淤泥混合料改性燒結(jié)砌塊生態(tài)護(hù)岸施工應(yīng)用研究

(1.淮安市淮陰區(qū)水利局，江蘇 淮安 223300；2.江蘇淮源工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，江蘇 淮安 223001)

大量淤泥如果未能充分得到利用，則會(huì)淪為工程廢物和垃圾。如果能有效利用，則能變廢為寶，也具有節(jié)能環(huán)保等多重意義。淤泥塑性強(qiáng)，收縮大，純淤泥簡(jiǎn)單燒制品強(qiáng)度不足，而如果進(jìn)行適當(dāng)?shù)母男灾谱?，其工程?yīng)用性就會(huì)大幅度提高。淤泥混合料改性燒結(jié)砌塊應(yīng)用于護(hù)岸工程，便是一種有益嘗試。本文依托實(shí)際工程案例，開(kāi)展淤泥混合料改性燒結(jié)砌塊生態(tài)護(hù)岸施工應(yīng)用研究，為同類工程應(yīng)用提供研究和技術(shù)參考。

1 淤泥混合料改性燒結(jié)護(hù)岸砌塊述略

1.1 基礎(chǔ)原材料和摻和料

主要基礎(chǔ)原材料系淤泥，摻和料系頁(yè)巖邊角碎料。挖泥船在長(zhǎng)蕩湖進(jìn)行疏浚挖淤作業(yè)獲得的淤泥，見(jiàn)圖1(a)，經(jīng)過(guò)脫水和除雜后即可作為淤泥改性燒結(jié)塊的制作材料。在特定的位置，按要求定期挖掘淤泥送入料場(chǎng)，摻和料頁(yè)巖可以來(lái)自生產(chǎn)當(dāng)?shù)氐牡V山廢棄頁(yè)巖邊角碎料，見(jiàn)圖1(b)。大量廢棄邊角碎料可以運(yùn)回生產(chǎn)料場(chǎng)破碎處理，篩后堆放備用。

圖1 疏浚挖淤和礦山廢棄頁(yè)巖邊角碎料

淤泥混合料改性燒結(jié)護(hù)岸砌塊配合比見(jiàn)表1。

表1 淤泥混合料改性燒結(jié)護(hù)岸砌塊配合比

1.2 改性燒結(jié)護(hù)岸砌塊工藝流程

淤泥與頁(yè)巖混合料改性燒結(jié)護(hù)岸砌塊工藝流程見(jiàn)圖2。

1.3 改性燒結(jié)護(hù)岸砌塊凍融及質(zhì)量損失概貌

淤泥和頁(yè)巖輔料以合理配合比(見(jiàn)表1)混合燒結(jié)后，豎向砌塊抗壓強(qiáng)度達(dá)8.30MPa，飽和吸水率小于16%，砌塊質(zhì)量性能大幅度提高，石灰爆裂、體積密度、外觀質(zhì)量滿足優(yōu)等品要求。砌塊循環(huán)凍融125次以后，質(zhì)量損失小于2%，顯示耐久性能優(yōu)異，完全符合護(hù)岸砌塊工程技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的要求(見(jiàn)圖3、圖4)。

圖3 循環(huán)凍融125次后的淤泥混合料改性燒結(jié)護(hù)岸砌塊

圖4 淤泥混合料改性燒結(jié)護(hù)岸砌塊循環(huán)凍融的質(zhì)量損失概貌

2 淤泥混合料改性燒結(jié)砌塊的護(hù)岸抗側(cè)壓及耐久性實(shí)驗(yàn)檢測(cè)

2.1 抗側(cè)向應(yīng)力性能測(cè)試

2.1.1 測(cè)試方案

常規(guī)水位狀態(tài)的砌塊護(hù)岸分布狀態(tài)見(jiàn)圖5，共有3層混凝土框架砌塊護(hù)岸，分別以3層和2層砌塊砌筑，構(gòu)成護(hù)岸的下部、中部和上部，最后以鋼筋混凝土進(jìn)一步壓頂。一側(cè)是河水，另一側(cè)為回填土。回填土以土工布包裹。砌塊護(hù)岸和回填土間存在一個(gè)導(dǎo)水層。土工格柵加筋，以增強(qiáng)穩(wěn)固地基，約束土層可能發(fā)生的側(cè)向移動(dòng)。以間距50m左右選取3個(gè)測(cè)點(diǎn)開(kāi)展側(cè)向應(yīng)力測(cè)試，測(cè)試區(qū)域的上層，中層和下層布設(shè)土壤壓力計(jì)。實(shí)驗(yàn)共安排土壤壓力計(jì)9個(gè)(見(jiàn)圖6)。壓力計(jì)緊貼在砌塊護(hù)岸內(nèi)表面，壓力計(jì)承壓面正對(duì)回填土。保持壓力計(jì)受力面和粘貼面平整。

