CN111851460A - 一种用于土工管袋处理泥浆的脱水固结装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于土工管袋处理泥浆的脱水固结装置，包括土工管袋，土工管袋内沿其长度方向上布置若干个盲管，盲管的两端延伸出土工管袋袋体外，盲管两端通过盲管接头与支路管道一端连接，支路管道与第一主管道的一端连接，第一主管道上布置有第一阀门，第一主管道的另一端连接有空压机，支路管道与第二主管道的一端连接，第二主管道上布置有第二阀门，第二主管道的另一端连接有真空泵。本发明还公开一种用于土工管袋处理泥浆的脱水固结装置工作方法。本发明提供的一种用于土工管袋处理泥浆的脱水固结装置及其工作方法，将增压和抽真空方法有效结合，运用在土工管袋处理泥浆脱水固结过程中合适的阶段以及时间节点，能够有效地促进泥浆的脱水固结速度。

Description

一种用于土工管袋处理泥浆的脱水固结装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种用于土工管袋处理泥浆的脱水固结装置及其工作方法，属于泥浆脱水固结技术领域。

背景技术

我国每年待处理的泥浆量巨大，包括河湖疏浚产生的清淤泥浆、地下盾构及桩基钻孔产生的施工废弃泥浆、选矿产生的尾矿泥浆和工业废渣等。这类泥浆的含水率高，黏粒含量高，体积巨大，承载力和抗剪强度低，难以直接堆存和利用，需先对泥浆进行脱水固结和减容处理，以降低泥浆的体积并提高泥浆的承载力和抗剪强度。

目前传统的泥浆脱水固结处理方法主要有：自然干化法、机械脱水法和烧结法等。自然干化法是指将泥浆排至某一堆场，通过晾晒去除泥浆中的自由水，但该法受天气的影响很大且需要有足够大的场地来堆存晾晒泥浆；机械脱水法是指借助脱水机械将泥浆中的水排出，但普通的脱水设备价格较高且脱水效率较低；烧结法是指通过对泥浆进行烘干或高温处理，使其脱水固结，但此法需要特定的设备，处理量有限且耗能高、费用昂贵。综上所述，这些传统的泥浆脱水固结处理方法无法大规模、高效和环保地处理泥浆。

上世纪60年代，土工织物首次做成充填管袋用于护岸和堵口工程，大幅降低了工程的造价。近年来土工织物不断被推广应用于泥浆的处理，并形成了较为成熟的技术——土工管袋脱水固结法，该方法主要依靠土工织物的反滤特性，在保留泥浆中大部分土颗粒的同时，将水排出。

从原理上讲，土工管袋进行泥浆的脱水固结分三个阶段：(1)充灌阶段：将泥浆充灌至土工管袋内，整个过程中会有多次充灌，直至最终充填度达到80％以上。(2)快速脱水阶段：在每一次充灌后，土工管袋内泥浆的含水率较高，这一阶段土工管袋内部泥浆承受较大的水压力，通过重力作用和袋壁的张力，泥浆中的水较易脱出，但其脱水速率会随时间越来越慢。(3)固结阶段：快速脱水后，土工管袋内泥浆的含水率降低，泥浆由饱和状态慢慢转为非饱和状态，孔隙水压力不再连续，袋壁张力很小，此时管袋内部泥浆只有在自重应力下不断固结，但固结速率较慢。

