簡述環(huán)保型多功能絞吸船結(jié)合土工管袋河道清淤

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。