水下及淤泥中施工与地基处理

本书汇集杨光煦同志30余年来从事水利水电、供水工程，以及海堤、码头、机场工程设计与研究工作中有关水下及淤泥中施工与地基处理方面的论文共39篇.内容涉及水下及淤泥中施工原理，水下工程爆破，水下灌筑沥青混凝土，新奥法施工，淤泥中开挖与填筑工程，淤泥、粉细砂、砂砾及岩石地基处理，深基坑支护，及大江大河截流工程。

第一篇水下及淤泥中施工与地基处理原理研究................................................(1)

渗流流网及其渗流要素计算..... ...... ....... ....... ...... ....... ....... ...... ....... ....... ....(1)

气液两相流的工程应用研究................................................................ ....(19)

淤泥在重力及外部荷载作用下的流动与变形研究..........................................(27)

挤淤...................................................................................................(36)

压载挤淤研究.......................................................................................(42)

强夯挤淤的原理、方法及工程实践............................................................(47)

软土地基上的过渡层..............................................................................(55)

夯击法填筑.................................. ...... ............................................. . . . . . (61)

混凝土防渗墙( 地下连续墙) 造孔期槽壁稳定分析.......................................(71)

土工网格的工程特性及其在地基处理中的界面效应研究.................................(84)

第二篇水下施工结构与施工技术............................................................. . . . . . (95)

常用工业炸药在水下工程爆破中的应用......................................................(95)

常用起爆材料在水下工程爆破中的应用......................................................(101)

水下定向爆破方法及计算........................................................................(105)

采用水下径裂爆破增加供水井出水量.................................. ......................(114)

气泡帷幕防震设计与计算........................................................................(117)

新奥法处理禹门口提水工程水下倒悬岩体...................................................(122)

水下灌筑沥青砂浆或沥青混凝土的方法和计算.............................................(128)

在流水中直接建造溢流式混凝土拱围堰......................................................(136)

从葛洲坝、万安水电工程的截流实践谈立堵截流施工中的几个间题. ..................(145)

三峡大江深水截流工程的关键技术探讨......................................................(159)

三峡二期围堰深水抛投风化砂施工期稳定分析及抛投技术..............................(166)

第三篇淤泥中施工技术与淤泥工程...............................................................(175)

在淤泥中开挖与填筑路堤的方法...............................................................(175)

淤泥地基基坑开挖中的新型挡土支护方法...................................................(183)

拦淤堤................................................................................................(192)

在透水地基上采用淤泥铺盖防渗方法.........................................................(198)

深圳国际机场飞行区土面处理措施............................................................(205)

在珠海机场应用高强度塑料网的结构设计...................................................(215)

第四篇淤泥、砂砾及岩石地基处理...............................................................(219)

挤淤置换地基.......................................................................................(219)

深圳机场拦淤堤封闭式换填地基设计与施工实况..........................................(224)

深层搅拌桩复合地基的过渡层与过渡段......................................................(229)

强夯消除粉细砂液化与强夯挤淤...............................................................(234)

珠海国际机场站坪复杂地基的综合处理措施................................................(239)

三峡一期土石围堰深厚粉细砂地基的防护结构与施工措施..............................(247)

板桩灌注墙及施工参数的计算..................................................................(255)

万安水电站低水土石围堰钢板桩防渗帷幕设计与施工....................................(264)

水下抛土铺盖防渗原理及其工程性质.........................................................(271)

砾质土的防渗性能及其设计.....................................................................(282)

水下及饱和土爆炸法处理软土地基.............................................................(292)

基岩保护层一次爆破机理及工程措施.........................................................(298) 2100433B

图1为《淤泥固化剂及使用淤泥固化剂的淤泥固化工艺》所述淤泥固化系统的结构示意图；

图2为《淤泥固化剂及使用淤泥固化剂的淤泥固化工艺》所述管道搅拌机的结构示意图。

《淤泥固化剂及使用淤泥固化剂的淤泥固化工艺》涉及一种淤泥固化剂及其在淤泥固化处理中的应用，属于污水处理领域。

淤泥固化剂及使用淤泥固化剂的淤泥固化工艺专利目的

截至2014年6月10日，淤泥的处理方式主要有农业焚烧和填埋，还有很大量的淤泥没有经过任何处理，随意丢弃。由于淤泥的含水率高，土力学性能差，污染物含量高，现在的处理方式都存在环境污染，处理成本过高的技术不足，同时也容易引起填埋场工程地质灾害。淤泥能否填埋取决于淤泥或者淤泥与其它添加剂形成的混合体的岩土力学性能，淤泥填埋时要求十字板抗剪强度≥25kpa，无侧限抗压强度≥50kpa。淤泥经过常规脱水后，含水率80%以上，字板抗剪强度<10kpa，不能满足填埋的最低的要求。为此，需要提高淤泥的力学性质，降低含水率。传统的方式是添加水泥和石灰等固化剂，也使用矿化垃圾作为添加混合料，这些方式需要添加大量的材料，添加量<30%，增加了垃圾量，如果再遇水，将转变成淤泥。采用添加化学药剂的方式固化淤泥，可以使淤泥迅速达到填埋要求的强度和含水率，其在淤泥处理的实践中也越来越被接受。

