淤泥原位固化處置技術在前海鏟灣渠的應用

黃義娟

(深圳市前海開發投資控股有限公司，廣東 深圳 518000)

1 概述

前海合作區作為深圳市“改革開放再出發”的最大亮點，近年一直在進行基礎設施的建設。其中根據《前海合作區市政工程詳細規劃排水工程規劃修編》，將以前海合作區雙界河、桂廟渠、鏟灣渠為基礎，建設三條水廊道，將其打造成為一個以水為核心，能夠提供多種景觀和公共開放空間的濱水城市生活與生態走廊。如圖1所示。根據該規劃，在現狀鏟灣渠的南側新建鏟灣渠水廊道(又名前灣河，下文均按前灣河)，代替現狀鏟灣渠的排洪功能。本文的討論背景為前灣河夢海大道—入海口段已施工完成，具備通水條件之時。

圖1 鏟灣渠回填工程示意圖

根據《前海合作區八、十、十二開發單元》，現狀鏟灣渠規劃用地性質為建設用地，為實現城市開發建設功能，需對現狀鏟灣渠進行回填。由于周邊地塊開發的緊迫性，倒逼鏟灣渠回填項目盡快推進。但通過地質勘察，回填區域均存在大量的淺層淤泥，因此回填時必先對其進行處理，本文將就此展開研究。

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%。受上游南山水質凈化廠排泄及河道流水堆積形成，上部約1m呈浮泥狀態，欠固結，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；層底標高-2.20～-5.00m，平均底標高-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%；機質含量8.73%～9.89%，為無機質土。

在渠道底部取該層土進行污染物檢測，根據GB4184—2018《農用污泥污染物控制標準》相關規定，該層如果農用時，根據其污染物濃度將其分為A級污泥產物，可滿足污泥產物的理化限值指標，可用于耕地、園地、牧草地等。

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

圖2 淤泥樣本

圖3 淤泥污染物檢測結果

2.2 處置必要性分析

擬回填的鏟灣渠范圍內規劃用地主要有三類，大部分用地以開發建設用地為主，局部為市政道路用地，少部分為規劃綠地。

淤泥處治目的是使鏟灣渠范圍內場地與周邊場地達到統一的地基標準，減少地塊的不均勻沉降，便于土地出讓和建設。如圖4所示。

規劃綠化用地范圍不需要再進行二次處理。

固化后淤泥和作為市政道路的基底，道路建設時不需要對淤泥二次處理。

建設用地地下空間實施時一并開挖，按棄土進行處理，避免了二次淤泥棄置。

圖4 淤泥處置目標

3 淺層淤泥處置方案

3.1 傳統處理方式

(1)淤泥物理脫水

現狀鏟灣渠河底淤泥埋深約2.3m，從淤泥的巖土性質來看，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目回填的要求。

但根據前文分析，鏟灣渠沿線地下水位較高，完全抽干現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設置臨時淤泥晾曬場地，目前，鏟灣渠兩側基本上不具備設置臨時淤泥臨時晾曬場地的條件。同時，淤泥晾曬期間的產生的空氣、揚塵、污水等環境污染問題難以控制。

綜上，物理脫水方案從可操作性上來分析，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、淤泥的建材化技術、淤泥的燃料化技術、淤泥的厭氧消化(制沼氣)技術等。

根據鉆探揭露，現狀鏟灣渠渠底的淤泥有機物含量不高，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

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

根據調查，淤泥外棄點主要有兩處。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，運距約15km。但此需由建設單位進一步對接，明確是否接其他項目淤泥。同時，由于無協議，淤泥棄置費用不可控。二是通過海運外棄至東莞淤泥填埋場，運距約100km，此路徑淤泥棄置費較明確。

但淤泥外棄存在如下問題：

(1)現狀淤泥呈流塑狀態，含水量較大，如不進行處理直接外棄，按環保要求，需要采取罐車運輸。但是在淤泥外棄裝填和運輸過程中容易產生漏液、發臭等環保問題。

(2)淤泥也可通過晾曬或者簡易固化后采用渣土車運輸。但鏟灣渠沿線地下水位較高，將現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易固化后方可外棄。

(3)淤泥填埋會占用大量土地資源。

綜上，建議優先考慮其他淤泥處治措施。

3.3 淤泥原位固化處治

傳統的淤泥處理方式局限性較多，且大部分沒有從根本上解決淤泥利用的問題。基于傳統淤泥處理的局限問題，科研機構開發了一種可就地處治淤泥并利用的技術——“淤泥原位固化處治技術”。淤泥原位固化處治技術，主要的原理是在現狀淤泥中摻入適當比例的固化劑，通過固化劑與水產生作用，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很小，通過調整固化劑的比例，一般承載力可超過80kPa。

