城市狹窄河渠淤泥固化處理及清淤技術(shù)研究

(1.中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，成都，610066；2.四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 崇州，611231)

近年來(lái)，隨著工業(yè)社會(huì)的快速發(fā)展，河渠淤積物也隨之增厚增多，嚴(yán)重污染河渠水體，不僅對(duì)原水域的生態(tài)造成破壞，亦對(duì)人們的生活品質(zhì)及健康產(chǎn)生了較大影響。城市河渠周邊多為民用建筑物及市政道路，河渠疏浚受機(jī)械可作業(yè)空間的限制、疏浚后淤泥堆存外運(yùn)受場(chǎng)地的限制、不同污染源造成的水體污染處理受方法的限制，諸多問題給城市河渠污染及淤泥的治理帶來(lái)了難題。東湖港作為武鋼備用水源及武漢市青山區(qū)污水處理廠尾水排放口，港渠河道受重金屬及城市生活污水的污染較為嚴(yán)重，河渠較為狹窄，淤積物處理后外送擔(dān)心再次污染周邊環(huán)境。因此，確定合理有效的淤泥處理方法，制定經(jīng)濟(jì)可行的清淤技術(shù)方案是非常關(guān)鍵的。

1 東湖港河渠淤泥處理

東湖港是長(zhǎng)江大保護(hù)中連接長(zhǎng)江與東湖的重要渠道，作為城區(qū)內(nèi)跨主干道的渠道其施工紅線較狹窄。與此同時(shí)，港渠因常年淤積受到了嚴(yán)重束窄，加上作業(yè)條件為線性施工，常規(guī)絞吸方案往往無(wú)法實(shí)施。此外，以往的水力沖洗方案吸取后的淤泥需大量淤泥池，抽取上岸后的淤泥黑臭無(wú)比且沖洗稀釋后含水率較大，必須及時(shí)清理出城區(qū)。若長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)淤泥不能固化外運(yùn)將無(wú)法為下一輪淤泥沖洗上岸提供堆放場(chǎng)。鑒于以上問題，本文擬探討適合城市狹窄河渠的淤泥疏浚方案。

1.1 施工布置原則

根據(jù)合同文件、施工圖紙、渠道淤泥固化方案調(diào)整報(bào)告等，對(duì)本工程淤泥、流砂開挖及固化的機(jī)械設(shè)備、淤泥固化池等進(jìn)行合理布置，擬定本工程的施工布置原則。

(1)針對(duì)合同文件要求及建設(shè)單位提供的施工作業(yè)面，進(jìn)行合理規(guī)劃布置淤泥固化池，施工場(chǎng)地內(nèi)淤泥池面積不足時(shí)，可就近在紅線外臨時(shí)租賃土地；

(2)渠道淤泥施工作業(yè)面和淤泥池容量按施工總進(jìn)度及施工強(qiáng)度的需要進(jìn)行組織設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)布置力求緊湊、合理、方便使用，規(guī)模精簡(jiǎn)，管理集中、調(diào)度靈活、運(yùn)行方便、節(jié)約用地及安全可靠；

(3)施工場(chǎng)地及營(yíng)區(qū)均按要求配置足夠的環(huán)保設(shè)施，按照綠色環(huán)保施工的需要進(jìn)行場(chǎng)地規(guī)劃，所有施工生產(chǎn)設(shè)施的布置均滿足安全生產(chǎn)、文明施工的要求。

1.2 施工道路布置及場(chǎng)地布置

根據(jù)建設(shè)單位提供的施工場(chǎng)地，其中部分施工場(chǎng)地內(nèi)的房屋、樹木等在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法拆除。針對(duì)此問題，場(chǎng)地淤泥固化池的布置根據(jù)現(xiàn)有施工作業(yè)面進(jìn)行布置。地質(zhì)條件較好的地段采用建筑垃圾進(jìn)行道路鋪筑，地質(zhì)條件差的地段采用2cm厚的鋼板進(jìn)行鋪路，施工道路在渠道東西兩側(cè)進(jìn)行布置，沿渠道每500m修建至基坑施工道路。同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，在場(chǎng)地較寬的部位修建淤泥池，渠道沿線共布置21個(gè)淤泥池，以滿足現(xiàn)場(chǎng)淤泥固化需要。

