一种用于超软土地基排水固化的排水体、系统及方法

本发明涉及地基处理，尤其涉及一种用于超软土地基排水固化的排水体、系统及方法。

背景技术：

1、我国分布大量的高含水率的超软土，如沿海分布大量的新沉积的高含水率淤泥或淤泥质土，各种水域疏浚时产生河道疏浚泥，以及工程建设中产生的大量工程废弃泥等，这些土(泥)都具有含水率高、强度极低，往往处于流态等特点。超软土一般很难直接作为地基用土或填土，需要进行处理后才能被利用，超软土的资源化利用是目前亟待需要解决的工程难题。

2、目前，真空负压排水固结技术及固化技术常用于超软土处理，负压固结排水技术是通过在土体内打设排水体减小排水路径，再利用真空负压，使土体中的水在真空负压作用下快速排出土体，从而达到脱水加固超软土的目的。固化技术是通过在土体内加入固化剂，然后对土体进行搅拌，固化剂与土体发生水化反应，生成胶结物质，从而达到加固土体目的。两种超软土排水固化方法各有优势，但也存在不足，负压固结排水技术处理超软土时，由于排水体周围土体会发生淤堵，导致周围土体真空传递能力及透水能力大大降低，处理效率逐步下降，负压真空处理后的土体强度仍然较低；而固化技术处理效果虽然较好，但成本高，一些固化剂的使用会对土体带来环境问题。

3、基于上述问题，目前工程技术人员提出采用脱水-固化技术，该技术具体做法如下，首先向土体中添加固化剂(絮凝剂)，然后在疏浚泥固化初期施加真空负压进行负压固结排水处理，疏浚泥在固结脱水和固化耦合作用下得到加固。显然，脱水-固化技术用于处理疏浚泥时相比单一技术处理效果得到了较高的提升。

4、然而，目前的脱水-固化技术处理疏浚泥时，固化剂的加入一般有两种方式，一种是将固化剂加入疏浚泥后，再进行机械异地或原位搅拌，这种方法在实验室中可以操作，但在大面积吹填淤泥现场难以实施，不具有可实施性；另一种方法是在疏浚泥吹填过程中，向堆场中撒入固化剂(絮凝剂)，但固化剂(絮凝剂)掺入不均匀，另外还会有大量的固化剂随堆场尾水流失，造成材料浪费，且后期还要进行排水体打设，很难控制最佳的固结排水启动时间。显而易见，目前以搅拌式或撒入式的固化剂添加不适用于大面积疏浚泥吹填实际工程。另外，对于一些具有一定深度的原位淤泥或淤泥质土，采用真空负压进行排水固结处理时，也无法对土层进行搅拌式添加固化剂开展脱水-固化技术处理。

技术实现思路

1、解决的技术问题：针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种用于超软土地基排水固化的排水体、系统及方法，排水体周边土体不会发生淤堵，无需采用搅拌式或撒入式即可将固化剂均匀添加待处理目标区域，可满足大面积疏浚泥吹填工程应用，实现超软土地基的原位全范围固化强度提升。

2、技术方案：本发明所述的一种用于超软土地基排水固化的排水体，所述排水体包括：

3、硬质花管，所述硬质花管一端为敞口设置，且硬质花管的另一端设置有管底；所述硬质花管圆周向沿着其长度方向均布有多个过水孔；

4、管帽，所述管帽对应连接在所述硬质花管的敞口端，且管帽顶端连接有连接软管；

5、其中，所述硬质花管外周沿着其长度方向自内而外裹附有排水芯层和滤布层；

6、所述管帽下端连接延伸至硬质花管的管底的悬挂绳，所述悬挂绳沿着其长度方向悬挂有若干个固化剂袋。

7、优选地，所述排水芯层由秸秆编制而成。

8、优选地，所述排水芯层包括由秸秆绳缠绕而成的第一秸秆层、第二秸秆层和第三秸秆层；所述第一秸秆层的秸秆绳紧密缠绕在硬质花管的外侧壁上，所述第二秸秆层的秸秆层缠绕在第一秸秆层的相邻秸秆绳圈之间的缝隙上，所述第三秸秆层的秸秆绳缠绕在第二秸秆层的相邻秸秆绳圈之间的缝隙上。

