CN105442502B - 一种用于吹填工程的自升式模块化拦污系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于吹填工程的自升式模块化拦污系统，包括有若干个能够上浮和下潜的用于承受和传递整个拦污系统所受荷载的主桁架机构、用于固定主桁架机构的锚固装置和连接在相邻两个主桁架机构之间用于实现针对不同深度水流的分层进行调整过滤网孔大小的滤网结构。本发明可以用于不同吹填土粒径下吹填区域内的拦污、促淤，减小吹填物的流失率，提高吹填工程的效率。避免整体式的桁架造成拦污系统自重过大，阻止水流从主桁架处流失，保证过滤断面的完整性，实现对不同深度水流的分层过滤和调整过滤断面的有效深度。极大地方便了装备的制造、安装和维修，能够允许通过增减主桁架结构的数量、拦污网的孔径，来调整整个拦污系统结构的过流断面表面积、断面深度。
Description
技术领域
本发明涉及一种拦截泥沙的系统。特别是涉及一种在吹填工程中拦截细粒土的用于吹填工程的自升式模块化拦污系统。
背景技术
土地是人类生存的最基本要素之一，伴随着工业化和城市化的发展，土地资源日趋减少，尤其是在经济比较发达、人口相对集中的沿海城市，土地资源更显得尤为珍贵。围海造陆是沿海地区拓展土地空间、缓解人地矛盾的重要方式，它给土地紧缺的沿海地区带来良好的社会效益和经济效益。
为实现造陆，首先需要利用挖泥船挖泥，并将泥水混合物通过管道输送到需要吹填的区域，让泥水混合物在吹填场地内缓慢流动，使得泥沙在场地内沉积而形成陆域，剩下的海水和部分未能沉积的泥沙则从吹填场地的排水口排出。由于吹填所用的泥水混合物中往往含有大量的细粒土，通过泥沙颗粒的自然沉积通常会引起大量土体颗粒尚未沉积于场地内就被排出，造成工程吹填量的大幅度增加，引起工程造价的上涨，同时排出的水体中所含泥沙量较高也会对周围环境产生一定的破坏。因此，在吹填区域内设计一种拦污、促淤的系统有着很大的经济和社会效益。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够拦截一定粒径大小的泥沙，且能够同时适用于不同吹填高度和不同吹填土颗粒大小的，易于制造、安装和维护的用于吹填工程的自升式模块化拦污系统。
本发明所采用的技术方案是：一种用于吹填工程的自升式模块化拦污系统，包括有若干个能够上浮和下潜的用于承受和传递整个拦污系统所受荷载的主桁架机构、用于固定所述主桁架机构的锚固装置和连接在相邻两个主桁架机构之间用于实现针对不同深度水流的分层进行调整过滤网孔大小的滤网结构。
所述的主桁架机构包括有通过锚固装置进行定位的主桁架和连接在所述主桁架上的用于产生浮力的浮力装置。
所述的主桁架包括有：矩形柱结构的桁架和设置在桁架两侧用于连接滤网结构的滤网连接结构。
所述的滤网连接结构包括有固定连接在所述桁架上且位于滤网结构进水侧的固定连接件，通过紧固螺栓固定连接在所述固定连接件的位于滤网结构出水一侧上用于与固定连接件共同形成能够嵌入滤网结构的连接部位的凹槽的独立连接件，以及位于所述固定连接件底端用于托住滤网结构的连接部位的底托。
所述的浮力装置包括有：连接在所述主桁架迎水一侧的用于产生浮力的前腔体和连接在所述主桁架背水一侧的用于产生浮力的后腔体，在所述前腔体的上部形成有前进水口，下部形成有前出水口，在所述后腔体的上部形成有后进水口，下部形成有后出水口。
所述的锚固装置包括有位于中部用于设置在主桁架机构顶端的系锚、分别一体连接在所述系锚的两端且位于所述主桁架机构的两侧用于拉住主桁架机构的锚索，连接在所述锚索的端部用于固定主桁架机构工作位置的船锚。
所述的滤网结构包括有滤网和一体形成在所述滤网两侧的用于嵌入设置在主桁架两侧的凹槽内的连接柱，所述的滤网有网面为弧面结构，所述弧面结构向外凸出的一侧位于进水侧，向内凹进的一侧位于出水侧。
