摘要：通过本文针对吹填中疏浚泥颗粒运移及分选的问题进行分析，能够有效的节约工程成本，保障河道疏浚工作的质量与水平。通过针对吹填时疏浚泥颗粒在堆场内转移的分布规律进行研究，并且以泥沙运动基础为理论依据，明确我国疏浚工程施工过程中可以借鉴美国的《疏浚工程手册》，进一步提高疏浚的效果。
关键词：疏浚施工；泥沙颗粒运移；分选；问题研究
一、内陆河流疏浚泥的产生概述
伴随着我国社会经济的快速发展，对于河流运输的需求量不断增加。为了保证河道的正常泄洪能力和通行能力，必须要进行大规模的疏浚工程。疏浚工程中由于产生大量疏浚泥。由于疏浚泥中含有黏性颗粒，所以自然降解的时间非常长，很容易造成长时间的土地占用，导致土地资源浪费。通过泥水分离技术和防堵可控快速固结技术来缩减疏浚泥的降解时间，提高土地资源的利用效率。通过在吹填过程中会发生显著的泥水分离现象，在吹填完成之后堆场内的疏浚泥具有明显的区域分布特征。可以有针对性的对堆场内黏粒含量高、固结排水困难的区域进行处理，提高了处理的速度，也降低了处理成本。在我国内陆河流疏浚的过程中，通常会采用耙吸式、绞吸式以及水力冲挖式的方法进行疏浚工作。其中绞吸式疏浚方式利用挖泥船的绞刀头将湖底的泥切割打碎与水进行混合。通过泥浆泵及排泥管将疏浚泥输送到特定的堆场。由于在疏浚过程中颗粒的运动分布会呈现出明显的区域性分布特点，所以针对疏浚工程进行有效的规划能够提高疏浚的管理效果。从技术的角度来分析，利用疏浚泥沙，对于疏浚设备状态来说是可行的。不管是绞吸船或自航耙吸船的疏浚泥土，均可利用输送至陆上再进行回填造地的方式，使得城市水域的污染有效地减少。然而不足的是对泥土利用的载体客观上存在一定的难度，也就是说谁要利用疏浚泥土、什么时候要、是由国家财政预算中出资以解决，还是利用地方财政出资解决、还是相应的企业出资解决，都是目前利用与管理疏浚泥土的关键问题所在[1]。
图1疏浚泥堆场平面示意图
二、吹填中疏浚泥颗粒运移关键问题的研究
随着我国填海造陆工程快速发展，在疏浚过程中产生的疏浚淤泥如果不进行有效处理，很容易导致海洋环境受到破坏。为此必须加强对于疏浚淤泥的快速处理，促进沿海地区海岸工程的建设与发展。疏浚淤泥的资源化利用技术就是把作为污染源的废弃疏浚淤泥,通过化学、物理的方法进行处理,使其变为可再生利用的土工填方材料、建筑材料,这样既解决沿海大量废弃疏浚淤泥的处理问题,又可避免疏浚淤泥对海洋和陆地环境的污染,同时,还可形成工程建设所急需的土工填方材料,产生综合性的技术经济效益。
（一）疏浚泥颗粒运移的区域
疏浚泥堆积场包括围堰、吹填口、排水口以及水堰等四部分组成。在吹填的过程中，会分割成粗颗粒堆积区、细颗粒沉积区和死角区等区域。粗颗粒堆积区由于颗粒较大，所以并不存在颗粒运移的问题。针对疏浚泥颗粒运移与分选的研究主要集中在堆场的细颗粒区进行。绞吸式的疏浚方式除了混合液中分离出来快速落下的大土块之外，还会有一部分颗粒漂浮在水中，形成悬移质。在水的作用下排水口方向运移的泥沙会形成浮泥，沿着水底进行运动。
（二）疏浚泥浆的分层特性
疏浚泥堆积场的泥浆颗粒会形成，明显的分层特点。如果泥浆颗粒浓度在0-10g/L之间，被称为浑水区，并且浑水区的颗粒带呈现出明显的离散式沉降。而颗粒浓度在10-200g/L之间被称为低密度浮泥层，这一层中的颗粒类型属于阻碍沉降型或者区域沉降行。如果颗粒浓度在200-400g/L之间，被称为高密度浮泥层，超过400g/L则为底部沉积层。
（三）疏浚泥浆的沉降类型。
通常情况下，疏浚泥浆颗粒沉积行为的影响因素包括泥浆的初始颗粒浓度、颗粒的絮凝特征。所以按照不同的影响因素，可以将疏浚泥划分为四种沉降类型。包括离散沉降、絮凝沉降、区域沉降和压缩沉降等。
