本实用新型属于厚淤泥底质吹填区领域，尤其涉及一种厚淤泥底质吹填区防挤淤散铺施工消能装置及消能系统。
背景技术：
由于沿海地区围海造地项目越来越多，需要围海吹填以形成陆域，建造厂区、港口码头堆场、道路以及房地产开发项目等。吹填土质大多采用砂土，便于在吹砂管线拆除后，很快可在陆地上投入机械设备，进行陆上施工。
传统吹填工程中主要采用绞吸式挖泥船或耙吸式挖泥船的挖掘系统及泵送系统将数公里外的泥沙，通过输泥管道输送至指定的吹填区域，实现围海造地的目的。该吹填工艺主要包括：逐区域推进施工，即从吹填区域一个位置开始吹填，吹填至设计标高后继续向前延长输泥管线，继续进行下一个区域的吹填直至设计标高，如此循环推进直至整个施工区域达到设计标高。在实际应用中，该施工工艺存在一个较大的技术缺陷，即如果吹填区域底质为厚淤泥层，土质很差，传统吹填工艺输送吹填物质的管道系统由于管口流速过大，约为3-6m/s，方向为水平方向，很难控制吹填物铺设的范围，容易造成挤淤问题，为后续地基处理大幅增加施工难度和资金投入。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种降低吹填物流速，增大吹填物单次吹填覆盖面积，集中吹填物流出方向，便于调整吹填系统位置，制作成本低，解决了厚淤泥底质吹填区传统吹填挤淤问题的厚淤泥底质吹填区防挤淤散铺施工消能装置及消能系统。
本实用新型是这样实现的，一种吹填区防挤淤散铺施工消能装置，其特征在于，包括消能装置本体，所述消能装置本体包括一端连接输泥管的弯管接头；所述弯管接头另一端连接内设空腔的消能室，所述消能室过流面积大于所述输泥管过流面积；所述消能室沿水平方向设置，所述消能室两端分别固定连接有端板，所述消能室一侧侧壁上均布数个消能孔；所述消能孔外部设有下端开口的消能盒；所述消能盒固定连接所述消能室侧壁，包括平行于所述消能孔截面的消能板；连接消能板和消能室侧壁的顶板；在消能板的两端设有与消能板、顶板和消能室连接的侧板，所述侧板垂直连接所述消能板和所述顶板。
上述技术方案中疏浚物的输入端与消能室垂直连接，疏浚物通过消能室后可以发生以下三个变化：1.输送物的速度由方向由水平方向改变为竖直方向；2.输送物的速度大小降低至1/4左右；3.输送物的形态由线状变为面状。通过输送物的速度与形态的改变达到了均匀散铺吹填的前提条件，再通过船舶对消能装置位置的不断改变，达到均匀散铺的吹填效果。
上述的消能室采用圆柱形消能室，将单次吹填物覆盖宽度提高数倍，实现了吹填物的均匀散铺，消能室可利用施工现场的排泥钢管组装制成，成本低廉，该设计结构简单，使用方便，散铺效果好。
在上述技术方案中，优选的，所述弯管接头包括相连且相互垂直的弯管段和直管段，所述弯管段通过法兰连接所述输泥管，所述直管段连接所述消能室。该结构简单，便于制作，有利于吹填物的流通。
在上述技术方案中，优选的，所述消能盒还包括隔板，所述隔板位于相邻消能孔之间且平行于侧壁，所述隔板连接顶板、消能板和消能室侧壁。
消能孔间设有隔板，将消能盒内部分隔成隔离空间，吹填物沿水平方向流至隔板上后，部分吹填物的速度方向由向隔板方向倾斜一定角度改变为竖直方向，对吹填物进一步消能，使吹填物散铺更为均匀。
本实用新型还公开一种基于上述消能装置的消能系统，包括可四方漂浮移动的安装平台上；连接输泥管线的船舶；以及连接安装平台的锚缆和锚；其特性在于：还包括消能装置，上述的消能装置安装在所述的安装平台上。
该技术方案中，安装平台可沿前后左右四个方向漂浮移动，上述连接输泥管的消能装置本体安装在安装平台侧面，可将吹填物均匀散铺，并随着平台侧面的移动而控制吹填位置和吹填物厚度，其中，散铺施工的系统中安装平台、船舶、锚缆和锚等均可通过采用市场现有的设备安装实现。由于散铺施工的系统包括上述技术方案中的消能装置，因此，该散铺施工的系统具有上述消能装置的全部有益效果，在此不再赘述。
综上所述，本技术方案中，弯管接头可通过连接法兰连接输泥管，使弯管接头的流出口轴线与流入口轴线相垂直，吹填物通过弯管接头时进行部分消能并将水平方向的初速度转变为垂直向下的速度；吹填物进入消能室后，由于消能室过流面积大于所述输泥管过流面积，通过扩大容积提高通过疏浚物的流量降低流速的目的；吹填物流出消能孔时，速度方向由竖直方向改变为水平方向，起到进一步消能的作用，同时，通过加宽的消能室和分散的消能孔，将单次吹填物覆盖面积提高数倍，实现了吹填物的散铺；吹填物沿水平方向流至消能板上后，吹填物的速度方向由水平方向再次改变为竖直方向，对吹填物进一步消能。这样，采用本设计后，吹填物由输泥管水平快速分散流出，转变为数倍于输泥管面积竖直慢速集中流出，吹填物的流速降低至1m/s左右，便于控制铺砂面。使用中，通过移动该消能装置本体，即可对整个吹填区进行均匀散铺吹填；解决了厚淤泥底质吹填区传统吹填挤淤问题。