所述的滤网包括有矩形网格框架，由下至上由嵌入在矩形网格框架的各方框内的不透水板组成的不透水板结构，由嵌入在矩形网格框架的各方框内的第一复合滤网组成的第一复合滤网结构，以及由嵌入在矩形网格框架的各方框内的第二复合滤网组成的第二复合滤网结构，其中，所述的第一复合滤网的过滤孔径大于第二复合滤网的过滤孔径。
所述的滤网包括有矩形网格框架，由下至上由嵌入在矩形网格框架的各方框内的不透水板组成的不透水板结构，由嵌入在矩形网格框架的各方框内的第二复合滤网组成的第二复合滤网结构，以及由嵌入在矩形网格框架的各方框内的第一复合滤网组成的第一复合滤网结构，其中，所述的第一复合滤网的过滤孔径大于第二复合滤网的过滤孔径。
所述的第一复合滤网和第二复合滤网均是由用于固定连接在所述矩形网格框架的各方框内的金属边框和分别嵌入在所述金属边框内的复合拦污网构成，所述的复合拦污网是由位于进水侧的机织土工布和位于出水侧的无纺土工布两层材料构成的网结构。
本发明的一种用于吹填工程的自升式模块化拦污系统，可以用于不同吹填土粒径下吹填区域内的拦污、促淤，减小吹填物的流失率，提高吹填工程的效率。本发明能够避免整体式的桁架造成的拦污系统自重过大，能阻止水流从主桁架处流失，保证过滤断面的完整性，实现对不同深度水流的分层过滤和调整过滤断面的有效深度。本发明极大地方便了装备的制造、安装和维修，同时模块化的设计能够允许通过增减主桁架结构的数量、拦污网的孔径，来调整整个拦污系统结构的过流断面表面积、断面深度。
附图说明
图1是本发明整体结构俯视图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是图1的B-B剖视图；
图4是图3的C-C剖视图中没有独立连接件时的示意图；
图5是图3的C-C剖视图中具有独立连接件时的示意图；
图6是图3的D-D剖视图中没有独立连接件时的示意图；
图7是图3的D-D剖视图中具有独立连接件时的示意图；
图8是滤网结构的示意图；
图9是图8E-E向的结构示意图；
图10是第一复合滤网或第二复合滤网的结构示意图；
图11是图10的侧视图；
图12是用于吹填工程的自升式模块化拦污系统在吹填区域内的布置示意图。
1：主桁架机构 2：锚固装置
3：滤网结构 4：拦污系统
5：围堰 6：出水口
7：吹填区域 11：主桁架
12：浮力装置 111：桁架
112：滤网连接结构 1121：固定连接件
1122：独立连接件 1123：紧固螺栓
1124：底托 1125：凹槽
121：前腔体 122：后腔体
123：前进水口 124：前出水口
125：后进水口 126：后出水口
21：系锚 22：锚索
23：船锚 31：滤网
32：连接柱 311：矩形网格框架
312：不透水板结构 313：第一复合滤网结构
314：第二复合滤网结构 315：金属边框
316：复合拦污网 3121：不透水板
3131：第一复合滤网 3141：第二复合滤网
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种用于吹填工程的自升式模块化拦污系统做出详细说明。
如图1所示，本发明的一种用于吹填工程的自升式模块化拦污系统，包括有若干个能够上浮和下潜的用于承受和传递整个拦污系统所受荷载的主桁架机构1、用于固定所述主桁架机构1的锚固装置2和连接在相邻两个主桁架机构1之间用于实现针对不同深度水流的分层进行调整过滤网孔大小的滤网结构3。
如图1、图2所示，所述的主桁架机构1包括有通过锚固装置2进行定位的主桁架11和连接在所述主桁架11上的用于产生浮力的浮力装置12。
如图3、图4所示，所述的主桁架11包括有：由高强度钢材制成的矩形柱结构的桁架111和设置在桁架111两侧用于连接滤网结构3的滤网连接结构112。桁架111用于承受和传递整个拦污系统所受的荷载，连接用于拦污的滤网结构3。桁架111可以在外周包裹铁皮，防止水流从桁架111中流失。
