高黏粒含量河湖疏浚底泥的快速排水固結(jié)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種河湖疏浚底泥的快速排水固結(jié)裝置及方法，尤其是一種高黏粒含量河湖疏浚底泥的快速排水固結(jié)裝置及方法，屬于水利、航道工程技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)河湖水體污染嚴(yán)重，每年需要進(jìn)行大規(guī)模的河湖底泥清淤，不可避免產(chǎn)生大量的河湖疏浚底泥需要處理。根據(jù)《太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案》(2008年)，僅東太湖綜合整治工程需要疏浚底泥高達(dá)1800萬(wàn)m3，另外江蘇省太湖地區(qū)河網(wǎng)清淤的河道多達(dá)1000條、3574公里，清淤總量達(dá)到6000萬(wàn)m3。由此可見，在未來(lái)我國(guó)產(chǎn)生的河湖疏浚底泥十分可觀，迫切需要有效的底泥處理技術(shù)作為支撐，為我國(guó)河湖生態(tài)整治提供技術(shù)保障，因而疏浚河湖底泥處置有著廣闊的應(yīng)用前景。充泥管袋排水技術(shù)是70年代在國(guó)外發(fā)展起來(lái)的一種疏浚泥處理技術(shù)，90年代逐漸在我國(guó)疏浚工程中應(yīng)用，該技術(shù)的特點(diǎn)是，將疏浚底泥水力充填到具有濾水不濾土功能的土工管袋中，疏浚底泥在自身重力的作用下發(fā)生排水，水通過(guò)反濾土工布滲出管袋，疏浚底泥留在管袋中，管袋高度降低后再向管袋中繼續(xù)充填疏浚底泥，再靜置讓其自重排水，這樣反復(fù)多次充填，直至充填高度達(dá)到設(shè)計(jì)值。充泥管袋技術(shù)由于具有施工方便、能夠充分利用當(dāng)?shù)厥杩５啄嘧鳛楣こ滩牧?、?jié)省工程費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)國(guó)內(nèi)外的圍海造地、圍堤工程以及深水港航道治理工程中已有較為廣泛的應(yīng)用。但是該技術(shù)的應(yīng)用有其一定的局限性，目前只能處理含砂量較大的疏浚底泥，對(duì)于黏粒含量高、滲透性差的疏浚底泥，黏粒粒徑(小于0.002mm)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)充泥管袋的有效孔徑，傳統(tǒng)充泥管袋保土性能差，細(xì)顆粒流失嚴(yán)重，排出的尾水難以達(dá)到工程處理要求和環(huán)境排放要求；同時(shí)，黏粒含量高、滲透性差造成采用傳統(tǒng)充泥管袋處理疏浚底泥的固結(jié)速度慢、處理效率低、處理效果差等。故對(duì)于黏粒含量高、滲透性差的疏浚底泥，傳統(tǒng)充泥管袋排水技術(shù)已經(jīng)不再適用。
[0003]經(jīng)對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，為了利用疏浚淤泥填筑堤壩，中交上海航道勘察設(shè)計(jì)研宄院有限充公司提出了《充填泥袋結(jié)合真空預(yù)壓填筑堤壩的方法》(申請(qǐng)?zhí)?201210008852.6)，該方法通過(guò)在地表和管袋之間設(shè)置排水層，在管袋完成淤泥充填后，在管袋上覆蓋密封膜，再利用真空抽水加速管袋淤泥固結(jié)。應(yīng)該指出，在地表或管袋之間設(shè)置排水層再利用真空抽水，并沒(méi)有改變影響管袋淤泥排水速率的關(guān)鍵條件一一縮短排水距離(根據(jù)土力學(xué)太沙基原理，土體的排水速率和排水距離的平方成反比，即若排水距離縮短一半，排水速率可以提高4倍)，淤泥中的水分仍然需要從管袋內(nèi)部向管袋表面排出，管袋內(nèi)淤泥最大排水距離仍然為管道半徑長(zhǎng)度。該法本質(zhì)上是在管袋自重荷載基礎(chǔ)上，又在相同荷載作用方向增加了真空荷載的作用，通過(guò)大幅增加荷載的疊加作用實(shí)現(xiàn)快速排水，但是已有研宄表明，對(duì)于黏粒含量高、滲透性差的疏浚泥，過(guò)大的荷載作用往往會(huì)帶來(lái)淤堵問(wèn)題(周源等.透氣真空快速泥水分離技術(shù)室內(nèi)模型試驗(yàn)研宄[J]，真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2010，30 (2):215-220 ;鄧東升等.