渣场建设中厚淤泥固化技术的应用

刘化江，伍福然，庞欣荣

(广西冶金研究院， 广西 南宁 530023)

0 引 言

淤泥是一种由粘土矿物等细微颗粒在粒间静电力和分子引力的作用下，在河流、湖泊或海洋地区等缓慢的流水环境中沉积所形成的絮状和蜂窝状结构物。同时淤泥也是一种含水率很高的工程垃圾土，其含水率为液限含水率的1.2～2.0倍，为流动状态，强度极低，不能直接被工程所用；由于颗粒细小，粘粒和有机质含量高，渗透系数非常低，很难通过脱水固结的方法提高其强度[1]。

为了治理淤泥问题研究出了一种淤泥固化技术，即向淤泥中掺入固化剂使之发生反应并短时间内使固化淤泥的土工力学性能得到大幅提高的技术[2]。目前固化技术在国内外已大量运用于基础工程、道路工程、水利工程以及垃圾固化等方面[3]。应用于堆渣场底部厚淤泥治理尚无文献介绍，本文对此进行了一些探索研究。

1 工程概况

某电解镍废渣场共分3个部分，自西向东依次为：1号渣场、2号渣场和3号渣场，渣场平面布置如图1所示。1号渣场最终堆积标高约+60 m，3号渣场最终堆积标高约+40 m；2号渣场已筑坝两座，原为泥塘，未有堆渣，其淤泥主要因1号渣场和3号渣场的废渣渗滤液均流入该泥塘，并在此经沉淀后外排至场外集水池所致。

为了电解镍冶炼厂持续产出的废渣有场地进行堆放，现将泥塘改为2号渣场进行堆渣，泥塘内的水经抽干后发现塘底淤泥厚约4～6 m，且淤泥部分表面有深约1 m的积水。2号渣场内的淤泥分布情况见图2。

图1 渣场平面布置

图2 2号渣场内淤泥分布情况

2号渣场底部淤泥较厚且量大，据估算约有10万m3，其淤泥具有粒径小、含水量大、分布面积广且流动性大等特征，同时原泥塘部分水由电解冶炼厂排入，虽然所排放的固体废物渗滤水已达《污水综合排放标准》(GB8978-1996)，但淤泥中仍含有一定的毒害元素。由于2号渣场底部厚淤泥的存在以及其中所含的毒害成分，在2号渣场进行堆渣必须要对其底部的厚淤泥进行相应的处理。

2 厚淤泥处理技术

2.1 常见的淤泥处理方法

国内外常见的淤泥处理方法主要有脱水、热处理以及固化处理等[1]。

(1) 脱水处理。通过自然晾晒、机械脱水等物理方法减少淤泥中多余的水分以提高其土工性质。自然晾晒主要适用于少量淤泥处理的情况，经济性好，但受场地和日照等因素影响较大。机械脱水法国外应用较多，多为工厂固定式处理，投资成本较高，但脱水效率低，为满足工程要求一般需进行二次处理。

(2) 热处理。通过高温烧结或熔融的方法将淤泥中粘土粒烧制成砖瓦作为建材使用，可以烧制成陶粒作为净化水的填料，同时也可以和铁粉以及石灰石一起制成硅酸盐水泥。淤泥热处理产品附加值高，但需要大型固定式的处理工厂，而且其处理能力有限，不适合大量淤泥短时间处理的情况。

(3) 固化处理。通过向淤泥中掺入固化材料，经搅拌、养护使之与水和淤泥发生一系列的物化反应，固化后的淤泥其强度和稳定性都得到大幅提高。

2.2 渣场淤泥处理方法的选取

由于2号场地淤泥具有层厚、量大、分布面积广、含水量高、流动性大等特点，如果对2号场直接进行堆渣，淤泥因强度极低而毫无承载力，随着尾渣不断堆放，淤泥必会上浮流动，将给初期坝及其下游建构物和人员造成较大的安全隐患，同时也会造成不能运输排渣和布设排水构筑物困难等问题，最后导致废渣无处堆放进而影响电解镍冶炼的正常生产。

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由于电镍冶炼企业具有连续生产的特点，以及目前并无其它场地来堆放不断产出的废渣，同时2号场内淤泥取出后也无场地进行处理等紧迫性问题，所以在处理2号场内淤泥问题时应选用一种处理时间短、对生产影响小、工艺简单而又切合现场实际的处理方式。