土工管袋脱水固结法具有施工简便、造价低等优点，且能大规模的对泥浆进行脱水固结处理。但针对黏粒含量较高的泥浆，其脱水固结速度较慢，导致泥浆处理周期过长，时间成本过高。在本发明之前，CN111088790A、CN110777773A和CN110451760A均提出了采用抽真空联合土工管袋处理泥浆的脱水方法，即在土工管袋内部预先布置排水板或在土工管袋上部袖口***反滤槽孔管，通过真空泵对其抽真空，使泥浆快速脱水固结。上述专利方法从原理上讲确实能够加速泥浆的脱水速率，降低施工工期，但其主要缺点为：布置在土工管袋内部的排水板或反滤槽孔管均为普通排水材料，在抽滤过程中极易淤堵，从而降低了真空法对泥浆脱水固结速度的促进效果。另外土工管袋对泥浆进行脱水涉及到多次充灌，且在上述3个不同阶段的脱水固结原理均不同。例如，在快速脱水阶段，其脱水原理主要靠泥浆内部水压力来促进水体的快速排出，此时如果施加抽真空反而会降低水压力，导致脱水效果不佳。说明抽真空的方法只有在实施过程中的合适时间点采用，才能有效提高脱水固结速度。但上述专利提出的方法均未描述在实施过程中的哪个阶段或者哪个时间节点采用抽真空方法来加速脱水固结。因此，上述专利方法不能有效的对现场土工管袋泥浆脱水工程的施工进行指导，也就无法在工程实践中真正推广应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种将增压和抽真空方法有效结合，运用在土工管袋处理泥浆脱水固结过程中合适的阶段以及时间节点，能够有效地促进泥浆的脱水固结速度的分阶段加速脱水固结装置及其工作方法；进一步地，本发明提供一种能够避免布置在土工管袋内部的排水材料在抽滤过程中极易淤堵这一问题，保证抽真空方法对泥浆脱水固结速度的促进效果的分阶段加速脱水固结装置及其工作方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于土工管袋处理泥浆的脱水固结装置，包括土工管袋，土工管袋内沿其长度方向上布置若干个盲管，盲管的两端延伸出土工管袋袋体外，盲管两端通过盲管接头与支路管道一端连接，若干个支路管道的另一端通过管道接头并联连通，位于土工管袋一侧的支路管道与第一主管道的一端连接，第一主管道上布置有第一阀门，第一主管道的另一端连接有空压机，位于土工管袋另一侧的支路管道与第二主管道的一端连接，第二主管道上布置有第二阀门，第二主管道的另一端连接有真空泵。本发明通过将位于土工管袋内若干个盲管的两端分别通过管道接头并联连通且分别与空压机和真空泵可拆卸连接，能够在合适的时机对土工管袋进行加压或者抽真空操作，有效地促进泥浆的脱水固结速度，缩短了泥浆脱水工程的施工工期。

盲管外包一层防淤堵型复合土工织物，防淤堵型复合土工织物包括设置在内层的有纺土工织物层和设置在外层的无纺土工织物层。防淤堵型复合土工织物的有效孔径O₉₅在0.08～0.15mm范围。在泥浆脱水固结过程中，利用防淤堵的复合土工织物优良的反滤特性使得盲管始终保持较好的透水性，避免了因盲管淤堵而降低了抽真空加速脱水方法对泥浆脱水的促进效果这一问题。

有纺土工织物层和无纺土工织物层通过热粘或针刺或胶粘方式复合形成整体，有纺土工织物层和无纺土工织物层两者之间结合效果较好。

盲管与土工管袋袋体间的距离不大于30cm，两个相邻盲管之间的距离不大于60cm。本发明在土工管袋内沿长度方向布置一系列盲管，且严格设定相邻盲管间距，增大了泥浆的脱水通道，有效减小了排水距离，实现了土工管袋内外多个方向同时排水，从而实现加速脱水。

一种用于土工管袋处理泥浆的脱水固结装置工作方法，包括以下步骤：

S01，通过泥浆泵将泥浆充灌至土工管袋内，在充灌过程中，向输泥管道中添加絮凝剂，并保证絮凝剂与泥浆能够充分混合反应；

S02，待土工管袋内充满泥浆后，将空压机与第一主管道连接，拧开第一阀门，拧紧第二主管道上的第二阀门，打开空压机，通过支路管道向盲管内增压。

S03，待土工管袋内泥浆在高压力条件下脱水，泥浆体积降至土工管袋最大容量的60～70％后，重复S01和S02。此阶段属于快速脱水阶段，其脱水原理主要靠泥浆内部水压力来促进水体的快速排出，此时增加土工管袋内部压力，能够促进泥浆的快速脱水效果。现有技术中，并没有明确在此阶段进行加压处理。

