本發(fā)明涉及環(huán)境巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用河湖淤泥建造人工生態(tài)島的方法。
背景技術(shù)：
為了改善河流湖泊的水質(zhì)，保證河道正常的泄洪能力和內(nèi)陸航道的暢通，我國(guó)每年都要開展大規(guī)模的疏浚清淤工程，從而產(chǎn)生大量的疏浚淤泥。疏浚淤泥具有高含水率、高壓縮性、低強(qiáng)度和低滲透性的工程特性，其中一些淤泥還含有重金屬等污染物，因此很難直接用作工程材料。
淤泥改性是資源化利用的有效途徑，即通過(guò)在淤泥中加入改性材料來(lái)改變淤泥顆粒的形態(tài)、大小以及物理力學(xué)性質(zhì)，最終將這種廢物變?yōu)橥敛牧显倮?。但很多河湖處于城市中心，體量龐大的改性淤泥需要進(jìn)行異地處置，運(yùn)輸成本非常高，環(huán)境的二次污染風(fēng)險(xiǎn)大。
在城市中心河湖中利用改性淤泥建設(shè)人工島，能改善城市河湖景觀、利于河湖生態(tài)平衡，且能消納大體量的河湖淤泥；同時(shí)淤泥改性能消納城市及周邊的固廢材料，如電石渣、粉煤灰和建筑廢渣等材料，實(shí)現(xiàn)這些廢棄物的資源化利用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種利用河湖淤泥建造人工生態(tài)島的方法，現(xiàn)有技術(shù)中人工生態(tài)島填筑土石方量巨大、成本高、環(huán)境兼容性差、易導(dǎo)致環(huán)境污染且人工島牢固性和抗侵蝕性比較差，城市中心河湖淤泥去路的技術(shù)問(wèn)題。
本發(fā)明提供一種利用河湖淤泥建造人工生態(tài)島的方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中人工生態(tài)島填筑土石方量巨大、成本高、環(huán)境兼容性差、易導(dǎo)致環(huán)境污染且人工島牢固性和抗侵蝕性比較差的技術(shù)問(wèn)題。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種利用河湖淤泥建造人工生態(tài)島的方法，包括：
沿人工生態(tài)島的設(shè)計(jì)邊界線打設(shè)圍堰鋼板；
執(zhí)行河湖清淤，得到河湖淤泥；
篩分出所述河湖淤泥中的砂石等大顆粒固體物料，并向篩余泥漿中投加改性劑形成混合泥漿；將所述混合泥漿脫水形成改性泥餅；
將所述砂石等大顆粒固體物料回填到圍堰內(nèi)攤鋪成砂石層，排出圍堰內(nèi)的水；
對(duì)圍堰內(nèi)砂石層進(jìn)行原位固化處理形成砂石墊層；
在固化的砂石墊層上堆填改性泥餅；
使用護(hù)坡磚對(duì)砂石墊層以上島體進(jìn)行砌筑修坡。
進(jìn)一步地，在清除圍堰內(nèi)的河湖淤泥的過(guò)程中，同時(shí)向圍堰內(nèi)回注水，維持圍堰內(nèi)外的水位平衡。
進(jìn)一步地，在鋪設(shè)所述砂石層過(guò)程中，對(duì)圍堰內(nèi)底部泥層鉆孔取樣，分析底部泥層物理力學(xué)性質(zhì)，根據(jù)填筑量驗(yàn)算生態(tài)島地基穩(wěn)定性；
若地基泥層需要加固處理，則采用水泥土攪拌樁加固；
其中，所述攪拌樁的樁徑、樁深和樁距則根據(jù)底部泥層物理力學(xué)性質(zhì)確定。
進(jìn)一步地，所述原位固化處理包括：將水泥與砂石拌和形成砂石漿，再經(jīng)振搗碾壓制成密實(shí)的高膠結(jié)強(qiáng)度砂石墊層。
進(jìn)一步地，在堆填所述改性泥餅的過(guò)程中，每進(jìn)行一次碾壓就在碾壓后的堆填結(jié)構(gòu)上鋪設(shè)一層透水土工網(wǎng)。
進(jìn)一步地，在堆填所述泥餅過(guò)程中，每堆填0.5m碾壓一次。
進(jìn)一步地，所述方法還包括：在砌筑修坡后的島上修筑排水溝和生態(tài)景觀。
進(jìn)一步地，所述方法還包括：
在島體上設(shè)置監(jiān)測(cè)島體豎向沉降、橫向位移指標(biāo)的監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步地，所述方法還包括：
在執(zhí)行建島之前，對(duì)河湖淤泥多點(diǎn)位采樣勘查，測(cè)定河湖淤泥物理力學(xué)指標(biāo)，確定淤泥量和適用的清淤工藝；
根據(jù)待疏浚淤泥量和河湖周邊環(huán)境設(shè)計(jì)生態(tài)島面積、形狀和高度；
