淺談淤泥固化在河道清淤中的應用

祁 凱 薛 亮 劉曉成

淺談淤泥固化在河道清淤中的應用

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一、問題的提出

如何處理河道清淤產生的巨大方量淤泥是疏浚行業的重點問題。目前，江蘇省江陰市處置淤泥的疏浚方法主要采取就近棄土。疏浚淤泥拋填形成的土地非常軟弱，難以開發利用，在土地資源日益緊缺的江陰地區，造成大量土地資源的浪費，也增加了地方政府土地征用費的負擔。此外，疏浚淤泥多數是屬于有機物和重金屬污染，如果就近處理一般會導致周邊環境的再次污染。

發達國家處置疏浚淤泥的最優方法是采用化學固化、排水固結等方法，將淤泥變成可再次利用的土木工程材料，這樣不僅可節約土地資源，也最大限度地減少環境污染，這對于河道清淤工作中淤泥處理有很大的借鑒作用。

二、淤泥固化的方法

河道清淤一般運用機械開挖以及水力吹填方法施工，清淤之后，其工程特性比較差，一般表現為含水率高、強度不足、滲透性不足、排水時固結慢。導致工程特性差的原因是含水量過高。如果可以降低含水率，其壓縮性就會減少，并且能提升強度。所以優化淤泥工程特性最有效的途徑就是減水處理。目前淤泥固化的方法主要有三種：

1.自然風干脫水固結

所謂自然風干就是將淤泥攤開，以蒸發的方法進行滲漓、晾曬。

這種脫水辦法優點是節約資金。缺點是：（1）占用土地面積較大；（2）江陰潮濕多雨，使用這種方式需要的時間很長；（3）只是把孔隙水部分、全部脫出，并未完全去除其中的污染物質。

2.高溫熔融燒結

燒結處理指的就是高溫處理，高溫可讓有機成分分散，之后讓疏浚淤泥進行脫水，讓顆粒間粘結或是無機物發生熔解。冷卻后讓淤泥熔合成有一定強度的固體顆粒。淤泥通過燒結可制成建材，是一種非常有效、經濟的資源化方法，可生產水泥、熔解微晶玻璃等。由于成本和商品的流通問題，還沒有得到廣泛應用。

燒結處理的優勢在于減污，即對有機污染物進行熔解，同時提升無機污染物惰性。其不足之處在于運輸比較麻煩。

3.化學固化技術

化學固化技術是向淤泥中添加一定比例與劑量的固化材料，之后通過混合、攪拌等，讓水與淤泥、固化材料間發生水化、水解的反應，讓原來不具有強度的淤泥形成一定力學性能的固化土。

化學固化處理通過固化材料的吸水作用，可以有效減少淤泥含水率。同時包裹著淤泥顆粒的凝結硬化殼可以減少污染物的活動，以此達到減污作用。

三、因地制宜的處理方法及其原理

針對江陰河道清淤的工作特點，建議方法1與方法3相結合，先對淤泥進行排水，再通過化學固化達到處理的目的。

經觀測，一般堆場淤泥含水量在120%～185%左右，如直接進行固化處理，勢必會增加投資且施工困難。故在固化施工前，應先將淤泥的含水率降低后再進行固化處理。

淤泥堆場設計時增加排水系統，將水引入沉淀池。經過沉淀后，將不含泥沙的余水排出。

場內施工時排水可在堆泥場中開挖一條主壟溝，同時設4個集水井，由主壟溝自流至集水井，再由泵站將集水井內積水抽出排到蓄水池內。壟溝的開設對淤泥逐步降水形成了一個自然的傾瀉處，同時也可將雨水泄入壟溝，保證了場地不積水。

在淤泥含水率降低到80%后，在淤泥中添加固化劑材料（按不同的淤泥及不同的設計要求配置），混合后制作成淤泥的固化土。淤泥中因為添加了固化劑，與水發生水化反應，淤泥中大多是直徑小于0.005mm的粒徑土顆粒，屬于一種多相散布體，和水結合后構成膠體分散系，因此會表現出一種膠體的特點。

其和化學類固化劑水化生成氫氧化鈣中Ca離子進行等量吸附交換，讓土顆粒表面吸附的Ca離子所形成擴散層減薄，大量的小土顆粒形成比較大的團粒，使得土體強度有所提升。

固化劑水化之后，所生成的凝膠離子表面積比原來的水要大一千倍，所以可以產生一定的表面能，具有強烈的吸附活性，讓這些顆粒可以進一步結合形成固化土團粒的結構，同時還能封閉各個土團間空隙并形成堅硬聯結。

固化劑水化反應開始處在堿性硫酸鈣及氫氧化鈣的飽和溶液當中，伴隨水化反應的不斷深入，溶液中析出大量Ca離子，當數量大于離子交換需求時，Ca離子可以讓土礦物中的三氧化二鋁、二氧化硅大部分參與化學反應，同時慢慢生成與水不融合的穩定鋁酸鈣、硅酸鈣和鈣黃長石結晶水化物。

這些化合物在水中及空氣中慢慢硬化，同時增加了固化土強度，且因為結構致密水分無法侵入，具有一定的水穩性。固化后淤泥也可分解成可利用的土木工程原料。

四、結論與建議

疏浚淤泥的含水率比較高、強度比較低，而且有害污染物質隨意丟棄后，不僅會占用土地，且對環境造成再次污染。疏浚淤泥固化處理可以把其變成可利用土木工程材料，節約土地資源、減少環境污染的同時，還可以緩解我國土木工程材料不斷減少的問題，是一項比較有發展前途的產業。

對于含水率高于100%的淤泥可預先采用降水和排水處理措施，以強化固化效果。

（1）固化劑和淤泥土之間的強制攪拌越充分，土塊被粉碎得越小，固化劑分布到土中越均勻，同時固化土結構強度的離散性越小，其宏觀的總體強度也越高。復合型固化劑和淤泥經過充分的混合攪拌后，利用淤泥和固化材料之間發生的一系列復雜物理化學變化，改良了淤泥高含水率、低強度的性質。此種固化劑經濟合理，應得到推廣應用。

（2）已固化土應進行平行檢測和抽樣檢測，采用靜力觸探原位測試、室內無側限抗壓和剪切試驗、現場靜力載荷試驗等多種手段，對已固化土的土性及力學性質進行綜合分析。

（3）淤泥固化技術已全面應用于水利工程，對于處理市政污泥以及電力和工民建工程中的泥漿污染也行之有效。已完成固化的土可作為建筑材料，也可作為種植土壤

（作者單位：1.江蘇省江陰市重點水利工程建設管理處 214431 2.無錫市水利設計研究院有限公司 214023）