淤泥固化土用于東莞北海仔河堤岸建設的應用研究

◎李曉作 廣州珞珈環境技術有限公司

1.引言

為提高北海仔河的生態環境質量，東莞市中堂鎮實施了北海仔河流域綜合整治項目。在這個以防治水污染、保障水安全、保護水資源、改善水環境、修復水生態為主要任務的項目中，內源污染治理、淤泥處理及處置是工程的重要內容。

河道淤泥是一種天然含水量大于流性界限，孔隙比大于1.5的軟土，含水率高、壓縮性大、強度低、滲透性能差，且存在有機質和重金屬的污染，這些污染物往往吸附在細小的黏粒表面，分離和清除非常困難。因此，在疏浚淤泥資源化處理時還應考慮如何防止二次污染的問題。

河道淤泥是一種可進行綜合利用的潛在資源，通過合適的固化處理技術將淤泥處理成可利用的淤泥固化土，一方面可避免其對周邊環境造成的環境污染風險，另一方面可為工程建設用土提供一個環保且經濟的解決方案，具有廣闊的應用前景。以本項目為依托，我們對北海仔河道淤泥固化土的物理力學性質及影響因素進行應用研究，并將所產出的固化土作為河堤填筑土料利用。

2.淤泥固化土的生產

圖1 高壓脫水固結子系統

目前國內所采用最多的是采用化學固化的方式對疏浚淤泥進行固化，采用的原材料以水泥、生石灰、石膏為主。陳海斌等提出摻入4%的水泥和9%的粉煤灰的固化方法，可有效提高淤泥的強度，并有效節約成本。范昭平等針對湖泊疏浚底泥有機質含量高的特點，提出了采用水泥-石膏進行固化的方法。姬風玲等提出一種以水泥為主，工業廢料粉煤灰和廢石膏為輔的復合型固化材料，實現一次大量處理疏浚淤泥使其達到工程所要求的密度、強度等。顧歡達等也對河道淤泥的流動性及工程性質開展了研究，指出作為填筑材料使用時，長期的變形量較小，對保持構筑件的穩定是有利的。

基于國內現有的研究，我們開展了對河道淤泥特性指標的研究分析，針對性的調配了以水泥+粉煤灰+微生物絮凝劑+FSA為組成的固化劑，摻入比為4%。所采用的淤泥處理技術為河湖淤泥理化脫水及復合固化處置技術，根據城市河道淤泥的物化特性，選用“高壓脫水固結子系統”以及“軸式攪拌固結子系統”組成復合型淤泥處理處置設備系統，使淤泥固化處理的效率大大提高，也實現了淤泥固化處置的連續化和半自動化大型施工。同時參照堤防工程對回填土料的各項要求，本項目通過前端預處理的方式，對土料進行篩選和分離，去除其中的大顆粒砂礫以及樹枝、布條等垃圾。

圖2 軸式攪拌固結子系統

3.淤泥固化土基本物理性質指標試驗

本試驗研究的參照為《河湖淤泥處理處置技術導則》（T/CWEA 7-2019）、《堤防工程設計規范》（GB50286-2013）和《堤防工程施工規范》（SL260-2014）。從工程應用技術指標以及環境保護指標兩個方面判別淤泥固化土作為東莞北海仔河堤岸基材的可行性，其主要試驗方法標準參照《土工試驗規程》（SL237-1999），有機質含量采用重鉻酸鉀氧化法測定。

對采用上述配方及工藝所產出的淤泥固化土，通過送樣檢測，確定其各項物理性能指標見表1至表4。

表1 東莞北海仔河淤泥固化土的基本物理性質

表2 不同壓實度下的東莞北海仔河淤泥固化土的CBR值

表3 淤泥固化土的無側限抗壓強度試驗

表4 淤泥固化土的承載比及壓實度試驗

從表中的試驗數據來看，經過固化處理后的淤泥所形成的固化土，具有一定的承載能力，按照《土的工程分類標準》GB/T 50145-2007，屬于低液塑限粘土。其自然含水率與最優含水率之間偏差較小，含一定砂粒，黏附性弱，捻面粗糙，參照《堤防工程施工規范》（SL260-2014），可以滿足分層碾壓填筑均質堤的要求。同時，東莞北海仔河淤泥固化土淤泥固化土的CBR值隨著壓實度的增加而增大。當壓實度＞90%時，固化土的CBR＞4%，已滿足作為河涌堤岸填筑用土的最小強度要求。

4.試驗結果討論

（1）東莞市北海仔河清淤主要采用環保絞吸式清淤的方式，其黏性顆粒含量較高，經過固化處理以后，所形成的粉粒占比有較大提升，且對提高淤泥固化土的無側限抗壓強度產生了較為明顯的效果。

（2）東莞北海仔河淤泥固化土的液限與塑限分別為30.0%和22.1%，進一步佐證了東莞北海仔河淤泥固化土黏粒占比低這一特點，土料穩定性較好，并具有較好的抗變形能力。

（3）本試驗讓我們了解了東莞北海仔河淤泥固化土的最大干密度和最佳含水率，為填筑工程的設計及施工提供依據。

（4）CBR（California bearing ratio）表示材料抵抗局部荷載壓入變形的能力。我們從表4中看出，東莞北海仔河淤泥固化土的CBR值隨著壓實度的增加而增大。當壓實度＞90%時，固化土的CBR的最小值為4.29＞4%，已滿足作為河涌堤岸基礎的最小強度的要求。

（5）作為河涌堤岸的填料，其物理力學性能中強度應該一個非常重要的指標。我們可以從表3看到：東莞北海仔河淤泥固化土的無側限抗壓強度能夠完全滿足這一要求，是一種非常優良的河涌堤岸填料。

5.結論

基于城市或農村河涌路堤建設對材料的力學性能要求及標準，通過本文對東莞北海仔河淤泥固化土物理力學性質進行的試驗研究，可以得出以下可供河涌岸堤建設工程借鑒的工程經驗：

（1）當壓實度＞90%時，東莞北海仔河淤泥固化土的CBR＞4%，已滿足作為河涌路堤填料最小強度要求。

（2）當東莞北海仔河淤泥固化土試塊養護齡期達到28 d時，其無側限抗壓強度已達0.8Mpa以上，能夠完全滿足路堤填料對土的要求。

（3）北海仔河淤泥固化土天然含水率為25.8%，最優含水率為24.5%，其偏差小于3%，滿足作為堤岸填筑材料的要求。

（4）經試驗證明，經過固化處理后形成的淤泥固化土，可滿足作為北海仔河堤岸填筑土料的基本要求。本文提出的固化材料以及淤泥處理技術具有較高的工程實質應用意義，可為類似河道疏浚淤泥的處理處置工程設計以及實施提供重要的參考意義，具有廣泛的工程應用前景。