CN109440761A - 疏浚泥堆场多维气喷射防淤堵集成综合排水系统 - Google Patents

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Abstract

疏浚泥堆场多维气喷射防淤堵集成综合排水系统,通过预先在排泥场依托水平向定位拉索(4)呈矩阵布置的防淤堵排水板(6)构建多维立体集排水体系，通过水气一体抽排水装置(13)排除堆场内水分，促进土体内部空气流通速度，加快土体的脱水干化。通过高压气射流装置(12)喷出高压气，并排除淤堵在排水体系上的细小颗粒；以促使疏浚泥快速排水干化，有效减少疏浚泥堆场占地面积及占地时间，具有工程造价低、防淤堵效果好、排水效率高、操作简便的优势。

Description

疏浚泥堆场多维气喷射防淤堵集成综合排水系统
技术领域
本发明属于IPC分类E02D3/10排水基础工程技术，或水利工程河湖疏浚排泥场的快速干化处理技术，还涉及高压气射流防淤堵技术和相关装置的工作原理及其适用场景说明，尤其是疏浚泥堆场多维气喷射防淤堵集成综合排水系统。
背景技术
许多河道、水库、湖泊和灌渠都存在不同程度的泥沙淤积，特别是下游河段及河流入海口普遍有大量的泥沙淤积，需要通过疏浚工程来恢复它们水流宣泄、调蓄防洪及通航运输的功能。例如，近年来洞庭湖的水域面积严重缩小，就是由于上游水土流失，湘、资、沅、澧四水及长江四口的洪水携带高达1.75亿吨的泥沙入湖,使湖库出现泥沙淤积，抬高湖床，降低了入湖水量所致，这严重减弱了洞庭湖的蓄洪防洪能力，给人民生命财产带来了重大的安全隐患。
疏浚工程是一项长期工作，不是疏浚一次就能一劳永逸，需要进行周期性的维护疏浚,仅2016年一年，长江南京以下水道维护产生的疏浚泥体量就达2564.6万立方米。疏浚工程产生的为数巨大的疏浚泥对管理单位及施工单位带来了严峻的挑战。过去的一二十年间，受益于国家政策的大力支持，我国疏浚行业得到蓬勃发展，成为世界疏浚大国，但是目前我国的疏浚形式依然十分严峻，其中尤其突出的问题包括急需适用的疏浚泥处理等一系列疏浚技术。
疏浚泥以细颗粒土为主，受疏浚施工的扰动，淤泥常被搅浑形成高含水率的泥浆，具有含水率高、压缩性大、强度低的特点，其本质属于高含水率的固体废物。
现有的疏浚泥处理主要采用排泥场自然干化法，这需要占用大量的排泥场地，由于疏浚泥的干化速度十分缓慢，排泥场地占用时间需要几年甚至几十年，待疏浚泥固结沉降形成土地后才能恢复使用，大大增加了工程成本。例如，在南水北调东线的建设中，仅第一期工程产生的疏浚淤泥及弃土占地就需要20000多亩的排泥场地，征地费占该期工程总费用的60％。大型排泥场地难寻，租地费用高已成为制约河道疏浚整治，特别是城镇河道疏浚工程排泥场自然干化法应用的最关键因素。
经过多年实践和理论研究发现，疏浚泥快速脱水固结是解决排泥场自然干化法堆场占地面积大、占地时间久的有效途径。但是相关公开文献较少。检索发现：
南水北调东线江苏水源有限责任公司在中国专利申请200810020710.5中公开一种U型低真空疏浚淤泥快速排水方法，涉及的是一种对水利、港口航道工程建设中产生的低浓度疏浚淤泥进行快速排水处理、大幅度提高淤泥堆场中疏浚淤泥浓度的方法。通过在围堰内预先架设U型砂袋形成U型排水体系，U型砂袋的两端分别与抽气装置和带有透气阀门的透气装置连接形成空间排水体系，为防止发生淤堵，抽水时调节透气阀门让排水系统在低真空条件下抽水，在抽水过程中，根据围堰内淤泥的含水量调节透气阀门的开启度，逐步增加排水系统内的真空度，保证系统的排水效率。
南水北调东线江苏水源有限责任公司在中国专利申请200810020711.X中公开一种底部低真空抽取淤泥堆场表面水方法，涉及的是一种对低浓度疏浚淤泥堆场进行表面快速抽水处理的方法，通过在围堰底部架设水平砂袋、垂直排水板，将其与抽真空装置相连接形成围堰底部空间排水体系：通过调节透气装置使排水系统内的真空度处于最佳状态，从而保证排水系统中排水通道的畅通。
