土工管袋用于環(huán)保疏浚淤泥脫水固結(jié)的試驗研究

王琦，仰建國，范文雪

（1.中交天津航道局有限公司環(huán)保工程事業(yè)部，天津 300461；2.中交天津航道局有限公司疏浚工程技術(shù)實驗室，天津 300451）

土工管袋用于環(huán)保疏浚淤泥脫水固結(jié)的試驗研究

王琦1，仰建國1，范文雪2

（1.中交天津航道局有限公司環(huán)保工程事業(yè)部，天津 300461；2.中交天津航道局有限公司疏浚工程技術(shù)實驗室，天津 300451）

利用小型土工管袋進行環(huán)保疏浚淤泥脫水固結(jié)試驗，研究土工管袋的不同結(jié)構(gòu)特征（織造方式、織造結(jié)構(gòu)、等效孔徑） 和脫水藥劑用量對環(huán)保疏浚淤泥脫水固結(jié)的影響。試驗結(jié)果表明：脫水藥劑陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）在 0.6~1.0 g/kg 投加量下配合 0.5mm 等效孔徑機織斜紋土工管袋組合，在疏浚淤泥脫水固結(jié)方面表現(xiàn)較好，但脫水藥劑具體最佳用量需在實際工程中根據(jù)不同工況做適當(dāng)調(diào)整。

土工管袋；環(huán)保疏浚；脫水固結(jié)；陽離子聚丙烯酰胺

土工管袋 （Geotextile Tube 或 Geotube） 是一種由高強土工織物制成的大型管袋及包裹體，其直徑可根據(jù)需要變化，最大已超過 5m，長度可達數(shù)十米。土工管袋最初用于圍堤工程中，近幾年逐漸被用于江河湖海淤泥脫水處理[1]，其工藝是將泥漿與脫水藥劑混合后充入土工管袋中，通過底泥自身重力作用和袋體材料本身的濾水作用，實現(xiàn)泥漿的脫水與固結(jié)。目前關(guān)于土工管袋用于環(huán)保疏浚淤泥處理的報道多見于工程應(yīng)用[2-4]，而對于土工管袋自身結(jié)構(gòu)特征及脫水藥劑用量對淤泥脫水固結(jié)的影響卻未見報道。為此，本文利用小型土工管袋進行環(huán)保疏浚淤泥脫水固結(jié)試驗，研究土工管袋的不同結(jié)構(gòu)特征和脫水藥劑用量對環(huán)保疏浚淤泥脫水固結(jié)的影響，為工程應(yīng)用提供一些理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

疏浚淤泥采自于無錫梅梁湖生態(tài)清淤工程疏浚淤泥，脫水藥劑采用工程上普遍采用的陽離子聚丙烯酰胺（ CPAM ），土工管袋規(guī)格為 1 m × 1 m，過濾面積 2m2，選取編織和機織兩種織造方式，斜紋、平紋兩種組織結(jié)構(gòu)，并取 0.1mm、0.5mm、1.0mm 三種織造孔徑。

1.2 試驗方法

將疏浚泥漿利用螺桿泵輸送，在輸送管道中注入一定量的脫水藥劑，經(jīng)靜態(tài)管道混合器使其與泥漿充分混合反應(yīng)后，進入不同織物結(jié)構(gòu)的土工管袋中，底泥通過化學(xué)脫水和土工管袋過濾兩種作用使其孔隙水慢慢排出，當(dāng)管袋中包含的泥漿量達到極限時停止充填，土工管袋充填結(jié)束后，將管袋整齊碼放于竹排上，在自然環(huán)境下通過管袋內(nèi)泥漿自重及滲水壓力的作用進一步脫水固結(jié)，并在不同時間段取樣測定管袋內(nèi)淤泥含水率的變化。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

試驗數(shù)據(jù)采用 Excel2007 進行分類統(tǒng)計，利用 SPSS17.0 進行統(tǒng)計學(xué)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土工管袋織造方式對淤泥脫水固結(jié)效果的影響