附图说明
图1是本实用新型提供的消能装置的结构示意图；
图2是图1中的消能装置的正视图；
图3是图2中的a-a向剖视图；
图4是图3中的b-b向剖视图；
图5是本实用新型实施例提供的散铺施工的系统的结构示意图。
图中：1、弯管接头；11、弯管段；12、直管段；2、消能室；21、消能孔；22、端板；23、侧壁；3、消能盒；31、消能板；32、侧板；33、隔板；34、顶板；4、安装平台；5、船舶；6、锚缆；7、锚；8、消能装置本体；9、输泥管。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型提供的一种吹填区防挤淤散铺施工消能装置、系统及其散铺施工方法降低吹填物流速，增大吹填物单次吹填覆盖面积，集中吹填物流出方向，便于调整吹填系统位置，解决了厚淤泥底质吹填区传统吹填挤淤问题。为了进一步说明本实用新型，结合附图进行详细阐述如下：具体请参阅图1至图5；
本实用新型是这样实现的，一种吹填区防挤淤散铺施工消能装置，包括消能装置本体8，所述消能装置本体8包括一端连接输泥管9的弯管接头1；所述弯管接头1另一端连接内设空腔的消能室2，消能室过流面积大于所述输泥管过流面积；所述消能室2沿水平方向设置，所述消能室2一侧侧壁23上均布数个消能孔21；所述消能孔21外部设有下端开口的消能盒3；
所述消能盒3固定连接所述消能室2的侧壁23，包括平行于所述消能孔21截面的消能板31；连接消能板和消能室侧壁23的顶板34；在消能板31的两端设有与消能板31、顶板34和消能室2连接的侧板32，所述侧板32沿所述消能室2垂直连接所述顶板34、消能板31和所述顶板34。
上述技术方案中疏浚物的输入端与消能室垂直连接，疏浚物通过消能室后可以发生以下三个变化：1.输送物的速度由方向由水平方向改变为竖直方向；2.输送物的速度大小降低至1/4左右；3.输送物的形态由线状变为面状。通过输送物的速度与形态的改变达到了均匀散铺吹填的前提条件，再通过船舶对消能装置位置的不断改变，达到均匀散铺的吹填效果。
在上述技术方案中，优选的，所述弯管接头1包括相连且相互垂直的弯管段11和直管段12，所述弯管段11通过法兰连接所述输泥管9，所述直管段12连接所述消能室2。
弯管接头1包括相互垂直的弯管段11和直管段12，该结构简单，便于制作，有利于吹填物的流通。
在上述技术方案中，优选的，所述消能室2采用直条形，所述消能室2两端分别固定连接端板22，所述消能室2轴向垂直于所述直管段12轴向，所述消能孔21沿所述消能室2长度方向均布在所述消能室2一侧侧壁23上。
消能室2采用直条形消能室2，将单次吹填物覆盖宽度提高数倍，实现了吹填物的均匀散铺，消能室2可利用施工现场的排泥钢管组装制成，成本低廉，该设计结构简单，使用方便，散铺效果好。
在上述技术方案中，优选的，所述消能盒3还包括隔板33，所述隔板33位于相邻消能孔21之间且平行于侧壁23，所述隔板33连接消能板和消能室2侧壁23。
消能孔21间设有隔板33，将消能盒3内部分隔成隔离空间，吹填物沿水平方向流至隔板33上后，部分吹填物的速度方向由向隔板33方向倾斜一定角度改变为竖直方向，对吹填物进一步消能，使吹填物散铺更为均匀。
本实用新型还公开一种基于上述消能装置的消能系统，包括可四方漂浮移动的安装平台4上；其安装平台优选为平板驳。连接输泥管线的船舶5；以及连接安装平台4的锚缆6和锚7；其特性在于：还包括消能装置，上述的消能装置安装在所述的安装平台上。
该技术方案中，如图5所示，可通过船舶5提供动力，使安装平台4沿前后左右四个方向漂浮移动，上述连接输泥管9的消能装置本体安装在安装平台4侧面，可将吹填物均匀散铺，并随着平台侧面的不断移动而控制吹填位置和吹填物厚度，其中，散铺施工的系统中安装平台4、船舶5、锚缆6和锚7等均可通过采用市场现有的设备安装实现。由于散铺施工的系统包括上述技术方案中的消能装置，因此，该散铺施工的系统具有上述消能装置的全部有益效果，在此不再赘述。
一种基于上述消能装置的散铺施工方法，包括以下步骤，
a、制作上述的消能装置；将所述消能装置固定安装可四方漂浮移动的安装平台上；连接输泥管线的船舶；以及连接安装平台的锚缆和锚；
