海淤泥快速固結(jié)技術(shù)研究與應(yīng)用

陳富強(qiáng)，俞元洪，俞朝偉，楊 娜，王 參，蘇夢(mèng)旭

（浙江省圍海建設(shè)集團(tuán)公司，315000，寧波）

隨著圍海工程建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，如何使淤泥迅速脫水固結(jié)，是亟需解決的難題。浙江省圍海建設(shè)集團(tuán)公司下屬的寧波高新區(qū)圍海工程科技開發(fā)有限公司在成功研制深水塑料排水板插板船、深水鋪設(shè)土工布專用設(shè)備、桁架式土方筑堤機(jī)、活塞式淤泥土方輸送泵等的基礎(chǔ)上，對(duì)海淤泥固結(jié)新型材料與淤泥固結(jié)施工機(jī)械設(shè)備進(jìn)行了研究，并取得了一些成果。海淤泥固結(jié)施工機(jī)械設(shè)備的研制成功，填補(bǔ)了我國(guó)施工機(jī)械設(shè)備在該方面的空白。利用該技術(shù)使海淤泥快速固結(jié)處理后變?yōu)橛杏玫慕ㄖ牧希欣诒Ｗo(hù)自然環(huán)境和節(jié)約礦產(chǎn)資源。該技術(shù)可用于圍海造地，水庫(kù)、湖泊、河道清淤等環(huán)境治理，水下軟黏土地基處理，道路填筑材料，路基地基加固等。海淤泥固結(jié)施工機(jī)械設(shè)備由于可在泥漿上行走，可作為海涂上漁民養(yǎng)殖的運(yùn)輸設(shè)備，也可作為泥石流搶險(xiǎn)工程的搶救設(shè)備、灘涂旅游機(jī)械設(shè)備。

一、一般淤泥的處理方法

對(duì)于軟黏性土吹填淤泥，目前國(guó)內(nèi)一般都是采用砂墊層、排水板、真空預(yù)壓法等處理方法，深層土采取塑料排水板法處理也只是解決土體自身排水問(wèn)題，但固結(jié)緩慢，土體自身強(qiáng)度一時(shí)難以提高，不但成本高，脫水固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，而且處理后承載力仍難以滿足機(jī)械設(shè)備施工能力的要求。而對(duì)于大量清出來(lái)的淤泥，傳統(tǒng)的處理方法主要有圍堰填埋、海洋拋棄、焚燒、農(nóng)田堆放等。上述技術(shù)在淤泥的處理過(guò)程中都存在著不同程度的缺陷，而且都無(wú)法解決堆放與環(huán)境的二次污染問(wèn)題。為解決海淤泥、河道淤泥問(wèn)題，淤泥快速固結(jié)技術(shù)受到了社會(huì)的高度重視。

二、淤泥快速固結(jié)技術(shù)

淤泥快速固結(jié)技術(shù)主要目的是提高和改善淤泥質(zhì)自身物理及力學(xué)性能，快速提高土體自身強(qiáng)度，同時(shí)使污染物處于惰性狀態(tài)，最大程度地降低其活性和防止污染物擴(kuò)散。所使用的固結(jié)劑是廢棄粉煤灰材料加其他材料復(fù)合而成，將淤泥固結(jié)成有用的建筑材料。

1.固結(jié)機(jī)理

淤泥固結(jié)劑是增強(qiáng)土壤改性，關(guān)鍵是使淤泥顆粒接觸處產(chǎn)生結(jié)晶或膠結(jié)。所使用的快速固結(jié)劑，是由粉煤灰加無(wú)機(jī)膠凝材料及其他材料復(fù)合而成，充分發(fā)揮了淤泥礦物質(zhì)成分中硅酸鹽礦物的活性，使其產(chǎn)生固化反應(yīng)，不僅在淤泥顆粒界面產(chǎn)生牢固結(jié)合，而且能與淤泥顆粒中的活性物質(zhì)膨化反應(yīng)生成膠凝物質(zhì)，在提高淤泥強(qiáng)度的同時(shí)，還具有較好的水穩(wěn)定性和耐久性。

