成，优选的特种结构剂为硅酸钠、硅酸钾、碳酸钠、碳酸钾、硫酸钠、硫酸钾、硫铝酸钾、硫铝酸钠、硅酸盐水泥熟料、铝酸盐水泥熟料及硫铝酸盐水泥熟料中的一种或一种以上的组合，泥浆结构剂粉体的比表面积≥350m2/kg。本发明的生物质纤维采用粉碎后秸秆和糖厂的甘蔗渣，其直径为0.1～1mm，长度为5～30mm。
本发明的复合絮凝剂由无机絮凝剂和有机絮凝剂组成，其中无机絮凝剂为磨细矿渣微粉、粉煤灰、磨细炉渣、铜渣微粉、钢渣微粉和磨细天然火山灰中的一种或一种以上的组合，其重量占复合絮凝剂总重的99.9％～99.99％，该无机絮凝剂粉体的比表面积≥400m2/kg。上述有机絮凝剂为阴离子型聚丙烯酰胺PAM、阳离子型PAM、阴阳离子型PAM中的一种或一种以上的组合，其重量占复合絮凝剂总重的1/1000～1/10000。其中的无机絮凝剂在酸性、中性和弱碱性的泥浆环境中均为惰性粉体，仅依靠其表面电荷即可显著加速废泥浆的快速絮凝沉淀，使废泥浆高效脱水，体积减小，有利于降低泥浆的输送成本；同时这些成分在泥浆中拌入泥浆结构剂后，又可以被泥浆结构剂激发成胶体，和泥浆结构剂一起作用，使模袋中的泥浆得到快速的固化。
本发明的上述填海围堰用模袋固化土的制备方法，该方法是将废泥浆、复合絮凝剂、泥浆结构剂和生物质纤维按照原料配比混合并搅拌形成均匀的浆体后，注入到水工模袋内在海水中经固化和硬化而形成模袋固化土的，所述的模袋由无纺布缝制而成，模袋上留有3～6个充填袖口，其长度方向尺寸与围堰堤心的轴心线尺寸一致，充填后形成模袋固化土的高度≥500mm，模袋厚度≥0.5mm。该模袋固化土制备的具体步骤如下：
(1)使用泥浆泵通过管道将泥水盾构机掘进过程中所形成的废泥浆或基础工程桩基施工中形成的废泥浆输送到地面上的泥浆储存罐内进行临时储存，按照计量将废泥浆从泥浆储存罐中抽取出来加入到泥浆搅拌罐中，然后根据质量配比，先加入计量好的无机絮凝剂搅拌2～10分钟，随后再加入有机絮凝剂搅拌1～2分钟，以使废泥浆中的固体部分得到充分絮凝沉降。
(2)停止搅拌后，使废泥浆充分进行沉降，滤出沉淀面层以上清水，然后打开搅拌罐的底部阀门使含水率小于60％的底层泥浆直接抽入(或放入)泥浆输送罐车中，通过泥浆输送罐车运送至围堰施工现场，再次由现场的泥浆泵将其抽入到现场的泥浆储罐或储池中临时储存。
(3)由泥浆泵将泥浆储罐或储池中临时储存的废泥浆输送至泥浆搅拌机中，并按照设定比例同时喂入泥浆结构剂进行搅拌，搅拌均匀后，再由高压泥浆输送泵进行远程泵送，并通过现场临时架设的管道将其输送到预先投放布置好的模袋袖口处进行原位灌注，模袋灌注完毕后，扎死灌浆模袋袖口，并将模袋上部整平，然后再对其边上摆放的第二个模袋进行原位灌注，灌注完毕后扎口和进行模袋整平，依次如此进行。模袋内的泥浆24h后固化完毕，即得本发明的模袋固化土。
上述步骤(2)中的废泥浆运送到围堰施工现场后，也可将其直接泵送到简易码头停靠的泥浆输送船上，由泥浆输送船将废泥浆和泥浆结构剂一起运到安装有泥浆搅拌机和泥浆输送泵的搅拌施工船边，将其和结构剂一起通过搅拌施工船上的抽吸泵，并经过分别计量，泵入泥浆搅拌机中，在海面的施工船上进行搅拌，并将拌合好泥浆结构剂的泥浆通过泥浆泵对模袋进行水下原位灌注施工。
本发明的一种填海围堰用模袋固化土的应用方法，在围堰施工现场按设定位置布置第一层模袋，采用本发明的方法对第一层的模袋依次进行可固化泥浆灌注，第一层模袋中的废泥浆固化完毕后再在其上布置第二层模袋，并依次进行可固化泥浆灌注，依次进行整个围堰堤芯结构的施工。通过采用原位灌注方式对模袋进行泥浆灌注和固化处理，从而可以有效保证固化土的使用效果。