圖5 常規(guī)水位狀態(tài)的砌塊護(hù)岸分布狀態(tài)

圖6 側(cè)向應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布配

本實(shí)驗(yàn)測(cè)試案例系淮河砌塊護(hù)岸工程，施工及應(yīng)力測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖7。

圖7 改性燒結(jié)砌塊護(hù)岸施工及應(yīng)力測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

2.1.2 測(cè)試結(jié)果

基于不同水位條件，測(cè)試采集砌塊護(hù)岸側(cè)向應(yīng)力狀態(tài)3組9個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)值，見(jiàn)表2。

該段河道護(hù)岸設(shè)計(jì)極限可承受應(yīng)力值為110kPa。表2數(shù)據(jù)揭示，3次測(cè)試的各測(cè)點(diǎn)側(cè)向應(yīng)力值全部遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)極限應(yīng)力值，由此可知，這種淤泥改性燒結(jié)砌塊作為護(hù)岸建筑材料，其性能上是安全的。

表2 基于不同水位狀態(tài)的3組9個(gè)測(cè)點(diǎn)側(cè)向應(yīng)力 單位：kPa

2.2 耐久性能測(cè)試

2.2.1 試樣與浸泡實(shí)驗(yàn)

表3是砌塊的基本狀態(tài)參數(shù)，從數(shù)據(jù)中可以看到，該砌塊有較高的孔洞率，具有良好的透水功能。表4是淤泥改性燒結(jié)砌塊耐久性實(shí)驗(yàn)方案。圖8是不同浸泡時(shí)程的淤泥改性燒結(jié)砌塊狀態(tài)。

表3 試驗(yàn)選用砌塊的基本參數(shù)

表4 淤泥改性燒結(jié)砌塊耐久性實(shí)驗(yàn)方案

圖8 不同浸泡時(shí)程的淤泥改性燒結(jié)砌塊狀態(tài)

2.2.2 測(cè)試結(jié)果

淤泥改性燒結(jié)砌塊不同浸泡時(shí)程的橫向抗壓強(qiáng)度見(jiàn)圖9。

數(shù)據(jù)揭示，淤泥改性燒結(jié)砌塊浸泡前抗橫壓強(qiáng)度為5.80MPa，符合河道護(hù)岸建筑材料的基本技術(shù)要求。經(jīng)過(guò)4個(gè)月浸泡之后，抗橫壓強(qiáng)度依然是5.80MPa，沒(méi)有發(fā)生改變。且完全浸入水中和部分浸入水中的抗橫壓強(qiáng)度變化一致，表明淤泥改性燒結(jié)砌塊的抗水侵蝕性能優(yōu)異。

圖9 砌塊不同浸泡時(shí)程的橫向抗壓強(qiáng)度

淤泥改性燒結(jié)砌塊不同浸泡時(shí)程的抗垂壓強(qiáng)度見(jiàn)圖10。

圖10 砌塊不同浸泡時(shí)程的垂向抗壓強(qiáng)度

數(shù)據(jù)揭示，淤泥改性燒結(jié)砌塊浸泡前抗垂壓強(qiáng)度為8.30MPa，符合河道護(hù)岸建筑材料的基本技術(shù)要求。經(jīng)過(guò)4個(gè)月浸泡之后，抗垂壓強(qiáng)度依然是8.30MPa，沒(méi)有發(fā)生改變。且完全浸入水中和部分浸入水中的抗垂壓強(qiáng)度變化一致，從抗垂壓角度再次表明淤泥改性燒結(jié)砌塊的抗水侵蝕性能優(yōu)異。

淤泥改性燒結(jié)砌塊不同浸泡時(shí)程的砌塊吸水率變化見(jiàn)圖11。

圖11 砌塊不同浸泡時(shí)程的砌塊吸水率

數(shù)據(jù)揭示，砌塊吸水率在浸泡前為12.97%，符合河道護(hù)岸建筑材料的基本吸水率要求。經(jīng)過(guò)4個(gè)月浸泡之后，吸水率略有加大。之后基本保持吸水率穩(wěn)定，沒(méi)有下降的趨勢(shì)。且完全浸入水中和部分浸入水中的變化一致，表明淤泥改性燒結(jié)砌塊的抗水侵蝕性能優(yōu)異。

3 淤泥混合料改性燒結(jié)砌塊的生態(tài)性實(shí)驗(yàn)分析

生態(tài)性研究所用的淤泥混合料改性燒結(jié)護(hù)岸砌塊同上?；炷量招钠鰤K來(lái)自實(shí)驗(yàn)所在地建筑材料研究院提供的擋土墻砌筑混凝土空心砌塊。淤泥混合料改性燒結(jié)護(hù)岸砌塊和混凝土空心砌塊參數(shù)見(jiàn)表5。

