中小河涌淤泥工程回填利用技術研究

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，有機物成分復雜且含量比例高，嚴重影響了淤泥中水的存在形態，從而使得淤泥泥漿不易脫水。未經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生填埋的方式進行處理處置。淤泥雖無法直接進行工程應用，但經過處理后可以滿足工程當中一般回填用土的需要，從而實現淤泥的綜合利用。因此，開展淤泥穩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，進行攪拌混合，制成淤泥固化土[1]。穩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。

淤泥固化的主要關鍵技術在于固化劑的選用。國內外已有很多關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]，或者采用化學合成固化劑等[3]，并在固化劑研究之上深入進行了關于固化土用于填筑材料的工程應用研究[4]。但目前過高的固化劑添加比例間接導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 淤泥穩定化試驗研究

1.1 試驗材料

1.1.1 河湖淤泥脫水調理劑

河湖淤泥脫水調理劑由微生物絮凝劑和化學絮凝劑組成。該調理劑的作用在于對淤泥泥漿的結構性能、水理特性、物理力學性能進行內在調理，營造了有助于淤泥泥漿脫水的內生性環境條件，可實現在使用機械設備的條件下讓淤泥泥漿快速脫水。

1.1.2 河湖淤泥固化調質劑

河湖淤泥固化調質劑是由微生物、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行調質，營造了有助于淤泥固化的內生性結構及其顆粒形體環境條件，利于快速固結并提高力學性能。

1.1.3 試驗用淤泥

試驗用淤泥為廣州市增城區石灘鎮大利洲涌的疏浚淤泥。

1.1.4 試驗設備

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理劑對淤泥泥漿進行調理處理。（3）使用河湖淤泥固化調質劑對調理后的淤泥泥漿進行調質處理。（4）在淤泥壓濾機上對調理、調質后的淤泥進行脫水與固化，得到穩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特性測試

2.1 試驗方案

在廣州市增城區石灘鎮大利洲固化場內建設了100m×100m 的試驗場地，利用試驗過程中產出的淤泥固化土進行回填，并對回填土進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、重金屬穩定性和有機質含量等參數來綜合考量穩定化淤泥土的物理力學特性。

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，并測定其風干含水量。

（2）準備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），充分攪拌后分別裝入塑料袋中靜置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為土樣質量，g；ωh為土樣風干含水量，%；ω為土樣所要求的含水量，%。

（4）將擊實筒放在堅實的地面上，裝好護筒，并在擊實筒內壁涂一薄層潤滑油；將攪拌好的土樣分3 層裝入擊實筒內，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——土基承載力的參數指標。試驗方法參照《公路土工試驗規程》（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、攤鋪與碾壓現場圖

2.2.4 重金屬穩定效果試驗（以銅為例）

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

2.2.5 有機質含量變化測試

有機質測試試驗方法參照《土壤有機質測定法》（GB 9834—88）進行。

3 試驗結果

表1 為疏浚淤泥樣品通過篩分、稱重、顆粒級配測試后進行輕擊實試驗的結果。

表1 淤泥固化土輕擊實試驗結果

從試驗結果可知，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含水率范圍。從表1 中數據可以看出，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行試驗得到的塑性指數。

表2 淤泥固化土的塑性指數

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，從而可以通過調節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于液限＜44.0%、塑性指數＜22.0%的指標要求。

表3 為疏浚淤泥樣品的CBR 試驗結果。

表3 淤泥固化土的CBR 試驗結果

從表3 可以看出，使用固化劑對淤泥進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范要求。

表4 為疏浚淤泥樣品固化處理后對重金屬銅的穩定效果。

表4 淤泥固化處理后對重金屬銅的穩定效果（與原淤泥對比）

從重金屬銅的穩定效果可以看出，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定化反應進行得比較徹底。

表5 為疏浚淤泥樣品經脫水固化處理后的含水率及有機質試驗結果。

表5 固化土經脫水固化處理后的含水率及有機質試驗結果

有機質含量是淤泥土工程應用過程中的一個重要參數。為深入研究有機質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%，以便研究有機質含量隨著固化劑添加量的小幅增加而減小的程度。有機質測試試驗方法參照《土壤有機質測定法》（GB 9834—88）進行。結果表明，固化劑的添加能使淤泥中的有機質大幅減少，而且隨著固化劑添加量的增加，有機質含量降幅也同步加大。

4 結語

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

（2）河湖淤泥經使用固化劑穩定化處理后成為淤泥固化土，淤泥固化土的物理力學性能如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，這些物理力學性能也都得到了進一步提升。

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

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