为进一步了解本发明的内容，现结合具体实施例对本发明作详细描述，值得说明的是，本发明的泥浆结构剂由含碱或碱土金属的铝酸盐、硅酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硼酸盐和碳酸盐中的一种或一种以上以任意比例复合而成，或是由含上述含碱或碱土金属的铝酸盐、硅酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硼酸盐和碳酸盐成分的复盐物质中的一种或一种以上以任意比例复合而成，优选的特种结构剂为硅酸钠、硅酸钾、碳酸钠、碳酸钾、硫酸钠、硫酸钾、硫铝酸钾、硫铝酸钠、硅酸盐水泥熟料、铝酸盐水泥熟料及硫铝酸盐水泥熟料中的一种或一种以上的组合。所述的复合絮凝剂中的无机絮凝剂为磨细矿渣微粉、粉煤灰、磨细炉渣、铜渣微粉、钢渣微粉和磨细天然火山灰中的一种或一种以上的组合，由于篇幅有限，不在实施例中进行一一列举了。
实施例1
本实施例的一种填海围堰用模袋固化土，其组分由泥水盾构所形成的废泥浆、复合絮凝剂、泥浆结构剂和生物质纤维构成，以废泥浆的干重为基准，其中废泥浆干重占模袋固化土注浆时浆体重量的40％、复合絮凝剂占废泥浆干重的6％、泥浆结构剂占废泥浆干重的3％、粗生物质纤维占废泥浆干重的1％。这些成分被拌合成组成均匀的浆体后，灌注入到水工模袋内，在海水中固化和硬化成模袋固化土。
本实施例的废泥浆为在地挖隧道泥水盾构机掘进过程中连续形成的废弃泥浆，其含水量为80％，其中还含有少量无法回收的盾构造浆用膨润土。本实施例的复合絮凝剂是由无机絮凝剂和有机絮凝剂组成，其中无机成分为比表面积400m2/kg的矿渣微粉，其占复合絮凝剂总重的99.99％；有机成分为阴离子型聚丙烯酰胺(PAM)，分子量1600万，其重量占复合絮凝剂总重的1/10000。
本实施例的泥浆结构剂是硅酸盐水泥熟料和硫铝酸盐水泥熟料混合磨细而成，混合比例为1:1，比表面积350m2/kg；所述的粗生物质纤维为粉碎后的秸秆，直径1mm，长度30mm；所述的土工布模袋为无纺布缝制成的大型布袋，其长度方向尺寸与围堰堤心的轴心线尺寸一致，充填后形成模袋土的高度≥500mm，模袋上留有6个充填袖口，模袋厚度1mm。
具体的，本发明的模袋固化土是按照以下施工方法实现的：
(1)首先使用泥浆泵1通过管道将盾构机掘进过程中所形成的废泥浆送到地面上的泥浆储存罐2内进行临时储存，然后再按照容积计量，从泥浆储存罐中抽取出来加入到泥浆搅拌罐3中，按照设定的配合比，先加入计量好的复合絮凝剂中无机成分进行搅拌，搅拌时间2分钟，然后再加入复合絮凝剂中有机成分的溶液进行搅拌，搅拌时间1分钟，使渣土浆中的固体部分得到絮凝沉降。
(2)停止搅拌后，让渣土浆充分进行沉降，滤出沉淀面层以上清水，然后打开搅拌罐的底部阀门4使含水率小于60％的底层泥浆直接抽入(或放入)泥浆输送罐车5中，由泥浆输送罐车5将其运送到围堰施工现场，再次由现场的泥浆泵6将其抽入到现场的泥浆储罐7临时储存。
(3)由泥浆泵8将泥浆储罐7中临时储存的废泥浆输送到泥浆搅拌机9中，并按照设定比例同时喂入泥浆结构剂进行搅拌，搅拌均匀后，再由高压泥浆输送泵10进行远程泵送，通过现场临时架设的管道输送到事先投放布置好的土工模袋11处进行原位灌注，模袋灌注完毕后，扎死灌浆模袋袖口12，并将模袋上部整平，然后再对其边上摆放的第二个模袋进行原位灌注，灌注完毕后扎口和进行整平，依次如此进行上述模袋注浆操作。
(4)底层的模袋中废泥浆24h后固化完毕，再在其上布置第二层模袋，并进行可固化泥浆灌注，进行整个围堰堤芯结构的施工，模袋施工12h后，便可在其上进行第二层模袋固化土的注浆施工，模袋固化土28天取芯的无侧限抗压强度1.5MPa，且其在施工过程中不受潮流的影响。
实施例2
本实施例的一种填海围堰用模袋固化土，其与实施例1中固化土的区别主要在于：固化土中各组分的具体物质种类及质量比例不同，本实施例的模袋固化土中废泥浆的干重占模袋固化土注浆时浆体重量的60％，其他组分的质量比例如表1(各成分用量为占外加绝干废泥浆成分的百分比)所示，其中：
