CN114349294A - 一种用于处理疏浚淤泥的反滤围井结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于处理疏浚淤泥的反滤围井结构，属于水利工程技术领域，其IPC分类号为E02B 3/02(河床的清理)。本发明的反滤围井由轮胎形土工管袋内填充过滤材料后垒砌成井体，将疏浚产生的淤泥蓄积在反滤围井内，淤泥内的水分通过反滤围井过滤后排出，使淤泥成为能够进行利用的工程材料。淤泥对轮胎形土工管袋的挤压产生的周向压力，使反滤围井自身具有很强的稳定性。本发明的反滤围井将防汛抢险用的传统反滤围井经改造后，用于疏浚淤泥的处理，占地少，造价低，具有显著的社会效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及河床的清理，特别涉及一种处理河床疏浚淤泥的新型的反滤围井结构，属于水利工程领域，其IPC分类号为E02B 3/02。
背景技术
反滤围井(或养水盆)是防洪抢险中用于抢护管涌(翻砂鼓水)险情的，常用的反滤围井是在发生管涌的出水口处，采用装满土或砂石的麻袋垒砌围成井状，防止涌水将下面地层中的土沙带走。
黄河水利委员会山东黄河河务局多年来通过淤背固堤工程，利用吸泥船、泥浆泵抽吸黄河河道淤积的泥沙，通过管道接力输送到黄河大堤背河50-100m范围内沉积，用于填充大堤加高时取土造成的坑塘洼地，在疏浚黄河河道的同时加固了大堤。黄河河道疏浚出的泥沙几乎不含淤泥，输送到大堤背河用土施工的围堰内，泥沙很快就沉积下来，所含水用水泵抽走即可。
黄河水利委员会山东黄河河务局所属的市级和县级工程局，作为黄河专业抢险队，汛时是抢险主力军，平时是黄河治理工程施工的主力军，对抢筑反滤围井、黄河清淤等具有丰富的施工经验和先进的设备。利用自身具有的技术优势和设备优势，近几年也积极参与社会工程的施工，例如：河道、湖泊、水库、坑塘和人工湿地的疏浚工程，这些疏浚工程疏浚出的淤泥与黄河疏浚出的泥沙不同，其存放及后期利用是一大难题。主要存在下列问题：
首先，清淤时会产生大量的疏浚淤泥，与黄河清淤产生的泥沙相比，淤泥流动性非常强，存放占地面积大，对存放地有污染。
其次，淤泥含水量大(达到90％以上)，难以将泥、水分离，现有的泥、水分离技术复杂，费用高昂，效果较差。目前，疏浚淤泥一般直接堆放在天然场地，占用大量土地，排水缓慢，不仅容易污染环境，而且长期占用土地。
再次，处理后的淤泥力学强度低，无法直接利用，只能长期存放，造成土地和资源的浪费。而另一方面，我国对土料的需求一直比较大，如修路、公园里的人造景观，都需要大量的土料。
近年来，利用土工管袋处理淤泥技术快速发展，如发明专利申请CN201910043493.X和CN202010684057.3，“生态环保土工管袋处置河道疏浚底泥的施工技术”(查道平等，《建筑施工》，2020年11期)，都是采用直筒式土工管袋，通过将泥浆填充到土工管袋内部，将土工管袋内部的泥浆中的水分排出。上述方法由于需要将所有清理的淤泥装入土工管袋内部，因此当疏浚淤泥的体积量较大时，所需装填的土工管袋数量将很多，而且充填时间较长，一个容量1000m3的土工管袋充填周期约为5天，因此这种方法处理淤泥的体积量有限。当疏浚的淤泥量较大时，若采用土工管袋内充填淤泥的方法，仅适用于具有较大空地的海岸、滩涂地带。
而且，从河湖库塘疏浚出的淤泥，不可避免地含有碎石、碎玻璃、金属物等尖锐物品，直接充填在土工管袋内，会刺破、割破土工管袋，一旦某一处有一点破口，会导致整个管袋快速溃破，污水横流，难以清理，对环境污染大。