土工管袋的織造方式主要為機織和編織。土工管袋不同織造方式對淤泥脫水固結(jié)效果會產(chǎn)生一定影響，充填結(jié)束后不同時間段內(nèi)對袋內(nèi)土取樣測定含水率，對機織布與編織布淤泥含水率進行統(tǒng)計并列于表1。結(jié)果表明：在不同時間段內(nèi)機織布內(nèi)的淤泥含水率均低于編織布，機織布對淤泥固結(jié)脫水效果優(yōu)于編織布，對機織布與編織布含水率數(shù)值進行獨立樣本T檢驗統(tǒng)計分析，兩者之間處理差異也達到顯著水平（ p=0.001 ＜0.05，雙尾檢驗），表明機織布與編織布之間脫水效果的差異來源于其不同的織造方式，且機織布對淤泥的脫水效果要好于編織布。

表1 不同土工管袋織造方式脫水固結(jié)數(shù)據(jù)表Table 1 Dew atering and consolidation data for d ifferent weavingmethodsofgeotextile tubes

2.2 土工管袋織造結(jié)構(gòu)對淤泥脫水固結(jié)效果的影響

經(jīng)紗和緯紗每隔一根紗就交織一次織制的叫平紋織物，經(jīng)紗和緯紗至少隔兩根紗線才交織一次，采用添加經(jīng)、緯交織點改變織物組織結(jié)構(gòu)的統(tǒng)稱為斜紋織物。

將斜紋布與平紋布對淤泥脫水固結(jié)處理效果表征值含水率進行整理分析列于表2，斜紋布對淤泥脫水固結(jié)效果略優(yōu)于平紋布，在充填結(jié)束后初期斜紋布的脫水效果要明顯好于平紋布的脫水效果，充填結(jié)束半個月后兩者的差別減小，表明斜紋布初期脫水速率快，脫水效果要優(yōu)于平紋布，淤泥脫水后期兩者的脫水速率、脫水效果無明顯差別，然而在實際工程應(yīng)用中，利用土工管袋脫水主要在于前期脫水，因此，斜紋布在工程應(yīng)用中具有一定的優(yōu)勢。

表2 不同土工管袋織造結(jié)構(gòu)對淤泥脫水固結(jié)數(shù)據(jù)表Table2 Dewatering and consolidation dateof the sludge by differentweaving structuresof geotextile tubes

2.3 土工管袋等效孔徑對淤泥脫水固結(jié)效果的影響

土工管袋等效孔徑的大小對淤泥脫水起著至關(guān)重要的作用，合適的等效孔徑大小既可以保證水分盡可能多的排出袋體，同時又保證泥漿顆粒留存于袋內(nèi)。前文結(jié)果表明機織斜紋布對淤泥脫水效果較好，在此基礎(chǔ)上考察不同等效孔徑的機織斜紋布對淤泥脫水固結(jié)的影響。不同等效孔徑機織斜紋布處理的淤泥含水率列于表3。

表3 不同等效孔徑土工管袋對淤泥脫水固結(jié)數(shù)據(jù)表Table 3 Dewatering and consolidation date of the sludge by differentaperturegeotextile tubes

表3的數(shù)據(jù)表明：等效孔徑大小并沒有對淤泥脫水固結(jié)產(chǎn)生明顯的差異。1.0mm 等效孔徑管袋后期的淤泥含水率與 0.5mm 等效孔徑管袋的淤泥含水率差別不大，0.5mm 等效孔徑管袋脫水固結(jié)效果還略微好于 1.0mm 等效孔徑管袋，并非設(shè)想的等效孔徑大的含水率一定低，但 0.1mm 等效孔徑管袋后期淤泥含水率卻明顯比大等效孔徑管袋內(nèi)淤泥含水率高，說明在袋體充填結(jié)束后靠泥漿液自重及滲水壓力脫水，小等效孔徑管袋透水效果不佳，脫水速率慢，效果差，在充填結(jié)束后同等時間內(nèi)達不到 0.5mm、1.0mm 等效孔徑管袋的脫水固結(jié)效果。

2.4 CPAM 投加量對 0.5mm 等效孔徑機織斜紋土工管袋淤泥脫水固結(jié)效果的影響

通過上述試驗分析確定了 0.5mm 等效孔徑機織斜紋土工管袋組合使用對淤泥脫水固結(jié)的效果最好，在此基礎(chǔ)上研究 CPAM 投加量對淤泥脫水效果的影響，此部分?jǐn)?shù)據(jù)整理結(jié)果見表4。

表4 CPAM 投加量對 0.5mm 等效孔徑機織斜紋土工管袋淤泥脫水固結(jié)數(shù)據(jù)表Table4 Dewatering and consolidation data of the woven tw illgeotextile tubew ith 0.5mm apertureby theeffectof CPAM

