中小河涌淤泥工程回填利用技術(shù)研究

楊健，洪欽敏，岳宇，潘池海，董永剛，陳帥，林健漢

（廣東省水電二局股份有限公司，廣州 510000）

河湖淤泥來(lái)源復(fù)雜，特別是河涌淤泥，裹挾了大量生活垃圾和建筑垃圾，有機(jī)物成分復(fù)雜且含量比例高，嚴(yán)重影響了淤泥中水的存在形態(tài)，從而使得淤泥泥漿不易脫水。未經(jīng)處理的淤泥的特點(diǎn)是含水量高、孔隙比大、滲透性差、強(qiáng)度低、變形大、固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、壓縮性高，并有觸變性、流變性和很強(qiáng)的不均勻性。在實(shí)際施工過(guò)程中，對(duì)于河道清出的淤泥往往采用丟棄或衛(wèi)生填埋的方式進(jìn)行處理處置。淤泥雖無(wú)法直接進(jìn)行工程應(yīng)用，但經(jīng)過(guò)處理后可以滿足工程當(dāng)中一般回填用土的需要，從而實(shí)現(xiàn)淤泥的綜合利用。因此，開(kāi)展淤泥穩(wěn)定化處理及處置研究，探索其資源化利用的可行性是十分必要的。

淤泥固化的基本原理是在淤泥中添加固化劑材料，進(jìn)行攪拌混合，制成淤泥固化土[1]。穩(wěn)定化處理后的淤泥與原淤泥性能相比有較大的變化：（1）淤泥固化土的抗壓強(qiáng)度比原淤泥有較大的提升。（2）淤泥固化土中的重金屬因被固化或被鈍化，從而在毒性浸出液中的濃度降低。（3）淤泥固化土中含有的有機(jī)質(zhì)成分比例下降等。這些對(duì)于淤泥固化土作為回填土來(lái)說(shuō)是非常重要的。

淤泥固化的主要關(guān)鍵技術(shù)在于固化劑的選用。國(guó)內(nèi)外已有很多關(guān)于固化劑組成的研究，如采用水泥、粉煤灰、石膏作為固化劑[2]，或者采用化學(xué)合成固化劑等[3]，并在固化劑研究之上深入進(jìn)行了關(guān)于固化土用于填筑材料的工程應(yīng)用研究[4]。但目前過(guò)高的固化劑添加比例間接導(dǎo)致了工程實(shí)施費(fèi)用的增加[5]，這是阻礙淤泥固化土資源化利用的一個(gè)重要因素。

1 淤泥穩(wěn)定化試驗(yàn)研究

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 河湖淤泥脫水調(diào)理劑

河湖淤泥脫水調(diào)理劑由微生物絮凝劑和化學(xué)絮凝劑組成。該調(diào)理劑的作用在于對(duì)淤泥泥漿的結(jié)構(gòu)性能、水理特性、物理力學(xué)性能進(jìn)行內(nèi)在調(diào)理，營(yíng)造了有助于淤泥泥漿脫水的內(nèi)生性環(huán)境條件，可實(shí)現(xiàn)在使用機(jī)械設(shè)備的條件下讓淤泥泥漿快速脫水。

1.1.2 河湖淤泥固化調(diào)質(zhì)劑

河湖淤泥固化調(diào)質(zhì)劑是由微生物、無(wú)機(jī)化合物及高分子有機(jī)化合物組成的試劑。該試劑主要在淤泥固化前進(jìn)行調(diào)質(zhì)，營(yíng)造了有助于淤泥固化的內(nèi)生性結(jié)構(gòu)及其顆粒形體環(huán)境條件，利于快速固結(jié)并提高力學(xué)性能。

1.1.3 試驗(yàn)用淤泥

試驗(yàn)用淤泥為廣州市增城區(qū)石灘鎮(zhèn)大利洲涌的疏浚淤泥。

1.1.4 試驗(yàn)設(shè)備

淤泥壓濾機(jī)選用隔膜板框壓濾機(jī)。

1.2 試驗(yàn)方法

（1）將疏浚淤泥剔除樹枝、石塊、生活垃圾后制作成泥漿。（2）使用河湖淤泥脫水調(diào)理劑對(duì)淤泥泥漿進(jìn)行調(diào)理處理。（3）使用河湖淤泥固化調(diào)質(zhì)劑對(duì)調(diào)理后的淤泥泥漿進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。（4）在淤泥壓濾機(jī)上對(duì)調(diào)理、調(diào)質(zhì)后的淤泥進(jìn)行脫水與固化，得到穩(wěn)定化處理后的淤泥固化土。