如图4、图5、图6、图7所示，所述的滤网连接结构112包括有通过焊接固定连接在所述桁架111上且位于滤网结构3进水侧的固定连接件1121，通过紧固螺栓1123固定连接在所述固定连接件1121的位于滤网结构3出水一侧上用于与固定连接件1121共同形成能够嵌入滤网结构3的连接部位的凹槽1125的独立连接件1122，以及位于所述固定连接件1121底端用于托住滤网结构3的连接部位的底托1124。
如图1、图2所示，所述的浮力装置12包括有：连接在所述主桁架11迎水一侧的用于产生浮力的前腔体121和连接在所述主桁架11背水一侧的用于产生浮力的后腔体122，在所述前腔体121的上部形成有前进水口123，下部形成有前出水口124，在所述后腔体122的上部形成有后进水口125，下部形成有后出水口126。前腔体121和后腔体122是由钢材制成的空心腔体，用于改变整个拦污系统上浮和下潜时所需的浮力。
如图1、图2所示，所述的锚固装置2包括有位于中部用于设置在主桁架机构1顶端的系锚21、分别一体连接在所述系锚21的两端且位于所述主桁架机构1的两侧用于拉住主桁架机构1的锚索22，连接在所述锚索22的端部用于固定主桁架机构1工作位置的船锚23。
如图8所示，所述的滤网结构3包括有滤网31和一体形成在所述滤网31两侧的用于嵌入设置在主桁架11两侧的凹槽1125内的连接柱32，所述的滤网31有网面为弧面结构，所述弧面结构向外凸出的一侧位于进水侧，向内凹进的一侧位于出水侧。
如图9所示，所述的滤网31包括有矩形网格框架311，由下至上由嵌入在矩形网格框架311的各方框内的不透水板3121组成的不透水板结构312。由嵌入在矩形网格框架311的各方框内的第一复合滤网3131组成的第一复合滤网结构313，以及由嵌入在矩形网格框架311的各方框内的第二复合滤网3141组成的第二复合滤网结构314，其中，所述的第一复合滤网3131的过滤孔径大于第二复合滤网3141的过滤孔径。
所述的滤网31包括有矩形网格框架311，由下至上由由嵌入在矩形网格框架311的各方框内的不透水板3121组成的不透水板结构312，由嵌入在矩形网格框架311的各方框内的第二复合滤网3141组成的第二复合滤网结构314，以及由嵌入在矩形网格框架311的各方框内的第一复合滤网3131组成的第一复合滤网结构313，其中，所述的第一复合滤网3131的过滤孔径大于第二复合滤网3141的过滤孔径。
如图9、图10、图11所示，所述的第一复合滤网3131和第二复合滤网3141均是由用于固定连接在所述矩形网格框架311的各方框内的金属边框315和分别嵌入在所述金属边框315内的复合拦污网316构成，所述的复合拦污网316是由位于进水侧的机织土工布3161和位于出水侧的无纺土工布3162两层材料构成的网结构。机织土工布的有效过滤孔径为无纺土工布有效过滤孔径的10～100倍，无纺土工布的有效过滤孔径大小根据过滤土体的最小颗粒确定。
本发明的一种用于吹填工程的自升式模块化拦污系统，可以用于不同吹填土粒径下吹填区域内的拦污、促淤，减小吹填物的流失率，提高吹填工程的效率。分散的矩形柱桁架结构在承受拦污系统荷载，维持系统整体性的同时，避免了整体式的桁架造成的拦污系统自重过大；桁架迎水面和两侧由铁皮构成的表面，能阻止水流从主桁架处流失，保证过滤断面的完整性；桁架结构两侧设立的连接装置，每个连接装置由一个焊接在桁架主体上的带半球形凹槽的连接件和一个带半球形凹槽的独立连接件，便于快速、有效地固定滤网拦污系统，同时位于迎水面一侧的固定连接件能保证水流不会从连接装置处流失；浮力系统与主桁架结构相连接，为整个拦污系统提供浮力，每个空心腔体在迎水面和背水面分别设置一个进水孔和排水孔，通