生态环保土工管袋处置河道疏浚底泥的施工技术

2020-03-18查道平黄万凌孙淼焱周睿哲

建筑施工 2020年11期

查道平黄万凌孙淼焱周睿哲

上海建工（浙江）水利水电建设有限公司上海 200082

当前，对疏浚底泥的传统处理方法是将底泥露天堆场进行脱水处理，但随着经济发展和环境的变化，此方案存在众多不足，如占用大面积的土地资源且需要修建围埝、脱水减容效果差、时间久、工期结束后需要二次运输、露天作业等，无法控制污染物的转移和扩散。而目前采用的机械脱水、固化工艺只适合处理量不大的疏浚底泥，由于成本过高，故不适合大量的底泥脱水处理工艺。针对以上传统底泥脱水的缺点，笔者在设计与施工中采用了土工管袋的快速脱水技术，国内外已有的工程实践证明，土工管袋对疏浚底泥脱水的方法既经济又快速，其具有脱水耗能小、污染底泥完全封闭处理、无需设备维护等优点[1-6]。

1 土工管袋操作要点

1.1 管袋的选择

土工管袋选用高强度的聚丙烯材质，其技术参数一般为：横向抗拉强度大于95 kN/m，延伸率为10%；纵向抗拉强度大于70 kN/m，延伸率为15%；顶破强度超过7 kN/m，等效孔径在0.3～1.0 mm之间，渗透率大于12 L/（m2·s）。

1.2 脱水药剂的选择及滴定试验

底泥特性的不同，如成分、有机质含量、土壤类别等不同，将影响到泥浆脱水的效率及出水水质情况。因此，工程实施前，应先进行滴定试验，选择合适的药剂品种以及加水后的浓度。本工程经多次现场试验及采集数据分析，最终选择了聚丙酰胺作为脱水药剂。

1.3 土工管袋脱水场地的建设

土工管袋的脱水场地必须平坦，任何杂物都有可能会对管袋造成破坏，因此像石头、树根等都应该被移除。除此之外，还应该修建一条排水沟来容纳土工管袋中流出的水并对其进行导流，排水沟须能容纳排水和降雨，以免直接影响环境。

为了防止土工管袋滤出液进入土壤污染地下水，有必要铺设土工膜防渗层，土工膜表层要铺设无纺土工织物保护层，再在保护层上铺设砾石排水层。砾石排水层可在提高最终出水效果的同时作为管袋的基础加固（图1）。

此外，场地建设还需考虑后期机械、设备及人员交通的需要，在适当的位置考虑施工便道。

1.4 土工管袋的展开

展开土工管袋之前，先将管袋放至指定位置，然后在人工或小型机械协助下依次展开。第一次土工管袋的充填很重要，可用绳将载重物与土工管袋两侧的固定处连接并在其两侧堆叠沙袋来避免充填过程中的摆动问题。

1.5 泥浆管路安装

由于疏浚船自备的泥浆泵与扬程很难将排泥口与管袋的充填口直接连接，因此需设置若干个分支充填口，充填口之间应有一定的间距。为了控制底泥充入的流量和体积，需在充填口设置阀门。分支口的管材宜采用高强度、高耐压的橡胶软管，连接内管宜采用硬管，并以卡箍的方式连接。

管路安装时，应考虑让药剂在充填之前充分混合，提高脱水效果，其设计安装特意考虑了回路系统，以适当延长药剂混合时间（图2）。

图1 脱水场地建设实景

图2 泥浆管路布置

1.6 加药系统设备安装

脱水助剂加药系统根据底泥处理工程量及工期综合考虑，本工法共设置2套工作系统，主要由Geotube®STK蜂窝立体透水结构土工容器（纳泥容积1 000 m3/条）、溶药罐（5 m3＋5 m3）、偏心电机搅拌系统2套（定制）、干粉振动给料系统2套（定制）、螺杆输送泵2台等组成（图3）。

1.7 底泥造浆施工

为保证泥浆脱水的效果及出水水质，泥浆相对密度及流量需与药剂工作系统效率相匹配，在工程实施后，应进行设备调试，以磨合各个环节。本工法因底泥疏浚采取反铲挖泥船，船舶运输的工艺，因此底泥造浆需从泥驳船吹运至堆场。底泥造浆采取水力冲挖的方式，过程中根据实际情况，需调节泥浆浓度，以达到最佳试验效果（图4）。

