《高含黏 (粉) 粒土料充填管袋高效脱水技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高含黏 (粉) 粒土料充填管袋高效脱水技术（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高含黏 (粉) 粒土料充填管袋高效脱水技术 吴海民 束一鸣 常广品 刘云锋 刘欣欣 顾克 河海大学水利水电学院 摘 要： 针对我国河口海岸地区大量管袋坝工程因充填高含黏 (粉) 粒土料导致脱水固结速度慢而无法进行赶潮施工的问题, 通过吊袋排水效率试验和充填泥浆沉淀规律试验研究初步提出了放水排泥的加速脱水方法;通过室内单元管袋脱水模型试验和现场大尺度充填试验对所提出加速脱水方法的可行性和实际工程效果进行了验证。在归纳系列室内试验结果和现场施工经验基础上总结出一种充排结合、边充边排的管袋充填高含黏 (粉) 粒土料高效脱水技术, 并给出了具体施工工艺。关键词： 土工管袋; 高含黏 (粉) 粒土料;
2、脱水速度; 模型试验; 施工工艺; 作者简介：吴海民 (1982) , 男, 副教授, 博士, 主要从事土石坝与堤防工程、土工合成材料技术等研究。E-mail:收稿日期：2017-10-26基金：国家自然科学基金 (51179065) Efficient dewatering technology of geotextile tubes filled with high clay (silt) particle-content soilWU Haimin SHU Yiming CHANG Guangpin LIU Yunfeng LIU Xinxin GU Ke College of Wate
3、r Conservancy and Hydropower Engineering, Hohai University; Abstract： The slow dewatering speed of geotextile tubes filled with high clay ( silt) particle-content soil generally cannot meet the requirement of the limited construction period in the coastal and estuarine areas of China.A preliminary m
4、ethod of actively discharging the surface muddy water in geotubes to improve the dewatering speed was proposed based on the hanging bag tests and settlement tests of filling slurry.The feasibility and actual results of the new dewatering method has been verified by both laboratory model tests and la
5、rge-scale field model tests.Based on the test results and the field engineering experience, an efficient construction technology that can actively discharge muddy water with alternately filling and discharging techniques to accelerate dewatering speed of geotextile tubes filled with high clay ( silt
6、) particle-content soil was generalized.The specific procedure and construction steps were also provided.Keyword： geotextile tube; high clay (silt) particle-content soil; dewatering speed; model test; construction technology; Received： 2017-10-26土工管袋能直接用于水中和软土地基上筑坝, 可就地取材, 与抛石等传统筑坝技术相比, 具有受天气影响小、适应地
7、基变形能力强、施工速度快、造价低等优点, 已经成为围垦造陆、蓄淡水库、沿海堤防、港口码头围堰等河口海岸工程中最佳筑堤技术选择1。管袋堤坝一般由若干层管袋堆叠而成, 每层管袋的施工过程分为水力造浆、充灌和脱水固结 3 个阶段。在完成充灌后, 利用袋壁土工织物的保土性和透水性, 袋内的水流带着少部分细颗粒通过土工织物孔隙排出, 而充填泥浆中的粗颗粒在自重作用下逐渐沉淀并脱水固结。管袋内泥浆的脱水固结速度主要与袋壁土工织物孔径、泥浆土颗粒组成和含固率等因素有关。对于某种孔径的管袋, 影响其脱水固结速度的最关键因素是所充填泥浆的土颗粒组成。充填泥浆中的土颗粒一般由黏粒、粉粒和砂粒组成, 其中黏粒粒径小
8、于 0.005 mm, 粉粒粒径介于 0.0050.075 mm 之间, 砂粒粒径大于 0.075 mm。JTJ 2392005水运工程土工合成材料应用技术规范中要求充填泥浆含砂量 (质量分数, 下同) 大于 50%, 含黏量小于 10%, 但在我国渤海湾、黄河口、长江口以及江苏、浙江、福建、广东等省的大部分沿海地区, 缺乏像规范中要求的含黏量低、透水性好的砂类土料, 在这些地区利用管袋修筑堤坝, 就会面临适合充填的砂类土严重缺乏的问题, 而外地调运土料又会大幅延长工期和提高造价。在河口海岸的潮间带和低滩上进行管袋的充填施工时, 一般会经历一天两潮, 露滩时间只有约 6 h, 管袋充填后需在