过调节腔体内水量的多少来控制浮力的大小，使得整个拦污系统能够自主地上浮和下沉，并在稳定地停留在不同的水深处；网状的钢制受力架和悬挂于受力架上的拦污网的组合，在尽可能降低滤网系统自重和保证滤网系统强度的前提下，形成了有效的过滤截面，同时可通过调整拦污网的有效孔径，实现对不同深度水流的分层过滤和调整过滤断面的有效深度；复合的拦污材料结合了机织土工布表明不易形成较厚泥层和无纺土工布在有效筛选的同时保证较高渗透性的特点，形成不易淤堵、容易维护且筛选速度高的高效拦污材料；锚固系统可以固定拦污系统的工作位置，预防这个拦污系统可能出现的突然性倾覆，维持拦污系统的工作姿态；发明中主桁架系统和拦污系统皆采用分散的模块化结构设计，极大地方便了装备的制造、安装和维修，同时模块化的设计能够允许通过增减主桁架结构的数量、拦污网的孔径，来调整整个拦污系统结构的过流断面表面积、断面深度。
本发明一种用于吹填工程的自升式模块化拦污系统的工作原理如下：
首先根据吹填工程的实际情况计算拦污系统的过流断面面积，计算所需的主桁架11和浮力装置12的组合模块、滤网结构3的数量。利用滤网结构3提供的浮力，使得主桁架11浮于水面上，再将主桁架11和浮力装置12的组合模块托运至制定位置。根据现场要求确定第一复合滤网结构313和第二复合滤网结构314孔径的大小，并将第一复合滤网结构313和第二复合滤网结构314悬挂、固定于矩形网格框架311上，组合成成型的滤网系统。按由围堰边缘向吹填区域内部的顺序进行滤网结构3的组装，每次组装时先调整相邻两个主桁架11和浮力装置12的组合模块的高度和水平度，使其顶部位于相同高程的水平面内，然后吊装先前组装的成型滤网结构3，将滤网31两端的连接柱与主桁架11的固定连接件1121搭接，待连接稳定后，扣上主桁架的独立连接件1122，并与固定连接件1121采用紧固螺栓1123连接，同时做好紧固螺栓1123处的防水工作。按相同的步骤连接其余的功能模块，使得各零散部件组成如图1所示的扇形结构，形成有效的过滤面，组装过程中注意调整浮力的大小，保持拦污系统4的整体性水平。待整体安装完毕后，调整所有前腔体121和后腔体122内水量的大小，使得拦污系统4下潜至工作水深处，下潜过程中务必使得拦污系统4处于整体性下潜状态，防止产生倾覆或不均匀下潜对拦污系统4造成破坏。下潜至工作水深后，微调拦污系统4在水平面的位置，使其两端紧靠围堰5，避免出现过流截面出现缺口，并在微调完成后，栓紧锚索22，保证工作状态中不会因突发性的因素造成拦污系统的倾覆。待上述步骤完成后，拦污系统4即进入正常工作状态，对泥水混合物进行筛选，促进吹填区域内的泥沙沉积。
当拦污系统4工作一段时间后，可能会由于复合拦污网316表面形成一定厚度的泥层而导致过第一复合滤网3131和第二复合滤网3141无法正常工作，此时可采用高压水枪对第一复合滤网3131和第二复合滤网3141表面进行冲刷，当表明泥层清理完毕后，复合拦污网316即能重新恢复正常工作。对于水深较深处高压水枪很难有效清理的部位，可采取对拦污系统4进行一定程度上浮，露出待清理部位后再进行高压水枪冲刷。
随着吹填的继续，吹填区内土层高度逐渐增加，吹填标高增高，此时，只需重新调整拦污系统4的浮力大小，使得拦污系统4整体上浮即可实现适应于新标高的拦污促淤过程。
当一个吹填区域作业完毕后，松开锚索22，整体上浮拦污系统4，按由吹填区域内部向围堰5边缘的顺序，逐一拆卸主桁架11上独立连接件1122与固定连接件1121相邻的紧固螺栓1123，并移出滤网结构3，拖走主桁架11和浮力装置12的组合模块即可完成全部拆卸工作。
Claims (5)