低濃度疏浚淤泥透氣真空泥水分離模型試驗(yàn)研宄[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2009，31 (2):250-253 ;)，因此，該方法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)會(huì)受到一定的局限，在遇到細(xì)顆粒含量高、滲透性差的疏浚泥時(shí)，容易因淤堵問(wèn)題導(dǎo)致達(dá)不到預(yù)期的加固效果O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，將傳統(tǒng)充泥管袋技術(shù)和真空固結(jié)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新性地優(yōu)化融合，改變傳統(tǒng)管袋的排水結(jié)構(gòu)，大幅縮短管袋淤泥的排水距離，提出高黏粒含量河湖疏浚底泥的快速排水固結(jié)裝置及方法，解決高黏粒含量河湖疏浚底泥排水固結(jié)緩慢的問(wèn)題，縮短施工工期，提高施工效率，強(qiáng)化固結(jié)排水效果，提升尾水排放水平。
[0005]本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案解決技術(shù)問(wèn)題:高黏粒含量河湖疏浚底泥的快速排水固結(jié)裝置，包括充泥管袋，所述充泥管袋為雙層結(jié)構(gòu)，其表面設(shè)有充泥口，其內(nèi)部安置至少兩個(gè)排水板，所述排水板表面包覆濾膜，所述濾膜的等效孔徑095 ( 0.0lmm,滲透系數(shù)^ 0.0Olcm/s，所述排水板的兩端均設(shè)有連接頭，所述每端的連接頭經(jīng)管道并聯(lián)，所述管道的一端封閉、另一端伸出充泥管袋與真空裝置連接。通過(guò)采用多層的充泥管袋替代傳統(tǒng)的單層為主的濾布結(jié)構(gòu)，以減少疏浚底泥細(xì)顆粒的流失，提升尾水排放水平，同時(shí)提高管袋的濾水性能；通過(guò)在管袋內(nèi)部設(shè)置排水板，可以大幅度減少管袋內(nèi)淤泥的排水距離，即管袋內(nèi)淤泥可以通過(guò)管袋表面排水，也可以通過(guò)管袋內(nèi)的排水板排水，管袋內(nèi)淤泥最大排水距離縮短了一半，理論上排水速率可以提高4倍；同時(shí)真空排水方向和管袋表面排水方向相反，不會(huì)產(chǎn)生荷載疊加效應(yīng)，導(dǎo)致淤堵的發(fā)生。利用真空排水系統(tǒng)和管袋的共同排水作用，加速管袋內(nèi)土體的固結(jié)排水，縮短施工工期，提高施工效率，強(qiáng)化固結(jié)排水效果。
[0006]其中，所述雙層結(jié)構(gòu)為外層是高強(qiáng)編織布，內(nèi)層是短纖針刺土工布。外層高強(qiáng)編織布保證內(nèi)層短纖針刺土工布空隙結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，縱向抗拉強(qiáng)度多70kN/m，橫向抗拉強(qiáng)度彡95kN/m,等效孔徑095 ( 0.5mm ;內(nèi)層短纖針刺土工布保土濾水，單位面積質(zhì)量彡150g/m2，等效孔徑095 ( 0.005mm，垂直滲透系數(shù)彡0.0Olcm/s。所述管道另一端與真空裝置之間設(shè)有閥門，該閥門用于預(yù)留連接真空裝置。
[0007]排水板的設(shè)置并不局限于一種，可以是呈直線型橫向均布于充泥管袋中，排水板的空間位置控制在距離充泥管袋下幅、位于設(shè)計(jì)充填高度的1/4-1/2處；也可以是呈波浪型橫向均布于充泥管袋中，排水板的波峰和波谷與管袋頂部和底部的距離大于等于1/4個(gè)設(shè)計(jì)充填高度。此外，所述排水板設(shè)置間距< 1.0m且須保證排水板距離袋體大于等于0.5m0
[0008]本發(fā)明進(jìn)一步提供高黏粒含量河湖疏浚底泥的快速排水固結(jié)方法，包括以下步驟:
[0009]第一步、鋪設(shè)充泥管袋，選擇地勢(shì)平坦，無(wú)銳利雜物的場(chǎng)地，在場(chǎng)地四周開設(shè)排水溝壑，先將充泥管袋卷曲擺放在場(chǎng)地中心區(qū)域，再將充泥管袋展開；
[0010]第二步、連接充泥設(shè)備，將充泥管袋的充泥口與輸送底泥泥漿的泵送管道采用塑料軟管連接，兩端用管卡固定，在泵送管一端設(shè)置手動(dòng)蝶閥，所述排水閥門連接真空裝置；