表5淤泥混合料改性燒結(jié)護(hù)岸砌塊和混凝土空心砌塊參數(shù)

類 別規(guī)格/(mm×mm×mm)成型含水量/%孔數(shù)孔洞率/%淤泥改性燒結(jié)砌塊290×190×190172760混凝土空心砌塊390×190×190—470

分兩步開(kāi)展生態(tài)性研究。首先，將淤泥混合料改性燒結(jié)護(hù)岸砌塊浸入河水中1年，之后觀察是否有水生動(dòng)植物在該砌塊表面或孔洞生存。然后，將混凝土空心砌塊和淤泥改性燒結(jié)砌塊同時(shí)浸于河水1周以及4周，之后觀察兩種砌塊不同浸泡時(shí)程的水生動(dòng)植物棲息其表面和孔洞內(nèi)的變化情況，經(jīng)過(guò)實(shí)際對(duì)比，檢驗(yàn)其生態(tài)功能。淤泥改性燒結(jié)砌塊和混凝土空心砌塊生態(tài)性檢測(cè)方案見(jiàn)表6。

表6淤泥改性燒結(jié)砌塊和混凝土空心砌塊生態(tài)性檢測(cè)方案

浸泡環(huán)境類 別浸泡時(shí)程/周砌塊數(shù)量/塊實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目淮 河淤泥燒結(jié)砌塊混凝土空心砌塊15451545螺螄數(shù)量青苔覆蓋面積

3.1 淤泥燒結(jié)護(hù)岸砌塊的生態(tài)性

浸泡河水中1年的淤泥改性燒結(jié)砌塊見(jiàn)圖12。

圖12 浸泡河水中1年的淤泥改性燒結(jié)砌塊

檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，青苔等水生植物幾乎全部覆蓋淤泥改性燒結(jié)砌塊的表面，也有較多青苔生長(zhǎng)于砌塊孔洞，顯示淤泥改性燒結(jié)砌塊能夠很好地為青苔等水生植物提供棲生依托。也發(fā)現(xiàn)有螺螄棲生在砌塊孔洞里，平均密度在每塊13個(gè)左右，棲生螺螄大小都有，表明淤泥改性燒結(jié)砌塊生態(tài)功能良好。

3.2 與混凝土空心砌塊的生態(tài)性比較

混凝土空心砌塊與淤泥燒結(jié)砌塊的生態(tài)性比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7和圖13。

表7 混凝土空心砌塊與淤泥燒結(jié)砌塊的生態(tài)性比較

圖13 兩種材料不同時(shí)程河水浸泡后的生態(tài)比較

圖13中,a為淤泥改性燒結(jié)砌塊，b為混凝土空心砌塊。a1和b1為浸泡前，a2和b2為浸泡1周，a3和b3為浸泡4周。可以看到，浸泡河水中1周和4周后，混凝土空心砌塊表面均沒(méi)有青苔生長(zhǎng)。而河水1周浸泡后，青苔部分覆蓋淤泥改性燒結(jié)砌塊表面，河水4周浸泡后，幾乎全部淤泥改性燒結(jié)砌塊表面均被青苔覆蓋，表明青苔隨浸泡時(shí)程增加而一直在生長(zhǎng)。

表7顯示，1周和4周河水浸泡后，未有螺螄出現(xiàn)在混凝土空心砌塊的空心內(nèi)，但同期，淤泥改性燒結(jié)砌塊的孔洞內(nèi)棲生的螺螄數(shù)量分別為13個(gè)和14個(gè)。螺螄棲生數(shù)量幾乎是沒(méi)有再增長(zhǎng)，表明青苔數(shù)量與螺螄數(shù)量不存在必然關(guān)系。

上數(shù)結(jié)果揭示，淤泥改性燒結(jié)砌塊比混凝土砌塊的生態(tài)功能更良好，可以成為螺螄等水生小動(dòng)物喜歡的棲息和生長(zhǎng)場(chǎng)所，可以營(yíng)造和維持局部水生環(huán)境小生態(tài)，具有維持和服務(wù)生態(tài)多樣性的生態(tài)功能。

4 結(jié) 論

本文依托工程案例實(shí)驗(yàn)，開(kāi)展了淤泥混合料改性燒結(jié)砌塊生態(tài)護(hù)岸施工應(yīng)用研究。研究表明是淤泥改性燒結(jié)砌比較混凝土砌塊的生態(tài)功能更優(yōu)異，可以成為螺螄等水生小動(dòng)物喜歡的棲息和生長(zhǎng)場(chǎng)所，可以營(yíng)造和維持局部水生環(huán)境小生態(tài)，具有維持和服務(wù)生態(tài)多樣性的生態(tài)功能