淤泥原位固化處治技術，利用淤泥固化施工機械，將固結材料直接在原位上與淤泥質軟基攪拌均勻，經物理-化學反應后，改善淤泥各項土工性質，使其具有較強承載力。

淤泥原位固化處治技術的主要優點如圖5所示：

(1)全過程實現就地固化施工，不需要倒運場地。

(2)可根據施工場地選擇不同類型的施工機械，一般的河道均具備施工條件。

(3)工藝成熟，施工流程簡單，施工速度快。國內有多家廠家擁有施工能力以及獨立開發的施工設備；一般由廠家帶設備施工，并負責固化劑的調試。

(4)可以通過調整固化劑的比例，實現不同的地基要求，質量容易控制。

(5)固化劑以礦渣、石灰、水泥等常規建材為主，建設過程污染少。

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

(7)綜合成本較低，不占用土地，社會效益好。

圖5 淤泥就地固化處置優點

3.4 方案比選

(1)方案一：挖淤泥，外棄

方案說明：晾曬后外棄；添加低劑量固化劑簡易固化后外棄。

方案適應性分析：受環保要求限制，晾曬場地難以落實；淤泥需要簡易固化后外棄填埋，海運費用較高。

優點：挖淤泥后采用好土回填，處理后地基質量容易控制，施工工藝簡單。外棄淤泥可以增加消納財政性投資項目棄土。

缺點：淤泥運輸及外棄均會污染環境，且需要增加相應方量的借土。

綜合單價：315元/m3，2047萬元。(不包括增加的借土)

綜合評價：技術上可行，棄置費用較高。建議作為比選方案。

(2)方案二：傳統處理方式

方案說明：晾曬后回填；建材化。

方案適應性分析：現場地下水位較高，不具備晾曬后回填的條件；淤泥性質符合建材化處理的條件。淤泥總量不大，單獨建立淤泥處治場所極不經濟。

優點：減少環境污染，廢物利用。

缺點：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。

綜合單價：廢物利用，有一定的經濟效益。

綜合評價：可實施性較差。

(3)方案三：就地固化處治

方案說明：通過添加固化劑固化處治后就地回填利用。

方案適應性分析：淤泥污染物含量低，具備直接固化后填埋的條件。

優點：廢物利用，對環境影響小；場地要求低；工藝簡單、施工速度快；質量可控；社會效益好。

缺點：需要專門的設備進行施工，施工需要避開雨季，造價相對較高。

綜合單價：224元/m3，1456萬元。(廠家施工全包價)

綜合評價：技術可行，社會效益好。推薦采用。

綜上，方案二不適用于本項目。方案一和方案三兩種處治措施單價差別不大，但淤泥固化技術產生的綜合社會效益較好。推薦采用淤泥就地固化處治的方案，并建議開展試驗段，明確固化劑摻量及復合土承載力。

4 應用情況

在現狀鏟灣渠回填項目中，采用了淤泥原位固化處治技術，局部河段目前已完工。淤泥原位固化處治技術一般帶水0.5m左右進行施工。需要先排出河道表面清水，可以保留近淤泥層的泥水。

廠家帶設備和固化劑進場作業，綜合單價約180元/m3。一套機械單日處理量可達600～800m3，可根據建設時間及工作面采取多套機械同時作業。

國內多個廠家有相關機械和施工技術，如圖6—8所示可以實現淤泥就地固化處理。

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)后對比

5 結論

本文根據前海現狀鏟灣渠回填工程的特點，從復雜的填海區地質情況、緊張局促的用地、較高的地下水位、緊迫的工期等方面進行考慮，從方案適應性分析、優缺點、綜合造價角度進行比選，最終采用了淤泥原位固化處治技術。

該技術具有固化速度快、施工質量易保證、穩定性好、無污染等優點，更為重要的是代替了石料填筑，實現了資源再生利用，在實現資源可持續發展的同時，能創造一定的經濟效益。

本工程的順利實施，也將為國內情況相似的地區，類似的工程提供良好的參照。同時也存在一些不足，如本文基于填海區特定的條件，未從更細的角度分析該技術在不同地質和施工條件的區域的適用性，需在將來進一步研究。