现有发明专利申请CN201810404543.8“一种淤泥质袋装土挡墙结构及施工方法”，采用同样是直筒式土工管袋，将直筒式土工管袋堆叠成挡土结构，然后在挡土结构后的方区域蓄纳淤泥。此结构依靠土工管袋层间摩擦力维持自身稳定。由于土工管袋层间摩擦力较小，因此需要增大土工管袋的堆筑宽度才能保持自身结构的稳定，这导致堆筑的土工管袋数量多、体积大、工程造价高。此外，由于此结构是由多个直筒式土工管袋堆筑而成，一旦管袋任意一处发生破损，则整个结构会很快垮掉，所蓄纳的淤泥也会溢出，造成安全事故及环境污染。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种造价低、施工简单、环保、稳定性强的用于疏浚淤泥的新型的反滤围井结构，本发明的技术解决方案如下：
一种用于处理疏浚淤泥的反滤围井结构，包括井体、井底反滤结构、底部防护层和反滤排水沟；
所述井体由多个轮胎形土工管袋垒砌而成，所述轮胎形土工管袋的袋体采用一整块土工布制作而成，整个袋体只有一道横向接口和一道纵向接口，所述纵向接口位于内圈的中部，所述横向接口的搭接宽度大于20cm，所述纵向接口的搭接宽度大于10cm；袋体上部设置若干填充口；制作所述轮胎形土工管袋的土工布的有效孔径大于0.40mm；所述轮胎形土工管袋的袋体内填充有填充料，所述填充料(11)的体积为所述袋体容积的70-80％；所述填充料由体积比1∶1的小石子和粗砂组成，所述粗砂的粒径大于0.5mm，所述小石子的粒径为5-20mm；
所述反滤排水沟设置在一个或多个所述井体的外周，在反滤排水沟填筑有三层过滤材料：下层过滤材料的厚度为20-35cm，小石子：粗砂＝1∶2(体积比)；中层过滤材料的厚度为20-35cm，小石子∶粗砂＝1∶1(体积比)，上层过滤材料的厚度为20-30cm，小石子∶大石子∶粗砂＝1∶1∶1(体积比)；所述粗砂的粒径大于0.5mm，所述小石子的粒径为5-20mm，所述大石子的粒径为30-60mm；
所述反滤排水沟通过一条或多条引水沟引流至原河道、沟塘或人工湿地，或引流至单独设置的净化池；
所述井底反滤结构设置在所述井体下部，由井底土工布和位于所述井底土工布下部的井底反滤层组成，铺设在所述反滤排水沟(4)的内沿围成的区域内；所述井底反滤层分为三层，自下至上分别为粗砂层、小石子层和大石子层，每层厚度为10-15cm，所述粗砂的粒径大于0.5mm，所述小石子的粒径为5-20mm，所述大石子的粒径为30-60mm；分层铺设、摊平，然后在所述井底反滤层上部铺设井底土工布，所述井底土工布(6)的有效孔径大于等于0.35mm；
所述底部防护层铺设在所述反滤排水沟(4)和所述井底反滤层的下部，并覆盖住所述反滤排水沟的外沿以内的所有区域；所述底部防护层包括底层的土工布、中间层的土工膜和上层的土工布。
进一步地，所述反滤排水沟的断面为梯形，底宽40cm-80cm，顶宽60-120cm，深60cm-100cm。
本发明的发明点及其技术效果在于：
(1)井体稳定：本发明的反滤围井结构对传统反滤围井加以结构改造，采用环形封闭的轮胎形土工管袋替代传统的沙袋(传统围井的稳定依靠管袋各层之间的摩擦作用)，利用轮胎形土工管袋受到环形区域内淤泥的挤压发生变形时产生的张力，约束环内淤泥，比传统的围井井体更加稳定，而且不会变形、坍塌。
(2)土工管袋结构合理：轮胎形土工管袋的袋体采用一整块土工布制作而成，整个袋体只有一道横向接口和一道纵向接口，纵向接口位于内圈的中部，受力结构合理。
(3)淤泥脱水速度快：围井的井体和井体底部的结构都设置成快速透水的结构，使围井内淤泥可以同时井体和从底部快速脱水，效率高，处理后的淤泥含水率低。具体为：
井体轮胎形土工管袋内的填充料既是构成井体的主材料，同时也是井体侧面脱水的过滤材料，结合高孔径率的袋体材料，实现围井井体的快速透水和长时间透水；高孔径率的井底土工布结合井底反滤层，实现井底的快速透水和长时间透水。