1.3 主要施工工藝流程

原位處理方法即為淤泥原位攪拌固化，采用固化設(shè)備直接在現(xiàn)狀淤泥上攪拌，同時(shí)摻入固化劑，使淤泥含水率大大降低。該技術(shù)較為成熟，在施工時(shí)采用淤泥固化機(jī)、強(qiáng)力攪拌頭，將粉劑固化材料通過(guò)高壓輸送系統(tǒng)輸送至旋轉(zhuǎn)接頭，再利用高壓旋噴攪拌與強(qiáng)制式攪拌雙重作用，確保粉劑固化材料與泥質(zhì)軟土充分混合粘結(jié)，實(shí)現(xiàn)泥質(zhì)軟基的原地固結(jié)。固化劑要求選用環(huán)保產(chǎn)品，其施工程序?yàn)椋河倌喙袒夭贾谩倌喙袒胤艠印倌喙袒亻_挖→渠道淤泥開挖→淤泥固化→池內(nèi)淤泥開挖及外運(yùn)→淤泥池回填。

1.3.1 淤泥固化池布置

根據(jù)本工程的特點(diǎn)，為保障施工工期、場(chǎng)內(nèi)交通運(yùn)輸、渠道擋墻施工，部分淤泥固化池需布置在施工區(qū)域以外(場(chǎng)外征地)。淤泥固化池沿渠道兩側(cè)布置，其固化池面積、深度、施工方式等依據(jù)施工場(chǎng)地情況布置。

1.3.2 淤泥固化池放樣

對(duì)淤泥固化池布置位置、面積、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形、設(shè)計(jì)渠道邊線等進(jìn)行測(cè)量放線，并標(biāo)出控制樁位。在施工區(qū)域外布置的淤泥池，需征得業(yè)主同意后監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)見證，以確定征地面積。

1.3.3 淤泥固化池土方開挖

本工程施工區(qū)域地形情況較為復(fù)雜，需根據(jù)不同地形進(jìn)行淤泥固化池施工，并在池體周圍設(shè)置40cm×40cm排水溝，將雨水及淤泥沉淀后的積水引排至集水坑中，再集中抽排至指定地點(diǎn)。

淤泥固化池開挖前先采用SD22推土機(jī)對(duì)現(xiàn)狀地形進(jìn)行平整，池體采用CAT320D反鏟開挖，開挖土方根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況就近堆放(距離淤泥固化池控制在3m以上)或運(yùn)至集中堆料場(chǎng)，淤泥固化池開挖深度為0.5m，池體四周圍堰高度0.5m，坡比為1∶1。淤泥固化池?cái)嗝嫒鐖D1所示。

圖1 淤泥固化池?cái)嗝媸疽?/p>

1.3.4 渠道淤泥開挖

渠道內(nèi)抽排水完成后，進(jìn)行渠道淤泥開挖。淤泥開挖方式根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)淤泥池布置位置及形式確定，主要分為四臺(tái)液壓反鏟接力和兩臺(tái)長(zhǎng)臂液壓反鏟接力一臺(tái)液壓反鏟兩種開挖方式。

(1)四臺(tái)液壓反鏟接力

因部分施工場(chǎng)地?zé)o法進(jìn)行移交，淤泥固化池設(shè)置在渠道一側(cè)，為了完成渠道另一側(cè)淤泥清理工作，需要在渠道內(nèi)鋪設(shè)鋼板，以方便液壓反鏟施工，鋼板厚度2cm、長(zhǎng)度6m、寬度3m。根據(jù)現(xiàn)狀渠道寬度及長(zhǎng)度，采用四臺(tái)液壓反鏟為一組，并多組同時(shí)施工。施工順序由遠(yuǎn)到近進(jìn)行接力，并將淤泥直接轉(zhuǎn)運(yùn)至固化池內(nèi)。該淤泥開挖方式施工布置見圖2。

圖2 四臺(tái)反鏟接力開挖渠道淤泥施工布置(淤泥單側(cè)堆放)

(2)兩臺(tái)長(zhǎng)臂液壓反鏟接力一臺(tái)液壓反鏟

渠道淤泥開挖部位距離淤泥池較遠(yuǎn)，且渠道兩側(cè)可同步進(jìn)行開挖施工，則采用兩臺(tái)20m長(zhǎng)臂液壓反鏟供料給一臺(tái)CAT320D液壓反鏟配合施工，長(zhǎng)臂反鏟先將淤泥拔至岸邊，CAT320D反鏟再將淤泥挖運(yùn)裝至20t自卸車，并運(yùn)至淤泥固化池。該淤泥開挖方式施工布置見圖3。

