關(guān)于淤泥質(zhì)土的工程特性及其處理利用的綜述

田洪圓 邱 敏 孫秀麗

(江南大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，江蘇無錫 214122)

1 淤泥的工程特性

1)含水率。天然含水量較高，一般w在40%～90%范圍內(nèi)，有時(shí)甚至可達(dá)100%，像我國(guó)沿海地區(qū)的珠江三角洲地帶，淤泥含水量便相當(dāng)高，淤泥的處理問題一定程度上也成為制約沿海地區(qū)海岸工程建設(shè)的重要因素。淤泥中水的存在形式有:空隙水、毛細(xì)水、表面吸附水和內(nèi)部結(jié)合水。空隙水，顆粒間隙中的游離水，約70%;毛細(xì)水，是在高度密集的細(xì)小淤泥顆粒周圍的水，由毛細(xì)管現(xiàn)象而形成的，約20%;表面吸附水，約5%，是在淤泥顆粒表面附著的水分，其附著力較強(qiáng)，常在膠體狀顆粒、生物污泥等固體表面上出現(xiàn);內(nèi)部結(jié)合水，約5%，是污泥顆粒內(nèi)部結(jié)合的水分，如生物污泥中細(xì)胞內(nèi)部水分、無機(jī)污泥中金屬化合物所帶的結(jié)晶水等。淤泥的處理一定程度上針對(duì)的是吸附水。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》控制指標(biāo)的不同，對(duì)淤泥和淤泥質(zhì)土分別進(jìn)行定義:當(dāng)天然含水量大于液限、孔隙比e≥1．5的粘性土為淤泥，當(dāng)天然含水量大于液限而1．5≥e≥1．0的粘土或粉土為淤泥質(zhì)土。

2)壓縮性。淤泥質(zhì)土壓縮模量 Es一般在 310 MPa～317 MPa，個(gè)別工程Es低于310 MPa，屬于中高壓縮性土，在建筑物荷重作用下容易產(chǎn)生較大的變形沉降。這對(duì)工程建筑極為不利，特別是地基打造方面有嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

3)強(qiáng)度。不排水強(qiáng)度，Cu=10 kPa～20 kPa;fa=100 kPa;標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N一般小于4擊，強(qiáng)度較低，故其承載力較低。

4)透水性。淤泥質(zhì)土的透水性差，極不利于地基排水固結(jié)。有的工程在淤泥質(zhì)土層間夾有細(xì)砂層，其滲透系數(shù)較大，對(duì)基礎(chǔ)滲流穩(wěn)定不利。

5)有機(jī)質(zhì)。淤泥中含有大量的N，P，K，Ca及有機(jī)質(zhì)，其中N，P以有機(jī)態(tài)為主，而且淤泥中還含有植物生長(zhǎng)所需要的微量元素。此外，淤泥中還不乏含有重金屬元素?？梢?，淤泥的合理處理可以給我們帶來許多社會(huì)價(jià)值，而且處理后的淤泥可作為二重土壤利用。土地面積的減少，淤泥面積的增加預(yù)示著未來淤泥處理的必要性和價(jià)值性。

2 淤泥的處理利用

1)吹填造陸。淤泥吹填造陸可以解決港口陸域不足，滿足其港口建設(shè)的需要。新加坡、日本、中國(guó)香港等地方因土地資源嚴(yán)重不足，迫使他們進(jìn)行大面積的圍海吹填造陸;我國(guó)的天津港通過不斷疏浚航道和用港池挖出的泥吹填造陸，港口面積不斷擴(kuò)大。但是，吹填后所形成的地基工程特性較差，必須進(jìn)行固化處理，有效地提高其承載能力等力學(xué)性能。由于淤泥的固化處理成本高，所以在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用推廣受到一定的限制。

2)生產(chǎn)肥料。鑒于淤泥本身含有較高的有機(jī)質(zhì)，淤泥的肥料化利用在國(guó)內(nèi)外已有多年歷史，并取得了一定的成效。通過技術(shù)的不斷改良，堆肥后生成的肥料有機(jī)質(zhì)含量高，可以同時(shí)改良土壤，但一定要消滅淤污泥中的病原菌，控制重金屬含量，消除二次污染。