东南大学在中国专利申请200710132092.9中公开一中高含水量疏浚淤泥堆场透气真空快速泥水分离方法。该方法通过抽真空装置和透气装置来调节围堰堆场里的空间排水体系内的真空负压，以此解决滤水排水体系的淤堵问题，使疏浚淤泥的含水量快速降低，增加相同容量围堰堆场的吹泥量，减少土地占用面积，同时淤泥含水量的快速降低也能够减轻堆场淤泥后续处理的难度，缩短施工周期。
上海交通大学在中国专利申请200910198306.1中公开一种能够加快疏浚底泥脱水干化过程的堆场构建方法。在底泥堆场一侧设置排水口，使排水口上侧与堆场顶部平齐排除表层澄清水；在堆场底部间隔设置平行排水沟，沟中敷设排水管，排水管的外围放置渗水砾石以避免排水管堵塞，排水管中间设置竖向导管经堆场顶面的汇总管道连通外部真空系统，通过抽真空排除堆场下部游离水。
如上所述，现有技术主要是通过抽真空，依靠排泥场内外压差排除堆场内部水分。由于疏浚淤泥细颗粒含量占很大比重，在自然固结过程中，会沉积在排水板、渗水砾石、砂桩等滤水材料附近，造成滤水材料淤堵，截断排水路径，再加上抽真空的加持作用下，这种淤堵作用就会更加明显，单靠调节排泥场体系内的真空度，难以从根本上解决滤水材料的淤堵问题。
发明内容
本发明的目的是提供疏浚泥堆场多维气喷射防淤堵集成综合排水系统，解决现有技术中存在的防淤堵效果不佳、排水效率低以及工程造价高的等问题。
本发明的目的将通过以下技术措施来实现：包括紧固方桩、水平向定位拉索、防淤堵排水板、排水板接头、排水支管、排水主管、管路转换开关、高压气射流防淤堵装置和水气一体抽排水装置，通过预先在排泥场安装水平向定位拉索，在水平向定位拉索上固定防淤堵排水板，从而在排泥场构建多维立体集排水体系；将集排水体系通过密闭管路与水气一体抽排水装置及高压气射流防淤堵装置连接，通过水气一体抽排水装置排除堆场内水分，通过高压气射流装置，喷出高压气，排除淤堵在排水体系上的细小颗粒；相对二道围堰内侧分别竖立一排紧固方桩，在这两列紧固方桩之间张紧拴固水平向定位拉索；防淤堵排水板用扎丝绑扎在水平向定位拉索上，防淤堵排水板通过排水板接头与排水支管快装配连接；排水支管穿过围堰底部与排水主管连接；水气一体抽排水装置、高压气射流防淤堵装置经过管路转换开关安装在排水主管上。
尤其是，紧固方桩沿围堰1延伸方向横向间距在0.5m～3m，紧固方桩底端深入围堰土体，并在紧固方桩露出地面的2/3高度处倾斜固定设置支撑桩；紧固方桩长度根据堆场土质情况确定，须确保露出地面的紧固方桩长度比1/2～2/3设计填土高度大10mm。
尤其是，在紧固方桩上距地面100mm及距桩顶100mm处分别设置两道水平向定位拉索。
尤其是，水平向定位拉索每隔10m竖立设置一道支撑竹杆，使水平向定位拉索的挠度不大于5cm。
尤其是，防淤堵排水板上开有可调渗透孔，可调渗透孔等效孔径在80um～320um，可调渗透孔渗透系数大于5×10-3cm s-1,塑料排水板弯制成矩形通过扎丝(14)绑扎在水平向定位拉索上，排水板间距在0.5m～3m。
尤其是，用扎丝14将防淤堵排水板6呈矩形竖立绑扎在水平向定位拉索4上，相互平行的相邻二防淤堵排水板6的间距根据土层性质控制在0.5m～3m，将防淤堵排水板6的两端插在排水板接头7上构成滤排水单元，将各滤排水单元用排水支管8钢丝管串联形成支排水管网；将支排水管网接入排水主管9，排水主管9进一步安装水气一体抽排水装置13及高压供气装置10，完成疏浚泥堆场气喷射防淤堵三维快速排水系统的组装。
本发明的优点和效果：通过预先在排泥场依托水平向定位拉索4呈矩阵布置的防淤堵排水板6构建多维立体集排水体系，通过水气一体抽排水装置13排除堆场内水分，促进土体内部空气流通速度，加快土体的脱水干化。通过高压气射流装置12喷出高压气，并排除淤堵在排水体系上的细小颗粒；达到促使疏浚泥快速排水干化，有效减少疏浚泥堆场占地面积及占地时间，具有工程造价低、防淤堵效果好、排水效率高、操作简便的优势。
附图说明
图1为本发明实施例1结构示意图。
图2为本发明实施例1中防淤堵排水板连接水平向定位拉索结构示意图。
图3为本发明实施例1中排水板接头的排水板插槽与支管接头结构示意图。