圖3 兩臺(tái)長(zhǎng)臂液壓反鏟接力一臺(tái)液壓反鏟施工布置

1.3.5 淤泥固化

(1)固化劑試驗(yàn)及選用

在渠道完成抽排水后，采用環(huán)刀法在渠道內(nèi)對(duì)淤泥取樣，根據(jù)取樣淤泥成分分析，確定適合東湖港渠道淤泥的固化劑為ZYZ325型高效清潔固化劑。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)分析，建議工藝試驗(yàn)固化劑摻量為8%，具體可根據(jù)含水率浮動(dòng)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。進(jìn)行淤泥成分分析的同時(shí)，完成了淤泥樣品的物理參數(shù)檢測(cè)，具體數(shù)值見表1。

表1 東湖港淤泥物理性能參數(shù)

為便于檢查和控制固化后淤泥的物理參數(shù)，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)增加了兩組物理參數(shù)試驗(yàn)。主要控制參數(shù)為淤泥經(jīng)摻入固化劑后的物理性狀是否改變。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室固化后，兩組淤泥物理特性均發(fā)生變化(試驗(yàn)結(jié)果見表2、表3)，不同摻混固化劑含量下相應(yīng)的泥漿含水率和液限變化曲線見圖4、圖5。

表2 淤泥固化后物理特性變化(一組)

表3 淤泥固化后物理特性變化(二組)

圖4 不同摻混固化劑含量下泥漿含水率和液限變化曲線(一組)

圖5 不同摻混固化劑含量下泥漿含水率和液限變化曲線(二組)

根據(jù)淤泥固化試驗(yàn)，選用的固化劑為ZYZ325型成品環(huán)保固化劑，摻加比例為7%。該固化劑為粉狀產(chǎn)品，必須采用封閉式罐車進(jìn)行運(yùn)輸。

(2)淤泥固化施工方法

根據(jù)每個(gè)淤泥池體積，在淤泥堆放達(dá)到池頂高度后計(jì)算出固化劑摻量。罐車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)前需進(jìn)行過(guò)磅稱重，以控制淤泥固化效果及質(zhì)量。先將固化劑平均灑至淤泥表面，固化設(shè)備采用PC300(CAT320D)反鏟，上下翻動(dòng)攪拌5～6次，并按順序依次進(jìn)行，以滿足固化劑攪拌均勻的要求，達(dá)到固化效果。

2 東湖港河渠清淤方案比較

東湖港渠道全長(zhǎng)約4700m，控制走廊寬度100m～140m，設(shè)計(jì)上開口寬度30m，設(shè)計(jì)流量30m3/s。東湖港曾作為武鋼工業(yè)用水水源，也是周邊污水排放點(diǎn)，其常年淤積污染嚴(yán)重，水體黑臭，區(qū)域生態(tài)環(huán)境遭到了嚴(yán)重?fù)p壞。由于東湖港多年淤積未清淤導(dǎo)致淤泥工程量大，平均深度4m～6m不等。同時(shí)，岸坡沼澤地多導(dǎo)致水位較低、過(guò)水?dāng)嗝妾M窄，沿線居民的生活垃圾扔入渠道導(dǎo)致淤泥雜質(zhì)較多。東湖港兩側(cè)多為住宅區(qū)及現(xiàn)狀道路，因此，施工紅線范圍較窄不具備設(shè)置大型淤泥堆場(chǎng)的條件。此外，渠道兩岸還需修建擋墻，施工工期僅400d。綜合上述條件及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，最終選取了兩種清淤方案進(jìn)行比較。

2.1 排干擠淤方案

2.1.1 主要施工流程

首先修筑圍堰，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇合適的長(zhǎng)度填筑圍堰；其次設(shè)置排水通道，將圍堰內(nèi)的水抽排完之后，在渠道兩側(cè)每隔50m設(shè)置一個(gè)集水坑，及時(shí)抽排水；再者在擋墻基礎(chǔ)處擠壓塊石，將淤泥擠至渠道中間；最后將渠道的淤泥轉(zhuǎn)運(yùn)至岸邊淤泥固化池內(nèi)進(jìn)行固化、外運(yùn)。

2.1.2 方案優(yōu)缺點(diǎn)

(1)方案優(yōu)點(diǎn)：施工流程及施工設(shè)備都比較簡(jiǎn)單；清淤和擋墻可同時(shí)施工，節(jié)約工期；清淤施工不受淤泥中的雜質(zhì)影響；施工占地小，淤泥處理成本較低。

