淤泥原位固化處置技術(shù)在前海鏟灣渠的應(yīng)用

黃義娟

(深圳市前海開(kāi)發(fā)投資控股有限公司，廣東 深圳 518000)

1 概述

前海合作區(qū)作為深圳市“改革開(kāi)放再出發(fā)”的最大亮點(diǎn)，近年一直在進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。其中根據(jù)《前海合作區(qū)市政工程詳細(xì)規(guī)劃排水工程規(guī)劃修編》，將以前海合作區(qū)雙界河、桂廟渠、鏟灣渠為基礎(chǔ)，建設(shè)三條水廊道，將其打造成為一個(gè)以水為核心，能夠提供多種景觀和公共開(kāi)放空間的濱水城市生活與生態(tài)走廊。如圖1所示。根據(jù)該規(guī)劃，在現(xiàn)狀鏟灣渠的南側(cè)新建鏟灣渠水廊道(又名前灣河，下文均按前灣河)，代替現(xiàn)狀鏟灣渠的排洪功能。本文的討論背景為前灣河夢(mèng)海大道—入?？诙我咽┕ね瓿?，具備通水條件之時(shí)。

圖1 鏟灣渠回填工程示意圖

根據(jù)《前海合作區(qū)八、十、十二開(kāi)發(fā)單元》，現(xiàn)狀鏟灣渠規(guī)劃用地性質(zhì)為建設(shè)用地，為實(shí)現(xiàn)城市開(kāi)發(fā)建設(shè)功能，需對(duì)現(xiàn)狀鏟灣渠進(jìn)行回填。由于周邊地塊開(kāi)發(fā)的緊迫性，倒逼鏟灣渠回填項(xiàng)目盡快推進(jìn)。但通過(guò)地質(zhì)勘察，回填區(qū)域均存在大量的淺層淤泥，因此回填時(shí)必先對(duì)其進(jìn)行處理，本文將就此展開(kāi)研究。

2 淺層淤泥情況

2.1 淺層淤泥特性

淺灰、深灰色，流塑，極軟，飽和，主要由粉、黏粒組成，為細(xì)粒土，含少量砂粒，切面有光澤，巖芯易黏手，巖芯采取率約70%。受上游南山水質(zhì)凈化廠排泄及河道流水堆積形成，上部約1m呈浮泥狀態(tài)，欠固結(jié)，屬軟弱土。

該層主要分布于河床上部，層厚1.70～3.50m，平均厚度2.26m；層底標(biāo)高-2.20～-5.00m，平均底標(biāo)高-3.25m。含水率在82.0～97.6%，平均92.8%；天然密度1.42～1.50g/cm3，平均1.45g/cm3；干密度0.72～0.82g/cm3，平均0.75g/cm3；天然孔隙比2.203～2.661，平均2.513；有飽和度94.3～99.7%，平均97.6%；機(jī)質(zhì)含量8.73%～9.89%，為無(wú)機(jī)質(zhì)土。

在渠道底部取該層土進(jìn)行污染物檢測(cè)，根據(jù)GB4184—2018《農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)規(guī)定，該層如果農(nóng)用時(shí)，根據(jù)其污染物濃度將其分為A級(jí)污泥產(chǎn)物，可滿足污泥產(chǎn)物的理化限值指標(biāo)，可用于耕地、園地、牧草地等。

因該層土體呈流塑狀態(tài)，如圖2所示，含水率和孔隙比高，壓縮性大，工程性質(zhì)極差，如圖3所示。如不進(jìn)行處理，在鏟灣渠回填后，極易產(chǎn)生較大的沉降和不均勻沉降。

圖2 淤泥樣本

圖3 淤泥污染物檢測(cè)結(jié)果

2.2 處置必要性分析

擬回填的鏟灣渠范圍內(nèi)規(guī)劃用地主要有三類(lèi)，大部分用地以開(kāi)發(fā)建設(shè)用地為主，局部為市政道路用地，少部分為規(guī)劃綠地。

