土工管袋用于环保疏浚淤泥脱水固结的试验研究

王琦，仰建国，范文雪

（1.中交天津航道局有限公司环保工程事业部，天津 300461；2.中交天津航道局有限公司疏浚工程技术实验室，天津 300451）

土工管袋用于环保疏浚淤泥脱水固结的试验研究

王琦1，仰建国1，范文雪2

（1.中交天津航道局有限公司环保工程事业部，天津 300461；2.中交天津航道局有限公司疏浚工程技术实验室，天津 300451）

利用小型土工管袋进行环保疏浚淤泥脱水固结试验，研究土工管袋的不同结构特征（织造方式、织造结构、等效孔径） 和脱水药剂用量对环保疏浚淤泥脱水固结的影响。试验结果表明：脱水药剂阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）在 0.6~1.0 g/kg 投加量下配合 0.5mm 等效孔径机织斜纹土工管袋组合，在疏浚淤泥脱水固结方面表现较好，但脱水药剂具体最佳用量需在实际工程中根据不同工况做适当调整。

土工管袋；环保疏浚；脱水固结；阳离子聚丙烯酰胺

土工管袋 （Geotextile Tube 或 Geotube） 是一种由高强土工织物制成的大型管袋及包裹体，其直径可根据需要变化，最大已超过 5m，长度可达数十米。土工管袋最初用于围堤工程中，近几年逐渐被用于江河湖海淤泥脱水处理[1]，其工艺是将泥浆与脱水药剂混合后充入土工管袋中，通过底泥自身重力作用和袋体材料本身的滤水作用，实现泥浆的脱水与固结。目前关于土工管袋用于环保疏浚淤泥处理的报道多见于工程应用[2-4]，而对于土工管袋自身结构特征及脱水药剂用量对淤泥脱水固结的影响却未见报道。为此，本文利用小型土工管袋进行环保疏浚淤泥脱水固结试验，研究土工管袋的不同结构特征和脱水药剂用量对环保疏浚淤泥脱水固结的影响，为工程应用提供一些理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

疏浚淤泥采自于无锡梅梁湖生态清淤工程疏浚淤泥，脱水药剂采用工程上普遍采用的阳离子聚丙烯酰胺（ CPAM ），土工管袋规格为 1 m × 1 m，过滤面积 2m2，选取编织和机织两种织造方式，斜纹、平纹两种组织结构，并取 0.1mm、0.5mm、1.0mm 三种织造孔径。

1.2 试验方法

将疏浚泥浆利用螺杆泵输送，在输送管道中注入一定量的脱水药剂，经静态管道混合器使其与泥浆充分混合反应后，进入不同织物结构的土工管袋中，底泥通过化学脱水和土工管袋过滤两种作用使其孔隙水慢慢排出，当管袋中包含的泥浆量达到极限时停止充填，土工管袋充填结束后，将管袋整齐码放于竹排上，在自然环境下通过管袋内泥浆自重及渗水压力的作用进一步脱水固结，并在不同时间段取样测定管袋内淤泥含水率的变化。

1.3 数据分析方法

试验数据采用 Excel2007 进行分类统计，利用 SPSS17.0 进行统计学分析。

2 结果与分析

2.1 土工管袋织造方式对淤泥脱水固结效果的影响

土工管袋的织造方式主要为机织和编织。土工管袋不同织造方式对淤泥脱水固结效果会产生一定影响，充填结束后不同时间段内对袋内土取样测定含水率，对机织布与编织布淤泥含水率进行统计并列于表1。结果表明：在不同时间段内机织布内的淤泥含水率均低于编织布，机织布对淤泥固结脱水效果优于编织布，对机织布与编织布含水率数值进行独立样本T检验统计分析，两者之间处理差异也达到显著水平（ p=0.001 ＜0.05，双尾检验），表明机织布与编织布之间脱水效果的差异来源于其不同的织造方式，且机织布对淤泥的脱水效果要好于编织布。

表1 不同土工管袋织造方式脱水固结数据表Table 1 Dew atering and consolidation data for d ifferent weavingmethodsofgeotextile tubes

2.2 土工管袋织造结构对淤泥脱水固结效果的影响

经纱和纬纱每隔一根纱就交织一次织制的叫平纹织物，经纱和纬纱至少隔两根纱线才交织一次，采用添加经、纬交织点改变织物组织结构的统称为斜纹织物。

将斜纹布与平纹布对淤泥脱水固结处理效果表征值含水率进行整理分析列于表2，斜纹布对淤泥脱水固结效果略优于平纹布，在充填结束后初期斜纹布的脱水效果要明显好于平纹布的脱水效果，充填结束半个月后两者的差别减小，表明斜纹布初期脱水速率快，脱水效果要优于平纹布，淤泥脱水后期两者的脱水速率、脱水效果无明显差别，然而在实际工程应用中，利用土工管袋脱水主要在于前期脱水，因此，斜纹布在工程应用中具有一定的优势。

表2 不同土工管袋织造结构对淤泥脱水固结数据表Table2 Dewatering and consolidation dateof the sludge by differentweaving structuresof geotextile tubes

2.3 土工管袋等效孔径对淤泥脱水固结效果的影响

土工管袋等效孔径的大小对淤泥脱水起着至关重要的作用，合适的等效孔径大小既可以保证水分尽可能多的排出袋体，同时又保证泥浆颗粒留存于袋内。前文结果表明机织斜纹布对淤泥脱水效果较好，在此基础上考察不同等效孔径的机织斜纹布对淤泥脱水固结的影响。不同等效孔径机织斜纹布处理的淤泥含水率列于表3。