9、6 h 内快速脱水和初步固结, 这样才能具备一定的承载力, 进而进行上一层管袋的充填施工, 从而实现一天一层的施工速度。当充填泥浆中砂粒太少、黏粒太多时, 管袋脱水固结速度很慢, 就难以实现当天快速脱水固结的目标。因此, 研究潮间带和低滩上采用当地高含黏 (粉) 粒土料充填管袋的高效脱水固结技术对于扩大管袋堤坝技术适用地区范围和节省整个工程造价具有重要意义。在管袋脱水固结影响因素方面, 国内外学者进行了一系列探索和研究。国外Moo-Young 等2运用渗透试验方法对淤泥质土和土工织物的透水性进行了研究, 分析了土体含水率、颗粒组成和土工织物孔径等对透水性和保土性的影响;Pilarczyk3对管
10、袋充填后的平均固结度计算方法进行了研究;Muthukumaran等4针对某种特定的充填泥浆, 研究了脱水速率随含水率和织物孔径的变化规律;Palmeira 等5对部分淤堵的土工织物在竖向压力下的渗流特性进行了深入研究;Koerner 等6-7采用不同规格土工织物吊袋对充填沉积淤泥、粉煤灰等泥浆的脱水效果进行了对比试验研究。国内束一鸣等8-15对管袋坝施工期稳定性以及现场充填土料和土工织物孔径选择方法等方面进行了系列研究, 提出了避免管袋发生淤堵的设计方法, 并通过现场试验为管袋充填施工工艺积累了宝贵经验。林刚等16对小断面土工织物管袋脱水试验进行了研究, 总结出在室内进行管袋脱水的试验方法。上
11、述研究主要集中在管袋土工织物的渗透性、保土性、淤堵特性及脱水影响因素方面。对于实际工程关注的管袋现场快速脱水固结施工技术方面的研究尚不够系统和深入。此外, 这些研究主要是从材料的角度进行, 也未考虑潮间带滩地上赶潮施工对管袋快速脱水固结速度的要求。近几年在环境工程领域也有一些采用添加化学药剂来加速泥浆脱水固结的方法, 如张景辉等17-19研究了通过添加絮凝剂的方法来促进泥浆的沉淀和脱水, 但对于规模较大的河口海岸堤坝工程, 多是在潮间带甚至水下施工, 采用絮凝剂等化学方法来加快脱水尚无法进行大规模工程应用。目前我国管袋坝充填施工尚未形成一套成熟的技术和方法, 现场多凭经验进行。针对我国沿海地区
12、大量存在的含砂量为 30%50%、含黏量达到 10%20%或含粉量达到 60%的高含黏 (粉) 粒土料充填管袋脱水固结速度慢的问题, 本文通过管袋材料排水效率试验、充填泥浆沉降规律试验与室内单元管袋脱水模型试验相结合的方法对不同充填土料管袋脱水规律及高效脱水方法进行系统探索和研究, 并通过现场大尺度管袋充填试验来验证高效脱水方法的可行性及实际效果, 总结出了一种管袋充填高含黏 (粉) 粒土料高效脱水技术。1 研究思路与方法根据现有研究成果及工程实践经验, 充填管袋脱水固结速度主要取决于管袋材料本身的排水速率和充填泥浆的沉淀固结特性两方面因素。本文将从这两个方面开展一系列试验对充填不同土料管袋的
13、脱水固结速率及变化规律进行系统深入研究: (1) 采用吊袋脱水试验方法研究不同管袋排水速率的影响因素及变化规律, 在分析试验结果基础上, 初步提出加速脱水固结的思路; (2) 通过沉降柱试验方法开展不同粒径土料泥浆的沉淀速率与颗粒级配变化特征研究, 对所提出加速脱水固结思路的可行性进行验证; (3) 根据试验结果初步提出高含黏 (粉) 土料充填管袋高效脱水固结充填施工工艺, 并通过室内管袋脱水模型试验来验证所提出充填工艺的实际脱水固结效果, 同时与目前工程中传统充填施工方法进行对比; (4) 在沿海围垦工程施工现场进行大比尺的管袋充填试验, 对所提出的高效脱水固结方法进行验证和完善。2 管袋排
14、水效率试验2.1 试验材料2.1.1 袋体材料目前我国管袋坝工程中常用的 3 种不同规格编织土工织物单位面积质量分别为130 g/m、200 g/m 和 280g/m, 对应等效孔径分别为 0.07mm、0.31mm 和 0.25 mm。3 种编织土工织物在黑暗环境下的透光效果如图 1 所示。由图 1 可知, 200 g/m 规格土工织物孔隙透光效果最好, 130 g/m 规格最差。280 g/m 规格土工织物相对于 200 g/m 规格, 其拉伸强度更大, 力学性能指标更高, 但为了提高抗拉强度, 织物纤维编织的更加密实, 即同等面积孔隙的数量更少, 故其透光率反而低。图 1 3 种规格编织
15、土工织物透光效果 下载原图2.1.2 充填土料试验所用土料取自江苏沿海开发工程条子泥围垦施工现场。现场取回的土料经过烘干、研磨后筛分成黏粒、粉粒和砂粒 3 个粒组。试验前根据需要的粒径组成比例重新配置成充填泥浆, 充灌前用搅拌器充分搅拌, 使泥浆混合均匀。2.2 试验方案主要采用吊袋脱水试验方法对管袋排水速率影响因素及规律进行研究。因目前管袋充填施工中造浆一般凭经验进行, 充填泥浆的含固率在现场较难控制, 故含固率不作为本次试验研究的影响因素, 统一采用与工程实际大概接近的 25%含固率进行泥浆配置。试验主要考虑管袋土工织物规格、充填土料含黏量和含砂量 3 个影响因素。试验吊袋高 70 cm,
16、 直径为 30 cm, 共设计如表 1 所示的 8 个试验工况。其中工况 2、3 和 4 用来探究土工织物等效孔径对排水效率的影响, 并与含黏量较低的工况 1 进行对比;工况 1、3、5、6 和 3、7、8 分别用来探究泥浆含黏量和含砂量对排水效率的影响。因工况 28 中泥浆的含黏量均超过 10%, 预计吊袋会发生淤堵而影响试验持续进行, 故参考工程施工中的实际情况, 在吊袋脱水过程中对袋壁进行拍打扰动, 以促进水流的排出。每组试验都进行 20min 的脱水, 前 10 min 静止自然脱水, 10 min 后进行两次拍打扰动, 拍打间隔为 5 min;数据记录间隔为 1min。吊袋脱水试验情况如图 2 所示。表 1 吊袋脱水试验工况 下载原表 图 2 吊袋脱水试验 下载原图2.3 试验结果与分析2.3.1 土工织物规格对排水效率的影响3 种不同规格土工织物吊袋的脱水量和脱水速率随时间变化曲线分别如图 3 和图 4 所示。由图 3 可知,