淤泥處治目的是使鏟灣渠范圍內(nèi)場(chǎng)地與周邊場(chǎng)地達(dá)到統(tǒng)一的地基標(biāo)準(zhǔn)，減少地塊的不均勻沉降，便于土地出讓和建設(shè)。如圖4所示。

規(guī)劃綠化用地范圍不需要再進(jìn)行二次處理。

固化后淤泥和作為市政道路的基底，道路建設(shè)時(shí)不需要對(duì)淤泥二次處理。

建設(shè)用地地下空間實(shí)施時(shí)一并開(kāi)挖，按棄土進(jìn)行處理，避免了二次淤泥棄置。

圖4 淤泥處置目標(biāo)

3 淺層淤泥處置方案

3.1 傳統(tǒng)處理方式

(1)淤泥物理脫水

現(xiàn)狀鏟灣渠河底淤泥埋深約2.3m，從淤泥的巖土性質(zhì)來(lái)看，以粉、粘土為主，親水性較好，理論上直接晾曬后的淤泥也能滿足本項(xiàng)目回填的要求。

但根據(jù)前文分析，鏟灣渠沿線地下水位較高，完全抽干現(xiàn)狀渠里的水就地晾曬淤泥不具備可行性，需考慮在鏟灣渠兩側(cè)設(shè)置臨時(shí)淤泥晾曬場(chǎng)地，目前，鏟灣渠兩側(cè)基本上不具備設(shè)置臨時(shí)淤泥臨時(shí)晾曬場(chǎng)地的條件。同時(shí)，淤泥晾曬期間的產(chǎn)生的空氣、揚(yáng)塵、污水等環(huán)境污染問(wèn)題難以控制。

綜上，物理脫水方案從可操作性上來(lái)分析，淤泥晾曬可行性較低，建議采用其他處治措施。

(2)其他處理措施

目前成熟的淤泥處治利用途徑有：淤泥的堆肥化處理技術(shù)、淤泥的建材化技術(shù)、淤泥的燃料化技術(shù)、淤泥的厭氧消化(制沼氣)技術(shù)等。

根據(jù)鉆探揭露，現(xiàn)狀鏟灣渠渠底的淤泥有機(jī)物含量不高，不具備焚燒、堆肥或制沼氣等處理的物理特性。建材化處理需要較大的場(chǎng)地，且鏟灣渠為潮汐河道，淤泥中氯離子含量較高，不適宜用于建材。因此需要考慮其他的處治措施。

3.2 淤泥外棄

根據(jù)地勘鉆孔分析，本項(xiàng)目河底存在約2.3m的淤泥層，約5.2萬(wàn)m3淤泥需要進(jìn)行處治。淤泥主要為河道流水堆積形成，淤泥中重金屬及有毒物質(zhì)含量較低。在選擇合適的堆放場(chǎng)地，以及采取有效的臨時(shí)處理措施的基礎(chǔ)上，理論上現(xiàn)狀鏟灣渠河底淤泥可以外棄填埋處理。

根據(jù)調(diào)查，淤泥外棄點(diǎn)主要有兩處。一是淤泥外棄至大鏟灣碼頭中交建廣航局自建的淤泥處理廠，運(yùn)距約15km。但此需由建設(shè)單位進(jìn)一步對(duì)接，明確是否接其他項(xiàng)目淤泥。同時(shí)，由于無(wú)協(xié)議，淤泥棄置費(fèi)用不可控。二是通過(guò)海運(yùn)外棄至東莞淤泥填埋場(chǎng)，運(yùn)距約100km，此路徑淤泥棄置費(fèi)較明確。

但淤泥外棄存在如下問(wèn)題：

(1)現(xiàn)狀淤泥呈流塑狀態(tài)，含水量較大，如不進(jìn)行處理直接外棄，按環(huán)保要求，需要采取罐車(chē)運(yùn)輸。但是在淤泥外棄裝填和運(yùn)輸過(guò)程中容易產(chǎn)生漏液、發(fā)臭等環(huán)保問(wèn)題。