离散式沉降的特点是颗粒在沉降过程中会保证尺寸和密度不变，而絮凝沉降则是在沉降的过程中颗粒会聚集在一起形成絮状结构。区域沉降的特征是泥沙颗粒在沉降过程中形成网状结构，具有明显的分层界。而压缩沉降的主要特征是絮网结构。在吹填的过程中，通过吹泥口进入到堆积场的疏浚泥，在最开始颗粒浓度会大于145g/L，所以通常会产生絮凝式沉降。
（四）疏浚泥的流体类型
通过根据泥沙运动力学可以将流体进行分类，包括牛顿流体和非牛顿流体。而非牛顿流体又可以包括宾汉流体、幂律流体以及屈服伪塑性流体。通常情况下清水和挟水流被称为牛顿流体，而通过钻井泥浆和细颗粒的高含沙流水被称之为非牛顿流体，这种流体在静止时可以承受剪力，并且流体不能够克服粘滞阻力而发生流动。
（五）悬移质、中性悬浮质以及推移质的概念
针对泥沙运动力学的相关理论，对疏浚泥沙颗粒的运移进行分析，经常会涉及到悬移质、中性悬浮质以及推移质的相关概念。必须要针对这些不同的颗粒进行分析。中性悬移质是泥浆中细小的颗粒，通过与水进行混合，能够成为比较均匀的泥浆。在运动的过程中，悬移质并不会发生分离。因为颗粒与周围的水流呈现出宾汉流体的特点，所以不会出现相对运移。悬移质则是通过紊动漩涡挟带，所以能够呈现出与泥浆等速运动的特点，推移质则是在泥浆中以跳跃、滑动的方式在水底进行移动[2]。
三、疏浚泥的分选关键问题的研究
通过对于疏浚泥的若干问题进行分析，能够明确疏浚泥的分选机理。首先，在实际的吹填过程中，疏浚泥堆场可以被分为两个区域，一个区域是粗颗粒区，另一个则是细颗粒堆积区。在吹填堆场内部的泥浆浓度会从上到下不断增加，并且可以分为混水层、低密度浮泥层，高密度浮泥层以及底部沉积层。通过对应的流体类型进行分析，能够针对内陆航道的淡水环境特点判断疏浚泥颗粒的沉降类型主要呈现凝絮沉降的特点，在水的流动作用下疏浚泥颗粒会呈现出流动状态，而下面的两层由于类型为宾汉流体，所以会不断的因为自重而固结。
在流动的过程中，中性悬浮质颗粒与液相没有相对的作用，所以不会发生分选沉降只会被液相流体，挟带到退水口附近进行排出。悬移质颗粒与液相在垂直方向存在明显的运动状态，并且在运载过程中上下运移。由于颗粒间的沉速存在较大差异，所以能够随着颗粒进行分选。而推移质颗粒在沉积的淤泥中通过跳跃的方式进行运动，所以沉积层的推移质颗粒沉浮的范围很小，不会参与到颗粒分选状态。通常情况下疏浚泥流动过程中，参与分选的主要是悬浮质颗粒。悬移质颗粒因为各自的直径大小不一，所以在流动过程中也会存在较大的运移差异。在垂直方向上，不同的颗粒在下沉过程中都会受到重力和液相阻力的作用，但是由于颗粒粒径较小，所以沉速较小，重力大于阻力颗粒沉降速度会增大。在下沉到一定距离之后液相阻力和颗粒的重力会持平，在同一液相中不同颗粒的，液相阻力基本一致。但是随着水流运移距离与下沉的重力保持一致，所以最先下沉的颗粒会随着水流运移的距离最小。在很大程度上导致水动力条件与堆场集合边界的约束条件保持一致，这样会造成疏浚泥颗粒的力度差异，导致颗粒的运移效果存在不同差别，这也就是疏浚泥颗粒的分选[3]。
四、结论：
通过本文针对吹填冲疏浚泥颗粒的运移与分选进行详细的介绍，能够明确疏浚泥在堆场内部可以进行有效分层，并且可以针对疏浚泥进行处理，提高疏浚泥的利用效率，减少对于堆场的占用情况。
参考文献：
[1]侍军伟. 淮干香浮段疏浚泥堆场颗粒分选与细颗粒区泥水分离处理现场试验研究[D].东南大学,2017.
[2]杨瑞敏,丁建文,周志彦,徐桂中,张远兵.堆场疏浚泥颗粒分选特性初步量化方法[J].水利水电科技进展,2017,37(03):89-94.
[3]杨瑞敏,丁建文,章振宁.考虑疏浚泥颗粒分选的堆场初始存储容积评估方法[J].西华大学学报(自然科学版),2017,36(01):88-92.
论文作者:幸云峰,刘国晋
论文发表刊物:《基层建设》2018年第21期
论文发表时间:2018/9/10
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