(4)反滤围井周围设置反滤排水沟，沟内铺满砂石，既可以为早期的施工提供坚实的场地，又可以为井体提供稳定的基础；更重要的，是将井体滤出液收集后进一步过滤。正是有了反滤排水沟内的反滤作用，才使得本发明的轮胎形土工管袋袋体和井底土工布，都可以采用有效孔径大的土工布制作，脱水速度快，透水能力能够保持较长时间，使得围井内淤泥脱水效率高，处理后的淤泥含水量低，能够短时内投入二次使用。
(5)淤泥脱水完成后，轮胎形土工袋及其填充料、井底反滤层和反滤排水沟的砂石料，与脱水后的淤泥掺和一起，使脱水淤泥能够马上作为建筑材料二次使用，并且使淤泥脱水场地快速恢复原貌。
(6)与现有的疏浚淤泥处理技术相比，工程造价低(土工布袋和砂石料价格低，且可以采用建筑垃圾替代砂石料)，施工速度快(平整场地、铺设砂石料、填充土工袋即可)，占地少、无污染(大大减少了社会冲突)，安全性高(轮胎形土工袋不会破溃，井体稳定不垮塌)，脱水速度快，脱水淤泥可完全二次使用。特别适合在施工场地缺乏、距离居民生活区近、工期要求短的公园湖塘、人工湿地和河湖的疏浚中推广应用。
附图说明
图1为本发明的反滤围井结构侧面示意图；
图2为本发明的反滤围井结构的俯视图；
图3为本发明采用的轮胎形土工管袋俯视图；
图4为图3轮胎形土工管袋的A-A断面图。
图中，1、井体；2、井底反滤结构；3、底部防护层；4、反滤排水沟；5、轮胎形土工管袋；6、井底土工布；7、井底反滤层；8、横向接口；9、纵向接口；10、填充口；11、填充料。
具体实施方式
文亭湖位于山东省成武县老城区的北面，原有湖面10000m2，由于几十年未加管理，文亭湖已经成为一个烂泥塘。当地自2018年开始老城棚户区改造，对老城区进行全面拆改，同时将文亭湖北面建成为新的主城区，并以文亭湖为基础扩大湖区面积，建设文亭湖公园。由于淤积严重，挖掘机无法下湖开挖，必须先将老湖区的淤泥疏浚出来。由于周围都是高档楼盘施工工地，而且有些居民小区已经建成，公园其他工程本身也同步施工，放置疏浚污泥的场地非常狭小，而且工期特别紧。黄河工程局承揽该疏浚工程后，采用了本发明的反滤围井结构进行施工。下面结合该工程项目和附图1-4，对本发明的实施方式进行详细说明。
本发明的一种用于处理疏浚淤泥的反滤围井结构，实施时，包括以下步骤：
(1)清理场地：选取处理淤泥的场地，对场地进行清理和整平。
由于文亭湖北面的318省道(也是成武县城的北环路)将于半年后实施拓宽，路两侧待拓宽的规划占地已经丈量完毕，本项目以路南侧的待拓宽占地作为淤泥处理场地，并将处理后的淤泥与反滤用的砂石掺和后就地使用，作为拓宽时的路基填土，节省了大量的后期运输费用，也省去了大量占地费用。
(2)开挖反滤排水沟4：环绕场地外围，开挖反滤排水沟4，反滤排水沟4的断面为梯形，底宽40cm-80cm，顶宽60-120cm，深60cm-100cm。附图1和2中所示的反滤排水沟4为圆形，但并不限于圆形，而是根据同一个施工场地的形状和面积，确定该场地内布置的反滤围井井体1的个数，必须将整个施工场地围起来，使场地内所有反滤围井井体1都处于反滤排水沟4的包围之中。
本项目占用的施工场地东西长280m，南北宽16m，采用小型挖掘机围绕场地挖掘一周反滤排水沟4，中间也增设了6道南北向的反滤排水沟4，沟的底宽为40cm，顶宽为60cm，深60cm。
反滤排水沟4通过一条或多条引水沟引流至原河道、沟塘或人工湿地，若离原河道、沟塘或人工湿地较远，可以引流至单独设置的净化池。引水道和净化池在附图中未标出。
本项目的反滤排水沟4通过一条或多条引水道引流至附近的公路路沟内，作为附近正在施工的楼盘的施工水源。
(3)铺设底部防护层3：所述底部防护层3包括底层的土工布、中间层的土工膜和上层的土工布，所述底部防护层3应覆盖住所述反滤排水沟4的外沿以内的所有区域。所述底部防护层3的土工膜主要作用是隔水，保护土地不被污水污染，土工膜上下的土工布是保护土工膜不被尖锐物体刺破。