《淤泥固化剂及使用淤泥固化剂的淤泥固化工艺》的技术目的是针对现实情况淤泥处理中存在的技术不足，提供一种成本低、固化效果好的淤泥固化剂，其可直接用于高含水量泥浆的固化，如来自污水处理厂、工业生产产生的污泥或淤泥，来自河道、湖泊等产生的淤泥，并同样适用于水泥浆的固化，具有广阔的应用前景。

淤泥固化剂及使用淤泥固化剂的淤泥固化工艺技术方案

一种淤泥固化剂，其包括以下重量配比的组分：25～45份的粉煤灰、20～30份的膨胀树脂，15～20份的水泥，7～9份的水玻璃，10～12份的硅藻土，10～12份的生石灰，6～9份氢氧化钠，3～8份的硫酸铝，8～10份的聚丙烯酰胺，6～8份的高氯酸镁，5～15份的石英砂。

《淤泥固化剂及使用淤泥固化剂的淤泥固化工艺》上述所述的淤泥固化剂中，水泥的作用是增加淤泥的胶黏性，使淤泥粘合在一起，并使淤泥硬化。

粉煤灰包括很多密实颗粒，其粒径非常小，会发生水化作用，除此以为还存在多孔结构物质。粉煤灰内含一些金属氧化物可以与水发生反应，因此，其可以吸水。粉煤灰可以很好的填充膨胀石墨中孔隙中，由于其内也存在多孔结构，其可以作为更小颗粒的二级寄生载体。粉煤灰在膨胀石墨的孔隙中吸收水份的水份的时候存在物理吸水和化学吸水两种方式。由于粉煤灰是用于寄生在膨胀石墨中的，因此，其用量不宜多，应少于膨胀石墨的用量。

生石灰，其主要是用于吸水，并产生大量热量，使淤泥处于一个温度较高的环境中，温度较高有利于提高微粒之间的化学反应速度和效果，以及也可以加速水份的蒸发。其还用于调节淤泥的酸度，使环境呈碱性。当生石灰颗粒存在于膨胀石墨的孔隙中的时候，其可以吸收由膨胀石墨表面扩散过来的水份，并与之反应产生热量，热能蒸发周围的水份，这个过程能够加速水份在膨胀石墨的孔隙中的扩散速度，有利于其它吸水物质吸收水份。

膨胀树脂用于吸收淤泥中对于固化剂其它成份来说不能吸收的过量的水。由于可膨胀石墨主要是用于作为其它吸水物质的寄生载体，其吸水能力有限。对于含水量不同的淤泥，并不完全适用。为了适应更宽含水量范围的淤泥，加入一定量的膨胀树脂作为对可膨胀石墨的补充显得尤为必要。但是膨胀树脂吸水后柔软松散，其会减弱淤泥的硬度，即抵消膨胀石墨对淤泥产生的硬度影响。为了加强淤泥的硬度，因此，加入水玻璃作为淤泥的硬度调节。水玻璃同时可以吸收一部分的水。

发明人根据上述淤泥固花的处理效果，对淤泥固化剂进行进一步优选，所述的淤泥固化剂包括以下重量配比的组分：35份的粉煤灰、25份的膨胀树脂，18份的水泥，8份的水玻璃，11份的硅藻土，11份的生石灰，8份氢氧化钠，6份的硫酸铝，9份的聚丙烯酰胺，7份的高氯酸镁，10份的石英砂，淤泥的固化效果更好。

