苍南县舟巴艚中心渔港疏浚泥沙落淤试验研究

卢成标,吴发德

(苍南县发展和改革局,浙江 苍南 325800)

1 问题的提出

港口、航道的建设和维护工程往往会产生大量的疏浚泥。通常,海洋中产生的疏浚泥主要是通过抛泥处理,即在特定的海域内设置倾倒区,将疏浚泥运输至此倾倒于海洋。然而,由于海洋倾倒区大部分设置在河口、近海海域,而这些海域又大多是海洋捕捞、水产养殖、幼鱼幼虾保护和各类经济活动活跃的重要区域,疏浚泥的倾倒会影响其他海洋资源的有效利用并可能对海洋环境造成危害。为了保护海洋环境和保证海洋经济的可持续发展,对疏浚泥进行综合利用已经成为一个重要的课题。疏浚淤泥的资源化利用技术就是把作为污染源的废弃疏浚淤泥,通过化学、物理的方法进行处理,使其变为可再生利用的土工填方材料、建筑材料,这样既解决沿海大量废弃疏浚淤泥的处理问题,又可避免疏浚淤泥对海洋和陆地环境的污染,同时,还可产生工程建设所急需的土工材料加以利用,产生综合性的技术经济效益。

吹填法是将挖出的泥土利用泥泵输送到填土地点,以使泥土综合利用。吹填法处理疏浚泥土,不仅能使泥土综合利用,为国民经济的多方面服务,而且避免了疏浚泥土回淤航道的可能性(特别是在某些河口地区),是目前处理疏浚泥沙的较好的方法[1-4]。

疏浚泥的物质组成,特别是其粒度组成及黏土矿物成分是影响吹填泥浆沉降、固结特性的重要因素,而疏浚泥吹填后的淤积状况对把握和预估回填和软基处理等问题具有重要指导作用。对此,以苍南县舟巴艚中心渔港建设为例,开展疏浚泥的落淤试验,对疏浚泥的吹填可行性进行研究[5]。

2 工程概况

由浙江省围海公司于2003年8月完成的舟巴艚渔港工程地质勘察报告可知,温州苍南 (舟巴艚)一级渔港防波堤堤线范围工程地质条件分布情况、岩土层的特征,土的物理力学性质等,大致可分为几个工程地质单元体(见表1),地层主要物理力学指标见表2。舟巴艚渔港工程布置示意图如图1所示。围涂区属于中亚热带海洋性季风气候区,全年光照充足,四季分明,雨水丰沛,温暖湿润。主要灾害性天气有台风、洪涝、干旱、大风、冰雹等。多年平均降雨量1535 mm,平均降雨日176 d,降水日主要集中在3—9月,约占全年的83%左右,年平均蒸发量894 mm。

表1 工程地质单元划分表

表2 地层主要物理力学性质指标及其承载力表

图1 工程布置示意图

3 实验分析

3.1 颗分实验分析

本次试验取样来自舟巴艚渔港东南端附近(见图1),对舟巴艚渔港的疏浚泥进行颗粒分析试验,结果发现其黏粒含量较高。由加分散剂和不加分散剂的对比试验可以看出:加入分散剂后,疏浚泥中各粒级的百分含量均有不同程度的改变,尤其明显的是加分散剂后出现了黏粒组,变化较为显著。分析表明,原土中含有一定量的由黏粒、粉粒结合形成的具有一定抗水性能的粉质轻黏土,团聚度为1.61(见表3)。

本工程中疏浚泥中不易凝聚沉降的黏粒和胶粒含量占土粒总重量的54.9%,比深圳稍大,比天津和连云港小(见表4)[4],对吹填泥浆的落淤有利。因此,从物质组成上看,本工程疏浚泥用于吹填造陆是可行的,其造陆效果与天津新港淤泥接近而优于连云港淤泥。

表3 吹填土的粒度表

表4 不同区域颗分组成表[4]%

3.2 沉降试验分析

为了分析疏浚泥吹填后的沉降时间,课题组分别在2008年5月于舟巴艚渔港和江南海涂围区(试验取样来自大北闸附近)及周边海区的沉积淤泥表层(0～20 cm)取样进行室内落淤研究,取样区地层主要物理力学性质指标及其承载力见表2。试验的目的是为了模拟现场吹填土在静水条件下的下沉情况,获得沉降量、沉降速率等一系列数据,同时制备出试验所需的土样,试验要点如下。

