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苏州河底泥疏浚工艺及泥水分离技术研究

2016-01-13 18:26:56 来源: 湖南百舸水利建设股份有限公司点击数:928

一、研究内容

 1.在苏州河不断航条件下的疏浚工艺流程及经济分析;

 2.苏州河底泥疏浚中水下挖、吸底泥的机械选型与技术方案,以及泥浆运、卸技术与设备选型;

 3.苏州河浮泥、淤泥的凝聚技术及苏州河船上作业的脱水装置技术研究。


二、苏州河底泥分布情况

(一)污染底泥的沿程分布

 苏州河需清理的污染底泥河段自华漕至河口总长约23.86km。其中,华漕~北新泾河段长7.13km,底泥污染严重,厚度在1.1~1.98m;北新泾~河口河段长16.73km,底泥在河道中泓带以粗的砂质泥沉积物为主;凹岸沉积物较少,凸岸淤积较厚,直槽段则两岸沉积基本对称。

(二)底泥疏浚工程量估算

 疏浚范围为两岸边滩各10m,中泓线不疏浚。开挖深度按叶家宅至西藏路桥平均为2m,叶家宅以西至北新泾和西藏路以东至河口平均为1m计,则总疏浚工程量为49万m3。如果加上北新泾到华漕段的疏浚工程量以及超挖回淤等重复挖掘量,则实际工程量约为75万m3左右。如果考虑全断面疏浚则总工程量约为96.4万m3。


三、疏浚机具的调研

(一)苏州河的河道特征对疏浚机具的要求

 要有足够长的臂能挖抓底泥,其次装置疏浚机具的船能在一定潮位下通过桥孔。如果平均挖深按1~2m考虑,则挖泥机具必须长达5~7m左右才能满足要求;如按中泓浚深0.5m,边滩疏浚深1~2m考虑,则工作深度5~6m左右的挖泥船只即能满足疏浚要求。同时疏浚机具必须在水深1.5~4.0m作业时能正确定位,外运泥驳吨位不得大于100t级。

(二)疏浚机具选型

 根据苏州河的特定条件,对国内外适用于苏州河的机具进行收集、调研与筛选。对冲吸式、自重下落抓斗式及液压反铲挖掘式三种机型进行现场模拟试验后发现,液压反铲式在低潮位作业比较顺利。

 液压反铲式挖泥船是常用的内河疏浚机械,液压反向铲机组装在动力船上,水下挖掘深度取决于铲斗臂的长度,这类机械的定位装置有支腿板式、轮式、锚索牵引式、锚桩式等。移动装置有自航式、拖拉式、锚碇牵引等。本机挖掘顺利,泥呈自然状态,含水量低,浮泥在铲斗上举时大都漏去或在铲斗下挖时挤走,在挖掘中遇到垃圾都能装走,对于挖掘底泥是一种较好的机具。

(三)垃圾清理机具与选型

 苏州河另一大特点是垃圾特别多,经比较选用绳索梳齿式抓斗或铲斗机作为今后垃圾清理的机具。该机为普通合瓣式抓斗机的改型,可以较方便地抓捞有形杂物,对泥层搅动较小,在模拟试验中应用优点较为明显,在今后实际施工中可仿此改装。


四、泥浆脱水工艺研究

 苏州河的浮泥是导致水体变黑的主要来源,底泥疏浚过程中将有大量淤泥产生悬浮,最有效的疏浚方法是采用抽吸机具,将泥浆抽吸排入泥驳船上,脱水浓缩后外运至卸料场处理。

 泥浆脱水采用化学法。根据苏州河底泥的特性,经室内用不同无机、有机高分子絮凝剂优化配比试验,得出了由FSC-A、FSC-B、FSC-C三种药剂组成的比较经济、功效较高的复合型FSC凝聚剂。根据试验,处理含水率80~85%的泥浆时,药剂的添加比例为:泥浆 : FSC-A : FSC-B : FSC-C=100 : 0.1 : 10 : 1,药费为14.3元/m3。本药的絮凝时间为2.5~3min。


