CN109989390A - 电渗排水预处理疏浚淤泥吹填造陆关键技术 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环境岩土工程技术领域，公开了一种电渗排水预处理疏浚淤泥吹填造陆关键技术，包括：划定一定面积的施工区，在施工区的四周搭设安全施工通道；电渗处理准备；然后铺设无纺布、塑料电渗排水板及滤管，将滤管和塑料电渗排水板绑扎在一起，要求塑料电渗排水板外露0.5m以上，在滤管上部再铺设1层土工布；接通塑料电渗排水板的直流电，在直流电的作用下，淤泥中的水分强制汇集在阴极电极附近并排出，使淤泥含水率降低；当淤泥含水量降低至75％以下后添加固化材料进行固化，既加强淤泥固化土结构性又可废物利用，减少环境污染。本发明方法可以加快疏浚淤泥排水固结的速度，实现了淤泥的废物利用，且能提高淤泥的固化效果。

Description

电渗排水预处理疏浚淤泥吹填造陆关键技术
技术领域
本发明涉及环境岩土工程技术领域，特别涉及一种电渗排水预处理疏浚淤泥吹填造陆关键技术
背景技术
为了改善河流湖泊的水质和保障航道的畅通，我国每年都要开展大规模的疏浚清淤工程，从而产生大量的疏浚淤泥。疏浚淤泥含水率和压缩性高、强度低，其中一些淤泥还含有重金属等污染物，因此很难直接在实际工程中应用。
淤泥固化是资源化利用的有效途径，即通过在淤泥中加入固化材料来改变淤泥颗粒的大小、形态以及物理力学性质，最终将淤泥变为土材料进行再利用。吹填淤泥初期含水量很大，机械无法作业，现有技术中常用的做法是采用塑料排水板固结，但该方法排水效率低，排水效果也较差，会使工期延长，提高工程预算。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出了一种设计更为合理、排水固结速度快且彻底、绿色环保的电渗排水预处理疏浚淤泥吹填造陆关键技术。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的。本发明是电渗排水预处理疏浚淤泥吹填造陆关键技术，其特点是，其步骤如下：
(1)建立施工通道：划定吹填淤泥排水处理的施工区，在施工区的四周搭设安全施工通道，施工通道采用定位桩以及固定在定位桩上的废弃塑料制成；
(2)电渗处理准备：确定电极的电压值；选择合适的电极材料，确定电极的尺寸；根据实际疏浚淤泥情况，确定电极布设的方式；估算淤泥电阻；估算输出功率，选取合适的直流电源；布设电极，连接电源和布设的电极，进行排水；若电极采用惰性材料制作，则取出电极，然后对电极孔进行灌注；若电极采用的金属材料制作，则直接保留电极，在电极内直接灌注或者取出电极，对电极孔进行灌注。
(3)铺设无纺布、塑料电渗排水板及滤管：在施工区内的淤泥面上铺设2层无纺布，每层无纺布均用塑料编织布包裹并缝制加固；铺设第一层无纺布后，向下穿过第一层无纺布在淤泥上插设塑料电渗排水板，所述的区塑料电渗排水板呈正方形布置插设间距为1.0米，深度为0.5～1米；2层无纺布铺设完毕后，沿施工区的长度方向在2层无纺布之间布设滤管作排水通道；将滤管和塑料电渗排水板绑扎在一起，要求塑料排水板外露0.5m以上，滤管的直径为30～40mm；在滤管上部再铺设1层土工布；
(4)排水固化：对固结的淤泥土样进行钻探取样，当淤泥含水量降低至75％以下后添加固化材料进行固化，既加强固化淤泥的结构性又可废物利用。
(5)检测：对固化后的淤泥土样进行钻探取样，检测其承载力达到设计要求后，完成电渗排水预处理。
进一步地，上述处理方法中，所述的阳极电极和阴极电极采用惰性材料制作或者金属材料制作。
进一步地，上述处理方法中，在所述的阴极电极采用中空的管状结构。
进一步地，上述处理方法中，所述的阳极电极采用实心的管状结构。
进一步地，所述固化材料包括：矿粉、粉煤灰和废弃塑料纤维。
本发明可以实现对吹填淤泥进行电渗排水预处理，即在塑料排水板中加入电极并接通直流电，在直流电的作用下，疏浚淤泥中的水分强制汇集在阴极电极附近并排出，使其快速排水、加固。排水完成后添加固化材料进行固化，提高加固后淤泥的结构性并实现废物利用，使疏浚淤泥重新固结，达到更高的加固强度。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的电路模型示意图。
