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      簡述環(huán)保型多功能絞吸船結(jié)合土工管袋河道清淤

      2020-03-19 05:49:48趙海豐程遠明許清文
      港工技術(shù) 2020年1期
      關(guān)鍵詞:管袋環(huán)保型清淤

      趙海豐,程遠明,許清文

      (中交天航南方交通建設(shè)有限公司,廣東 深圳 518040)

      引 言

      傳統(tǒng)河道清淤多采用抽排水后干作業(yè)施工,部分采用抽泥泵吸泥結(jié)合土工管袋脫水處理工藝[1-2],清淤效果不盡如人意。

      南寧城市河道清淤項目,清淤范圍長約340 m,實際淤泥厚度約5~100 cm,清淤量約546 t(含水率80 %),水下方約2 100 m3(含水率95 %),施工現(xiàn)場無法排水干作業(yè),且現(xiàn)場地形復(fù)雜、施工區(qū)域水深較大,同時考慮到環(huán)保、施工效率等多方面因素,擬采用環(huán)保型多功能絞吸船結(jié)合土工管袋施工工藝。

      1 河道清淤工程設(shè)計

      1.1 疏浚船機及管線設(shè)計

      根據(jù)施工工況,選用環(huán)保型多功能絞吸船(圖1),其特性如下:

      1)整體運輸方便,無須拼裝;

      2)自主推進航行,無需輔助船舶,適合于狹窄水域作業(yè);

      3)不受施工區(qū)域水深影響,最大挖深6.5 m,可在淺水域甚至陸地上作業(yè);

      4)擁有可切換的多種工作裝置,樹枝雜草可采用反鏟作業(yè)清理,淤泥可采用絞刀泵聯(lián)合耙頭作業(yè)清淤;

      5)絞吸船船尾采用鋼管連接,密封性能高,滿足環(huán)保要求。

      圖1 環(huán)保型多功能絞吸船構(gòu)造示意

      本工程中環(huán)保多功能絞吸船發(fā)動機轉(zhuǎn)速設(shè)定在1 600 r/min,布設(shè)200 mm內(nèi)徑管線,長度約為300 m,泥泵的清水流量為400 m3/h,泥漿設(shè)計平均濃度為10 %,按照下列公式計算生產(chǎn)率:

      式中:

      W為生產(chǎn)率,m3/h;

      Q為泥泵的大致性能(清水),m3/h;

      P為泥漿設(shè)計平均濃度,%。

      計算可得絞吸船生產(chǎn)率為40 m3/h。

      采用鋼制排泥管線管材,管道通過法蘭連接,水上部分利用浮筒架設(shè)使其浮于水面,在與絞吸船接口處和陸地接頭區(qū)加設(shè)橡膠管,減少摩阻力。

      1.2 脫水平臺設(shè)計

      根據(jù)現(xiàn)場條件,選取凌鐵大橋下一塊場地作為脫水減容場地。為最大化利用所選平面場地,擴大單個砂袋充容量,設(shè)置場地長43 m,寬9 m,同時需整平、壓實處理。

      場底防滲處理結(jié)構(gòu)由下往上為:400 g/m2編制土工布、2 mm HDPE光面土工膜、200 mm碎石濾層,為防止袋體翻滾,場地寬度方向考慮50 cm富裕寬度,在減容場地靠近溝渠一側(cè)設(shè)置一條尺寸為0.2 m×0.1 m的縱坡1 %的排水溝[3]。

      1.3 藥劑選型和加藥系統(tǒng)設(shè)置

      1)PAM的選型試驗

      在同等條件下,選取多種不同型號的絮凝劑與現(xiàn)場取樣的污泥水進行反應(yīng),選擇其中反應(yīng)速度快、藥量消耗小、絮凝效果好的 PAM作為該項目的絮凝劑[4]。選擇其中三種型號的絮凝劑進行對比試驗,試驗數(shù)據(jù)見表1。

      表1 試劑試驗效果

      試驗結(jié)果顯示,4440型號的PAM反應(yīng)速度快、用量小、絮凝效果最好,結(jié)合經(jīng)濟、效率考慮,選用4440型號藥劑作為本項目絮凝藥劑。

      2)加藥系統(tǒng)設(shè)置

      環(huán)保型多功能絞吸船排量為200~400 m3/h,為確保溶解藥劑期間一備一用,采用雙槽矩形箱藥池。在不同排量、不同PAM溶液濃度下,PAM溶液泵機的對應(yīng)排量以及藥池單箱的尺寸見表2。