本实施例的废泥浆为地下连续墙工程施工中形成的废泥浆，所述复合絮凝剂中的无机成分由矿渣微粉和粉煤灰混合而成，混合比例为矿渣微粉:粉煤灰＝3:2，无机成分的比表面积为510m2/kg，其含量为复合絮凝剂总重的99.99％；复合絮凝剂中有机成分为分子量1800万的阳离子型PAM，其含量为复合絮凝剂总重的1/10000，使用时先配成0.01％的水溶液。本实施例的泥浆结构剂是由硅酸盐水泥熟料和煅烧脱硫石膏水泥混合磨细而成，硅酸盐水泥熟料和煅烧脱硫石膏的混合比例为1.5:1，泥浆结构剂的比表面积为400m2/kg。所述粗木质素纤维为糖厂甘蔗渣，纤维直径为0.1mm，长度为20mm；所述的土工布模袋为无纺布缝制成的大型布袋，其典型尺寸是长度方向尺寸与围堰堤心的轴心线尺寸一致，充填后形成模袋土的高度≥500mm，模袋上留有3个充填袖口，模袋厚度1mm。
本实施例的上述围堰用模袋固化土的具体实现过程如下：
(1)首先使用泥浆泵1通过管道将地下连续墙工程和桩基工程中所形成的废泥浆泵送到地面上的泥浆储存罐2内进行临时储存，然后再按照容积计量，从泥浆储存罐中抽取出来加入到泥浆搅拌罐3中，按照设定配合比，先加入计量好的复合絮凝剂无机成分进行搅拌，搅拌时间5分钟，然后再加入复合絮凝剂的有机成分的溶液进行搅拌，搅拌时间1.5分钟，使废泥浆中的固体部分得到絮凝沉降。
(2)停止搅拌后，让废泥浆进行充分沉降，然后滤出沉淀面层以上的清水，打开搅拌罐3的底部阀门4，使含水率小于60％的底层泥浆直接抽入(或放入)泥浆输送罐车5中，由泥浆输送罐车5将其运送到围堰施工现场，再次由现场的泥浆泵6将其抽入到现场的泥浆储池7临时储存。
(3)由现场的泥浆泵8将废泥浆从泥浆储池7中泵送到简易码头的泥浆输送船13上，由泥浆输送船13将废泥浆和泥浆结构剂一起运到安装有泥浆搅拌机14和泥浆输送泵15的搅拌施工船16边，将其和泥浆结构剂一起通过搅拌施工船16上的抽吸泵17泵入泥浆搅拌机14中，在海面上进行搅拌，搅拌完毕后，通过泥浆泵18和输送管道，将拌合好泥浆结构剂的废泥浆泵送到水下模袋原位灌注施工处的模袋袖口中，模袋灌满扎口后12h，可以在其上施工第二层模袋固化土，28天取芯的无侧限抗压强度1.5MPa，且模袋固化土在施工过程中不受潮流的影响。
实施例3
本实施例的一种填海围堰用模袋固化土，其与实施例1中固化土的区别主要在于：固化土中各组分的具体物质种类及质量比例不同，本实施例的模袋固化土中废泥浆的干重占模袋固化土注浆时浆体重量的45％，其他组分的质量比例如表1所示，其中：
所述复合絮凝剂中无机成分由矿渣微粉和钢渣微粉混合而成，混合比例为矿渣微粉:钢渣微粉＝6:1，无机成分为比表面积450m2/kg，其含量为复合絮凝剂总重的99.9％；复合絮凝剂中有机成分为分子量1600万的阴阳离子型PAM，其含量为复合絮凝剂量的1/1000，使用时先配成0.01％的水溶液。所述泥浆结构剂是由硅酸盐水泥熟料、铝酸盐水泥熟料和脱硫石膏混合磨细而成，硅酸盐水泥熟料、铝酸盐水泥熟料和脱硫石膏的混合比例为1:0.2:0.8，泥浆结构剂的比表面积为450m2/kg；所述粗木质素纤维为粉碎秸秆纤维，纤维直径0.5mm，长度5mm。所述的土工布模袋为无纺布缝制成的大型布袋，其典型尺寸是长度方向尺寸与围堰堤心的轴心线尺寸一致，充填后形成模袋土的高度≥500mm，模袋上留有4个充填袖口，模袋厚度1.5mm。
上述模袋固化土的施工方法基本同实施例1，其区别在于：步骤(1)中加入计量好的无机絮凝剂后搅拌10分钟，加入有机絮凝剂后再搅拌2分钟。施工获得第一层模袋固化土的第二天，可以在上面实施第二层模袋固化土的施工，获得模袋固化土28天取芯无侧限抗压强度超过2MPa。
实施例4
本实施例的一种填海围堰用模袋固化土，其与实施例1中固化土的区别主要在于：固化土中各组分的具体物质种类及质量比例不同，本实施例的模袋固化土中废泥浆的干重占模袋固化土注浆时浆体重量的60％，其他组分的质量比例如表1所示，其中：