图中：1.塑料电渗排水板电极间的总电阻。
具体实施方式
以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
电渗是指在电场作用下土体孔隙中流体运动的现象。黏性土体颗粒(矿物颗粒)本身带有负电荷，周围存在电场，在静电引力与布朗运动作用下紧邻土体颗粒表面存在两层(固定层与扩散层)由水化阳离子和极性分子构成的电层。当土体中插入电极并施加电压时，两电极之间土体中的水会在土体的孔隙中从阳极向阴极移动；通过电渗可以排出土中的弱结合水和自由水。近几十年处理吹填土和疏浚土的工程经验与试验表明，电渗固结是处理高含水量，大压缩性，低抗剪度土的有效技术，其对软粘土的的排水加固效果要明显优于常规土体加固方法。
进一步地，上述处理方法中，在阴极水分子数量聚集到一定程度时，水从水化离子中释放出来，使阴极附近水分增加，从阴极处设置的排水通道排出。
(1)电压确定
电渗时电压常用范围为U＝24V～160V。但考虑到施工安全和施工速度，以接近或不超过42V安全电压为宜，且电压过高时，将使疏浚淤泥产生大量热量，耗能大增，并不经济。
(2)电极材料的选取及尺寸确定
电极材料一般可分为两类，一类为电极材料为钢筋或者钢管，采用铁质电极会导致在电渗实验过程中参与电化学反应产生Fe(OH)2和Fe(OH)3胶体，胶体能与土粒产生胶结作用，能进一步增大淤泥固化土强度；另一类利用惰性材料(如石墨)制成的电极管或电极棒，由于惰性电极不会在外加电源作用下发生电化学变化，因而采用此种电极进行电渗法施工时，可在通电结束后取出并循环利用。阳极棒可选择直径为12～20mm的钢筋或石墨棒，阴极材料可选择外径Φ1为21～27mm的钢管或石墨管，相应内径Φ2为18～24mm，保证汇集到阴极管处的水分顺利排出内并排出。电极长度与疏浚淤泥宽度一致。
(3)电极布设
直流电源的数量需结合疏浚淤泥含水率和施工段长度和面积进行确定。对一般排水固结工程，沿路线方向每隔30～50m定义为一个作业区。每个作业区内，电渗塑料排水板位置的确定应根据实际电压强度以及疏浚淤泥含水率高低来确定。
(4)淤泥电阻估算
淤泥电阻的估算应以作业区为单位进行分析；在每一作业区内，阴阳电极间淤泥的总电阻表现为视在电阻R视在，若考虑电极与周围淤泥之间的界面电阻，则每一对电极间电阻R视在，由电极电阻电极R电极、电极与淤泥界面电阻R界面、以及淤泥电阻R淤三部分构成：
R视在＝R电极+R界面+R淤 (1)
式中：R电极-电极材料本身电阻(Ω)，对金属电极R电极≈0；
R界面-电极与土体之间的界面电阻(Ω)；
R淤-淤泥电阻(Ω)。R＝ρl/A，ρ为淤泥电阻率，l为阴阳电极距离，A为淤泥面积。
其中，淤泥电阻率ρ用Miller电阻(20cm×20cm×18cm)箱测试。
界面电阻R界面计算方法为：
式中：kj-界面电阻率(Ω·cm2)；
rat-s1/s2，导电面积比，无量纲；
s1，s2-电极和淤泥的导电面积(cm2)。
由于疏浚淤泥排水是由很多对塑料电渗排水板的电极组成，这些电极和它们之间土体可以划分为条带，并可以视为与电源是并联关系，电路可简化为图1所示模型。
电渗场地总电阻∑R视在计算方法如公式(3)所示：
其中：n-电极对数。
(5)输出功率估算及直流电源选取
估算电流有助于确定供电设备功率。一般来说，由于电渗过程中淤泥含水率的变化会导致电阻发生变化，进而使电流在电渗过程中从高到低变化，初始电流按公式(4)估算：
并通过初始电流和电源输出电压估算电源功率，如式(5)所示：
P＝UI (5)
在直流电源选取过程中，除要保证电源电压满足施工要求并保证输出电压的相对稳定外，还应考虑整个项目的施工成本。根据工程性质的不同，所选用的供电方式也存在差异。一般来说，当施工场地提供交流电时，可选择交流变压器及整流器将交流电源转换为直流电源进行供电。采用直流发电机对工程进行供电可满足施工过程中较高功率的需求，但采用直流发电机进行长时间供电会使耗油量增大，同时采用发电机进行供电会出现输出电压不稳定等问题；具体供电设备的选择应根据设备价格、施工费用以及工程需求等因素来确定。
