框架真空預壓法對水力沖挖淤泥脫水效果的 試驗研究

劉叢陽

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

0 引言

隨著經濟的發展和社會的進步，人們對生態環境提出了更高的要求，但由于區域內市政管線及污水處理設施建設未能跟上城鎮化發展節奏，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、脫水時間長，傳統方法無法滿足淤泥的脫水要求，易造成城市土地資源浪費，增加社會矛盾和工程造價。[3-4]本文通過框架真空預壓法進行試驗研究，同時對比傳統排水板真空預壓法，探討水力沖挖淤泥框架真空預壓法脫水的性質。

1 試驗裝置及方案

本試驗選取安徽省阜陽市城區水系綜合整治項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）試驗槽為本文自行設計，為尺寸1×0.6×0.7（m）的有機玻璃槽，底部安裝排水結構。底部排水結構由濾管連接而成，濾管制作方法為：PPR（R20）管沿縱向每間隔1cm 鉆孔，孔直徑2mm，外壁包裹多層無紡土工布，管經熱熔焊接為閉合通路引出槽外。（2）排水板真空預壓裝置：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，將裝置沉入試驗槽，并于淤泥表面鋪設密封膜。（3）框架真空預壓裝置（本文自行設計）：使用濾管，框架結構為3 層，每層三根濾管，框架的濾管內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，沉入試驗槽，并鋪設密封膜。

試驗過程中，淤泥試樣泵送至試驗槽中，試驗槽分別安裝排水板和框架真空預壓裝置。每2h 記錄試驗槽中淤泥高度和水汽交換罐的重量變化。試驗結束后，進行十字板剪切試驗并取樣進行含水率測定。

2 試驗結果及分析

2.1 排水量及排水速率分析

圖1 累計排水量

圖2 排水速率隨時間變化

圖3 淤泥沉降

根據水汽交換罐重量測定，排水量及排水速率變化情況圖如圖1、2 所示。（1）排水量持續增加，排水板真空預壓法增加規律近似于二次函數；框架真空預壓法的增加規律近似于冪函數。但框架真空預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三段變化趨勢：50h 內，排水速率呈直線降低且幅度極大；50h—210h，框架真空預壓法的排水速率逐漸降低；210h 后，框架真空預壓法排水速率趨于穩定，為0.07kg/h；50h 后，排水板真空預壓法排水速率逐漸降低，至0.03 kg/h 時趨于穩定。（3）本試驗中，從排水量和排水速率兩項指標來看，框架真空預壓法明顯優于傳統的排水板真空預壓法。

2.2 淤泥沉降分析

試驗進程中，每日固定時刻監測淤泥的高度，淤泥沉降情況如圖3 所示。其中：排水板真空預壓法淤泥沉降幅度達5.53cm；試驗過程中體積縮減17.91%?？蚣苷婵疹A壓法淤泥沉降幅度達14.23cm 試驗過程中體積縮減36.87%?？蚣苷婵疹A壓法的效果遠遠大于前者。

2.3 含水率變化分析

兩組試驗分別選取表面及底部四個位置共8 個點測量淤泥含水率，試驗結果表明：（1）由于底部設置排水結構，在真空吸力和上部預壓的作用下，淤泥底部含水率低于表面。（2）排水板真空預壓法表面平均含水率266.66%，底部為220.93%；框架真空預壓法表面平均含水率246.95%，底部為209.97%?？蚣苷婵疹A壓法對淤泥含水率的降低優于前者。（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。

2.4 十字板剪切試驗結果及分析

測量點的十字板剪切試驗表明：（1）受真空吸力和上部預壓的影響，越靠近底部，淤泥抗剪強度越高。（2）在同一深度不同位置，真空吸力對淤泥的固結效果顯著。（3）由于試驗結束時試樣仍處于超高含水率狀態，排水板與框架結構對試驗結束時試樣的抗剪強度影響并不明顯。

3 結論與總結

本試驗總時間超過400 小時，真空預壓配合底部排水的方式效果顯著，試驗結束后的淤泥可當做渣土運輸，為水力沖挖淤泥的處理提供了參考。主要結論如下：

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