框架真空預(yù)壓法對(duì)水力沖挖淤泥脫水效果的 試驗(yàn)研究

劉叢陽

（重慶交通大學(xué) 重慶市高校水工建筑物健康診斷技術(shù)與設(shè)備工程研究中心， 重慶 400074)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)生態(tài)環(huán)境提出了更高的要求，但由于區(qū)域內(nèi)市政管線及污水處理設(shè)施建設(shè)未能跟上城鎮(zhèn)化發(fā)展節(jié)奏，城市黑臭水體問題突出。[1-2]城市河道一般采用水力沖挖方式疏浚，淤泥含水量高、體積大，而淤泥黏粒小、沉淀慢、滲透性差、脫水時(shí)間長，傳統(tǒng)方法無法滿足淤泥的脫水要求，易造成城市土地資源浪費(fèi)，增加社會(huì)矛盾和工程造價(jià)。[3-4]本文通過框架真空預(yù)壓法進(jìn)行試驗(yàn)研究，同時(shí)對(duì)比傳統(tǒng)排水板真空預(yù)壓法，探討水力沖挖淤泥框架真空預(yù)壓法脫水的性質(zhì)。

1 試驗(yàn)裝置及方案

本試驗(yàn)選取安徽省阜陽市城區(qū)水系綜合整治項(xiàng)目駱家溝河道清淤工程的水力沖挖淤泥為試樣，淤泥含水率513%。（1）試驗(yàn)槽為本文自行設(shè)計(jì)，為尺寸1×0.6×0.7（m）的有機(jī)玻璃槽，底部安裝排水結(jié)構(gòu)。底部排水結(jié)構(gòu)由濾管連接而成，濾管制作方法為：PPR（R20）管沿縱向每間隔1cm 鉆孔，孔直徑2mm，外壁包裹多層無紡?fù)凉げ?，管?jīng)熱熔焊接為閉合通路引出槽外。（2）排水板真空預(yù)壓裝置：使用5cm 塑料排水板，排水板共3 排，淤泥表面中間橫貫一條出水管，排水板頂端使用塑料接頭連接至出水管；待安裝完畢后，將裝置沉入試驗(yàn)槽，并于淤泥表面鋪設(shè)密封膜。（3）框架真空預(yù)壓裝置（本文自行設(shè)計(jì)）：使用濾管，框架結(jié)構(gòu)為3 層，每層三根濾管，框架的濾管內(nèi)部焊接為連通的整體；框架頂由PV 軟管連接至出水管；安裝完畢后，沉入試驗(yàn)槽，并鋪設(shè)密封膜。

試驗(yàn)過程中，淤泥試樣泵送至試驗(yàn)槽中，試驗(yàn)槽分別安裝排水板和框架真空預(yù)壓裝置。每2h 記錄試驗(yàn)槽中淤泥高度和水汽交換罐的重量變化。試驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行十字板剪切試驗(yàn)并取樣進(jìn)行含水率測(cè)定。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 排水量及排水速率分析

圖1 累計(jì)排水量

圖2 排水速率隨時(shí)間變化

圖3 淤泥沉降

根據(jù)水汽交換罐重量測(cè)定，排水量及排水速率變化情況圖如圖1、2 所示。（1）排水量持續(xù)增加，排水板真空預(yù)壓法增加規(guī)律近似于二次函數(shù)；框架真空預(yù)壓法的增加規(guī)律近似于冪函數(shù)。但框架真空預(yù)壓法的排水量明顯高于前者。（2）兩種方式的排水速率均呈現(xiàn)三段變化趨勢(shì)：50h 內(nèi)，排水速率呈直線降低且幅度極大；50h—210h，框架真空預(yù)壓法的排水速率逐漸降低；210h 后，框架真空預(yù)壓法排水速率趨于穩(wěn)定，為0.07kg/h；50h 后，排水板真空預(yù)壓法排水速率逐漸降低，至0.03 kg/h 時(shí)趨于穩(wěn)定。（3）本試驗(yàn)中，從排水量和排水速率兩項(xiàng)指標(biāo)來看，框架真空預(yù)壓法明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的排水板真空預(yù)壓法。

2.2 淤泥沉降分析

試驗(yàn)進(jìn)程中，每日固定時(shí)刻監(jiān)測(cè)淤泥的高度，淤泥沉降情況如圖3 所示。其中：排水板真空預(yù)壓法淤泥沉降幅度達(dá)5.53cm；試驗(yàn)過程中體積縮減17.91%?？蚣苷婵疹A(yù)壓法淤泥沉降幅度達(dá)14.23cm 試驗(yàn)過程中體積縮減36.87%?？蚣苷婵疹A(yù)壓法的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前者。

2.3 含水率變化分析

兩組試驗(yàn)分別選取表面及底部四個(gè)位置共8 個(gè)點(diǎn)測(cè)量淤泥含水率，試驗(yàn)結(jié)果表明：（1）由于底部設(shè)置排水結(jié)構(gòu)，在真空吸力和上部預(yù)壓的作用下，淤泥底部含水率低于表面。（2）排水板真空預(yù)壓法表面平均含水率266.66%，底部為220.93%；框架真空預(yù)壓法表面平均含水率246.95%，底部為209.97%。框架真空預(yù)壓法對(duì)淤泥含水率的降低優(yōu)于前者。（3）在真空吸力作用下，排水板及框架周圍淤泥含水率低于同一平面其他位置，但框架法明顯效果更優(yōu)。

2.4 十字板剪切試驗(yàn)結(jié)果及分析

測(cè)量點(diǎn)的十字板剪切試驗(yàn)表明：（1）受真空吸力和上部預(yù)壓的影響，越靠近底部，淤泥抗剪強(qiáng)度越高。（2）在同一深度不同位置，真空吸力對(duì)淤泥的固結(jié)效果顯著。（3）由于試驗(yàn)結(jié)束時(shí)試樣仍處于超高含水率狀態(tài)，排水板與框架結(jié)構(gòu)對(duì)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)試樣的抗剪強(qiáng)度影響并不明顯。

3 結(jié)論與總結(jié)

本試驗(yàn)總時(shí)間超過400 小時(shí)，真空預(yù)壓配合底部排水的方式效果顯著，試驗(yàn)結(jié)束后的淤泥可當(dāng)做渣土運(yùn)輸，為水力沖挖淤泥的處理提供了參考。主要結(jié)論如下：

（1）框架真空預(yù)壓法排水量持續(xù)增加，但趨勢(shì)漸緩，排水速率呈三段變化趨勢(shì)：前期迅速降低，中期緩慢降低，后期排水速率穩(wěn)定?？蚣苷婵疹A(yù)壓法排水量遠(yuǎn)大于排水板法，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，淤泥體積縮減達(dá)36.87%，為排水板法的兩倍。（2）試驗(yàn)結(jié)束后淤泥的十字板抗剪強(qiáng)度及含水率分別呈現(xiàn)相同趨勢(shì)：隨著深度的增加，含水率逐漸降低，抗剪強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)；真空吸力越大，含水率越低，抗剪強(qiáng)度越高。（3）總體而言，使用真空預(yù)壓法能極大縮減淤泥的脫水固結(jié)時(shí)間，隨著淤泥深度的增加，對(duì)下部淤泥的脫水效果更優(yōu)。