[0011]第三步、充填管袋，將泥漿通過(guò)泵送管道輸送進(jìn)充泥管袋，當(dāng)充泥管袋的高度達(dá)到設(shè)計(jì)充填高度時(shí)停止充填，扎緊充泥口 ；
[0012]第四步、真空抽水固結(jié)，停止填充后，當(dāng)充泥管袋的高度下降，袋體表面濾水滲出速度緩慢至無(wú)濾水滲出時(shí)，開啟真空裝置進(jìn)行排水固結(jié)。
[0013]該方法還包括第五步，再次填充固結(jié)，當(dāng)?shù)诹焦探Y(jié)完成后，再重復(fù)第三步至第四步完成排水固結(jié)。
[0014]進(jìn)一步地，所述充泥口間隔均布于袋體表面，所述充泥口直徑與泵送管道相匹配。
[0015]所述第三步泵送管道的出口壓力為0.2-0.3Mpa，防止袋體破裂，壓力太低充填料易沉積，影響充填效果，壓力太大易造成充填袋爆裂。
[0016]本發(fā)明在對(duì)傳統(tǒng)充泥管袋技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)的同時(shí)創(chuàng)新性的聯(lián)合了真空排水固結(jié)技術(shù)，改變傳統(tǒng)管袋的排水結(jié)構(gòu)，大幅縮短管袋淤泥的排水距離，提出了高黏粒含量河湖疏浚底泥真空聯(lián)合充泥管袋快速排水固結(jié)技術(shù)，克服了傳統(tǒng)充泥管袋技術(shù)處理黏粒含量高、滲透性差的疏浚底泥保土性能差，細(xì)顆粒流失嚴(yán)重，排出的尾水難以達(dá)到工程處理要求和環(huán)境排放要求，處理效率低小、效果差等工程難題。該技術(shù)兼具傳統(tǒng)充泥管袋排水技術(shù)和真空排水固結(jié)技術(shù)兩者的優(yōu)點(diǎn)，可發(fā)揮兩套技術(shù)的排水功能，對(duì)于黏粒含量高、滲透性差的疏浚底泥，保土濾水性能好，可減少細(xì)顆粒流失，提高尾水的排放水平，有效降低尾水濁度，避免二次污染；又可提高施工效率、固結(jié)效果，縮短工期，高效環(huán)保，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明的布設(shè)平面式真空排水系統(tǒng)的充泥管袋的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是圖1的主視圖。
[0019]圖3是圖2的俯視圖。
[0020]圖4是圖2的側(cè)視圖。
[0021]圖5是本發(fā)明的布設(shè)立體式真空排水系統(tǒng)的充泥管袋的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖6是圖5的主視圖。
[0023]圖7是圖6的俯視圖。
[0024]圖8是圖6的側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例1
[0026]本實(shí)施例的高黏粒含量河湖疏浚底泥真空聯(lián)合充泥管袋快速排水固結(jié)技術(shù)在某河道環(huán)保疏浚及疏浚底泥處置工程上實(shí)施，該河道底泥黏粒含量約為15%，采用平面式排水系統(tǒng)，如圖1-圖4所示，其結(jié)構(gòu)包括表面設(shè)有充泥口 I的充泥管袋8，充泥管袋8內(nèi)部安置六塊沿袋體長(zhǎng)度方向并聯(lián)的排水板2，排水板的表面包覆濾膜，濾膜的等效孔徑095 ( 0.005mm，滲透系數(shù)彡0.001cm/s，排水板2的兩端均設(shè)有連接頭3，每端的連接頭3經(jīng)管道(加筋軟管)4并聯(lián)，管道(加筋軟管)4的一端封閉、另一端伸出充泥管袋8與外設(shè)的真空裝置連接。排水板2呈直線型橫向均布于充泥管袋8中，排水板的空間位置控制在距離充泥管袋8下幅、位于設(shè)計(jì)充填高度的1/4-1/2處。充泥管袋8為雙層結(jié)構(gòu)，外層是縱向抗拉強(qiáng)度多70kN/m，橫向抗拉強(qiáng)度多95kN/m，等效孔徑095 ( 0.5mm的高強(qiáng)編織布5 ;內(nèi)層是單位面積質(zhì)量彡150g/m2，等效孔徑095 ( 0.005mm，垂直滲透系數(shù)彡0.001cm/s的短纖針刺土工布6。排水板2的間距彡1.0m，排水板2與袋體內(nèi)層距離彡0.5m。管道(加筋軟管)4另一端與真空裝置之間設(shè)有閥門7。
[0027]具體實(shí)施步驟如下:
[0028]I)充泥管袋制作:充泥管袋采用高強(qiáng)編織布和短纖