基于固化处理主要特点：

(1)经水化作用后淤泥中含水量有效降低；

(2)将污染物包裹在淤泥固化土中，使其不易溶出扩散；

(3)可将大量淤泥短时间内转化为工程用土；

(4)不同固化材料的配比其固化淤泥的性质不同，可满足不同的工程要求。

综合比较后选择对该泥塘厚淤泥进行固化处理。

2.3 淤泥固化剂及其掺入比

由于不同地区的淤泥成分以及含水量各有不同，所以2号渣场淤泥的固化剂配比应根据实验进行分析确定，其主要程序如下：

(1) 测定场底淤泥的含水量、粘土成分和有机质含量。

(2) 配制固化剂：考虑到固化剂获取的难易程度，固化剂的主要成分为水泥和石灰，水泥与石灰的重量比为1∶1～4∶1；废石膏用作减水剂，为水泥和石灰质量之和的1%～8%；粉砂或粉煤灰作为胶结料(骨料)，用量为水泥和石灰质量之和的3%～5%。

(3) 确定固化剂的掺入比：固化剂的掺入比一般控制在5%～20%，即在淤泥中分别掺入：5%、8%、10%、12%、15%、18%、20%的固化剂，分别进行制样，测定凝固时间，并测定养护7、14 d和28 d的无侧限抗压强度，按最优性价比最终确定固化剂的掺入比。

(4) 渣场进行淤泥固化施工之前一定要进行固化配比实验，找出不同养护龄期的固化剂的最佳掺入比，使之得到最优固化效果。

(5) 渣场淤泥固化施工：采用喷浆机将配制好的固化材料喷射到淤泥内进行搅拌固化处理。

2.4 渣场淤泥固化施工

(1) 施工工序。2号渣场总体采用固化方法对淤泥进行处理，其工序为：三面围拢堆渣缩小淤泥范围→淤泥渗滤脱水→拌合固化材料→喷浆注射固化材料→搅拌均匀→淤泥固化养护→固化淤泥之上堆渣。

(2) 施工机械。施工机械设备选用搅拌固化材料的单轴搅拌机、固化材料自动供给机、空压机、喷浆机、淤泥固化搅拌机。喷射枪由长钢管制作而成，一端用软管与喷浆机相连接，另一端封闭，并在钢管上钻凿不规律分布的6个直径Φ20 mm的圆孔作注射孔。

(3) 施工工艺。为了2号场地初期坝体及其下游生产设施的安全，由初期坝侧以堆积坝形式来堆放废渣，当堆积坝高出初期坝体约4 m左右时，再从2号场地北侧、东侧及初期坝体侧三面开始向渣场内堆渣，将渣场底部淤泥赶往渣场西侧渗滤井处(每隔3 m垂距在淤泥中设一层渗滤管网)，使得堆渣坡度为周围高中间低，以利于渣场中废水渗入渗滤井由深井潜水泵排出，待淤泥面积缩小到一定范围以及淤泥中的水渗滤脱水到一定程度后，向淤泥中喷射固化材料并用搅拌机搅拌均匀，使固化材料和淤泥进行充分混合，最后让淤泥凝结固化并进行养护处理。

3 讨 论

在目前的淤泥处理方式中，一般将淤泥进行疏浚再添加固化剂进行搅拌固化处理，但2号渣场因限于场地、时间等因素采用了场底淤泥就地喷浆固化处理。现就渣场淤泥固化处理施工中的某些做法进行分析探讨。

(1) 如何向淤泥中准确喷射入最佳配比的固化材料。因渣场淤泥数量一定，只需均匀向淤泥中喷射入其总重量最佳掺入比的固化剂即可。但淤泥数量估算必然存有误差，且考虑到喷射搅拌施工时的不均匀性，为得到更好的固化效果，可在施工中喷入大于最佳掺入比2%～3%的固化剂。

(2) 淤泥固化施工中的喷射搅拌问题。由于喷射孔不规则分布，且喷射压力较大，淤泥喷射过程中反复旋转喷射已使得固化材料喷射得很均匀，但为了得到最佳固化效果，还应使用搅拌机械进行深层、均匀搅拌。

4 结 论

2号渣场淤泥量约10万 m3，与清淤并运至别处存放相比，固化处理每立方米淤泥可节省资金约6.5元，共节省65万资金，此外还可解决因存放淤泥产生的场地费以及环保费等。由于淤泥固化具有用时短、工艺简单、边堆渣边固化等优点，对渣场堆渣和电解镍冶炼的正常生产影响不大。

渣场底部厚淤泥的就地固化处理，不仅可以节省大量的清淤、运输费用，而且也解决了淤泥存放场地的问题，又可以将淤泥中的有害成分固结在场底固化层中使其不易溶出，同时固化淤泥的低渗透性还可降低上部废渣的渗滤水对地下水源的潜在污染危害。综上所述，淤泥固化处理其经济效益和环保效益明显。

参考文献：

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