9、优选地，所述滤布层厚度为0.1cm，且滤布层紧密包裹在所述第三秸秆层外周。

10、优选地，所述固化剂袋袋重为50~100g，且相邻两个固化剂袋间距为5~10cm。

11、本发明还公开了一种用于超软土地基排水固化系统，多根排水体均匀间隔打入待处理的超软土地基内，且保持管帽顶端不低于超软土地基顶面；

12、在超软土地基顶面设置有分别与每一排水体的连接软管连通的管网体系，且管网体系分别与给水装置和抽真空装置；

13、在超软土地基和管网体系顶面自下而上依次铺设有覆盖整个超软土地基面积的土工布层和密封膜层。

14、优选地，多根排水体呈方形间隔分布在超软土地基内，且排水体分为a类排水体和b类排水体，a类排水体与b类排水体相邻且间隔分布。

15、优选地，所述管网体系采用pvc管搭接而成，a类排水体分别通过真空管路连通，b类排水体分别通过给水管路连通；

16、所述给水管路和真空管路分别同时与给水装置、抽真空装置连通，且给水管路和真空管路分别设置独立的控制阀门。

17、本发明还公开了一种用于超软土地基排水固化方法，该排水固化方法包括以下步骤：

18、步骤1：完成排水固化系统搭建；

19、步骤2：排水体施作完成后，超软土地基的渗水通过过水孔流入a类排水体、b类排水体内，在硬质花管中与固化剂袋反应溶解形成固化剂溶液，固化剂充足使得固化剂溶液保持饱和状态；在排水体静置过程中，固化剂溶液通过排水体向周围超软土地基的土体扩散并与土体中胶质材料发生水化反应生成具有水硬性的胶凝物质，初步完成超软土地基的土体固化反应；

20、步骤3：静置固化处置7~14天后，打开a类排水体、b类排水体连接的管网体系与抽真空装置的控制阀门，然后启动抽真空装置对超软土地基进行负压排水固结处理；

21、步骤4：当超软土地基的土体沉降接近停止且土体中真空度稳定后，保持a类排水体与抽真空装置对应控制阀门开启；关闭b类排水体与抽真空装置对应控制阀门，打开b类排水体与给水装置对应的控制阀门，向b类排水体中注入清水，待b类排水体的硬质花管注满后固化剂袋中的固化剂继续溶解，在b类排水体内形成饱和固化剂溶液；b类排水体内的固化剂溶液在a类排水体的负压作用下，向a类排水体方向渗透迁移，固化剂溶液流经b类排水体与a类排水体之间的土体，使得固化剂溶液与土体发生水化反应产生胶凝物质进一步对超软土地基的土体进行固化，持续固化处理5~7天；

22、步骤5：关闭b类排水体与给水装置对应的控制阀门，启动b类排水体与抽真空装置对应控制阀门；同时，关闭a类排水体与抽真空装置对应控制阀门，启动a类排水体与给水装置对应的控制阀门，向a类排水体中注入清水，待a类排水体的硬质花管注满后固化剂袋中的固化剂继续溶解，在a类排水体内形成饱和固化剂溶液；a类排水体内的固化剂溶液在b类排水体的负压作用下，向b类排水体方向渗透迁移，固化剂溶液流经a类排水体与b类排水体之间的土体，使得固化剂溶液与土体发生水化反应产生胶凝物质进一步对超软土地基的土体进行固化，持续固化处理5~7天；