具体实施一种电渗排水预处理疏浚淤泥吹填造陆关键技术案例，其步骤如下：
(1)建立施工通道：划定吹填淤泥排水处理的施工区，在施工区的四周搭设安全施工通道，施工通道采用定位桩以及固定在定位桩上的废弃塑料制成；
(2)电渗处理准备：现场试验采用的是自制可调稳压直流电源，调节电压为36V进行电渗法处理，其中每隔35m分作一个作业区，一个作业区由同一个直流电源进行供电，为保证施工速率，根据估算，直流电源功率不小于1800W。选取电极材料时，阳极材料选用直径为18mm的石墨棒，阴极材料选用外径为24mm，内径为12mm的石墨管。
(2)铺设无纺布、排水板及滤管：在施工区内的淤泥面上铺设2层无纺布，每层无纺布均用塑料编织布包裹并缝制加固；铺设第一层无纺布后，向下穿过第一层无纺布在淤泥上插设塑料电渗排水板，所述的区塑料电渗排水板呈正方形布置插设间距为1.0米，深度为0.5 米；2层无纺布铺设完毕后，沿施工区的长度方向在2层无纺布之间布设滤管作排水通道；将滤管和塑料电渗排水板绑扎在一起，要求塑料电渗排水板外露0.8m，滤管的直径为30mm；在滤管上部再铺设1层土工布；
(4)排水固化：对固结的淤泥土样进行钻探取样，当淤泥含水量降低至75％以下后添加向每吨淤泥中投加50kg固化剂(矿粉∶粉煤灰∶废弃塑料纤维＝5∶4∶1)形成淤泥固化土，既加强固化淤泥的结构性又可废物利用；
(5)检测：对固化后的淤泥土样进行钻探取样，检测其承载力达到设计要求后，完成电渗排水预处理。

Claims (5)

1.一种电渗排水预处理疏浚淤泥吹填造陆关键技术，其特征在于，在塑料电渗排水板中设置有阳极电极和阴极电极，所述的阳极电极和阴极电极连接直流电源，在直流电的作用下使淤泥中的水分汇集在阴极电极附近并排出，降低疏浚淤泥含水率，其步骤如下：
(1)建立施工通道：划定吹填淤泥加固区为施工区，在施工区的四周搭设安全施工通道，施工通道采用定位桩以及固定在定位桩上的废弃塑料制成；
(2)电渗处理准备：确定电极的电压值；选择合适的电极材料，确定电极的尺寸；根据实际疏浚淤泥情况，确定电极布设的方式；估算淤泥电阻；估算输出功率，选取合适的直流电源；布设电极，连接电源和布设的电极，进行排水；若电极采用惰性材料制作，则取出电极，然后对电极孔进行灌注；若电极采用的金属材料制作，则直接保留电极，在电极内直接灌注或者取出电极，对电极孔进行灌注。
(3)铺设无纺布、塑料电渗排水板及滤管：在施工区内的淤泥面上铺设2层无纺布，每层无纺布均用塑料编织布包裹并缝制加固；铺设第一层无纺布后，向下穿过第一层无纺布在淤泥上插设塑料电渗排水板，所述的区塑料排水板呈正方形布置插设间距为1.0米，深度为0.5～1米；2层无纺布铺设完毕后，沿施工区的长度方向在2层无纺布之间布设滤管作排水通道；将滤管和塑料排水板绑扎在一起，要求塑料排水板外露0.5m以上，滤管的直径为30～40mm；在滤管上部再铺设1层土工布；
(4)排水固化：对固结的淤泥土样进行钻探取样，当淤泥含水量降低至75％以下后添加固化材料进行固化，既加强淤泥固化土结构性又可废物利用。
(5)检测：对固化后的淤泥土样进行钻探取样，检测其承载力达到设计要求后，完成疏浚淤泥的固结处理。
2.如权利要求1所述的一种电渗排水预处理疏浚淤泥吹填造陆关键技术，其特征在于，所述的阳极电极和阴极电极采用惰性材料制作或者金属材料制作。
3.如权利要求1所述的一种电渗排水预处理疏浚淤泥吹填造陆关键技术，其特征在于，在所述的阴极电极采用中空的管状结构。
4.如权利要求1所述的一种电渗排水预处理疏浚淤泥吹填造陆关键技术，其特征在于，所述的阳极电极采用实心的管状结构。
5.如权利要求1所述的一种电渗排水预处理疏浚淤泥吹填造陆关键技术，其特征在于：所述固化材料包括：矿粉、粉煤灰和废弃塑料纤维。
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