图4为本发明实施例1中滤排水单元安装结构示意图
附图标记包括：
围堰1、紧固方桩2、支撑桩3、水平向定位拉索4、支撑竹竿5、防淤堵排水板6、排水板接头7、排水支管8、排水主管9、高压供气装置10、管路转换开关11、高压气射流防淤堵装置12、水气一体抽排水装置13、扎丝14、排水板插槽15、支管接头16。
具体实施方式
本发明原理在于，通过预先在排泥场安装水平向定位拉索4，在水平向定位拉索上固定防淤堵排水板6，从而在排泥场构建多维立体集排水体系；将集排水体系通过密闭管路与水气一体抽排水装置13及高压气射流防淤堵装置12连接，通过水气一体抽排水装置13排除堆场内水分，通过高压气射流装置12，喷出高压气，排除淤堵在排水体系上的细小颗粒；达到促使疏浚泥快速排水干化，减少疏浚泥堆场占地面积及占地时间的目的。
本发明无需在地表覆膜以创造真空环境，水分可在地表自然蒸发，水气一体抽排水装置13在抽吸土体水分的同时，可加快土体内部空气流通速度，进一步加快土体的脱水干化。本发明具有工程造价低、防淤堵效果好、排水效率高、操作简便的优势。
本发明包括：紧固方桩2、水平向定位拉索4、防淤堵排水板6、排水板接头7、排水支管8、排水主管9、管路转换开关11、高压气射流防淤堵装置12和水气一体抽排水装置13。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：如附图1所示，相对二道围堰1内侧分别竖立一排紧固方桩2，在这两列紧固方桩2之间张紧拴固水平向定位拉索4；防淤堵排水板6用扎丝14绑扎在水平向定位拉索4上，防淤堵排水板6通过排水板接头7与排水支管8快装配连接；排水支管8穿过围堰1底部与排水主管9连接；水气一体抽排水装置13、高压气射流防淤堵装置12经过管路转换开关11安装在排水主管9上。
前述中，根据土层性质，紧固方桩2沿围堰1延伸方向横向间距在0.5m～3m，紧固方桩2底端深入围堰1土体，并在紧固方桩2露出地面的2/3高度处倾斜固定设置支撑桩3；紧固方桩2长度根据堆场土质情况确定，须确保露出地面的紧固方桩2长度比1/2～2/3设计填土高度大10mm。
前述中，在紧固方桩2上距地面100mm及距桩顶100mm处分别设置两道水平向定位拉索4。
前述中，水平向定位拉索4每隔10m竖立设置一道支撑竹杆5，使水平向定位拉索4的挠度不大于5cm。
前述中，防淤堵排水板6上开有可调渗透孔，可调渗透孔等效孔径在80um～320um，可调渗透孔渗透系数大于5×10-3cm s-1,防淤堵排水板6弯制成矩形通过扎丝14绑扎在水平向定位拉索4上，邻接相对的二防淤堵排水板6间距为0.5m～3m。排水支管8为钢丝管。
前述中，如图2所示，用扎丝14将防淤堵排水板6呈矩形竖立绑扎在水平向定位拉索4上，相互平行的相邻二防淤堵排水板6的间距根据土层性质控制在0.5m～3m，如附图3、4所示，排水板接头7内部有十字形通道，纵向两端分别伸出有支管接头16，横向两端分别为扁方形的排水板插槽15，将卷绕成矩形环状的防淤堵排水板6的两端分别插接在排水板接头7上的排水板插槽15上构成滤排水单元；将各滤排水单元用排水支管8通过插接支管接头16连接成串联形成支排水管网；将支排水管网接入排水主管9，排水主管9进一步安装水气一体抽排水装置13及高压供气装置10，完成疏浚泥堆场气喷射防淤堵三维快速排水系统的组装。
本发明实施例中，排水板接头7可采用中国专利CN102720181A-软基处理工程中真空预压设备用接头给出产品；该软基处理工程中真空预压设备用接头，包括连接管段，其特征在于连接管段的外表面设置成若干个圆台的搭接体形状，各个圆台的上端面均朝向接头的接口方向；所述圆台，其大小从里到接口方向呈递减状；圆台外表面上另置有倒齿。