2.淤泥固結(jié)劑及施工機(jī)械設(shè)備

（1）淤泥固結(jié)劑

根據(jù)不同泥質(zhì)的海涂泥性能結(jié)合固結(jié)后用土的要求，設(shè)計(jì)不同的配劑方案，使淤泥快速固結(jié)成不同用處或不同設(shè)計(jì)要求的回填料，例如大壩閉氣土方固結(jié)回填料，工業(yè)區(qū)開發(fā)用地代替石渣回填料，農(nóng)業(yè)圍區(qū)種植回填土等，可按不同用處設(shè)計(jì)配方進(jìn)行淤泥固結(jié)。

（2）淤泥固結(jié)施工機(jī)械設(shè)備

根據(jù)不同的施工環(huán)境設(shè)計(jì)不同的施工機(jī)械設(shè)備，如回填淤泥固結(jié)處理機(jī)械設(shè)備、水下軟土地基淤泥固結(jié)處理機(jī)械設(shè)備、活塞式淤泥輸送泵固結(jié)處理機(jī)械設(shè)備、絞吸泵淤泥快速脫水加淤泥固化技術(shù)施工方法與機(jī)械設(shè)備。

三、實(shí)施效果分析

1.海淤泥固結(jié)試驗(yàn)效果

海淤泥固結(jié)試驗(yàn)采用含水率為100%的淤泥，摻加10%固結(jié)劑量，經(jīng)過(guò)72小時(shí)試驗(yàn)，效果見(jiàn)圖 1和圖 2。

2.海涂面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)固結(jié)效果

水下軟土地基處理試驗(yàn)，選擇受潮汐影響的海涂面灘涂淤泥做現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在黃海-1 m高程海涂面上，同時(shí)受到海水潮汐的影響，海涂面平均含水率為89.5%，添加固化劑的量為10%。采用固結(jié)劑與水下涂面淤泥攪拌施工，7天后海涂淤泥固結(jié)后可以穿鞋走人，證實(shí)了固結(jié)劑原料配方在水下固結(jié)的作業(yè)效果。經(jīng)過(guò)固結(jié)后的海涂泥不僅能夠很快很好地提高淤泥的自身力學(xué)強(qiáng)度，而且所形成的固結(jié)體浸于水中不會(huì)產(chǎn)生泥土二次軟化現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)環(huán)保部門對(duì)固結(jié)后的土壤取樣檢測(cè)，沒(méi)有產(chǎn)生二次污染，并且對(duì)土壤的凈化有改善作用。

3.不同含水率對(duì)應(yīng)的黏聚力、內(nèi)摩擦角、承載力特征值

A、B、C組分別為 80%含水率、100%含水率、150%含水率的泥樣在不同配比下的黏聚力、內(nèi)摩擦角、承載力特征值，具體見(jiàn)表 1、表2、表 3。原泥樣含水率為57.9%淤泥，黏聚力為4kPa，內(nèi)摩擦角為6.0°， 承載力特征值為 42kPa，從三組實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出淤泥固結(jié)的效果，淤泥固結(jié)劑可根據(jù)不同含水率的淤泥及固結(jié)后承載力的要求，添加不同用量的固結(jié)劑，承載力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原泥樣。

表1 A組80%含水率的泥樣在不同配比下的黏聚力、內(nèi)摩擦角、承載力特征值

表2 B組100%含水率的泥樣在不同配比下的黏聚力、內(nèi)摩擦角、承載力特征值

表3 C組150%含水率的泥樣在不同配比下的黏聚力、內(nèi)摩擦角、承載力特征值

表4 固結(jié)淤泥化學(xué)指標(biāo)檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果

4.固結(jié)淤泥化學(xué)指標(biāo)檢測(cè)試驗(yàn)

固結(jié)淤泥化學(xué)指標(biāo)檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出經(jīng)過(guò)固結(jié)的淤泥，其中的重金屬離子已被有效固化，可有效防止重金屬的溶出。

[1]陳富強(qiáng)，泮維燕，鄭恩喜.活塞式淤泥輸送泵在圍海工程中的應(yīng)用 [J].中國(guó)水利，2009（16）.