廠拌淤泥固化土的研究及工程應(yīng)用

周瑞榮，劉磊，劉輝，寇佳，武可貴

（1.連云港市城建控股集團有限公司，江蘇 連云港 222046；2.連云港金海岸開發(fā)建設(shè)有限公司，江蘇 連云港 222046；3.連云港長興建設(shè)工程有限公司，江蘇 連云港 222046；4.連云港港口工程設(shè)計研究院有限公司，江蘇 連云港 222046）

疏浚淤泥是港口、航道、河道、湖泊疏浚產(chǎn)生的，特征是高含水、高孔隙比、高黏粒含量，是一種面廣量大的廢棄物；工業(yè)固體廢物是指在工業(yè)活動中排入環(huán)境的各種廢渣、粉塵及其他廢物。數(shù)量龐大，種類繁多，除有限的幾種工業(yè)廢物得到利用，大部分工業(yè)廢物仍以消極堆存為主，不僅占用大量土地，而且污染環(huán)境。從19世紀(jì)70年代開始，國內(nèi)開展了淤泥固化土的物理特性、力學(xué)特性、固化機理、固化材料研究，并逐步應(yīng)用到堤防、道路、填方等工程中，為疏浚淤泥、工業(yè)固體廢物的資源化利用開辟了新的途徑[1]。

1 國內(nèi)淤泥固化土生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀

拌和是淤泥固化土生產(chǎn)的關(guān)鍵工序，拌和工藝分兩大類：原位拌和、異位拌和。原位拌和可細(xì)分為表層原位拌和、深層原位拌和。異位拌和可細(xì)分為場地拌和、工廠拌和（簡稱“廠拌”）。

以下就異位拌和的場地拌和與廠拌兩種工藝進行比較，見表1。

表1 場地拌和與廠拌工藝比較表Table 1 Site mixing and plant mixing process comparison table

2 淤泥固化土

2.1 配合比試驗

配合比均以各外摻材料重量（kg）與含水量80%的淤泥（100 kg）重量比表示。

水泥摻量：425號水泥摻量在3耀5 kg取值，對含水量大于或小于80%的淤泥，可適當(dāng)調(diào)整[2]；

工業(yè)廢渣摻量：10耀15 kg[3]；

激發(fā)劑摻量：0.3耀0.4 kg。

經(jīng)過多次試驗，初步選定3組配比，見表2。3組配比固化土齡期與強度室內(nèi)試驗結(jié)果見表3。

表2 淤泥固化土配合比Table 2 Proportion of silt solidified soil

表3 固化土齡期與強度關(guān)系Table 3 Relationship between age and strength of solidified soil

由表3可知：固化土強度隨時間增長；水泥摻量越高，固化土強度越高。

2.2 土體物理力學(xué)指標(biāo)試驗

除特殊說明外，以下試驗的固化土配比均為組別芋[4]。

1）淤泥固化前后物理指標(biāo)變化見表4。固化土的含水量明顯降低，液限、塑限明顯提高；顆粒組成中黏粒和膠粒含量明顯降低。

表4 淤泥固化前后物理指標(biāo)對比表Table 4 Comparison of physical parameters of silt before and after solidification

2）密度試驗：室內(nèi)采用環(huán)刀法，密度為1.60耀1.68 g/cm3。

3）體積收縮觀察：7 d養(yǎng)護過程中未發(fā)現(xiàn)體積收縮。

4）固化試驗：采用全自動氣壓固結(jié)儀，24 h壓縮系數(shù)為0.16耀0.28 MPa-1；24 h壓縮模量為6.96耀11.41 MPa，與無側(cè)限抗壓強度試驗結(jié)果呈正相關(guān)，故固化土屬中壓縮性土[5]。

5）固化時間試驗。淤泥與固化劑拌和均勻后，隨著水化反應(yīng)的進行，土體塑性逐漸消失，最終固化為固態(tài)，采用水泥凝結(jié)測定儀進行固化過程測試，初期試針完全穿透試樣（試針離試樣底部距離為0），隨著試樣強度增長，試針最終停留在試樣表面（試針離試樣底部距離為40 mm）。凝結(jié)測定結(jié)果見表5。

表5 試針離試樣底部的距離Table 5 Distance between the test needle and the bottom of the sample

表中1號、3號試樣淤泥原含水量為73.3%，2號、4號、5號為103.1%；固化劑摻量相同。

由表5可見：淤泥含水量越高，固化越慢；1耀2 d后，試針基本觸底，故可選擇固化土首次碾壓時間為1耀2 d。

6）直剪試驗。24 h土體凝聚力c為30 kPa左右；摩擦角漬為20毅左右，典型曲線見圖1。

圖1 典型剪切試驗曲線Fig.1 Typical shear test curve

7）干濕循環(huán)試驗。室內(nèi)試驗以24 h作為循環(huán)周期，進行14次循環(huán)；現(xiàn)場暴露試驗地點在海邊潮間帶，試驗時間57 d，經(jīng)受每天兩潮的干濕循環(huán)。無側(cè)限強度對比見表6。

表6 固化土暴露試驗與同期室內(nèi)試驗無側(cè)限抗壓強度對比Table 6 Comparison of unconfined compression strength between the exposure test and the laboratory test of solidified soil in the same period

由表6可知，固化土強度隨時間增長；固化土現(xiàn)場暴露強度與室內(nèi)同期強度基本同步?，F(xiàn)場觀察也顯示固化土表面保持完整，無潰化、開裂現(xiàn)象，表明固化土具有較強的抗干濕循環(huán)耐久性。