所述复合絮凝剂中无机成分由矿渣微粉和天然火山灰混合而成，混合比例为矿渣微粉：天然火山灰＝2:1，无机成分为比表面积450m2/kg，其含量为复合絮凝剂总重的99.9％；复合絮凝剂中有机成分为分子量1200万的阴离子型PAM，其含量为复合絮凝剂量的1/1000，使用时先配成0.1％的水溶液。所述泥浆结构剂是由铝酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、硅酸钠混合磨细而成，铝酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、硅酸钠的混合比例为1:1:1，泥浆结构剂的比表面积为450m2/kg；所述粗木质素纤维为粉碎秸秆纤维，纤维直径0.7mm，长度15mm。所述的土工布模袋为无纺布缝制成的大型布袋，其典型尺寸是长度方向尺寸与围堰堤心的轴心线尺寸一致，充填后形成模袋土的高度≥500mm，模袋上留有6个充填袖口，模袋厚度1mm。
上述模袋固化土的施工方法同实施例2，获得模袋固化土第二天可以在上面实施第二层模袋固化土的施工，获得模袋固化土28天取芯无侧限抗压强度超过2.5MPa。
实施例5
本实施例的一种填海围堰用模袋固化土，其与实施例1中固化土的区别主要在于：固化土中各组分的具体物质种类及质量比例不同，本实施例的模袋固化土中废泥浆的干重占模袋固化土注浆时浆体重量的60％，其他组分的质量比例如表1所示，其中：
所述复合絮凝剂中无机成分为钢渣微粉和磨细天然火山灰混合而成，混合比例为钢渣微粉：磨细天然火山灰＝2:1，无机成分为比表面积510m2/kg；其含量为复合絮凝剂总重的99.99％；复合絮凝剂中有机成分为分子量1800万的阳离子型PAM，其含量为复合絮凝剂量的1/10000，使用时先配成0.01％的水溶液。所述泥浆结构剂是由硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、碳酸钠混合磨细而成，硅酸盐水泥熟料、硫铝酸盐水泥熟料、碳酸钠的混合比例为5:5:1，泥浆结构剂的比表面积为400m2/kg；所述粗木质素纤维为粉碎秸秆纤维，纤维直径0.1～1mm，长度5～30mm。所述的土工布模袋为无纺布缝制成的大型布袋，其典型尺寸是长度方向尺寸与围堰堤心的轴心线尺寸一致，充填后形成模袋土的高度≥500mm，模袋上留有6个充填袖口，模袋厚度1mm。
上述模袋固化土的施工方法，近岸部分围堰采用实施例1中的施工方法，远岸部分围堰采用实施例2中的施工方法，获得第一层模袋固化土第二天后，可以在上面实施第二层模袋固化土的施工，获得模袋固化土28天取芯无侧限抗压强度超过3MPa。
表1实施例2-实施例5的模袋固化土中各组分的质量组成
实施例 废泥浆含水(％) 复合絮凝剂用量(％) 泥浆结构剂(％) 生物质纤维(％)
实施例2 80 7.5 3.8 1.5
实施例3 83 8 4 2
实施例4 80 7 3.5 0.5
实施例5 90 9 4.5 2.5

Claims (10)

1.一种填海围堰用模袋固化土，其特征在于：该模袋固化土以废泥浆、复合絮凝剂、泥浆结构剂和生物质纤维为原料制备而成，其中，以废泥浆的干重为基准，废泥浆干重占模袋固化土灌注浆时浆体总重的40～60％，复合絮凝剂占废泥浆干重的6～9％，泥浆结构剂占废泥浆干重的3～4.5％，生物质纤维占废泥浆干重的0～2.5％；所述的泥浆结构剂由含碱或碱土金属的铝酸盐、硅酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硼酸盐和碳酸盐中的一种或一种以上以任意比例复合而成，或是由含上述含碱或碱土金属的铝酸盐、硅酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硼酸盐和碳酸盐成分的复盐物质中的一种或一种以上以任意比例复合而成。