      表2 PAM泵機排量

      由于市面上的單槽箱容量普遍為 6 m3,考慮PAM溶液的粘稠性和反應(yīng)效果,PAM溶液濃度不得大于0.3 %,結(jié)合表2數(shù)據(jù),在9 m3/h、11.5 m3/h、12.5 m3/h三種規(guī)格中選用12.5 m3/h的離心泵作為藥液的泵機。環(huán)保型多功能絞吸船的最大排壓值為2.8 kg,為確保能將藥液注入淤泥排管中,高壓泵的壓強需大于2.8 kg。

      3)藥劑混合系統(tǒng)

      在每個藥劑溶解池槽頂部設(shè)置1臺不銹鋼攪拌器。采用管徑150 mm的PVC管制作蛇形彎管,為確保能夠承受污泥水的沖擊力,在每個彎管接頭用手持鉆打釘加固。蛇形彎管的設(shè)置8個彎頭,以確保PAM與污泥水充分反應(yīng),見圖2。

      蛇形彎管具有泥漿輸送和藥劑反應(yīng)場所兩個功能:PAM溶液經(jīng)過高壓泵泵輸,經(jīng)過變徑三通注入污泥水管道中,在蛇形彎管中,藥液與污泥水充分混合反應(yīng),泥水分離。在蛇形彎管最后的一個彎頭后設(shè)置一個取樣口,以便在充袋時取樣觀察反應(yīng)情況,調(diào)節(jié)各項參數(shù),確保充袋效果。

      圖2 蛇形彎管及取樣口

      藥劑溶解池單槽底部由50 mm PVC管道接出,并設(shè)置開止閥,經(jīng)過三通后與高壓泵連接,再通過變徑三通與污水管連接。污泥管道壓力較大,高壓泵的位置布設(shè)靠近注入點,確保能夠?qū)?PAM 溶液注入污泥管道。

      1.4 土工管袋設(shè)計與鋪設(shè)

      1)管袋選型

      目前主要用于土工管袋的材料有聚丙烯(PP)和聚酯(PET)。本工程選用聚丙烯,材料性能參數(shù)見表 3,該材料抗紫外線能力較強,各性能指標(biāo)滿足要求。本次工程土工管袋規(guī)格尺寸為長43 m,寬 8 m,最大充填高度 2.3 m,理論納泥容積為791 m3。

      表3 聚丙烯材料性能參數(shù)

      2)管袋現(xiàn)場加工及鋪設(shè)

      土工管袋優(yōu)化設(shè)計,設(shè)置袖口。通過對土工管袋增設(shè)袖口,袖口放置鋼筋籠,便于輔助抽排水,加快脫水進度,按照每100 m2設(shè)置一個袖口,共設(shè)置3個袖口。

      土工管袋的鋪設(shè)。在脫水減容的場地上每隔3 m設(shè)置護欄,護欄豎直鋼管通過腳手架連接橫向鋼管,橫向鋼管埋入碎石層中。再用繩子一頭綁在護欄上,另一頭綁在對面木樁上。土工管袋的大小需根據(jù)場地訂制,在鋪設(shè)土工管袋的時候,確保平鋪,嚴禁折疊、向下翻折。

      1.5 土工管袋的填充工作

      在正式充袋前,需要進行包括管道連接滲漏檢查、管道的抗壓測試、環(huán)保型多功能絞吸船各項參數(shù)與高壓泵的匹配調(diào)試。

      經(jīng)測試,在PAM溶液濃度為0.22 %時,污泥水的濃度控制在絞吸船真空壓力140~170 bar之間的絮凝效果最好。

      在進行好各項調(diào)試工作后,即可開始進行充袋,充灌砂袋要點如下[5-6]:

      1)提前半小時配置PAM溶液,每個單槽溶解11 kg藥劑,溶解時要緩慢、分散撒入,嚴禁一次性倒入,避免造成結(jié)塊無法溶解。

      2)打開PAM溶液泵注入溶液,發(fā)現(xiàn)溶解池液面下降時調(diào)小溶液閥門。

      3)在確定溶解池液面下降后,絞吸船開始抽水,排壓由小到大慢慢提升,直至目標(biāo)排壓值。

      4)觀察管道,待淤泥快涌入砂袋前,將PAM溶液流量調(diào)至最大,每隔5分鐘在取樣口取樣,根據(jù)反應(yīng)的絮凝效果調(diào)節(jié)淤泥濃度或者 PAM 溶液的流量,確保充袋效果。

      5)為確保安全,土工管袋的充填最大高度不宜超過2.3 m,同時在土工管袋上方1.7 m、2.3 m處分別拉伸固定。當(dāng)填充至高度1.7~2.3 m時,要緩慢、謹慎充袋。