由表 4數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)在同等條件下，并不是CPAM投加量越大對淤泥的脫水固結(jié)效果越好，由于可供考察的數(shù)據(jù)較少，并不能完全判定這種推論確實是由 CPAM 投加量產(chǎn)生而非試驗誤差所致，因此對這些數(shù)據(jù)利用統(tǒng)計學(xué)手段進行配對樣本T檢驗，從統(tǒng)計學(xué)的角度進行檢驗，結(jié)果見表5。

表5 CPAM 投加量與淤泥含水率配對樣本 T 檢驗統(tǒng)計表Tab le 5 Teststatisticsof pared-sam p les T from the dosageof CPAM and thewater content of sludge

通過統(tǒng)計學(xué)檢驗數(shù)據(jù)可知，CPAM 與不同時間段淤泥含水率的配對 T 檢驗 p 值均大于 0.05，因此在統(tǒng)計學(xué)上也說明 CPAM 投加量對土工管袋內(nèi)淤泥脫水固結(jié)之間無顯著差異，并非 CPAM 投加量越大對淤泥的脫水固結(jié)效果越好，在充填結(jié)束后幾天內(nèi)還能表現(xiàn)出 CPAM 大劑量投加的脫水效果較好，可降低淤泥含水率，但在充填結(jié)束后期反而表現(xiàn)出低劑量 CPAM 投加量 （0.6~1.0 g/kg）處理的淤泥含水率降低明顯，低于高劑量 CPAM處理的結(jié)果，這可能是由于 CPAM 一方面是一種脫水劑，另一方面也是一種保水劑，高劑量的CPAM 將淤泥顆粒絮凝成大塊的絮凝顆粒團，造成顆粒團之間產(chǎn)生較大空隙，不能達到顆粒團之間相互擠壓的效果，降低了自重壓力和滲水壓力，包裹在絮凝團空隙之間的水分不能及時排出，表現(xiàn)為高劑量 CPAM投加量后期的脫水固結(jié)效果差于低劑量的處理效果。因此，CPAM 的投加量對土工管袋淤泥脫水固結(jié)的影響很重要，需要找到一個合適的投加劑量，既要保證充填期間土工管袋出水水質(zhì)要求，還要考慮到充填結(jié)束后期淤泥脫水固結(jié)的效果。

3 結(jié)語

通過小型土工管袋對疏浚淤泥脫水固結(jié)試驗分析，土工管袋不同織造方式、織造結(jié)構(gòu)、等效孔徑對疏浚淤泥脫水固結(jié)的效率有較大影響，同時脫水藥劑的使用量也存在一個最佳使用范圍，并非用量越多脫水效果越好，綜合土工管袋現(xiàn)場試驗充填的效果，脫水藥劑 CPAM 在 0.6~1.0 g/kg投加量下配合 0.5mm 等效孔徑機織斜紋土工管袋組合，在疏浚淤泥脫水固結(jié)方面表現(xiàn)較好，對土工管袋工程實際應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

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Experimental study on dewatering and consolidation of sludge from environm ent dredging by using geotextile tubes

WANGQi1，YANGJian-guo1，F(xiàn)ANWen-xue2
（1.CCCCTianjin DredgingCompany Limited EnvironmentalProtection Engineering Department，Tianjin 300461，China；2.CCCCTianjin Dredging Company Limited Dredging Engineering Laboratory，Tianjin 300451，China）

The dewatering and consolidation experimentofsludge from environmental is carried outby using small-sized geotextile tubes.The influencesof differentstructural characteristicsofgeotextile tubes such asweavingmethod，weaving structure and aperture，and dosages of dewatering agenton its dewatering and consolidation effects are studied.The results show that the dewatering and consolidation effectof thewoven twill geotextile tubewith 0.5mm aperture is better.And the effectof cationic polyacrylam ide （CPAM） in the dosage of 0.6~1.0 g/kg is also better.But the best dosagemust be ad justed according to the differentconditions in the practicalprojects.

geotextile tube；environmental dredging；dewatering and consolidation；cationic polyacrylamide

U616.26

A

1003-3688（2014）01-0050-03

10.7640/zggw js201401009

2013-05-13

王琦 （1981 — ），男，山東荷澤市人，工程師，工學(xué)碩士，主要從事環(huán)保疏浚工程技術(shù)研究。E-mail：wqsoaring@163.com