2.根据权利要求1所述的一种填海围堰用模袋固化土，其特征在于：所述的废泥浆采用地挖隧道工程的泥水盾构机掘进过程中形成的废泥浆或桩基工程和地下连续墙工程施工中形成的废泥浆。
3.根据权利要求1或2所述的一种填海围堰用模袋固化土，其特征在于：所述的复合絮凝剂由无机絮凝剂和有机絮凝剂组成，其中无机絮凝剂占复合絮凝剂总重的99.9％～99.99％，有机絮凝剂占复合絮凝剂总重的1/1000～1/10000。
4.根据权利要求3所述的一种填海围堰用模袋固化土，其特征在于：所述的无机絮凝剂为磨细矿渣微粉、粉煤灰、磨细炉渣、铜渣微粉、钢渣微粉和磨细天然火山灰中的一种或一种以上的组合，该无机絮凝剂粉体的比表面积≥400m2/kg；所述的有机絮凝剂为阴离子型聚丙烯酰胺PAM、阳离子型PAM、阴阳离子型PAM中的一种或一种以上的组合。
5.根据权利要求4所述的一种填海围堰用模袋固化土，其特征在于：所述泥浆结构剂粉体的比表面积≥350m2/kg；所述的生物质纤维采用粉碎后秸秆和糖厂的甘蔗渣，其直径为0.1～1mm，长度为5～30mm。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的填海围堰用模袋固化土的制备方法，其特征在于，该方法是将废泥浆、复合絮凝剂、泥浆结构剂和生物质纤维按照原料配比混合并搅拌形成均匀的浆体后，灌注到水工模袋内在海水中经固化和硬化而形成模袋固化土的。
7.根据权利要求6所述的一种填海围堰用模袋固化土的制备方法，其特征在于：所述的模袋由无纺布缝制而成，模袋上留有3～6个充填袖口，其长度方向尺寸与围堰堤心的轴心线尺寸一致，充填后形成模袋土的高度≥500mm，模袋厚度≥0.5mm。
8.根据权利要求7所述的一种填海围堰用模袋固化土的制备方法，其特征在于，其具体步骤如下：
(1)将泥水盾构机掘进过程中所形成的废泥浆或基础工程桩基和地下连续墙施工中形成的废泥浆输送到地面上的泥浆储存罐内进行临时储存，按照计量将废泥浆从泥浆储存罐中抽取到泥浆搅拌罐中，然后根据质量配比，先加入计量好的无机絮凝剂搅拌2～10分钟，随后再加入有机絮凝剂搅拌1～2分钟；
(2)停止搅拌后，使废泥浆充分进行沉降，滤出沉淀面层以上清水，然后打开搅拌罐的底部阀门使含水率小于60％的底层泥浆直接抽入泥浆输送罐车中，通过泥浆输送罐车运送至围堰施工现场，并采用泥浆储罐或储池进行临时储存；
(3)将泥浆储罐或储池中临时储存的废泥浆输送至泥浆搅拌机中，并按照设定比例同时喂入泥浆结构剂进行搅拌，搅拌均匀后，再将其输送到预先投放布置好的模袋袖口处进行原位灌注，模袋灌注完毕后，扎死灌浆模袋袖口，并将模袋上部整平，模袋内的泥浆24h后固化完毕，即得本发明的模袋固化土。
9.根据权利要求8所述的一种填海围堰用模袋固化土的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的废泥浆运送到围堰施工现场后，将其直接泵送到简易码头停靠的泥浆输送船上，由泥浆输送船将废泥浆和泥浆结构剂一起运到安装有泥浆搅拌机和泥浆输送泵的搅拌施工船边，将其和结构剂一起通过搅拌施工船上的抽吸泵，并经过分别计量，泵入泥浆搅拌机中，在海面的施工船上进行搅拌，并将拌合好泥浆结构剂的泥浆通过泥浆泵对模袋进行水下原位灌注施工。
10.一种填海围堰用模袋固化土的应用方法，其特征在于，其步骤如下：在围堰施工现场按设定位置布置第一层模袋，采用权利要求6-9中任一项所述的方法对第一层的模袋依次进行可固化泥浆灌注，第一层模袋中的废泥浆固化完毕后再在其上布置第二层模袋，并依次进行可固化泥浆灌注，依次进行整个围堰堤芯结构的施工。
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