《淤泥固化剂及使用淤泥固化剂的淤泥固化工艺》上述所述的淤泥固化剂可应用于现有技术中所公开的淤泥处理系统，均能取得满意的淤泥固化效果。发明人经过大量实践发现，当《淤泥固化剂及使用淤泥固化剂的淤泥固化工艺》淤泥固化剂使用下述所述的淤泥固化系统处理时，其对淤泥的固化处理效果更佳，该淤泥固化处理系统包括贮泥池（1）、砼泵（2）、螺旋搅拌机（3）、粉料供给机（5）、固化剂储存罐（10）和恒压恒流泵（8），其中贮泥池（1）通过第一输料装置（4）与砼泵（2）连接并可将淤泥送入砼泵（2），砼泵（2）通过管路（6）与螺旋搅拌机（3）连接，螺旋搅拌机（3）还与粉料供给机（5）和恒压恒流泵（8）连接，并有一出口（7）；螺旋搅拌机（3）的出口（7）正对着第二输料装置（9）的入料口，第二输料装置（9）连接卸料装置（11）。所述的固化剂储存罐（10）通过管路（12）与粉料供给机（5）连接用以将粉料加入供给机中。

上述所述的淤泥固化处理方法中，所述的螺旋搅拌机（3）优选为单轴螺旋搅拌机。所述的第一输料装置（4）为挖掘机、皮带输送机或螺旋输送机。所述的第二输料装置（9）为砼泵车或皮带输送机。

《淤泥固化剂及使用淤泥固化剂的淤泥固化工艺》还公开一种利用《淤泥固化剂及使用淤泥固化剂的淤泥固化工艺》所述淤泥固化剂的淤泥固化处理的方法，其使用上述所述的淤泥固化系统，其包括以下步骤：

a.将含水70%-90%的淤泥通过淤泥泵从进料口送至预处理格栅进行清除杂物的预处理后再送入贮泥池（1）；

b.将淤泥通过第一输料装置（4）将贮泥池（1）中的淤泥送至砼泵（2），再通过管路（6）送至螺旋搅拌机（3），同时将粉体固化剂通过粉料供应机将粉体固化剂及恒压恒流泵将《淤泥固化剂及使用淤泥固化剂的淤泥固化工艺》所述的固化剂一并通过固化剂添加入口（18）加入螺旋搅拌机（3）中进行搅拌；

c.通过第二输料装置（9）将固化后的泥浆送至堆填场。

其中，所述的螺旋搅拌机（3）包括一台电机（13），用以驱动搅拌轴（14）在搅拌桶（15）内转动；一个入料口（16）、一个出料口（17）及一个固化剂添加入口（18），搅拌轴（14）上靠近入料口（16）处为螺旋叶片（19），搅拌轴（14）上靠近出料口（17）处为搅拌叶片（20）。

该淤泥固化系统及淤泥固化工艺，其优点如下：其能够将均化的可流动的淤泥通过管道搅拌机的搅拌使之与固化剂充分拌合，让固化剂能够发挥高效作用而达到固化淤泥的目的；其能连续作业，自动化程度比较高，主体设备之间的连接是管道连接，容易实现半自动化施工；系统所述搅拌机采用单轴螺旋，设备的前半部分为螺旋推进，后部分为搅拌，同时将推进和搅拌功能结合在一起，减少了占地面积，提高了功效；与管道搅拌机配套的主要设备粉料供应机的供料系统是连续计量供料的，能保证整个系统可连续作业的要求；通过泵与管道配合输送，最大限度的降低了淤泥运输对道路的要求，能提高淤泥的输送效率。

有鉴于此，《淤泥固化剂及使用淤泥固化剂的淤泥固化工艺》还请求保护一种上述淤泥固化剂的应用，即所述的淤泥固化剂在淤泥固化处理中的应用。

淤泥固化剂及使用淤泥固化剂的淤泥固化工艺改善效果

1、《淤泥固化剂及使用淤泥固化剂的淤泥固化工艺》所述的淤泥固化剂的组成简单，所述的组分廉价易得，其用于淤泥固化处理时不仅工艺简单，而且处理成本大大降低，适合应用到水利上淤泥固化处理单元。

2、《淤泥固化剂及使用淤泥固化剂的淤泥固化工艺》所述的淤泥固化剂中含有多种固化组分，如吸水剂生石灰，水玻璃、酸碱调节剂、金属盐类以及树脂等，其对于淤泥的处理通过多种方式发挥作用从而起到固化效果，因此其对于淤泥特别是城市淤泥的固化处理效果较好。

3、《淤泥固化剂及使用淤泥固化剂的淤泥固化工艺》所述的淤泥固化剂处理后的淤泥不仅无限抗压强度和渗透系数能够满足填埋要求，而且无限抗压强度随时间延长迅速增大，淤泥固化产品的力学性能基本趋向稳定。其中当淤泥固化剂包括以下重量配比的组分：35份的粉煤灰、25份的膨胀树脂，18份的水泥，8份的水玻璃，11份的硅藻土，11份的生石灰，8份氢氧化钠，6份的硫酸铝，9份的聚丙烯酰胺，7份的高氯酸镁，10份的石英砂，淤泥的固化效果更好。