b、将吹填输泥管端头连接所述消能装置的弯管接头；
c、通过预先计算的每层吹填物厚度，分层厚度不超过1.5米，结合所述消能孔吹填物流出速度确定平台移动速度，然后开始吹填；
d、通过上述方式实施吹填物的分层散铺，待每层吹填物稳定后进行下一层吹填物的散铺，直至底层淤泥上部散铺安全厚度的吹填物后，再改为传统方式吹填施工。
综上所述，吹填物从排泥管流经消能装置本体时，经过消能：经过90度弯管接头1时，吹填物进行部分消能并将水平方向的初速度转变为垂直向下的速度，进行消能；进入消能室2后，由于消能室2过流面积大于输泥管9过流面积，吹填物的流速得到降低；流出消能室2时，由于消能孔21轴向垂直于所述弯管接头1流出口轴向，吹填物流出消能孔21时，速度方向由竖直方向改变为水平方向，进一步消能，同时，通过加宽的消能室2和分散的消能孔21，将单次吹填物覆盖面积提高数倍，实现了吹填物的散铺，消能室2可采用圆柱形消能室2，可将单次吹填物覆盖宽度提高数倍；吹填物沿水平方向流至消能板31上后，吹填物的速度方向由水平方向再次改变为竖直方向，吹填物沿水平方向流至消能孔21两侧的隔板33或侧板32上后，该吹填物的速度方向由向隔板33方向倾斜一定角度改变为竖直方向，对吹填物进一步消能；同时，可通过调整安装平台4的位置调整消能装置本体的位置，消能装置本体随着平台的不断移动，从而控制吹填位置和吹填物厚度。采用本设计后，吹填物由输泥管9水平快速分散流出，转变为数倍于输泥管9截面积竖直慢速集中流出，吹填物的流速降低至1m/s左右，方便的调整消能装置及吹填系统的位置，解决了厚淤泥底质吹填区传统吹填挤淤问题。
实施例：如图5所示，某吹填区域底质为10米左右的淤泥，需在上面吹填7米厚中粗沙形成陆域。通过理论计算，淤泥上无法承受一次性加载1.5米厚的中粗砂，否则容易引起挤淤。因此，无法采用传统吹填工艺施工，需要分层吹填，每层厚度不超过1.5米，待该层稳定后再进行下一层吹填。采用本实用新型的技术方案进行散铺吹填：
采用耙吸式挖泥船艏吹施工工艺，输泥管9口流速为5m/s，输泥管9口直径900mm。消能装置中的消能孔21数量为6个，直径为400mm，经过消能后流速变为1m/s。吹填施工时将消能装置安装到一平板船舶上，平板驳通过4个口锚7控制其前后左右移动，进而实施散铺吹填。具体锚机的转速根据每层吹填厚度及吹填砂的流量计算求得，属于现有技术，在此不进行赘述。
本实用新型消能装置是利用施工现场的排泥钢管组装而成，利用水力学原理计算不同管径下流体速度的变化公式实现。同时具有结构简单，使用方便，解决了厚淤泥底质吹填区传统吹填施工过程中挤淤的难题。进而避免了因挤淤造成后期地基处理难度增大的问题，减少了后期地基处理资金投入。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
1.一种吹填区防挤淤散铺施工消能装置，其特征在于，包括消能装置本体，所述消能装置本体包括一端连接输泥管(9)的弯管接头(1)；所述弯管接头(1)另一端连接内设空腔的消能室(2)，所述消能室过流面积大于所述输泥管过流面积；所述消能室(2)沿水平方向设置，所述消能室(2)两端分别固定连接有端板(22)，所述消能室(2)一侧侧壁(23)上均布数个消能孔(21)，所述消能孔(21)外部设有下端开口的消能盒(3)；
所述消能盒(3)固定连接所述消能室(2)侧壁(23)，包括平行于所述消能孔(21)截面的消能板(31)；连接消能板和消能室(2)侧壁(23)的顶板(34)；在消能板(31)的两端设有与消能板、顶板(34)和消能室(2)连接的侧板(32)，所述侧板(32)垂直连接所述消能板(31)和所述顶板(34)。
2.如权利要求1所述的吹填区防挤淤散铺施工消能装置，其特征在于，所述弯管接头(1)包括相连且相互垂直的弯管段(11)和直管段(12)，所述弯管段(11)通过法兰连接所述输泥管(9)，所述直管段(12)连接所述消能室(2)。
3.如权利要求1所述的吹填区防挤淤散铺施工消能装置，其特征在于，所述消能盒(3)还包括隔板(33)，所述隔板(33)位于相邻消能孔(21)之间且平行于侧壁(23)，所述隔板(33)连接顶板、消能板和消能室(2)侧壁(23)。
4.一种基于吹填区防挤淤散铺施工消能装置的消能系统，包括可四方漂浮移动的安装平台(4)上；连接输泥管线的船舶(5)；以及连接安装平台(4)的锚缆(6)和锚(7)；其特性在于：还包括消能装置，上述权利要求1至3中任一项所述的消能装置安装在所述的安装平台上。
技术总结