2 淤泥固化土的回填試驗(yàn)及物理力學(xué)特性測(cè)試

2.1 試驗(yàn)方案

在廣州市增城區(qū)石灘鎮(zhèn)大利洲固化場(chǎng)內(nèi)建設(shè)了100m×100m 的試驗(yàn)場(chǎng)地，利用試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)出的淤泥固化土進(jìn)行回填，并對(duì)回填土進(jìn)行碾壓后取樣測(cè)試其理化性能。淤泥固化土回填、攤鋪與碾壓見(jiàn)下圖。

2.2 物理力學(xué)特性測(cè)試

試驗(yàn)研究從淤泥固化土的加州承載比（CBR）、輕擊實(shí)、液塑限、重金屬穩(wěn)定性和有機(jī)質(zhì)含量等參數(shù)來(lái)綜合考量穩(wěn)定化淤泥土的物理力學(xué)特性。

2.2.1 輕擊實(shí)試驗(yàn)

輕擊實(shí)試驗(yàn)方法參照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JT GE40—2007），步驟如下：

（1）用四分法選取具有代表性的土樣15kg，并測(cè)定其風(fēng)干含水量。

（2）準(zhǔn)備5 個(gè)土樣，將土樣平鋪于不吸水的平板上，分別加入不等量的水分（按間隔2%—3%的含水率逐漸遞增），充分?jǐn)嚢韬蠓謩e裝入塑料袋中靜置24h 備用。

（3）按下式計(jì)算加水量：

式中，mω為土樣所需加水量，g；m為土樣質(zhì)量，g；ωh為土樣風(fēng)干含水量，%；ω為土樣所要求的含水量，%。

（4）將擊實(shí)筒放在堅(jiān)實(shí)的地面上，裝好護(hù)筒，并在擊實(shí)筒內(nèi)壁涂一薄層潤(rùn)滑油；將攪拌好的土樣分3 層裝入擊實(shí)筒內(nèi)，每層56 擊，擊實(shí)時(shí)擊錘自由垂直落下，錘跡均勻分布于土樣表面，一層擊好，在加入下一層土樣時(shí)將接觸面“拉毛”。

（5）取下導(dǎo)筒，用刀修平超出擊實(shí)筒頂部和底部的土樣，擦凈擊實(shí)筒外壁，稱量擊實(shí)筒與土樣的總質(zhì)量，精確至1g。

（6）用頂土器將土樣從擊實(shí)筒中推出，從土樣中心處取樣測(cè)定土的含水量。

2.2.2 液塑限試驗(yàn)

（1）制備好3 份試樣。

（2）將制備好的第一份試樣調(diào)拌均勻，填入試樣杯中，填滿后用刮土刀刮平表面，然后將試樣杯放在聯(lián)合測(cè)定儀的升降座上。在圓錐儀錐尖上涂抹一薄層凡士林，接通電源，使電磁鐵吸住圓錐。

（3）調(diào)整升降座，使錐尖剛好與試樣面接觸，切斷電源使電磁鐵失磁，圓錐儀在自重下沉入試樣，5s后測(cè)讀圓錐下沉深度。

（4）取出試樣杯，測(cè)定試樣的含水率。

重復(fù)以上步驟，測(cè)定另兩份試樣的圓錐下沉深度和含水率。

2.2.3 CBR 試驗(yàn)

以CBR 值作為本次研究中的控制指標(biāo)——土基承載力的參數(shù)指標(biāo)。試驗(yàn)方法參照《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JT GE40—2007）承載比試驗(yàn)方法，在最佳含水量條件下以96%的壓實(shí)度擊實(shí)成型，將試件浸水4個(gè)晝夜后測(cè)得其CBR2.5值及膨脹量。

淤泥固化土回填、攤鋪與碾壓現(xiàn)場(chǎng)圖

2.2.4 重金屬穩(wěn)定效果試驗(yàn)（以銅為例）

重金屬穩(wěn)定效果試驗(yàn)（以銅為例）外委具有中國(guó)計(jì)量認(rèn)證（CMA）資質(zhì)的檢測(cè)公司，按《水質(zhì) 銅、鋅、鉛、鎘的測(cè)定 原子吸收分光光度法》（GB 7475—87）進(jìn)行檢測(cè)。

2.2.5 有機(jī)質(zhì)含量變化測(cè)試

有機(jī)質(zhì)測(cè)試試驗(yàn)方法參照《土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定法》（GB 9834—88）進(jìn)行。