五、苏州河底泥的疏浚工艺

(一)挖泥顺序

 为避免和减少重复工程量,减少清淤量并使疏浚后断面具有较硬的底层,苏州河底泥的疏浚顺序以“先挖后清,先上后下”为宜。

(二)底泥疏浚

1.底泥疏浚工艺

 流程为:挖泥→装驳→外运→卸料堆放。

 所选用的机械船舶必须能较自由地通过所有的桥孔,且机具在一定潮位下能挖到泥。各工序的适用机具评述如下:

 (1)挖泥:建议选用液压铲斗式挖泥船;

 (2)装驳:挖出的泥直接转向卸装在旁边停靠小于100t级驳船上,依次装满一船队(5~6艘)后由拖轮拖拉到卸料场;

 (3)外运:由一拖五驳拖运至附近卸料场或第二排泥场,驳船可靠岸停泊卸料,拖轮则拖拉场内空驳回疏浚作业区待装;

 (4)卸料堆放:卸料堆放的方式有两种:干法与湿法。

 干法:用固定式塔吊抓斗从驳船上抓挖泥土卸入料斗,由皮带机转运入料场堆放。这一卸料工艺适用于堆料场距卸料码头较近,一般宜在200m以内,超过以上距离则配以轻轨车、自卸卡车等进行水平运输,进入料场后再辅以推土机等堆集,上述卸料堆放的最大优点是场地利用率高、可以堆放较高土堆,其次是土料不需再进行干化处理。

 湿法:在泥驳船上用高压水枪冲混成泥浆后,再用6PN或4PN泥浆泵把泥浆通过管道压送到贮泥场,贮泥场四周用土堤围成泥浆贮泥池后沉淀,余水从排水口排入附近河道。本法的优点是施工简单,垃圾与泥粒较易分离,缺点是占地面积大,环境污染扩散面广,须较长时间自然蒸发与入渗才能使泥浆达到干燥状态。

 2.浮泥及淤泥疏浚工艺

 苏州河上0.2~0.5m厚的浮泥和淤泥层如用上述机具与工艺不但工效低而且运费高,所以必须采用新的工具与脱水技术,经研究分析建议采用以下工艺流程:

流程(A):

流程(B):

 上述两种工艺流程无本质上的区别,后者仅是将贮存、絮凝、脱水的三道工序合并在专用作业船上,其他外运与卸土堆放与底泥疏浚工艺相同。

(1)抽吸浮泥:利用局部真空造成负压而将底泥与水共同通过管道从泵口排出,水为载体使泥浆能沿管道流动。

(2)贮存:对于抽吸上来的泥浆,工艺流程(A)直接存贮在泥驳船上,流程(B)则贮存在泥水分离船的临时贮浆舱中。

(3)絮化、凝聚:絮化凝聚是泥浆脱水过程中的主要阶段,需分别掺加不同量的FSC-A、FSC-B、FSC-C三种药剂,以达到絮化、凝聚、沉淀、泥水分离的效果。

(4)脱水:脱水是泥浆固化的最终程序,对于流程(A)可以采用负压滤水管,通过真空泵把驳船上分离出的自由水抽出船外,这一排水装置可接装在小船上进行操作,对于流程(B)则在专用船上安装螺旋挤压机将水挤干,由皮带机将脱水后的固化泥装入驳船。


六、经济分析

 根据分析,挖底泥单价为46.62元/m3,挖浮泥为127.27元/m3。


七.结论与建议

 1.苏州河底泥疏浚顺序应采用“先挖后清”,当形成单向流条件时应先上游后下游的工艺流程;

 2.疏浚机型以选用国内已有的机械为宜,专门为疏浚本工程而进口国外机械在经济上的合理性须慎重考虑比较;

 3.挖泥机械以采用强力液压铲斗式挖泥船较优,船高(水面以以上净高)应小于4m,臂长(入水深)应大于4m,以5~7m为宜;

 4.浮泥疏浚机械以采用耙吸式较优;

 5.泥浆的脱水凝聚技术可采用渔机所研制的复合型FSC-A、FSC-B、FSC-C药剂,具有凝聚时间短、效果显著的特点,凝聚含水率80~85%泥的药剂费为14.3元/m3,折合成自然状态干土方药剂成本费用为60~86元/m3。


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