S04，待土工管袋内泥浆的体积为土工管袋最大容量的80％以上，且在高压力条件下，土工管袋袋壁无渗水流出时，关闭空压机和第一阀门，将真空泵与第二主管道连接，微微拧开第二阀门，拧开第一阀门，打开真空泵，通过支路管道向盲管内抽真空。此阶段属于泥浆脱水的固结阶段，此时土工管袋内泥浆的含水率降低，泥浆由饱和状态慢慢转为非饱和状态，孔隙水压力不再连续，袋壁张力很小，此时管袋内部泥浆只有在自重应力下不断固结，但固结速率较慢。此阶段不适合再向土工管袋内加压，本发明在此阶段通过真空泵以及操控两个阀门对土工管袋进行抽真空处理，能够降低土工管袋内压力，适应泥浆非饱和状态下的脱水，能够加快泥浆的脱水过程。

S05，待第一主管道没有水流出时，关闭真空泵。

本发明的有益效果：本发明提供了一种用于土工管袋处理泥浆的脱水固结装置及其工作方法，在土工管袋处理泥浆脱水固结的不同阶段，通过向盲管内增压和抽真空，有效地促进泥浆的脱水固结速度，缩短了泥浆脱水工程的施工工期；且外包在盲管上的防淤堵复合土工织物能够有效的防止盲管淤堵，使得增压和抽真空能够更加有效的促进泥浆的脱水固结速度和效果。

附图说明

图1为本发明的一种用于土工管袋处理泥浆的加速脱水固结装置的结构示意图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为本发明中盲管结构的横截面图。

图中标记如下：1-土工管袋；2-盲管；3-充灌口；4-泥浆；5-盲管接头；6-管道接头；7-支路管道；8-第一阀门；9-第一主管道；10-第二阀门；11-第二主管道；12-真空泵；13-空压机；14-排水层；15-地面；16-纺土工织物层；17-无纺土工织物层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1和图2所示，本发明提供一种用于土工管袋处理泥浆的脱水固结装置，包括土工管袋1，土工管袋1内沿其长度方向上布置若干个盲管2，盲管2的两端延伸出土工管袋1袋体外。盲管2的布置应满足以下2个要求：a)盲管2与土工管袋1袋体间的距离不大于30cm；b)两个相邻盲管2之间的距离不大于60cm。本发明在土工管袋1内沿长度方向布置一系列盲管2，且严格设定相邻盲管2间距，增大了泥浆的脱水通道，有效减小了排水距离，实现了土工管袋1内外多个方向同时排水，从而实现加速脱水。

如图3所示，盲管2外包一层防淤堵型复合土工织物，防淤堵型复合土工织物由一层无纺土工织物层17和一层有纺土工织物层16通过热粘或针刺或胶粘方式复合形成整体，有纺土工织物层16在内，无纺土工织物层17在外，防淤堵的复合土工织物有效孔径O₉₅在0.08～0.15mm范围内，在泥浆脱水固结过程中，利用防淤堵的复合土工织物优良的反滤特性使得盲管始终保持较好的透水性，避免了因盲管淤堵而降低了抽真空加速脱水方法对泥浆脱水的促进效果这一问题。

如图1所示，盲管2两端通过盲管接头5与支路管道7一端连接，若干个支路管道7的另一端通过管道接头6并联连通，将若干个支路管道7汇集到一起。位于土工管袋1一侧的支路管道7与第一主管道9的一端连接，第一主管道9上布置有第一阀门8，第一主管道9的另一端连接有空压机13。位于土工管袋1另一侧的支路管道7与第二主管道11的一端连接，第二主管道11上布置有第二阀门10，第二主管道11的另一端连接有真空泵12。

本发明提供一种用于土工管袋处理泥浆的脱水固结装置工作方法，包括以下步骤：

步骤一、在较平缓的地面15上布置一层排水层14，将布置好盲管2以及管道的土工管袋1铺设在排水层14上，准备开始泥浆的充灌。

步骤二、通过输泥管道将泥浆泵与充灌口3连接，打开泥浆泵将泥浆充灌至土工管袋1内，在充灌过程中，在距充灌口3一段距离处向输泥管道中添加适量的絮凝剂，以保证絮凝剂与泥浆能够充分混合反应。