(4)在反滤排水沟4内分三层填筑过滤材料，所述过滤材料由粗砂、小石子和大石子组成，所述粗砂的粒径应大于0.5mm，所述小石子的粒径为5-20mm，所述大石子的粒径为30-60mm。下层过滤材料的厚度为20-35cm，小石子∶粗砂＝1∶2(体积比)；中层过滤材料的厚度为20-35cm，小石子∶粗砂＝1∶1(体积比)，上层过滤材料的厚度为20-30cm，小石子∶大石子∶粗砂＝1∶1∶1(体积比)。
(5)铺设井底反滤结构2：所述井底反滤结构2包括井底反滤层7和井底土工布6；在反滤排水沟4的内沿围成的区域内铺设井底反滤层7；所述井底反滤层7分为三层，自下至上分别粗砂层、小石子层和大石子层，每层厚度为10-15cm，所述粗砂的粒径应大于0.5mm，所述小石子的粒径为5-20mm，所述大石子的粒径为30-60mm。分层铺设、摊平，然后在所述井底反滤层7上部铺设井底土工布6。为保证整个施工场地的平整，所述井底反滤层7也可以部分或全部覆盖所述反滤排水沟4。
(6)设置反滤围井井体1：在所述井底土工布6上放置第一层轮胎形土工管袋5，所述轮胎形土工管袋5的袋体采用一整块土工布制作而成，如图3和图4所示，整个袋体只有一道横向接口8和一道纵向接口9，纵向接口9位于内圈的中部；袋体上部设置若干填充口10。横向接口8和纵向接口9采用现有的缝合或焊接方法即可，其中，所述的横向接口8搭接宽度应大于20cm，所述纵向接口9的搭接宽度应大于10cm。经施工人员现场撕拉测试，搭接处的抗撕裂能力都不小于土工布本身的抗撕裂能力，完全符合本发明的施工要求。本发明的土工管袋，充填填充料后，其形状与汽车轮胎相似，因此本发明将其命名为轮胎形土工管袋。受力结构合理，因为是封闭的环形，构成的围井井体非常稳固，袋体也不会发生破溃。
轮胎形土工管袋5内的填充料11由充分拌匀的小石子和粗砂组成，小石子∶粗砂＝1∶1(体积比)，所述粗砂的粒径应大于0.5mm，所述小石子的粒径为5-20mm。采用装袋机装填填充料11，或者采用抽沙泵灌装。
轮胎形土工管袋5的规格有多种，文亭湖项目采用的轮胎形土工管袋5的轮径(即反滤围井井体1的内径)为10m，袋体截面的直径为0.5m。
文亭湖项目采用小型抽沙泵灌装填充料11，避免了施工现场粉尘污染，且灌装速度快。将体积比1∶1的小石子和粗砂倒入搅拌池，加水后搅拌均匀，用抽沙泵通过袋体上的填充口10灌装，灌入的填充料11的体积为所述轮胎形土工管袋5的袋体容积的70-80％即可。采用人工或小型压实机压实后，袋体为断面应当为椭圆形。
应用传统的反滤围井抢护管涌险情时，为防止涌水带沙，反滤围井底部的反滤土工布的有效孔径一般不大于0.20mm。现有技术中，采用土工布袋直接过滤淤泥时，其选用的土工布有效孔径一般也不大于0.20mm。本发明的结构中，发明人用不同有效孔径的土工布做过淤泥透水试验，发现井底土工布6的有效孔径小于0.35mm时，前期透水速度还可以，但后期容易堵塞，30个小时后其透水速度即大幅下降，50小时后基本上不再透水，导致处于后的淤泥含水量不符合二次使用要求。而有效孔径大于0.35mm时，其透水速度较快，不易堵塞，透水能力保持时间长，淤泥滤出液再经过下部的井底反滤层7和反滤排水沟4的过滤，保土性能也能满足要求。轮胎形土工管袋5因为内部填充有填充料11，其袋体的透水能力应不小于井底土工布6。因此，本发明采用的井底土工布6有效孔径应当大于等于0.35mm，轮胎形土工管袋5的土工布，应当大于等于0.40mm。文亭湖项目的井底土工布6和轮胎形土工管袋5的土工布，采用的是465g/m2国产高强聚酯机织土工布，有效孔径达到0.46mm。该型号土工布强度较高，经过文亭湖项目的实际应用证明，完全能够满足大轮径轮胎形土工管袋的强度需要，且接口的抗撕裂强度不低于土工布的抗撕裂强度，淤泥脱水速度快，不易发生堵塞，淤泥滤出液符合要求。
(7)在第一层轮胎形土工管袋5上放置第二层轮胎形土工管袋5，灌装填充料11。