(2)方案缺點(diǎn)：容易受天氣影響；擋墻施工速度快于清淤速度，擋墻成型后不便于渠道內(nèi)清淤及回填施工。

2.2 干挖清淤方案

2.2.1 主要施工流程

首先修筑圍堰，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇合適的長(zhǎng)度填筑圍堰；其次設(shè)置排水通道，將圍堰內(nèi)的水抽排完之后，在渠道兩側(cè)每隔50m設(shè)置一個(gè)集水坑，及時(shí)抽排水。清淤施工采用1臺(tái)20m長(zhǎng)臂挖掘機(jī)、1臺(tái)短臂挖掘機(jī)和2輛20t自卸車為一組，組成階梯隊(duì)列。短臂挖掘機(jī)在河底配合2塊鋼板將河底淤積物向渠道岸邊清理，盡可能的將淤積物放到邊坡底部；長(zhǎng)臂挖掘機(jī)在邊坡頂部，將短臂挖掘機(jī)清理的淤積物及邊坡上的草皮樹根等直接運(yùn)至淤泥池內(nèi)，距離淤泥池較遠(yuǎn)的部位需轉(zhuǎn)運(yùn)至20t自卸車內(nèi)，再運(yùn)至淤泥池內(nèi)；利用淤泥固化機(jī)強(qiáng)力攪拌頭進(jìn)行充分?jǐn)嚢韬蠊探Y(jié)，待24h固結(jié)完成后裝車外運(yùn)。

2.2.2 方案優(yōu)缺點(diǎn)

(1)方案優(yōu)點(diǎn)：施工流程及施工機(jī)械均簡(jiǎn)單易操作；清淤效率高、速度快，清除底泥干凈、徹底；產(chǎn)生的淤泥含水率較低，便于后續(xù)處理。

(2)方案缺點(diǎn)：要將渠道內(nèi)以及外來(lái)的水抽干，增加了圍堰和抽排水的成本。

2.3 清淤方案比較確定

從排干擠淤和干挖清淤的施工流程和優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)看，排干擠淤雖然前期可以同時(shí)進(jìn)行擋墻施工，但影響了后期清淤施工；干挖清淤前期擋墻和清淤施工不能同時(shí)進(jìn)行，但清淤到了一定階段后，則可同步進(jìn)行，既提高了施工效率，又縮短了施工工期，節(jié)約了施工成本。通過(guò)經(jīng)濟(jì)和方案可行性分析比較后，最終選擇干挖清淤施工方案。

2.4 池內(nèi)淤泥開挖及外運(yùn)

淤泥固化及清淤施工效果必須滿足市政管理單位及渣土收納場(chǎng)要求，外運(yùn)車輛嚴(yán)格按指定線路行駛，并對(duì)車輛進(jìn)行沖洗干凈及車廂頂部加蓋帆布，達(dá)到外運(yùn)條件要求后，再進(jìn)行淤泥外運(yùn)。淤泥外運(yùn)采用的機(jī)械設(shè)備為CAT320D液壓反鏟和20t自卸車，先將淤泥集中收集，再采用CAT320D液壓反鏟給20t自卸汽車裝車。運(yùn)輸至渣場(chǎng)后，采用150kW推土機(jī)推平，20t輪胎式壓路機(jī)壓平。

2.5 淤泥池回填

渠道各段清淤施工完成后，淤泥池應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的回填處理，處理方式如下：

(1)施工區(qū)域以內(nèi)的淤泥池在淤泥外運(yùn)清理完成后，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行地形平整，以便于后續(xù)施工；

(2)施工區(qū)域以外的(臨時(shí)租賃土地)淤泥池在淤泥外運(yùn)清理完成后，根據(jù)原地形進(jìn)行恢復(fù)。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)會(huì)越來(lái)越重視，越來(lái)越多的河流和湖泊等要進(jìn)行清淤和疏浚，在制定清淤施工方案的時(shí)候需要因地制宜，考慮河道的各種條件和干擾因素選取最適合的方案；另外目前清淤工程中的一些新技術(shù)、新方法以及新設(shè)備大多是基于大河流和大湖泊而深入研究的，中小河道尤其是狹窄河渠的淤泥處理方法、清淤設(shè)備及技術(shù)還需要進(jìn)一步的實(shí)踐。