中小河涌淤泥工程回填利用技術(shù)研究

楊健，洪欽敏，岳宇，潘池海，董永剛，陳帥，林健漢

（廣東省水電二局股份有限公司，廣州 510000）

河湖淤泥來源復(fù)雜，特別是河涌淤泥，裹挾了大量生活垃圾和建筑垃圾，有機物成分復(fù)雜且含量比例高，嚴(yán)重影響了淤泥中水的存在形態(tài)，從而使得淤泥泥漿不易脫水。未經(jīng)處理的淤泥的特點是含水量高、孔隙比大、滲透性差、強度低、變形大、固結(jié)時間長、壓縮性高，并有觸變性、流變性和很強的不均勻性。在實際施工過程中，對于河道清出的淤泥往往采用丟棄或衛(wèi)生填埋的方式進(jìn)行處理處置。淤泥雖無法直接進(jìn)行工程應(yīng)用，但經(jīng)過處理后可以滿足工程當(dāng)中一般回填用土的需要，從而實現(xiàn)淤泥的綜合利用。因此，開展淤泥穩(wěn)定化處理及處置研究，探索其資源化利用的可行性是十分必要的。

淤泥固化的基本原理是在淤泥中添加固化劑材料，進(jìn)行攪拌混合，制成淤泥固化土[1]。穩(wěn)定化處理后的淤泥與原淤泥性能相比有較大的變化：（1）淤泥固化土的抗壓強度比原淤泥有較大的提升。（2）淤泥固化土中的重金屬因被固化或被鈍化，從而在毒性浸出液中的濃度降低。（3）淤泥固化土中含有的有機質(zhì)成分比例下降等。這些對于淤泥固化土作為回填土來說是非常重要的。

淤泥固化的主要關(guān)鍵技術(shù)在于固化劑的選用。國內(nèi)外已有很多關(guān)于固化劑組成的研究，如采用水泥、粉煤灰、石膏作為固化劑[2]，或者采用化學(xué)合成固化劑等[3]，并在固化劑研究之上深入進(jìn)行了關(guān)于固化土用于填筑材料的工程應(yīng)用研究[4]。但目前過高的固化劑添加比例間接導(dǎo)致了工程實施費用的增加[5]，這是阻礙淤泥固化土資源化利用的一個重要因素。

1 淤泥穩(wěn)定化試驗研究

1.1 試驗材料

1.1.1 河湖淤泥脫水調(diào)理劑

河湖淤泥脫水調(diào)理劑由微生物絮凝劑和化學(xué)絮凝劑組成。該調(diào)理劑的作用在于對淤泥泥漿的結(jié)構(gòu)性能、水理特性、物理力學(xué)性能進(jìn)行內(nèi)在調(diào)理，營造了有助于淤泥泥漿脫水的內(nèi)生性環(huán)境條件，可實現(xiàn)在使用機械設(shè)備的條件下讓淤泥泥漿快速脫水。

1.1.2 河湖淤泥固化調(diào)質(zhì)劑

河湖淤泥固化調(diào)質(zhì)劑是由微生物、無機化合物及高分子有機化合物組成的試劑。該試劑主要在淤泥固化前進(jìn)行調(diào)質(zhì)，營造了有助于淤泥固化的內(nèi)生性結(jié)構(gòu)及其顆粒形體環(huán)境條件，利于快速固結(jié)并提高力學(xué)性能。

1.1.3 試驗用淤泥

試驗用淤泥為廣州市增城區(qū)石灘鎮(zhèn)大利洲涌的疏浚淤泥。

1.1.4 試驗設(shè)備

淤泥壓濾機選用隔膜板框壓濾機。

1.2 試驗方法

（1）將疏浚淤泥剔除樹枝、石塊、生活垃圾后制作成泥漿。（2）使用河湖淤泥脫水調(diào)理劑對淤泥泥漿進(jìn)行調(diào)理處理。（3）使用河湖淤泥固化調(diào)質(zhì)劑對調(diào)理后的淤泥泥漿進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。（4）在淤泥壓濾機上對調(diào)理、調(diào)質(zhì)后的淤泥進(jìn)行脫水與固化，得到穩(wěn)定化處理后的淤泥固化土。