本发明实施例中，排水支管8为钢丝管，具有承载土压和自吸泵吸力的能力，排水支管8内径须与防淤堵排水板6接口的外径相对应。排水主管9为PVC管，排水主管9通过三通或大小头等转换接头与排水支管连接。水气一体抽排水装置13连接在排水主管9上，可实现单抽水、单抽气及水、气混抽，可空转不会发生气蚀。高压气射流防淤堵装置12上连接有空压机,并且通过三通连接到排水主管9上，当防淤堵排水板6发生淤堵时，可打开高压气射流防淤堵装置12上空压机，用高压气射流冲走堵在防淤堵排水板6滤网上的细小颗粒。水气一体抽排水装置13中包括自吸泵。管路转换开关11上并联安装有两个闭气球阀，保持其中一个闭气球阀打开，用以选择控制水气一体抽排水装置13中自吸泵或高压气射流防淤堵装置12上空压机开始工作。
本发明实施例，在吹填时，当疏浚泥没过防淤堵排水板6顶部时，启用水气一体抽排装置13，将滤出的水分抽排到排水沟渠；当发现防淤堵排水板6淤堵时，启用高压供气设备10，通过高压气射流喷射，破除淤堵在防淤堵排水板6附近的细小颗粒，保持排水管路的畅通。

Claims (6)

1.疏浚泥堆场多维气喷射防淤堵集成综合排水系统,包括紧固方桩(2)、水平向定位拉索(4)、防淤堵排水板(6)、排水板接头(7)、排水支管(8)、排水主管(9)、管路转换开关(11)、高压气射流防淤堵装置(12)和水气一体抽排水装置(13)；其特征在于，通过预先在排泥场安装水平向定位拉索(4)，在水平向定位拉索上固定防淤堵的防淤堵排水板(6)，从而在排泥场构建多维立体集排水体系；将集排水体系通过密闭管路与水气一体抽排水装置(13)及高压气射流防淤堵装置(12)连接，通过水气一体抽排水装置(13)排除堆场内水分，通过高压气射流装置(12)，喷出高压气，排除淤堵在排水体系上的细小颗粒；相对二道围堰(1)内侧分别竖立一排紧固方桩(2)，在这两列紧固方桩(2)之间张紧拴固水平向定位拉索(4)；防淤堵排水板(6)用扎丝(14)绑扎在水平向定位拉索(4)上，防淤堵排水板6)通过排水板接头(7)与排水支管(8)快装配连接；排水支管(8)在围堰(1)底部与排水主管(9)连接；水气一体抽排水装置(13)、高压气射流防淤堵装置(12)经过管路转换开关(11)安装在排水主管(9)上。
2.如权利要求1所述的疏浚泥堆场多维气喷射防淤堵集成综合排水系统，其特征在于，紧固方桩(2)沿围堰(1)延伸方向横向间距在0.5m～3m，紧固方桩(2)底端深入围堰(1)土体，并在紧固方桩(2)露出地面的2/3高度处倾斜固定设置支撑桩(3)；紧固方桩(2)长度根据堆场土质情况确定，须确保露出地面的紧固方桩(2)长度比1/2～2/3设计填土高度大10mm。
3.如权利要求1所述的疏浚泥堆场多维气喷射防淤堵集成综合排水系统，其特征在于，在紧固方桩(2)上距地面100mm及距桩顶100mm处分别设置两道水平向定位拉索(4)。
4.如权利要求1所述的疏浚泥堆场多维气喷射防淤堵集成综合排水系统，其特征在于，水平向定位拉索(4)每隔10m竖立设置一道支撑竹杆(5)，使水平向定位拉索(4)的挠度不大于5cm。
5.如权利要求1所述的疏浚泥堆场多维气喷射防淤堵集成综合排水系统，其特征在于，防淤堵排水板(6)上开有可调渗透孔，可调渗透孔等效孔径在80um～320um，可调渗透孔渗透系数大于5×10-3cm s-1,塑料排水板(6)弯制成矩形通过扎丝(14)绑扎在水平向定位拉索(4)上，防淤堵排水板(6)间距在0.5m～3m。
6.如权利要求1所述的疏浚泥堆场多维气喷射防淤堵集成综合排水系统，其特征在于，用扎丝(14)将防淤堵排水板(6)呈矩形竖立绑扎在水平向定位拉索(4)上，相互平行的相邻二防淤堵排水板(6)的间距根据土层性质控制在0.5m～3m，排水板接头(7)内部有十字形通道，纵向两端分别伸出有支管接头(16)，横向两端分别为扁方形的排水板插槽(15)，将卷绕成矩形环状的防淤堵排水板(6)的两端分别插接在排水板接头(7)上的排水板插槽(15)上构成滤排水单元；将各滤排水单元用排水支管(8)通过插接支管接头(16)连接成串联形成支排水管网；将支排水管网接入排水主管(9)，排水主管(9)进一步安装水气一体抽排水装置(13)及高压供气装置(10)，完成疏浚泥堆场气喷射防淤堵三维快速排水系统的组装。
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