23、步骤6：重复步骤4和步骤5的固化处理步骤2~3次，当超软土地基的土体强度达到目标要求后停止处理。

24、优选地，步骤1的具体控制步骤：

25、步骤11：制作排水体，并按照预设布置方法在目标超软土地基施作排水体；

26、步骤12：分别按照a类排水体、b类排水体施作给水管路和真空管路完成管网体系搭设；

27、步骤13：在管网体系搭设完毕后，在超软土地基表面依次铺设土工布层和密封膜层，确保超软土地基的土体密封；

28、步骤14：管网体系分别与给水装置、抽真空装置连通，完成排水固化系统搭。

29、与现有技术相比，本发明至少具有如下优点：

30、1、本发明的排水体采用多层的秸秆编制而成的排水芯层，可有效的对超软土进行过滤，防止排水体周围土体淤堵排水体的过水孔，保持周围土体真空传递能力及透水能力，维持负压排水的效率稳定。

31、2、在处理疏浚淤泥过程中，本发明将秸秆作为原料编织制作成排水体的排水芯层替代传统的塑料排水板用于真空预压处理疏浚淤泥，不但解决了传统的塑料排水板难以降解的难题，还为秸秆的资源化利用提供了新路径，排水体的秸秆降解还会产生植物生长需要的养分。

32、3、采用在排水体中布设足够量的固态固化剂的排水体结构，固化剂可随着排水体的施作均匀的分布在待处理超软土地基内，自动制备饱和溶度的固化剂溶液，一方面利用固化剂溶液的自行渗透扩散，并与土体发生水化反应产生胶结物质，在排水体周边形成具有较强抗负压固结能力，且真空负压传递及透水能力较强的固化土防淤堵层，确保在(超)软土场地负压固结排水处理时，排水体周边土体不会发生淤堵，提升负压固结排水效率；从而无需采用搅拌式或撒入式的将固化剂添加待处理目标区域，可满足大面积疏浚泥吹填工程应用，且可以进行原位排水固化处理。

33、4、该排水体分为具有相同的结构a类排水体和b类排水体，其布设位置存在差异，b类排水体四周相邻的四个a类排水体组成四边形结构，从而满足后续对待处理超软土地基的固化处理过程中，固化剂溶液在土体中前移固化的需求。

34、5、在超软土地基的排水固化处理中，本发明采用秸秆排水体与固化剂溶液联合作用的快速脱水及固碳方法，将秸秆排水体与固化剂溶液相结合，采用a类、b类分布方式的排水体布局以及具有固化剂袋结构的排水体，可均匀的实现固化剂在超软土地基的布设，而后利用固化剂溶液在超软土地基的土体内渗透迁移，提高土体固化的均匀性，在保持超软土原态(无需搅拌)的环境下，实现固化剂均匀掺入土体的目的，有效的解决了现有脱水-固化技术处理中固化剂材料掺入难以及负压排水固结淤堵引起的效率差等问题。超软土在脱水-固化技术处理下达到脱水密实目的，由于固化剂溶液的渗入，排水体周围土体强度受固化作用影响，强度相比传统的固结处理强度有所提高。远离排水体的土体受固化剂影响较小，强度与传统真空负压处理土体强度相当，且负压下土骨架相对处于稳定状态，此时，转变负压固结排水系统功能，利用a类负压固结排水系统在场地内形成的负压，驱动b类排水体内的固化剂溶液向排水体外扩散，如此互换重复固化剂溶液的前移过程，最终将固化剂溶液均匀布满整个待处理场地，固化剂溶液与土体发生水化反应，产生胶结物质，填充原有的土体孔隙，实现对超软土场地全范围的固化加固。

35、6、秸秆排水体在排水过程中发生降解产生的二氧化碳与固化剂溶液(氢氧化钙)在排水体内反应产生碳酸钙沉淀，而降解产生的可溶性有机物深入周边土体，继续发生降解时产生的二氧化碳会与土体内渗入的钙基固化剂溶液继续反应，在土体孔隙中产生碳酸钙沉淀，进一步对土体产生胶结作用，提升土体强度。

36、7、相比较传统的疏浚泥负压排水固结处理技术，本发明排水固化方法的处理效率与土体强度都得到显著的提升，而且还克服可秸秆降解的碳排放问题，起到了固碳作用。