2 淤泥固化土的回填試驗及物理力學(xué)特性測試

2.1 試驗方案

在廣州市增城區(qū)石灘鎮(zhèn)大利洲固化場內(nèi)建設(shè)了100m×100m 的試驗場地，利用試驗過程中產(chǎn)出的淤泥固化土進(jìn)行回填，并對回填土進(jìn)行碾壓后取樣測試其理化性能。淤泥固化土回填、攤鋪與碾壓見下圖。

2.2 物理力學(xué)特性測試

試驗研究從淤泥固化土的加州承載比（CBR）、輕擊實、液塑限、重金屬穩(wěn)定性和有機質(zhì)含量等參數(shù)來綜合考量穩(wěn)定化淤泥土的物理力學(xué)特性。

2.2.1 輕擊實試驗

輕擊實試驗方法參照《公路土工試驗規(guī)程》（JT GE40—2007），步驟如下：

（1）用四分法選取具有代表性的土樣15kg，并測定其風(fēng)干含水量。

（2）準(zhǔn)備5 個土樣，將土樣平鋪于不吸水的平板上，分別加入不等量的水分（按間隔2%—3%的含水率逐漸遞增），充分?jǐn)嚢韬蠓謩e裝入塑料袋中靜置24h 備用。

（3）按下式計算加水量：

式中，mω為土樣所需加水量，g；m為土樣質(zhì)量，g；ωh為土樣風(fēng)干含水量，%；ω為土樣所要求的含水量，%。

（4）將擊實筒放在堅實的地面上，裝好護(hù)筒，并在擊實筒內(nèi)壁涂一薄層潤滑油；將攪拌好的土樣分3 層裝入擊實筒內(nèi)，每層56 擊，擊實時擊錘自由垂直落下，錘跡均勻分布于土樣表面，一層擊好，在加入下一層土樣時將接觸面“拉毛”。

（5）取下導(dǎo)筒，用刀修平超出擊實筒頂部和底部的土樣，擦凈擊實筒外壁，稱量擊實筒與土樣的總質(zhì)量，精確至1g。

（6）用頂土器將土樣從擊實筒中推出，從土樣中心處取樣測定土的含水量。

2.2.2 液塑限試驗

（1）制備好3 份試樣。

（2）將制備好的第一份試樣調(diào)拌均勻，填入試樣杯中，填滿后用刮土刀刮平表面，然后將試樣杯放在聯(lián)合測定儀的升降座上。在圓錐儀錐尖上涂抹一薄層凡士林，接通電源，使電磁鐵吸住圓錐。

（3）調(diào)整升降座，使錐尖剛好與試樣面接觸，切斷電源使電磁鐵失磁，圓錐儀在自重下沉入試樣，5s后測讀圓錐下沉深度。

（4）取出試樣杯，測定試樣的含水率。

重復(fù)以上步驟，測定另兩份試樣的圓錐下沉深度和含水率。

2.2.3 CBR 試驗

以CBR 值作為本次研究中的控制指標(biāo)——土基承載力的參數(shù)指標(biāo)。試驗方法參照《公路土工試驗規(guī)程》（JT GE40—2007）承載比試驗方法，在最佳含水量條件下以96%的壓實度擊實成型，將試件浸水4個晝夜后測得其CBR2.5值及膨脹量。

淤泥固化土回填、攤鋪與碾壓現(xiàn)場圖

2.2.4 重金屬穩(wěn)定效果試驗（以銅為例）

重金屬穩(wěn)定效果試驗（以銅為例）外委具有中國計量認(rèn)證（CMA）資質(zhì)的檢測公司，按《水質(zhì) 銅、鋅、鉛、鎘的測定 原子吸收分光光度法》（GB 7475—87）進(jìn)行檢測。

