透氣真空快速泥水分離技術適用于高含水率高粘粒含量疏浚淤泥的堆場處理,可以快速減小堆場中淤泥的體積,加速堆場的周轉利用,并能解決常規真空處理方法中存在的濾層淤堵問題。針對此技術,研制了室內模型試驗裝置,該裝置包含5 個主要部分:模型箱、真空抽氣系統、透氣管道系統、土工織物過濾層系統、監控測讀系統,其中模型箱用來盛放淤泥試樣;真空抽氣系統提供真空負壓;3 閥門透氣真空管道系統能夠控制真空度和氣流作用,在透氣管道中形成真空與氣流共同作用的環境;土工織物過濾層系統過濾淤泥中的土顆粒并排出水分;監控測讀系統量測真空度、抽水量以及淤泥厚度。通過室內模型試驗,驗證了透氣真空快速泥水分離技術的有效性。

　　我國是一個河流湖泊分布廣泛的國家,內陸江河湖泊的泥沙淤積非常嚴重^[1] 。港口碼頭等近海工程也經常遇到海相淤積帶來的問題。為了改善水質,建設港口、碼頭,浚深加寬航道、港池,需要進行大規模的疏浚清淤作業,不可避免地產生大量的淤泥^[2-4] 。目前絕大部分內陸疏浚淤泥采用堆泥場放置處理,廢棄于陸地拋填區或低洼地區,占用大量的魚塘或耕田,海洋疏浚也面臨由于深海拋泥帶來的環境問題而多數轉為陸域吹填。疏浚淤泥含水率高、強度低,很難直接對疏浚淤泥進行開發利用;疏浚淤泥粘粒含量高、透水性差,在自重作用下需要幾年甚至更長時間才能完成固結^[5-9] 。因此,需要快速降低疏浚淤泥的含水率,快速排出疏浚淤泥中所含大量的水,解決疏浚淤泥處置占地時間長,浪費寶貴的土地資源的問題。

　　疏浚淤泥強度極低,很難在其上進行堆載處理;采用預埋管道的常規真空抽水固結的方法來處理疏浚淤泥,其中關鍵的問題是保證排水系統的有效性,這樣才能有效地降低淤泥中的水分, 加速固結^[10-11] 。國內很多工程都采用真空抽水方法^[12] ,但是疏浚淤泥的粘粒含量一般較高,進行常規真空抽水時,排水通道很快就會被淤堵,導致常規的真空抽水方法在疏浚淤泥排水上效果很差^[13-17] 。采用來自南水北調東線江蘇段淮安白馬湖疏浚淤泥進行室內常規真空抽水試驗,在前2min 內,僅僅從淤泥中抽出了0.4kg 的水,之后完全沒有再抽出水來,如圖1 所示,砂袋表面淤積了一層密實的泥層,形成了淤堵層,如圖2。

圖1 　常規真空試驗與透氣真空試驗的抽水量對比　　圖2 　濾水管外的淤堵泥層

　　作者所在的課題組圍繞疏浚淤泥排水淤堵這個關鍵問題,進行了2年多室內試驗研究,成功開發出一種快速高效抽取高含水率疏浚淤泥中水的技術———透氣真空快速泥水分離技術^[18] ,并驗證了該技術的效果^[19-21] ,該技術能夠很好地將淤泥中的水分排出,并保證排水通道不被淤堵,如圖1。本文針對此技術,研制了透氣真空快速泥水分離室內模型試驗裝置,進行透氣真空快速泥水分離技術的室內模型試驗,模擬該技術的作用過程,證實了該方法的有效性。

4、結論

　　(1) 透氣真空快速泥水分離室內模型試驗系統包含模型箱、真空抽氣系統、透氣真空管道系統、土工織物過濾層系統、監控測讀系統這5 個基本部分。

　　(2) 透氣真空快速泥水分離室內模型試驗系統的核心是3 閥門透氣真空管道,該管道閥門有4 種啟閉組合形式,通過3 個閥門的開關啟閉,可以控制管道中的真空度和氣流。

　　(3) 利用設計制作的模型試驗系統進行透氣真空快速泥水分離模型試驗,可以將含水率很高的疏浚淤泥在短時間內分離出大量水分,使得淤泥含水率迅速降低,并且在試驗過程當中不會出現淤堵現象。

　　(4) 設計出的透氣真空快速泥水分離室內模型試驗裝置以及試驗方法可以用來進一步進行透氣真空技術作用機理、關鍵變量參數的選擇研究。

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