其中，物理力學(xué)指標(biāo)包括：砂石含量、有機(jī)質(zhì)含量、污染物特性、天然重度、抗剪強(qiáng)度以及粒度成分。
進(jìn)一步地，所述改性劑包括：電石渣、粉煤灰、石灰、水泥。
本申請(qǐng)實(shí)施例中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：
本申請(qǐng)實(shí)施例中提供的利用河湖淤泥建造人工生態(tài)島的方法，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集河湖底泥，并通過(guò)對(duì)疏浚淤泥進(jìn)行篩分和改性制作成人工島的原始筑島材料，從而充分降低外運(yùn)大量疏浚淤泥及建筑材料的繁瑣操作和高成本問(wèn)題；更重要的是，就地采用的河湖淤泥與所處河湖生態(tài)環(huán)境完全切合，從而保證人工島的生態(tài)環(huán)境與河湖生態(tài)環(huán)境的兼容性，避免河湖污染；另一方面，也能達(dá)到清理河湖淤泥的作用，對(duì)于河湖疏浚有著積極意義；同時(shí)通過(guò)將河湖淤泥中的砂石選出作為人工島的島基層，并將砂石層進(jìn)行原位固化處理，增強(qiáng)人工島整體穩(wěn)定性；堆填脫水改性后的河湖淤泥，構(gòu)建人工島生態(tài)結(jié)構(gòu)，能夠充分適應(yīng)河湖的環(huán)境，具備良好的抗侵蝕能力，保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和可靠性。
具體實(shí)施方式
本申請(qǐng)實(shí)施例通過(guò)提供一種利用河湖淤泥建造人工生態(tài)島的方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中人工生態(tài)島填筑土石方量巨大、成本高、環(huán)境兼容性差、易導(dǎo)致環(huán)境污染且人工島牢固性和抗侵蝕比較差的技術(shù)問(wèn)題；達(dá)到了提升人工島環(huán)境兼容性、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)效果。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)實(shí)施例提供技術(shù)方案的總體思路如下：
采用河湖原生淤泥為材料，篩分改性后建造人工島，減少外運(yùn)建材，從而減少由之帶來(lái)的成本高、污染重及環(huán)境耐受性差等一系列問(wèn)題；同時(shí)，能夠基于河湖淤泥建材對(duì)河湖天然的適應(yīng)性，保證生態(tài)系統(tǒng)的統(tǒng)一性；此外，改性淤泥作為基本筑島材料，具有抗沖刷、耐侵蝕的優(yōu)點(diǎn)，使得人工島具備更好的結(jié)構(gòu)可靠性。
為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說(shuō)明書具體的實(shí)施方式對(duì)上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體特征是對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的詳細(xì)的說(shuō)明，而不是對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)實(shí)施例以及實(shí)施例中的技術(shù)特征可以相互組合。
一種利用河湖淤泥建造人工生態(tài)島的方法，包括：
沿人工生態(tài)島的設(shè)計(jì)邊界線打設(shè)圍堰鋼板，即執(zhí)行建島之前，對(duì)河湖淤泥多點(diǎn)位采樣勘查，測(cè)定河湖淤泥物理力學(xué)指標(biāo)，確定淤泥量和適用的清淤工藝，從而針對(duì)性的了解河湖淤泥的狀態(tài)，便于后續(xù)設(shè)計(jì)施工。
根據(jù)待疏浚淤泥量和河湖周邊環(huán)境設(shè)計(jì)生態(tài)島面積、形狀和高度，通常據(jù)此進(jìn)行人工島的設(shè)計(jì)。
其中，物理力學(xué)指標(biāo)包括：砂石含量、有機(jī)質(zhì)含量、污染物特性、天然重度、抗剪強(qiáng)度以及粒度成分。