表3 不同等效孔径土工管袋对淤泥脱水固结数据表Table 3 Dewatering and consolidation date of the sludge by differentaperturegeotextile tubes

表3的数据表明：等效孔径大小并没有对淤泥脱水固结产生明显的差异。1.0mm 等效孔径管袋后期的淤泥含水率与 0.5mm 等效孔径管袋的淤泥含水率差别不大，0.5mm 等效孔径管袋脱水固结效果还略微好于 1.0mm 等效孔径管袋，并非设想的等效孔径大的含水率一定低，但 0.1mm 等效孔径管袋后期淤泥含水率却明显比大等效孔径管袋内淤泥含水率高，说明在袋体充填结束后靠泥浆液自重及渗水压力脱水，小等效孔径管袋透水效果不佳，脱水速率慢，效果差，在充填结束后同等时间内达不到 0.5mm、1.0mm 等效孔径管袋的脱水固结效果。

2.4 CPAM 投加量对 0.5mm 等效孔径机织斜纹土工管袋淤泥脱水固结效果的影响

通过上述试验分析确定了 0.5mm 等效孔径机织斜纹土工管袋组合使用对淤泥脱水固结的效果最好，在此基础上研究 CPAM 投加量对淤泥脱水效果的影响，此部分数据整理结果见表4。

表4 CPAM 投加量对 0.5mm 等效孔径机织斜纹土工管袋淤泥脱水固结数据表Table4 Dewatering and consolidation data of the woven tw illgeotextile tubew ith 0.5mm apertureby theeffectof CPAM

由表 4数据发现在同等条件下，并不是CPAM投加量越大对淤泥的脱水固结效果越好，由于可供考察的数据较少，并不能完全判定这种推论确实是由 CPAM 投加量产生而非试验误差所致，因此对这些数据利用统计学手段进行配对样本T检验，从统计学的角度进行检验，结果见表5。

表5 CPAM 投加量与淤泥含水率配对样本 T 检验统计表Tab le 5 Teststatisticsof pared-sam p les T from the dosageof CPAM and thewater content of sludge

通过统计学检验数据可知，CPAM 与不同时间段淤泥含水率的配对 T 检验 p 值均大于 0.05，因此在统计学上也说明 CPAM 投加量对土工管袋内淤泥脱水固结之间无显著差异，并非 CPAM 投加量越大对淤泥的脱水固结效果越好，在充填结束后几天内还能表现出 CPAM 大剂量投加的脱水效果较好，可降低淤泥含水率，但在充填结束后期反而表现出低剂量 CPAM 投加量 （0.6~1.0 g/kg）处理的淤泥含水率降低明显，低于高剂量 CPAM处理的结果，这可能是由于 CPAM 一方面是一种脱水剂，另一方面也是一种保水剂，高剂量的CPAM 将淤泥颗粒絮凝成大块的絮凝颗粒团，造成颗粒团之间产生较大空隙，不能达到颗粒团之间相互挤压的效果，降低了自重压力和渗水压力，包裹在絮凝团空隙之间的水分不能及时排出，表现为高剂量 CPAM投加量后期的脱水固结效果差于低剂量的处理效果。因此，CPAM 的投加量对土工管袋淤泥脱水固结的影响很重要，需要找到一个合适的投加剂量，既要保证充填期间土工管袋出水水质要求，还要考虑到充填结束后期淤泥脱水固结的效果。

3 结语

通过小型土工管袋对疏浚淤泥脱水固结试验分析，土工管袋不同织造方式、织造结构、等效孔径对疏浚淤泥脱水固结的效率有较大影响，同时脱水药剂的使用量也存在一个最佳使用范围，并非用量越多脱水效果越好，综合土工管袋现场试验充填的效果，脱水药剂 CPAM 在 0.6~1.0 g/kg投加量下配合 0.5mm 等效孔径机织斜纹土工管袋组合，在疏浚淤泥脱水固结方面表现较好，对土工管袋工程实际应用具有一定的指导意义。

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Experimental study on dewatering and consolidation of sludge from environm ent dredging by using geotextile tubes

WANGQi1，YANGJian-guo1，FANWen-xue2
（1.CCCCTianjin DredgingCompany Limited EnvironmentalProtection Engineering Department，Tianjin 300461，China；2.CCCCTianjin Dredging Company Limited Dredging Engineering Laboratory，Tianjin 300451，China）

The dewatering and consolidation experimentofsludge from environmental is carried outby using small-sized geotextile tubes.The influencesof differentstructural characteristicsofgeotextile tubes such asweavingmethod，weaving structure and aperture，and dosages of dewatering agenton its dewatering and consolidation effects are studied.The results show that the dewatering and consolidation effectof thewoven twill geotextile tubewith 0.5mm aperture is better.And the effectof cationic polyacrylam ide （CPAM） in the dosage of 0.6~1.0 g/kg is also better.But the best dosagemust be ad justed according to the differentconditions in the practicalprojects.

geotextile tube；environmental dredging；dewatering and consolidation；cationic polyacrylamide

U616.26

A

1003-3688（2014）01-0050-03

10.7640/zggw js201401009

2013-05-13

王琦 （1981 — ），男，山东荷泽市人，工程师，工学硕士，主要从事环保疏浚工程技术研究。E-mail：wqsoaring@163.com