2.3 工藝設(shè)備研究

1）拌和站

拌和站包括：上料平臺、攪拌機、卸料出運通道、操作室、固化劑儲罐及材料計量裝置等，實景見圖2。

圖2 固化土拌和站實景圖Fig.2 Real picture of solidified soil mixing station

拌和系統(tǒng)主尺度：地面標(biāo)高依0.00 m。上料平臺標(biāo)高3.00 m，平面20 m伊20 m，設(shè)上下車輛坡道；下沉式卸料出運通道，通道頂標(biāo)高-2.00 m，凈寬3.6 m，凈空3.5 m，縱坡10%；操作室平臺標(biāo)高2.00 m，操作人員視線標(biāo)高3.50 m；設(shè)上料、卸料監(jiān)控攝像，鈴聲指揮系統(tǒng)。

2）攪拌機

主要設(shè)備JS9000攪拌機是目前國內(nèi)最大攪拌機[6]，雙軸雙端驅(qū)動，骨料最大允許粒徑達(dá)180 mm，允許淤泥含水量50%耀110%，重量27 t，生產(chǎn)能力180 m3/h。技術(shù)參數(shù)見表7。

表7 JS9000攪拌機技術(shù)參數(shù)Table 7 Technology parameters of JS9000 mixer

JS9000攪拌機主要特點：在攪拌軸和攪拌臂上設(shè)刮泥環(huán)，防止淤泥抱軸；倉內(nèi)壁設(shè)高鉻耐磨鑄鐵襯板，防止倉體磨損；攪拌軸為永久壽命設(shè)計，軸端漏漿智能報警；罐底卸料口寬度達(dá)460 mm，滿足大骨料卸料要求，卸料迅速無殘留；且采用雙卸料門結(jié)構(gòu)，兩卸料門單獨驅(qū)動，可同時開關(guān)，亦可單獨開關(guān)，滿足不同卸料場合的卸料需求。

3 工程應(yīng)用實例

連云新城金海三期縱一路位于連云新城西區(qū)，南北向布置，長1 900 m，路幅寬50 m，為吹填淤泥經(jīng)真空預(yù)壓加固的地基，采用固化土道路基層，寬60 m，厚1 m。羅海濱等[7-8]曾做過類似工程應(yīng)用研究。

3.1 主要施工技術(shù)

1）淤泥進料

用自卸汽車在上料平臺上向攪拌機供淤泥。

2）固化劑進料

已配比好的固化劑裝入儲罐，通過計量裝置及螺旋輸送機傳送進攪拌機。

3）拌和

采用9 m3雙軸臥式淤泥固化土攪拌機，倉內(nèi)攪拌時間60 s，可視物料情況現(xiàn)場調(diào)整，但需保證固化土均勻。

4）出料

自卸汽車卸料口接運到用料現(xiàn)場。

5）計量

淤泥采用汽車地磅計量，固化劑采用攪拌機上計量斗計量。

6）控制

在操作室內(nèi)通過目視、視頻、鈴聲等信息人工按鍵控制啟動、停止、卸料口啟閉等攪拌機動作。

7）攤鋪

出運到現(xiàn)場后，由挖機攤鋪，人工輔助，攤鋪分層厚度30耀50 cm，要求厚度均勻。

8）碾壓碾壓設(shè)備：采用18耀21 t的平碾及振動壓路機。碾壓原則：碾壓施工遵循先輕后重、先慢后快、先靜后振的原則；

初始碾壓時間：攤鋪后2 d；

碾壓速度：前兩遍碾壓速度控制在1.5耀1.7 km/h，以后可采用2.0耀2.5 km/h；

搭接寬度：壓路機重疊搭接1/3后輪寬；

碾壓遍數(shù)：6耀8遍；

9）養(yǎng)護

養(yǎng)護期間要控制交通，禁止無關(guān)車輛通行；養(yǎng)護施工車輛（灑水車等）要慢行；采用土工布或塑料薄膜覆蓋，始終保證表面處于濕潤狀態(tài)，防止水分蒸發(fā)而開裂；連續(xù)養(yǎng)護一般不少于7 d。

3.2 質(zhì)量檢測

1）路基彎沉值

設(shè)計要求機動車道路基頂面彎沉值小于179.2（0.01 mm），非機動車道路基頂面彎沉值應(yīng)小于239（0.01 mm）。實測平均彎沉值147（0.01 mm），滿足設(shè)計要求。

采用氧彈燃燒法測定PVC中的Cl含量是通過將PVC在高溫、富氧的條件下燃燒，使PVC中的不溶性Cl全部轉(zhuǎn)化為可溶的HCl氣體，其化學(xué)反應(yīng)式為：

2）土體密實度

實測平均密度1.71 g/cm3，密實度0.967。

3.3 環(huán)境保護措施

1）路面拋灑

產(chǎn)生于淤泥、固化土運輸途中的泥土拋灑。治理措施為：運輸淤泥的自卸車采用坡形后廂板的整體車廂，防止后廂板密閉不嚴(yán)的漏泥，車廂泥面低于箱頂不小于10 cm，運輸固化土的自卸車采用苫蓋和不超高裝車措施，防止車輛顛簸的泥土拋灑。

固化土運輸車輛離廠前通過車輛清洗臺清洗。

2）粉塵

3）噪音

攪拌機選用含油滑動軸承，減小噪音。

4 結(jié)語

1）廠拌淤泥固化土是資源化利用疏浚淤泥和工業(yè)廢渣及解決砂石料短缺的有效途徑。

2）廠拌淤泥固化土以其可利用淤泥含水幅度大、土體強度高、離散性小、質(zhì)量穩(wěn)定、抗干濕交替性強、易于包裝等特點，可以滿足陸上道堆基層及水上工程等不同的工程要求。

3）廠拌淤泥固化土填補了淤泥固化土工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的空白。

4

）廠拌淤泥固化土工藝具有良好的環(huán)境友好性。