简述环保型多功能绞吸船结合土工管袋河道清淤

赵海丰，程远明，许清文

（中交天航南方交通建设有限公司，广东 深圳 518040）

引 言

传统河道清淤多采用抽排水后干作业施工，部分采用抽泥泵吸泥结合土工管袋脱水处理工艺[1-2]，清淤效果不尽如人意。

南宁城市河道清淤项目，清淤范围长约340 m，实际淤泥厚度约5～100 cm，清淤量约546 t（含水率80 %），水下方约2 100 m3（含水率95 %），施工现场无法排水干作业，且现场地形复杂、施工区域水深较大，同时考虑到环保、施工效率等多方面因素，拟采用环保型多功能绞吸船结合土工管袋施工工艺。

1 河道清淤工程设计

1.1 疏浚船机及管线设计

根据施工工况，选用环保型多功能绞吸船（图1），其特性如下：

1）整体运输方便，无须拼装；

2）自主推进航行，无需辅助船舶，适合于狭窄水域作业；

3）不受施工区域水深影响，最大挖深6.5 m，可在浅水域甚至陆地上作业；

4）拥有可切换的多种工作装置，树枝杂草可采用反铲作业清理，淤泥可采用绞刀泵联合耙头作业清淤；

5）绞吸船船尾采用钢管连接，密封性能高，满足环保要求。

图1 环保型多功能绞吸船构造示意

本工程中环保多功能绞吸船发动机转速设定在1 600 r/min，布设200 mm内径管线，长度约为300 m，泥泵的清水流量为400 m3/h，泥浆设计平均浓度为10 %，按照下列公式计算生产率：

式中：

W为生产率，m3/h；

Q为泥泵的大致性能（清水），m3/h；

P为泥浆设计平均浓度，%。

计算可得绞吸船生产率为40 m3/h。

采用钢制排泥管线管材，管道通过法兰连接，水上部分利用浮筒架设使其浮于水面，在与绞吸船接口处和陆地接头区加设橡胶管，减少摩阻力。

1.2 脱水平台设计

根据现场条件，选取凌铁大桥下一块场地作为脱水减容场地。为最大化利用所选平面场地，扩大单个砂袋充容量，设置场地长43 m，宽9 m，同时需整平、压实处理。

场底防渗处理结构由下往上为：400 g/m2编制土工布、2 mm HDPE光面土工膜、200 mm碎石滤层，为防止袋体翻滚，场地宽度方向考虑50 cm富裕宽度，在减容场地靠近沟渠一侧设置一条尺寸为0.2 m×0.1 m的纵坡1 %的排水沟[3]。

1.3 药剂选型和加药系统设置

1）PAM的选型试验

在同等条件下，选取多种不同型号的絮凝剂与现场取样的污泥水进行反应，选择其中反应速度快、药量消耗小、絮凝效果好的 PAM作为该项目的絮凝剂[4]。选择其中三种型号的絮凝剂进行对比试验，试验数据见表1。

表1 试剂试验效果

试验结果显示，4440型号的PAM反应速度快、用量小、絮凝效果最好，结合经济、效率考虑，选用4440型号药剂作为本项目絮凝药剂。

2）加药系统设置

环保型多功能绞吸船排量为200～400 m³/h，为确保溶解药剂期间一备一用，采用双槽矩形箱药池。在不同排量、不同PAM溶液浓度下，PAM溶液泵机的对应排量以及药池单箱的尺寸见表2。

表2 PAM泵机排量

由于市面上的单槽箱容量普遍为 6 m³，考虑PAM溶液的粘稠性和反应效果，PAM溶液浓度不得大于0.3 %，结合表2数据，在9 m3/h、11.5 m3/h、12.5 m3/h三种规格中选用12.5 m3/h的离心泵作为药液的泵机。环保型多功能绞吸船的最大排压值为2.8 kg，为确保能将药液注入淤泥排管中，高压泵的压强需大于2.8 kg。

3）药剂混合系统

在每个药剂溶解池槽顶部设置1台不锈钢搅拌器。采用管径150 mm的PVC管制作蛇形弯管，为确保能够承受污泥水的冲击力，在每个弯管接头用手持钻打钉加固。蛇形弯管的设置8个弯头，以确保PAM与污泥水充分反应，见图2。

蛇形弯管具有泥浆输送和药剂反应场所两个功能：PAM溶液经过高压泵泵输，经过变径三通注入污泥水管道中，在蛇形弯管中，药液与污泥水充分混合反应，泥水分离。在蛇形弯管最后的一个弯头后设置一个取样口，以便在充袋时取样观察反应情况，调节各项参数，确保充袋效果。

图2 蛇形弯管及取样口

药剂溶解池单槽底部由50 mm PVC管道接出，并设置开止阀，经过三通后与高压泵连接，再通过变径三通与污水管连接。污泥管道压力较大，高压泵的位置布设靠近注入点，确保能够将 PAM 溶液注入污泥管道。

1.4 土工管袋设计与铺设

1）管袋选型

目前主要用于土工管袋的材料有聚丙烯（PP）和聚酯（PET）。本工程选用聚丙烯，材料性能参数见表 3，该材料抗紫外线能力较强，各性能指标满足要求。本次工程土工管袋规格尺寸为长43 m，宽 8 m，最大充填高度 2.3 m，理论纳泥容积为791 m3。