1.一种用于吹填工程的自升式模块化拦污系统，其特征在于，包括有若干个能够上浮和下潜的用于承受和传递整个拦污系统所受荷载的主桁架机构(1)、用于固定所述主桁架机构(1)的锚固装置(2)和连接在相邻两个主桁架机构(1)之间用于实现针对不同深度水流的分层进行调整过滤网孔大小的滤网结构(3)，所述的主桁架机构(1)包括有通过锚固装置(2)进行定位的主桁架(11)和连接在所述主桁架(11)上的用于产生浮力的浮力装置(12)，所述的浮力装置(12)包括有：连接在所述主桁架(11)迎水一侧的用于产生浮力的前腔体(121)和连接在所述主桁架(11)背水一侧的用于产生浮力的后腔体(122)，在所述前腔体(121)的上部形成有前进水口(123)，下部形成有前出水口(124)，在所述后腔体(122)的上部形成有后进水口(125)，下部形成有后出水口(126)，所述的滤网结构(3)包括有滤网(31)和一体形成在所述滤网(31)两侧的用于嵌入设置在主桁架(11)两侧的凹槽(1125)内的连接柱(32)，所述的滤网(31)的网面为弧面结构，所述弧面结构向外凸出的一侧位于进水侧，向内凹进的一侧位于出水侧，所述的主桁架(11)包括有：矩形柱结构的桁架(111)和设置在桁架(111)两侧用于连接滤网结构(3)的滤网连接结构(112)，所述的滤网连接结构(112)包括有固定连接在所述桁架(111)上且位于滤网结构(3)进水侧的固定连接件(1121)，通过紧固螺栓(1123)固定连接在所述固定连接件(1121)的位于滤网结构(3)出水一侧上用于与固定连接件(1121)共同形成能够嵌入滤网结构(3)的连接部位的凹槽(1125)的独立连接件(1122)，以及位于所述固定连接件(1121)底端用于托住滤网结构(3)的连接部位的底托(1124)。
2.根据权利要求1所述的一种用于吹填工程的自升式模块化拦污系统，其特征在于，所述的锚固装置(2)包括有位于中部用于设置在主桁架机构(1)顶端的系锚(21)、分别一体连接在所述系锚(21)的两端且位于所述主桁架机构(1)的两侧用于拉住主桁架机构(1)的锚索(22)，连接在所述锚索(22)的端部用于固定主桁架机构(1)工作位置的船锚(23)。
3.根据权利要求2所述的一种用于吹填工程的自升式模块化拦污系统，其特征在于，所述的滤网(31)包括有矩形网格框架(311)，由下至上由嵌入在矩形网格框架(311)的各方框内的不透水板(3121)组成的不透水板结构(312)，由嵌入在矩形网格框架(311)的各方框内的第一复合滤网(3131)组成的第一复合滤网结构(313)，以及由嵌入在矩形网格框架(311)的各方框内的第二复合滤网(3141)组成的第二复合滤网结构(314)，其中，所述的第一复合滤网(3131)的过滤孔径大于第二复合滤网(3141)的过滤孔径。
4.根据权利要求1所述的一种用于吹填工程的自升式模块化拦污系统，其特征在于，所述的滤网(31)包括有矩形网格框架(311)，由下至上由嵌入在矩形网格框架(311)的各方框内的不透水板(3121)组成的不透水板结构(312)，由嵌入在矩形网格框架(311)的各方框内的第二复合滤网(3141)组成的第二复合滤网结构(314)，以及由嵌入在矩形网格框架(311)的各方框内的第一复合滤网(3131)组成的第一复合滤网结构(313)，其中，所述的第一复合滤网(3131)的过滤孔径大于第二复合滤网(3141)的过滤孔径。
5.根据权利要求3或4所述的一种用于吹填工程的自升式模块化拦污系统，其特征在于，所述的第一复合滤网(3131)和第二复合滤网(3141)均是由用于固定连接在所述矩形网格框架(311)的各方框内的金属边框(315)和分别嵌入在所述金属边框(315)内的复合拦污网(316)构成，所述的复合拦污网(316)是由位于进水侧的机织土工布(3161)和位于出水侧的无纺土工布(3162)两层材料构成的网结构。
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