廠拌淤泥固化土的研究及工程應用

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.連云港金海岸開發建設有限公司，江蘇 連云港 222046；3.連云港長興建設工程有限公司，江蘇 連云港 222046；4.連云港港口工程設計研究院有限公司，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；工業固體廢物是指在工業活動中排入環境的各種廢渣、粉塵及其他廢物。數量龐大，種類繁多，除有限的幾種工業廢物得到利用，大部分工業廢物仍以消極堆存為主，不僅占用大量土地，而且污染環境。從19世紀70年代開始，國內開展了淤泥固化土的物理特性、力學特性、固化機理、固化材料研究，并逐步應用到堤防、道路、填方等工程中，為疏浚淤泥、工業固體廢物的資源化利用開辟了新的途徑[1]。

1 國內淤泥固化土生產工藝現狀

拌和是淤泥固化土生產的關鍵工序，拌和工藝分兩大類：原位拌和、異位拌和。原位拌和可細分為表層原位拌和、深層原位拌和。異位拌和可細分為場地拌和、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，可適當調整[2]；

工業廢渣摻量：10耀15 kg[3]；

激發劑摻量：0.3耀0.4 kg。

經過多次試驗，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試驗結果見表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 土體物理力學指標試驗

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對比表Table 4 Comparison of physical parameters of silt before and after solidification

2）密度試驗：室內采用環刀法，密度為1.60耀1.68 g/cm3。

3）體積收縮觀察：7 d養護過程中未發現體積收縮。

4）固化試驗：采用全自動氣壓固結儀，24 h壓縮系數為0.16耀0.28 MPa-1；24 h壓縮模量為6.96耀11.41 MPa，與無側限抗壓強度試驗結果呈正相關，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，隨著水化反應的進行，土體塑性逐漸消失，最終固化為固態，采用水泥凝結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）。凝結測定結果見表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）干濕循環試驗。室內試驗以24 h作為循環周期，進行14次循環；現場暴露試驗地點在海邊潮間帶，試驗時間57 d，經受每天兩潮的干濕循環。無側限強度對比見表6。

表6 固化土暴露試驗與同期室內試驗無側限抗壓強度對比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；固化土現場暴露強度與室內同期強度基本同步。現場觀察也顯示固化土表面保持完整，無潰化、開裂現象，表明固化土具有較強的抗干濕循環耐久性。

2.3 工藝設備研究

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

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

2）攪拌機

主要設備JS9000攪拌機是目前國內最大攪拌機[6]，雙軸雙端驅動，骨料最大允許粒徑達180 mm，允許淤泥含水量50%耀110%，重量27 t，生產能力180 m3/h。技術參數見表7。

表7 JS9000攪拌機技術參數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刮泥環，防止淤泥抱軸；倉內壁設高鉻耐磨鑄鐵襯板，防止倉體磨損；攪拌軸為永久壽命設計，軸端漏漿智能報警；罐底卸料口寬度達460 mm，滿足大骨料卸料要求，卸料迅速無殘留；且采用雙卸料門結構，兩卸料門單獨驅動，可同時開關，亦可單獨開關，滿足不同卸料場合的卸料需求。

3 工程應用實例

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

3.1 主要施工技術

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，倉內攪拌時間60 s，可視物料情況現場調整，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：6耀8遍；

9）養護

養護期間要控制交通，禁止無關車輛通行；養護施工車輛（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，防止水分蒸發而開裂；連續養護一般不少于7 d。

3.2 質量檢測

1）路基彎沉值

設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小于239（0.01 mm）。實測平均彎沉值147（0.01 mm），滿足設計要求。

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全部轉化為可溶的HCl氣體，其化學反應式為：

2）土體密實度

實測平均密度1.71 g/cm3，密實度0.967。

3.3 環境保護措施

1）路面拋灑

產生于淤泥、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 結語

1）廠拌淤泥固化土是資源化利用疏浚淤泥和工業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、質量穩定、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、標準化生產的空白。

4

）廠拌淤泥固化土工藝具有良好的環境友好性。