表3 聚丙烯材料性能参数

2）管袋现场加工及铺设

土工管袋优化设计，设置袖口。通过对土工管袋增设袖口，袖口放置钢筋笼，便于辅助抽排水，加快脱水进度，按照每100 m2设置一个袖口，共设置3个袖口。

土工管袋的铺设。在脱水减容的场地上每隔3 m设置护栏，护栏竖直钢管通过脚手架连接横向钢管，横向钢管埋入碎石层中。再用绳子一头绑在护栏上，另一头绑在对面木桩上。土工管袋的大小需根据场地订制，在铺设土工管袋的时候，确保平铺，严禁折叠、向下翻折。

1.5 土工管袋的填充工作

在正式充袋前，需要进行包括管道连接渗漏检查、管道的抗压测试、环保型多功能绞吸船各项参数与高压泵的匹配调试。

经测试，在PAM溶液浓度为0.22 %时，污泥水的浓度控制在绞吸船真空压力140～170 bar之间的絮凝效果最好。

在进行好各项调试工作后，即可开始进行充袋，充灌砂袋要点如下[5-6]：

1）提前半小时配置PAM溶液，每个单槽溶解11 kg药剂，溶解时要缓慢、分散撒入，严禁一次性倒入，避免造成结块无法溶解。

2）打开PAM溶液泵注入溶液，发现溶解池液面下降时调小溶液阀门。

3）在确定溶解池液面下降后，绞吸船开始抽水，排压由小到大慢慢提升，直至目标排压值。

4）观察管道，待淤泥快涌入砂袋前，将PAM溶液流量调至最大，每隔5分钟在取样口取样，根据反应的絮凝效果调节淤泥浓度或者 PAM 溶液的流量，确保充袋效果。

5）为确保安全，土工管袋的充填最大高度不宜超过2.3 m，同时在土工管袋上方1.7 m、2.3 m处分别拉伸固定。当填充至高度1.7～2.3 m时，要缓慢、谨慎充袋。

6）在充袋填充高度在到达1.5 m之前，可根据溶液的溶解情况充袋，即有药即可充；在充袋高度到达1.5 m之后，在排水速度明显下降后再进行充袋，避免连续充袋造成袋内压力过大。

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，静置排水，静置排水时采用人工辅助排水，加快排水速率：

1）人工用木棍拍打土工管袋；

2）制作 3个长×宽×高=1.2 m×0.2 m×0.2 m的钢筋笼放置于三个管袋袖口中，钢筋笼除顶面外缝上沙网。排水过程中水透过网格进入钢筋笼，当水量较大的时候，采用小型泥浆泵将钢筋笼内污水抽走，当水量较小时采用类似酒提的器具人工排水。

1.7 淤泥处置

经过静置2～3天，并辅于人工排水，淤泥取样试验确定含水率低于80 %，此时的淤泥具有较强的流动性以及触变性，已达到设计要求，可组织吸污车将淤泥抽吸至车罐中，运至垃圾填埋场。

1.8 尾水的循环利用

针对土工管袋流出的尾水可能残留部分药液，现场安排人员对土工管袋里面流出的尾水进行收集，部分用于配置药液，部分可用于冲洗土工管袋，提高材料的周转利用率。

2 现场实验数据分析

通过现场施工，对得出的数据进行分析。

2.1 排压

第一次充装，环保型多功能绞吸船排压取值2.8 kg，充袋期间管线出现多次爆裂，更换管线频次增加。

第二次充装，排压降低至2.6 kg，管线爆裂仅发生一次。

第三次充装，排压降低至2.4 kg时，施工过程中无爆管发生，充袋过程连续作业。

综上，为确保充袋连续作业，提高脱水效率，绞吸船排压应控制在2.4 kg左右。

2.2 含水率

第一次充装，充袋至高2.3 m后，停止充袋，含水率为95.22 %，采用静置排水以及人工拍打的方式降低含水率。第二日含水率为85.22 %，第三日含水率为83.01 %，第四日含水率为79.88 %，达到设计要求。含水率由95.22 %降至79.88 %以下，耗时约3天。

第二次充装，充袋至高2.3 m后，停止充袋，测量含水率为95.31 %，采用静置排水以及人工拍打的方式降低含水率。第二日含水率为84.13 %，第三日含水率为82.78 %，第四日含水率为79.65 %，达到设计要求。含水率由95.31 %降至79.65 %以下，耗时约3天。

第三次充装，充袋至高2.3 m后，停止充袋，测量含水率为95.36 %，采用静置排水以及人工拍打的方式降低含水率。第二日含水率为84.29 %，第三日含水率为75.28 %，达到设计要求。含水率由95.26 %降至75.28 %以下，耗时约2天。

综上，初始设置的3个袖口配备钢筋笼能有效的辅助排水，有效加快含水率降低的速度。

3 结 语

1）环保型多功能绞吸船适合城市河道清淤，特别是针对地形复杂，杂物树枝石块较多的河道清淤工作，较其他施工设备作业方便，效率高。

2）环保型多功能绞吸船施工合理控制排压，确保有效作业，提高生产效率，同时优先选用耐磨管道，通过多次试验调整排压，确保排压小于管线抗压。类似工程实例可优先环保型多功能绞吸船排压控制在2.4 kg左右效果最佳。

3）在河道清淤作业前，采取河道淤泥经试验确定最佳试剂浓度，进一步确定管线中污泥水浓度。在PAM溶液浓度为0.22 %时，管线中污泥水的浓度控制在绞吸船真空压力140～170 bar效果最好。

4）合理设置管袋袖口，辅助排水。土工管袋制作时按照管袋平面面积设置袖口，每100 m2不少于1个，袖口处设置钢筋笼，利用水泵辅助排水，可极大提高脱水效率。