(2)淤泥也可通過(guò)晾曬或者簡(jiǎn)易固化后采用渣土車(chē)運(yùn)輸。但鏟灣渠沿線地下水位較高，將現(xiàn)狀渠里的水完全抽干晾曬淤泥的可行性較低，只能摻少量固化劑簡(jiǎn)易固化后方可外棄。

(3)淤泥填埋會(huì)占用大量土地資源。

綜上，建議優(yōu)先考慮其他淤泥處治措施。

3.3 淤泥原位固化處治

傳統(tǒng)的淤泥處理方式局限性較多，且大部分沒(méi)有從根本上解決淤泥利用的問(wèn)題。基于傳統(tǒng)淤泥處理的局限問(wèn)題，科研機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)了一種可就地處治淤泥并利用的技術(shù)——“淤泥原位固化處治技術(shù)”。淤泥原位固化處治技術(shù)，主要的原理是在現(xiàn)狀淤泥中摻入適當(dāng)比例的固化劑，通過(guò)固化劑與水產(chǎn)生作用，減少淤泥中的自由水含量，降低淤泥顆粒間的空隙率和含水率。固化后的淤泥透水系數(shù)很小，通過(guò)調(diào)整固化劑的比例，一般承載力可超過(guò)80kPa。

淤泥原位固化處治技術(shù)，利用淤泥固化施工機(jī)械，將固結(jié)材料直接在原位上與淤泥質(zhì)軟基攪拌均勻，經(jīng)物理-化學(xué)反應(yīng)后，改善淤泥各項(xiàng)土工性質(zhì)，使其具有較強(qiáng)承載力。

淤泥原位固化處治技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)如圖5所示：

(1)全過(guò)程實(shí)現(xiàn)就地固化施工，不需要倒運(yùn)場(chǎng)地。

(2)可根據(jù)施工場(chǎng)地選擇不同類(lèi)型的施工機(jī)械，一般的河道均具備施工條件。

(3)工藝成熟，施工流程簡(jiǎn)單，施工速度快。國(guó)內(nèi)有多家廠家擁有施工能力以及獨(dú)立開(kāi)發(fā)的施工設(shè)備；一般由廠家?guī)гO(shè)備施工，并負(fù)責(zé)固化劑的調(diào)試。

(4)可以通過(guò)調(diào)整固化劑的比例，實(shí)現(xiàn)不同的地基要求，質(zhì)量容易控制。

(5)固化劑以礦渣、石灰、水泥等常規(guī)建材為主，建設(shè)過(guò)程污染少。

(6)固化后的淤泥形成的復(fù)合地基效果好、抗水平力大、抗側(cè)滑移效果好、工后沉降小、可直接作為地基的下臥層，實(shí)現(xiàn)廢物利用。

(7)綜合成本較低，不占用土地，社會(huì)效益好。

圖5 淤泥就地固化處置優(yōu)點(diǎn)

3.4 方案比選

(1)方案一：挖淤泥，外棄

方案說(shuō)明：晾曬后外棄；添加低劑量固化劑簡(jiǎn)易固化后外棄。

方案適應(yīng)性分析：受環(huán)保要求限制，晾曬場(chǎng)地難以落實(shí)；淤泥需要簡(jiǎn)易固化后外棄填埋，海運(yùn)費(fèi)用較高。

優(yōu)點(diǎn)：挖淤泥后采用好土回填，處理后地基質(zhì)量容易控制，施工工藝簡(jiǎn)單。外棄淤泥可以增加消納財(cái)政性投資項(xiàng)目棄土。

缺點(diǎn)：淤泥運(yùn)輸及外棄均會(huì)污染環(huán)境，且需要增加相應(yīng)方量的借土。

綜合單價(jià)：315元/m3，2047萬(wàn)元。(不包括增加的借土)