步骤三、待土工管袋1内充满泥浆4后，将空压机13与第一主管道9连接，拧开第一阀门8，拧紧第二阀门10，打开空压机13，通过管道向盲管2内增压。在快速脱水阶段通过空压机向盲管内增压，使土工管袋内泥浆处于高压状态，能够有效促进这一阶段泥浆的脱水速度。

步骤四、待土工管袋1内泥浆4在高压条件下脱水，泥浆4体积降至土工管袋1最大容量的60～70％后，重复步骤二和步骤三。

步骤五、待土工管袋1内泥浆4的体积为土工管袋1最大容量的80％以上，且在高压条件下，土工管袋1袋壁几乎无渗水流出，关闭空压机13，断开空压机13与第一主管道9的连接，将真空泵12与第二主管道11连接，拧开第二阀门10，微微拧开第一阀门8，使空气和水能够缓慢的流入或流出第1主管道9，打开真空泵12，通过管道向盲管2内抽真空。在固结阶段土工管袋袋壁不再排水时，通过真空泵向盲管内进行抽真空，能够有效的提高这一阶段泥浆的固结速度和效果。

步骤六、待第一主管道9几乎没有水流出时，关闭真空泵12。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于土工管袋处理泥浆的脱水固结装置，其特征在于：包括土工管袋(1)，所述土工管袋(1)内沿其长度方向布置若干个盲管(2)，所述盲管(2)的两端延伸出所述土工管袋(1)袋体外，所述盲管(2)两端通过盲管接头(5)与支路管道(7)一端连接，若干个所述支路管道(7)的另一端通过管道接头(6)并联连通，位于所述土工管袋(1)一侧的所述支路管道(7)与第一主管道(9)的一端连接，所述第一主管道(9)上布置有第一阀门(8)，所述第一主管道(9)的另一端可拆卸连接有空压机(13)，位于所述土工管袋(1)另一侧的所述支路管道(7)与第二主管道(11)的一端连接，所述第二主管道(11)上布置有第二阀门(10)，所述第二主管道(11)的另一端可拆卸连接有真空泵(12)。

2.根据权利要求1所述的一种用于土工管袋处理泥浆的脱水固结装置，其特征在于：所述盲管(2)外包一层防淤堵型复合土工织物，所述防淤堵型复合土工织物包括设置在内层的有纺土工织物层(16)和设置在外层的无纺土工织物层(17)。

3.根据权利要求2所述的一种用于土工管袋处理泥浆的脱水固结装置，其特征在于：所述防淤堵型复合土工织物的有效孔径O₉₅在0.08～0.15mm范围。

4.根据权利要求2所述的一种用于土工管袋处理泥浆的脱水固结装置，其特征在于：所述有纺土工织物层(16)和无纺土工织物层(17)通过热粘或针刺或胶粘方式复合形成整体。

5.根据权利要求1所述的一种用于土工管袋处理泥浆的脱水固结装置，其特征在于：所述盲管(2)与所述土工管袋(1)袋体间的距离不大于30cm，两个相邻所述盲管(2)之间的距离不大于60cm。

6.一种用于土工管袋处理泥浆的脱水固结装置工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

S01，通过泥浆泵将泥浆充灌至土工管袋(1)内，在充灌过程中，向输泥管道中添加絮凝剂，并保证絮凝剂与泥浆能够充分混合反应；

S02，待土工管袋(1)内充满泥浆(4)后，将空压机(13)与第一主管道(9)连接，拧开第一阀门(8)，拧紧第二主管道(11)上的第二阀门(10)，打开空压机(13)，通过支路管道(7)向盲管(2)内增压；

S03，待土工管袋(1)内泥浆在高压力条件下快速脱水，泥浆体积降至土工管袋(1)最大容量的60～70％后，重复S01和S02；

S04，待土工管袋(1)内泥浆的体积为土工管袋(1)最大容量的80％以上，且在高压力条件下，土工管袋(1)袋壁无渗水流出时，关闭空压机(13)和第一阀门(8)，断开空压机(13)与第一主管道(9)之间的连接，将真空泵(12)与第二主管道(11)连接，拧开第二阀门(10)，微微拧开第一阀门(8)，打开真空泵(12)，通过支路管道(7)向盲管(2)内抽真空；

S05，待第一主管道(9)没有水流出时，关闭真空泵(12)。

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