      6)在充袋填充高度在到達1.5 m之前,可根據(jù)溶液的溶解情況充袋,即有藥即可充;在充袋高度到達1.5 m之后,在排水速度明顯下降后再進行充袋,避免連續(xù)充袋造成袋內(nèi)壓力過大。

      1.6 管袋排水

      本工程土工管袋在充填至最大高度4次,即停止充填,靜置排水,靜置排水時采用人工輔助排水,加快排水速率:

      1)人工用木棍拍打土工管袋;

      2)制作 3個長×寬×高=1.2 m×0.2 m×0.2 m的鋼筋籠放置于三個管袋袖口中,鋼筋籠除頂面外縫上沙網(wǎng)。排水過程中水透過網(wǎng)格進入鋼筋籠,當(dāng)水量較大的時候,采用小型泥漿泵將鋼筋籠內(nèi)污水抽走,當(dāng)水量較小時采用類似酒提的器具人工排水。

      1.7 淤泥處置

      經(jīng)過靜置2~3天,并輔于人工排水,淤泥取樣試驗確定含水率低于80 %,此時的淤泥具有較強的流動性以及觸變性,已達到設(shè)計要求,可組織吸污車將淤泥抽吸至車罐中,運至垃圾填埋場。

      1.8 尾水的循環(huán)利用

      針對土工管袋流出的尾水可能殘留部分藥液,現(xiàn)場安排人員對土工管袋里面流出的尾水進行收集,部分用于配置藥液,部分可用于沖洗土工管袋,提高材料的周轉(zhuǎn)利用率。

      2 現(xiàn)場實驗數(shù)據(jù)分析

      通過現(xiàn)場施工,對得出的數(shù)據(jù)進行分析。

      2.1 排壓

      第一次充裝,環(huán)保型多功能絞吸船排壓取值2.8 kg,充袋期間管線出現(xiàn)多次爆裂,更換管線頻次增加。

      第二次充裝,排壓降低至2.6 kg,管線爆裂僅發(fā)生一次。

      第三次充裝,排壓降低至2.4 kg時,施工過程中無爆管發(fā)生,充袋過程連續(xù)作業(yè)。

      綜上,為確保充袋連續(xù)作業(yè),提高脫水效率,絞吸船排壓應(yīng)控制在2.4 kg左右。

      2.2 含水率

      第一次充裝,充袋至高2.3 m后,停止充袋,含水率為95.22 %,采用靜置排水以及人工拍打的方式降低含水率。第二日含水率為85.22 %,第三日含水率為83.01 %,第四日含水率為79.88 %,達到設(shè)計要求。含水率由95.22 %降至79.88 %以下,耗時約3天。

      第二次充裝,充袋至高2.3 m后,停止充袋,測量含水率為95.31 %,采用靜置排水以及人工拍打的方式降低含水率。第二日含水率為84.13 %,第三日含水率為82.78 %,第四日含水率為79.65 %,達到設(shè)計要求。含水率由95.31 %降至79.65 %以下,耗時約3天。

      第三次充裝,充袋至高2.3 m后,停止充袋,測量含水率為95.36 %,采用靜置排水以及人工拍打的方式降低含水率。第二日含水率為84.29 %,第三日含水率為75.28 %,達到設(shè)計要求。含水率由95.26 %降至75.28 %以下,耗時約2天。

      綜上,初始設(shè)置的3個袖口配備鋼筋籠能有效的輔助排水,有效加快含水率降低的速度。

      3 結(jié) 語

      1)環(huán)保型多功能絞吸船適合城市河道清淤,特別是針對地形復(fù)雜,雜物樹枝石塊較多的河道清淤工作,較其他施工設(shè)備作業(yè)方便,效率高。

      2)環(huán)保型多功能絞吸船施工合理控制排壓,確保有效作業(yè),提高生產(chǎn)效率,同時優(yōu)先選用耐磨管道,通過多次試驗調(diào)整排壓,確保排壓小于管線抗壓。類似工程實例可優(yōu)先環(huán)保型多功能絞吸船排壓控制在2.4 kg左右效果最佳。

      3)在河道清淤作業(yè)前,采取河道淤泥經(jīng)試驗確定最佳試劑濃度,進一步確定管線中污泥水濃度。在PAM溶液濃度為0.22 %時,管線中污泥水的濃度控制在絞吸船真空壓力140~170 bar效果最好。

      4)合理設(shè)置管袋袖口,輔助排水。土工管袋制作時按照管袋平面面積設(shè)置袖口,每100 m2不少于1個,袖口處設(shè)置鋼筋籠,利用水泵輔助排水,可極大提高脫水效率。

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