2.2.5 有機質(zhì)含量變化測試

有機質(zhì)測試試驗方法參照《土壤有機質(zhì)測定法》（GB 9834—88）進(jìn)行。

3 試驗結(jié)果

表1 為疏浚淤泥樣品通過篩分、稱重、顆粒級配測試后進(jìn)行輕擊實試驗的結(jié)果。

表1 淤泥固化土輕擊實試驗結(jié)果

從試驗結(jié)果可知，淤泥固化土最佳含水率為7.8%—11.8%，最大干密度變化很小，在1.685g/cm3左右。基本滿足作為回填土土體的最優(yōu)含水率范圍。從表1 中數(shù)據(jù)可以看出，固化劑添加量的變化對于淤泥固化土的最佳含水率，尤其是最大干密度的影響不大。

表2 為對疏浚淤泥樣品進(jìn)行試驗得到的塑性指數(shù)。

表2 淤泥固化土的塑性指數(shù)

從表2 可以看出，隨著固化劑添加比例的增大，淤泥固化土的液限、塑限值也隨之增大，說明固化劑的添加量可有效改變淤泥固化土的工程性質(zhì)，從而可以通過調(diào)節(jié)固化劑的添加量使淤泥固化土在液限、塑限值方面滿足工程回填土關(guān)于液限＜44.0%、塑性指數(shù)＜22.0%的指標(biāo)要求。

表3 為疏浚淤泥樣品的CBR 試驗結(jié)果。

表3 淤泥固化土的CBR 試驗結(jié)果

從表3 可以看出，使用固化劑對淤泥進(jìn)行固化能顯著提高淤泥固化土的承載力，同時減小其膨脹量且增加其壓實度。隨著固化劑添加比例的增大，其承載力也隨之增大，十分有利于工程回填。淤泥固化土的膨脹量并不明顯，滿足回填土的使用規(guī)范要求。

表4 為疏浚淤泥樣品固化處理后對重金屬銅的穩(wěn)定效果。

表4 淤泥固化處理后對重金屬銅的穩(wěn)定效果（與原淤泥對比）

從重金屬銅的穩(wěn)定效果可以看出，固化劑的添加使淤泥中的重金屬浸出濃度大幅降低，即固化劑和重金屬的穩(wěn)定化反應(yīng)進(jìn)行得比較徹底。

表5 為疏浚淤泥樣品經(jīng)脫水固化處理后的含水率及有機質(zhì)試驗結(jié)果。

表5 固化土經(jīng)脫水固化處理后的含水率及有機質(zhì)試驗結(jié)果

有機質(zhì)含量是淤泥土工程應(yīng)用過程中的一個重要參數(shù)。為深入研究有機質(zhì)含量對固化劑添加量的敏感性，本次試驗擬定的固化劑添加量為2%、4%、6%、8%、10%、12%，以便研究有機質(zhì)含量隨著固化劑添加量的小幅增加而減小的程度。有機質(zhì)測試試驗方法參照《土壤有機質(zhì)測定法》（GB 9834—88）進(jìn)行。結(jié)果表明，固化劑的添加能使淤泥中的有機質(zhì)大幅減少，而且隨著固化劑添加量的增加，有機質(zhì)含量降幅也同步加大。

4 結(jié)語

（1）河湖淤泥穩(wěn)定化處理是淤泥資源土用于回填工程建設(shè)的先決性條件，對具有不同組成和力學(xué)特性的淤泥，針對不同工程建設(shè)要求，應(yīng)通過試驗研究確定其應(yīng)用指標(biāo)。

（2）河湖淤泥經(jīng)使用固化劑穩(wěn)定化處理后成為淤泥固化土，淤泥固化土的物理力學(xué)性能如CBR、液塑限、輕擊實、壓實度等都有不同程度的提高，并且隨著固化劑添加的增加，這些物理力學(xué)性能也都得到了進(jìn)一步提升。

（3）河湖淤泥經(jīng)使用固化劑穩(wěn)定化處理后，其內(nèi)部重金屬得到有效穩(wěn)定，同時有機質(zhì)含量大幅降低。然而，不同性能的固化劑對淤泥固化土的穩(wěn)定性及其有機質(zhì)含量的影響存在較大差別。

（4）河湖淤泥經(jīng)固化劑穩(wěn)定化處理后成為淤泥固化土，淤泥固化土的性能指標(biāo)已基本接近或高于其他工程回填土的性能指標(biāo)，滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)程的指標(biāo)要求，因此可以將淤泥固化土用于各種工程中的回填土。