(8)重复步骤(6)-(7)，直到反滤围井井体1的高度符合设计要求。文亭湖项目反滤围井井体1的高度为2.8——3.1m。
(9)重复步骤(6)-(8)，设置多个反滤围井井体1。
(10)抽吸淤泥：利用小型挖泥船泥浆泵抽吸淤泥，顺序输入多个所述反滤围井井体1内。
(11)砂石料和淤泥拌和成建筑材料：当反滤围井井体1内的淤泥含水率符合要求后，用小型挖掘机将淤泥与反滤围井井体1和井底反滤结构2的砂石料拌和在一起，放置一周时间，作为建筑材料二次使用。拌和了砂石料后的脱水淤泥，由于有砂石料掺和其中，其孔隙率大大提高，在阳光下放置一周左右即可基本晒干，可以作为建筑材料二次使用。轮胎形土工管袋5在室外阳关下放置一段时间后，人工或小型挖掘机即可很容易将袋体打破，将其中的砂石与围井内的淤泥混合在一起。
在东鱼河(当地俗称红卫河)的支流新西沟白浮段疏浚工程中，由于河两岸滩地都是农田，用于存放淤泥的地方非常狭小，河堤也因多年未来大水，年久失修，运用本发明的结构施工，几乎没有对当地的农事造成干扰，处理后的淤泥与施工时的砂石掺和后，也就近用于修补河堤，节省了大笔的占地补偿费和淤泥运输费。
在菏泽赵王河湿地公园疏浚工程中，也采用了本发明的结构，处理后的淤泥就地用于公园使用。
Claims (2)
1.一种用于处理疏浚淤泥的反滤围井结构，其特征在于，包括井体(1)、井底反滤结构(2)、底部防护层(3)和反滤排水沟(4)；其中，
所述井体(1)由多个轮胎形土工管袋(5)垒砌而成，所述轮胎形土工管袋(5)的袋体采用一整块土工布制作而成，整个袋体只有一道横向接口(8)和一道纵向接口(9)，所述纵向接口(9)位于内圈的中部，所述横向接口(8)的搭接宽度大于20cm，所述纵向接口(9)的搭接宽度大于10cm；袋体上部设置若干填充口(10)；制作所述轮胎形土工管袋(5)的土工布的有效孔径大于0.40mm；所述轮胎形土工管袋(5)的袋体内填充有填充料(11)，所述填充料(11)的体积为所述袋体容积的70-80％；所述填充料(11)由体积比1∶1的小石子和粗砂组成，所述粗砂的粒径大于0.5mm，所述小石子的粒径为5-20mm；
所述反滤排水沟(4)设置在一个或多个所述井体(1)的外周，在反滤排水沟(4)填筑有三层过滤材料：下层过滤材料的厚度为20-35cm，小石子∶粗砂＝1∶2(体积比)；中层过滤材料的厚度为20-35cm，小石子∶粗砂＝1∶1(体积比)，上层过滤材料的厚度为20-30cm，小石子∶大石子∶粗砂＝1∶1∶1(体积比)；所述粗砂的粒径大于0.5mm，所述小石子的粒径为5-20mm，所述大石子的粒径为30-60mm；
所述反滤排水沟(4)通过一条或多条引水沟引流至原河道、沟塘或人工湿地，或引流至单独设置的净化池；
所述井底反滤结构(2)设置在所述井体(1)下部，由井底土工布(6)和位于所述井底土工布(6)下部的井底反滤层(7)组成，铺设在所述反滤排水沟(4)的内沿围成的区域内；所述井底反滤层(7)分为三层，自下至上分别为粗砂层、小石子层和大石子层，每层厚度为10-15cm，所述粗砂的粒径大于0.5mm，所述小石子的粒径为5-20mm，所述大石子的粒径为30-60mm；分层铺设、摊平，然后在所述井底反滤层(7)上部铺设井底土工布(6)，所述井底土工布(6)的有效孔径大于等于0.35mm；
所述底部防护层(3)铺设在所述反滤排水沟(4)和所述井底反滤层(7)的下部，并覆盖住所述反滤排水沟(4)的外沿以内的所有区域；所述底部防护层(3)包括底层的土工布、中间层的土工膜和上层的土工布。
2.根据权利要求1所述的一种用于处理疏浚淤泥的反滤围井结构，其特征在于，所述反滤排水沟(4)的断面为梯形，底宽40cm-80cm，顶宽60-120cm，深60cm-100cm。
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