(1)试验采用1000 mL的量筒,底面积为32 cm2。

(2)将吹填土与海水按不同的比例分别在容器中混合,浸泡24 h并用玻璃棒充分搅拌,以模拟现场吹填土的结构遭到充分破坏的情况。随后,将已配置好的吹填泥浆注入到已经备好的量筒中。用搅拌器上下充分搅拌数次,且各试样搅拌相同的次数,使土水充分混合,没有沉淀。

(3)搅拌器从量筒中取出后马上开始计时,由于黏土颗粒的絮凝作用,泥水能很快分离,具有明显的分界面,按不同时间测记泥面下沉量。在试验进行50 d后,待量筒中的泥浆静水沉降稳定,将泥面上部的清液吸出,使表面得到蒸发,以加速沉降。通过测记的泥面下沉量,根据泥浆沉积后的体积变化,推算出沉积过程中泥浆的孔隙比,按饱和土计算出相应的容重和含水率。推算关系式如下:

式中:γ为泥浆容重,g/cm3;ω为含水率,%;e为孔隙比;Sr为饱和度,吹填泥浆取1;γw水容重,g/cm3;V为泥浆体积,cm3;γ s为土粒密度,g/cm3。

落淤试验如图2和3所示,图2为初始时刻的试验模型,图3为落淤50 d后的试验结果,观察发现:本试验在1 d后就完成了30%～40%,在1周后完成了80%,由于试筒周围不能排水,落淤在50 d后趋于稳定。土样在试验前含水率基本接近(见表5),体积相同,均为120 cm3,落淤后(除上层清水后的体积)的土样中含水率更高,主要表现在体积有了较大幅度的增加(见表6)。试验结果表明,在不同土水比条件下,沉降速率的变化大致分为2个阶段。第1阶段沉降速率变化较大,曲线 (淤积物沉积量)呈下降趋势,这个阶段的沉降速率主要取决于土水比,土水比越小,沉降速率越大。第2阶段为泥浆自重固结阶段。土的固体颗粒之间已开始相互接触,形成初始连结,传递粒间应力,初步形成骨架,此时固体颗粒之间的相互位置将发生调整,结构连结不断增大,进而形成比较稳定的结构,沉降量虽然很小,但延续时间却很长。水中含盐量对落淤有一定的影响,其变化规律见图4,可见含盐量在3.2%时孔隙比最大,即在这一盐度条件下淤泥的沉落速度较慢,所需时间较长,土样含水率最高。

图2 落淤前示意图

图 3 落淤50 d后结果图

表5 落淤试验记录表

表6 落淤孔隙比表

图4 含盐量对孔隙比的影响示意图

4 结 语

尽管舟巴艚渔港港池疏浚泥的含水率较高、孔隙比较大,压缩模量很小,地基承载力较低 (均小于60 kPa),但从力学性质角度,港池疏浚泥作为吹填土层是可行的,颗粒分析表明疏浚土的黏粒含量较高,利于吹填。本文对苍南县舟巴艚中心渔港疏浚泥沙落淤试验研究,落淤试验结果表明:在不同土水比条件下,沉降速率的变化大致分为2个阶段。第1阶段沉降速率变化较大,第2阶段为泥浆自重固结阶段。本工程疏浚泥落淤速度较快,进行回填淤积速度较快,工期较短,表明本工程疏浚泥吹填的可行性。水中含盐量对落淤有一定的影响,当含盐量在3.2%时孔隙比最大,即在这一盐度条件下淤泥的沉落速度较慢,所需时间较长,土样含水率最高。

[1]刘莹,王清,肖树芳.不同地区吹填土基本性质对比研究[J].岩土工程技术,2003(4):197-200.

[2]詹良通,童军,徐洁.吹填土自重沉积固结特性试验研究[J].水利学报,2009,38(2):201-205.

[3]彭涛,武威,黄少康,等.吹填淤泥的工程地质特性研究[J].工程勘察,1999(5):1-5.

[4]彭涛,葛少亭,武威,等.吹填淤泥填海造陆技术在深圳地区的应用[J].水文地质工程地质,2001(1):68-71.

[5]苍南发电厂前期工程工作领导小组办公室.苍南中心渔港 (舟巴艚)疏浚泥倾倒在江南海涂围垦 (填海)工程中综合利用可行性分析报告 [R].宁波:宁波大学建筑工程与环境学院,2009.