3)地基材料。作為地基材料，淤泥最基本的要求就是脫水，經(jīng)過物理脫水、機(jī)械脫水、化學(xué)固化等措施，將淤泥中的水分脫離，從而令其含水量降低，含水率降低則其流動(dòng)性降低，一定程度上有效地增加了其承載能力，然后再經(jīng)過必要的固化處理，淤泥可以打造地基，這同時(shí)實(shí)現(xiàn)了資源的可持續(xù)利用。

4)海洋傾倒。海洋是一個(gè)強(qiáng)大的廢物接受體，對(duì)污染物有極大的稀釋能力，對(duì)傾入其內(nèi)的污染物質(zhì)有自然稀釋和擴(kuò)散作用。英國(guó)、美國(guó)和日本等一些靠近海岸的國(guó)家，曾較多采用將淤泥直接傾倒海洋的處置方法，但長(zhǎng)此以往，必將污染海洋資源，引起全球生態(tài)問題。此外，淤泥還能生產(chǎn)建筑材料、沼氣。淤泥中含有大量的無機(jī)質(zhì)，可以作為制磚、水泥和陶粒等建筑材料的原料。淤泥的建材資源化利用在目前呈現(xiàn)出穩(wěn)健發(fā)展的態(tài)勢(shì)，是一種技術(shù)相對(duì)成熟，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益明顯的淤泥處理的有效途徑。

3 淤泥的發(fā)展趨勢(shì)

淤泥作為有害的大自然廢棄物，同時(shí)也是一種可利用的寶貴資源。我國(guó)面臨的耕地面積的減少將更大的促進(jìn)對(duì)淤泥的資源化利用。就目前國(guó)際形勢(shì)而言，淤泥的主要應(yīng)用形式有幾種。

3．1 多孔磚應(yīng)用

燒結(jié)淤泥質(zhì)土多孔磚兼具粘土磚和混凝土小砌塊的特點(diǎn)，外形特征屬于燒結(jié)多孔磚，當(dāng)然，淤泥質(zhì)土需要經(jīng)過一定的固化加工處理，然后進(jìn)行燒結(jié)成型，但各項(xiàng)物理、力學(xué)和砌體性能均可具備燒結(jié)粘土磚的條件。目前應(yīng)用的燒結(jié)多孔磚多以粘土、頁巖、煤矸石或粉煤灰為主要原料，因此燒結(jié)淤泥質(zhì)土多孔磚一定程度上可直接替代燒結(jié)粘土磚用于各類承重、保溫承重和框架填充等不同建筑墻體結(jié)構(gòu)中，而且對(duì)于改善環(huán)境，保護(hù)土地資源和推進(jìn)墻體材料革新與建筑節(jié)能，具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。

3．2 淤泥砂保溫隔熱、耐火材料

例如，黃河淤泥砂本身有機(jī)質(zhì)含量高，段燒后更能增加其孔隙度，在其中加入少量發(fā)泡劑形成材料，經(jīng)一定工藝處理后可生產(chǎn)輕質(zhì)隔熱保溫材料，該材料可用于代替陶粒制品等，且強(qiáng)度高，保溫性能好，可用于900℃以下隔熱保溫。

淤泥砂的主要成分為SiO2和Al2O3，可以作為原料來制備先進(jìn)陶瓷和耐火材料。經(jīng)過干燥脫水，將其與碳粉混合，在水介質(zhì)下球磨，烘干后加入聚乙烯醇水溶液，攪拌均勻，壓成塊狀烘干在氮?dú)鈿夥障聼Y(jié)而成。

4 結(jié)語

淤泥的開發(fā)利用，具有不可估量的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，既可以用來填吹造陸，擴(kuò)大疆域面積，也可作為地基材料，滿足建筑企業(yè)對(duì)原料的需求，又切實(shí)有效地節(jié)約和保護(hù)耕地資源，亦可用以生產(chǎn)肥料，減少化肥使用量，從而降低農(nóng)業(yè)成本和化肥對(duì)環(huán)境的污染。如今，還面臨的一大課題就是全國(guó)耕地面積不斷減少，土地資源相對(duì)緊缺，這對(duì)于建筑行業(yè)有一定的沖擊力，也促使建筑行業(yè)轉(zhuǎn)而投向淤泥的開發(fā)再利用，因此加快淤泥資源化利用具有現(xiàn)實(shí)而深遠(yuǎn)的可持續(xù)發(fā)展意義。將淤泥視為一種資源加以有效利用，在治理污染的同時(shí)變廢為寶，造福人類。