完成上述勘測(cè)設(shè)計(jì)之后，開始依據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行施工圍堰，準(zhǔn)備清淤操作，以獲取必要的造島材料。
通過(guò)河湖清淤，能夠得到大量的河湖淤泥材料，提供充足的造島材料，同時(shí)也能對(duì)河湖疏浚起到積極意義。
需要說(shuō)明的是，在清除圍堰內(nèi)的河湖淤泥的過(guò)程中，同時(shí)向圍堰內(nèi)回注水，維持圍堰內(nèi)外的水位平衡，以保證圍堰的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，避免大量支護(hù)結(jié)構(gòu)的使用，簡(jiǎn)化了造島操作和設(shè)備投入。
進(jìn)一步地，篩分出所述河湖淤泥中的砂石等大顆粒固體物料，向篩余泥漿中投加改性劑形成混合泥漿，將所述混合泥漿脫水形成改性泥餅，從而形成兩種重要的造島材料。
將所述砂石等大顆粒固體物料回填到圍堰內(nèi)攤鋪成砂石層，排出圍堰內(nèi)的水，具體而言，就是以砂石材料作為島基材料，構(gòu)成具備一定強(qiáng)度的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。
需要說(shuō)明的是，過(guò)程中為了維持圍堰的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，通常是通過(guò)砂石填充的方式，將圍堰的水排擠出來(lái)，直到將圍堰內(nèi)的水全部排出，此時(shí)圍堰內(nèi)充滿了砂石填充料，保證圍堰具備較好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，同時(shí)，由于砂石本身來(lái)自于此處河湖環(huán)境，其對(duì)河湖環(huán)境的適應(yīng)能力和耐侵蝕能力顯著。
值得說(shuō)明的是，在鋪設(shè)所述砂石層過(guò)程中，對(duì)圍堰內(nèi)底部泥層鉆孔取樣，分析底部泥層物理力學(xué)性質(zhì)，根據(jù)填筑量驗(yàn)算生態(tài)島地基穩(wěn)定性；
若地基泥層需要加固處理，則采用水泥土攪拌樁加固；
其中，所述攪拌樁的樁徑、樁深和樁距則根據(jù)底部泥層物理力學(xué)性質(zhì)確定。
進(jìn)一步地，通過(guò)對(duì)圍堰內(nèi)砂石層進(jìn)行原位固化處理形成砂石墊層，從而提升島基的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，增強(qiáng)整體穩(wěn)定性。
具體來(lái)說(shuō)，所述原位固化處理包括：將水泥與砂石拌和形成砂石漿，再經(jīng)振搗碾壓制成密實(shí)的高膠結(jié)強(qiáng)度砂石墊層。
在完成島基填筑的情況下，在固化的砂石墊層上堆填改性泥餅，建造島面環(huán)境，從而使得新形成的生態(tài)結(jié)構(gòu)與河湖環(huán)境兼容適應(yīng)。
具體而言，在堆填所述改性泥餅的過(guò)程中，每進(jìn)行一次碾壓就在碾壓后的堆填結(jié)構(gòu)上鋪設(shè)一層透水土工網(wǎng)，通過(guò)透水土工網(wǎng)既可增強(qiáng)生態(tài)島的整體穩(wěn)定性，又可促進(jìn)島體后期的固結(jié)排水，縮短生態(tài)島沉降穩(wěn)定時(shí)間；
通常來(lái)說(shuō)，每堆填0.5m碾壓一次。
完成堆填之后，使用護(hù)坡磚對(duì)砂石墊層以上島體進(jìn)行砌筑修坡，保證泥餅堆填結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。
進(jìn)一步地，所述方法還包括：在砌筑修坡后的島上修筑排水溝和生態(tài)景觀，保證生態(tài)性的同時(shí)保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
進(jìn)一步地，所述方法還包括：
在島體上設(shè)置監(jiān)測(cè)島體豎向沉降、橫向位移指標(biāo)的監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)，保證人工島的可靠性。
進(jìn)一步地，所述改性劑包括：電石渣、粉煤灰、石灰、水泥。所述改性劑有如下技術(shù)效果：增大壓濾脫水時(shí)泥餅的透水性，提高脫水率；水化反應(yīng)和火山灰反應(yīng)的生成物可提高改性淤泥的力學(xué)強(qiáng)度和耐水性；利用了電石渣和粉煤灰兩種工業(yè)廢渣，降低了改性成本，減輕了環(huán)境壓力。