3 試驗(yàn)結(jié)果

表1 為疏浚淤泥樣品通過(guò)篩分、稱重、顆粒級(jí)配測(cè)試后進(jìn)行輕擊實(shí)試驗(yàn)的結(jié)果。

表1 淤泥固化土輕擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果可知，淤泥固化土最佳含水率為7.8%—11.8%，最大干密度變化很小，在1.685g/cm3左右。基本滿足作為回填土土體的最優(yōu)含水率范圍。從表1 中數(shù)據(jù)可以看出，固化劑添加量的變化對(duì)于淤泥固化土的最佳含水率，尤其是最大干密度的影響不大。

表2 為對(duì)疏浚淤泥樣品進(jìn)行試驗(yàn)得到的塑性指數(shù)。

表2 淤泥固化土的塑性指數(shù)

從表2 可以看出，隨著固化劑添加比例的增大，淤泥固化土的液限、塑限值也隨之增大，說(shuō)明固化劑的添加量可有效改變淤泥固化土的工程性質(zhì)，從而可以通過(guò)調(diào)節(jié)固化劑的添加量使淤泥固化土在液限、塑限值方面滿足工程回填土關(guān)于液限＜44.0%、塑性指數(shù)＜22.0%的指標(biāo)要求。

表3 為疏浚淤泥樣品的CBR 試驗(yàn)結(jié)果。

表3 淤泥固化土的CBR 試驗(yàn)結(jié)果

從表3 可以看出，使用固化劑對(duì)淤泥進(jìn)行固化能顯著提高淤泥固化土的承載力，同時(shí)減小其膨脹量且增加其壓實(shí)度。隨著固化劑添加比例的增大，其承載力也隨之增大，十分有利于工程回填。淤泥固化土的膨脹量并不明顯，滿足回填土的使用規(guī)范要求。

表4 為疏浚淤泥樣品固化處理后對(duì)重金屬銅的穩(wěn)定效果。

表4 淤泥固化處理后對(duì)重金屬銅的穩(wěn)定效果（與原淤泥對(duì)比）

從重金屬銅的穩(wěn)定效果可以看出，固化劑的添加使淤泥中的重金屬浸出濃度大幅降低，即固化劑和重金屬的穩(wěn)定化反應(yīng)進(jìn)行得比較徹底。

表5 為疏浚淤泥樣品經(jīng)脫水固化處理后的含水率及有機(jī)質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果。

表5 固化土經(jīng)脫水固化處理后的含水率及有機(jī)質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果

有機(jī)質(zhì)含量是淤泥土工程應(yīng)用過(guò)程中的一個(gè)重要參數(shù)。為深入研究有機(jī)質(zhì)含量對(duì)固化劑添加量的敏感性，本次試驗(yàn)擬定的固化劑添加量為2%、4%、6%、8%、10%、12%，以便研究有機(jī)質(zhì)含量隨著固化劑添加量的小幅增加而減小的程度。有機(jī)質(zhì)測(cè)試試驗(yàn)方法參照《土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定法》（GB 9834—88）進(jìn)行。結(jié)果表明，固化劑的添加能使淤泥中的有機(jī)質(zhì)大幅減少，而且隨著固化劑添加量的增加，有機(jī)質(zhì)含量降幅也同步加大。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）河湖淤泥穩(wěn)定化處理是淤泥資源土用于回填工程建設(shè)的先決性條件，對(duì)具有不同組成和力學(xué)特性的淤泥，針對(duì)不同工程建設(shè)要求，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)研究確定其應(yīng)用指標(biāo)。

（2）河湖淤泥經(jīng)使用固化劑穩(wěn)定化處理后成為淤泥固化土，淤泥固化土的物理力學(xué)性能如CBR、液塑限、輕擊實(shí)、壓實(shí)度等都有不同程度的提高，并且隨著固化劑添加的增加，這些物理力學(xué)性能也都得到了進(jìn)一步提升。

（3）河湖淤泥經(jīng)使用固化劑穩(wěn)定化處理后，其內(nèi)部重金屬得到有效穩(wěn)定，同時(shí)有機(jī)質(zhì)含量大幅降低。然而，不同性能的固化劑對(duì)淤泥固化土的穩(wěn)定性及其有機(jī)質(zhì)含量的影響存在較大差別。

（4）河湖淤泥經(jīng)固化劑穩(wěn)定化處理后成為淤泥固化土，淤泥固化土的性能指標(biāo)已基本接近或高于其他工程回填土的性能指標(biāo)，滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)程的指標(biāo)要求，因此可以將淤泥固化土用于各種工程中的回填土。