图3 加药系统安装实景

图4 底泥造浆实景

1.8 泥浆充填

泥浆开始充填后，为防止管袋胀破，需在施工现场密切观察管袋容积变化，一般土工管袋极限充填高度为2.5 m，根据泵送工作效率，一次充填时间约需2 h，此时应进行管路切换，待管袋脱水完成后再继续施工。一个容量1 000 m3的土工管袋充填周期约为5 d。

若要进行土工管袋的堆放，必须在第1层土工管袋完全固化后才能进行第2层管袋的铺设与充填。第1层土工管袋相邻位置的凹槽可选择相似骨料进行填平处理，以保证第2层土工管袋充填的稳定性（图5）。

1.9 尾水处理

土工管袋出水的效果可通过改变药剂的添加量来实现，也可通过管袋自身来调节效果，如采取多次涂刷管袋、适当敲打、适当荷载预压等多种方式来提高脱水效果。因出水较多，应及时通过水泵排出集水沟的尾水，提高脱水效率。经过数次充填及脱水，当土工管袋内泥浆容量达到设计管袋容量后，即完成充填工作，后续其自然脱水直至固化完成，约3周时间即可降低至含水率40%以下。

2 效益分析

2.1 经济效益

采用传统方法处置河道疏浚底泥的材料费、人工费和机械费需110元/m3，采用生态环保土工管袋法处置河道疏浚底泥的费用为70元/m3，节约了40元/m3的成本。

2.2 社会效益

采用本工艺进行河道疏浚底泥处置施工，相比传统方法，大大减少了场地征地费用以及场地建设费用。通过添加药剂，土工管袋能最大限度地截留底泥中的固体颗粒，脱水后底泥含水率可降至40%以下，性状大为改观，可输送性强，利用该工艺的集成和优化，既可对各类湖库疏浚增容，又完成底泥污染的治理和周边环境的布局。

3 应用实例

3.1 苏州河四期底泥疏浚中试验工程背景

苏州河底泥主要分布于祁连山路以东，有底泥区面积约占整个工程面积的7.7%，无底泥区主要分布于祁连山路以西，受河道疏浚影响，底泥厚度0.05～0.30 m，面积约占92.3%。苏州河底泥深度在0～0.3 m之间的淤积量为2.6×105m3，约占总底泥量的61%，深度大于1 m的淤积量为1.68×105m3，占总量的39%。本工程底泥疏浚总方量约为1 827 900 m3，污染特性主要体现在重金属、氨氮和总磷的复合污染。

3.2 实施结果分析

1）土工管袋滤出水水质分析。通过对土工管袋滤出水水样进行常规物理指标（pH、色度、悬浮物）、氮磷营养盐（氨氮、总氮、总磷）、需氧量（5日生化需氧量、化学需氧量）、重金属、石油类、有机农药、多环芳烃、酚类化合物、硝基苯类化合物等检测，并对照DB31 199—2018《污水综合排放标准》中的二级标准，上述指标均能满足排放限值的要求。

2）土工管袋处理后底泥质量分析。土工管袋处理后的试验结果表明，处理后底泥含水率在29.8%～37.1%之间，pH在7.79～8.62之间，属于弱碱性。底泥中镉、铅、砷、汞、铬、锌、铜、镍8种重金属和苯并（a）芘、六六六（六氯环己烷）、滴滴涕（双对氯苯基三氯乙烷）3类有机化合物的含量均低于农用水田之外其他土的风险筛选值，8种重金属的含量均能满足绿化种植用土的Ⅲ级标准（图6）。

图5 土工管袋充填

图6 脱水固结完成后土工管袋堆场

4 结语

综上所述，本工艺具有节约劳动力、全过程封闭、环境友好、自动化程度高等优点，今后将更多地应用到河流、湖泊疏浚底泥的脱水处理中。该工艺受到了业主单位、设计单位的一致好评，不但提高了本企业的施工技术水平，节约了大量的人力、机械投入，降低了施工成本，也为我公司在社会上树立了良好的形象。随着工程施工的不断优化，土工管袋技术将在河道疏浚底泥治理领域产生更大的环境、社会和经济效益。