下面本實(shí)施例還通過(guò)一個(gè)具體的造島方案說(shuō)明本發(fā)明。
用管式淤泥取樣器在某湖泊中多點(diǎn)位采樣勘查，測(cè)得底部淤泥層平均厚度為1m，湖泊面積為70000m2，當(dāng)前水深2m，室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如下：砂石含量10％(占干重)、有機(jī)質(zhì)含量6％(占干重)、天然密度1.4t/m3、粘粒含量60％、無(wú)污染物，最終確定采用絞吸清淤，待疏浚淤泥量為70000m3；
在湖中心設(shè)計(jì)填筑圓形生態(tài)島，直徑為50m，總高度為4m；
沿設(shè)計(jì)的生態(tài)島外邊界線打設(shè)圍堰鋼板；
將圍堰內(nèi)淤泥絞吸上岸，同時(shí)向圍堰內(nèi)回注水，始終保持圍堰內(nèi)外的水位平衡；
對(duì)河湖進(jìn)行全面絞吸清淤，疏浚泥漿輸送至淤泥處理系統(tǒng)，先使用振動(dòng)篩篩分出砂石，然后向每噸篩余泥漿中投加50kg改性劑(電石渣：粉煤灰：石灰：水泥＝3：4：1：2)形成混合泥漿，再將混合泥漿注入板框壓濾機(jī)進(jìn)行擠壓脫水形成改性泥餅，共得到2500m3砂石和40000m3改性泥餅；
將淤泥中篩分出的砂石回填到圍堰內(nèi)攤鋪成砂石層，排出圍堰內(nèi)的水，將鉆探設(shè)備調(diào)入圍堰內(nèi)，對(duì)底部泥層鉆孔取樣，孔深為20m，分析可知底部泥層上部存在2m厚軟弱層，決定采用水泥土攪拌樁對(duì)整個(gè)生態(tài)島地基加固，攪拌樁的樁徑為0.25m，樁深為10m，樁距為0.5m；
對(duì)圍堰內(nèi)砂石層進(jìn)行原位固化處理，即將水泥與砂石拌和形成砂石漿，水泥總添加量為600噸，再經(jīng)振搗碾壓制成密實(shí)的高膠結(jié)強(qiáng)度砂石墊層；
在固化的砂石墊層上堆填改性泥餅，每填筑0.5m進(jìn)行一次碾壓并鋪設(shè)一層透水土工網(wǎng)，最終所有改性泥餅均被填筑，構(gòu)筑的生態(tài)島高出水面1.5m；
使用護(hù)坡磚對(duì)砂石墊層以上填筑部分進(jìn)行砌筑修坡，防止湖水直接沖刷侵蝕島體，最后在生態(tài)島頂面修筑排水溝和生態(tài)景觀；
養(yǎng)護(hù)期過(guò)后，通常為30天，拆除圍堰；
選定監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)島體豎向沉降、橫向位移指標(biāo)并設(shè)定穩(wěn)定性預(yù)警值，若出現(xiàn)安全隱患，及時(shí)采取防范措施，確保周邊生命財(cái)產(chǎn)安全。
本申請(qǐng)實(shí)施例中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：
本申請(qǐng)實(shí)施例中提供的利用河湖淤泥建造人工生態(tài)島的方法，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集河湖底泥，并通過(guò)對(duì)疏浚淤泥進(jìn)行篩分和改性制作成人工島的原始筑島材料，從而充分降低外運(yùn)大量疏浚淤泥及建筑材料的繁瑣操作和高成本問(wèn)題；更重要的是，就地采用的河湖淤泥與所處河湖生態(tài)環(huán)境完全切合，從而保證人工島的生態(tài)環(huán)境與河湖生態(tài)環(huán)境的兼容性，避免河湖污染；另一方面，也能達(dá)到清理河湖淤泥的作用，對(duì)于河湖疏浚有著積極意義；同時(shí)通過(guò)將河湖淤泥中的砂石選出作為人工島的島基層，并將砂石層進(jìn)行原位固化處理，增強(qiáng)人工島整體穩(wěn)定性；堆填脫水改性后的河湖淤泥，構(gòu)建人工島生態(tài)結(jié)構(gòu)，能夠充分適應(yīng)河湖的環(huán)境，從而具備良好的抗侵蝕能力，保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和可靠性。
最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上具體實(shí)施方式僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。