綜合評(píng)價(jià)：技術(shù)上可行，棄置費(fèi)用較高。建議作為比選方案。

(2)方案二：傳統(tǒng)處理方式

方案說(shuō)明：晾曬后回填；建材化。

方案適應(yīng)性分析：現(xiàn)場(chǎng)地下水位較高，不具備晾曬后回填的條件；淤泥性質(zhì)符合建材化處理的條件。淤泥總量不大，單獨(dú)建立淤泥處治場(chǎng)所極不經(jīng)濟(jì)。

優(yōu)點(diǎn)：減少環(huán)境污染，廢物利用。

缺點(diǎn)：淤泥總量不大的情況下，建材化處理的成本較高；建材廠的選址也難以落實(shí)。

綜合單價(jià)：廢物利用，有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

綜合評(píng)價(jià)：可實(shí)施性較差。

(3)方案三：就地固化處治

方案說(shuō)明：通過(guò)添加固化劑固化處治后就地回填利用。

方案適應(yīng)性分析：淤泥污染物含量低，具備直接固化后填埋的條件。

優(yōu)點(diǎn)：廢物利用，對(duì)環(huán)境影響??；場(chǎng)地要求低；工藝簡(jiǎn)單、施工速度快；質(zhì)量可控；社會(huì)效益好。

缺點(diǎn)：需要專(zhuān)門(mén)的設(shè)備進(jìn)行施工，施工需要避開(kāi)雨季，造價(jià)相對(duì)較高。

綜合單價(jià)：224元/m3，1456萬(wàn)元。(廠家施工全包價(jià))

綜合評(píng)價(jià)：技術(shù)可行，社會(huì)效益好。推薦采用。

綜上，方案二不適用于本項(xiàng)目。方案一和方案三兩種處治措施單價(jià)差別不大，但淤泥固化技術(shù)產(chǎn)生的綜合社會(huì)效益較好。推薦采用淤泥就地固化處治的方案，并建議開(kāi)展試驗(yàn)段，明確固化劑摻量及復(fù)合土承載力。

4 應(yīng)用情況

在現(xiàn)狀鏟灣渠回填項(xiàng)目中，采用了淤泥原位固化處治技術(shù)，局部河段目前已完工。淤泥原位固化處治技術(shù)一般帶水0.5m左右進(jìn)行施工。需要先排出河道表面清水，可以保留近淤泥層的泥水。

廠家?guī)гO(shè)備和固化劑進(jìn)場(chǎng)作業(yè)，綜合單價(jià)約180元/m3。一套機(jī)械單日處理量可達(dá)600～800m3，可根據(jù)建設(shè)時(shí)間及工作面采取多套機(jī)械同時(shí)作業(yè)。

國(guó)內(nèi)多個(gè)廠家有相關(guān)機(jī)械和施工技術(shù)，如圖6—8所示可以實(shí)現(xiàn)淤泥就地固化處理。

圖6 淤泥就地固化流程圖

圖7 淤泥就地固化施工示意圖

圖8 淤泥就地固化前(左圖)后對(duì)比

5 結(jié)論

本文根據(jù)前?，F(xiàn)狀鏟灣渠回填工程的特點(diǎn)，從復(fù)雜的填海區(qū)地質(zhì)情況、緊張局促的用地、較高的地下水位、緊迫的工期等方面進(jìn)行考慮，從方案適應(yīng)性分析、優(yōu)缺點(diǎn)、綜合造價(jià)角度進(jìn)行比選，最終采用了淤泥原位固化處治技術(shù)。

該技術(shù)具有固化速度快、施工質(zhì)量易保證、穩(wěn)定性好、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，更為重要的是代替了石料填筑，實(shí)現(xiàn)了資源再生利用，在實(shí)現(xiàn)資源可持續(xù)發(fā)展的同時(shí)，能創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。

本工程的順利實(shí)施，也將為國(guó)內(nèi)情況相似的地區(qū)，類(lèi)似的工程提供良好的參照。同時(shí)也存在一些不足，如本文基于填海區(qū)特定的條件，未從更細(xì)的角度分析該技術(shù)在不同地質(zhì)和施工條件的區(qū)域的適用性，需在將來(lái)進(jìn)一步研究。