快速泥水分离技术处理疏浚泥效果分析

李 辉 沈敏怡 张振田

（1.江苏省工程勘测研究院有限责任公司 江苏 扬州 225002；2.东南大学，江苏 南京，210096；3.江苏水利厅，江苏 南京，210029 ）

我国内陆河流、湖泊每年都会产生大量疏浚泥，在内陆河道疏浚工程中常用的疏浚方法包括绞吸式、耙吸式、水力冲挖式等，此类疏浚方法效率高，但是产生的疏浚泥含水率很高，由于疏浚泥具有含水率高、粘粒含量高、渗透性低、排水固结时间长等特点 ，排泥场处理时需要占用大量土地。为了提高排泥场利用率，减小土地占用面积、缩短占用时间，需要对疏浚泥进行处理。

现有研究表明，快速泥水分离技术能够在排泥场吹填过程中快速排除疏浚泥中含有的大量水分，将疏浚泥的含水率快速降低，同时能够快速排除排泥场的表面水，消除排泥场设计需要考虑0.5m沉淀富裕水深和0.5m风浪超高的影响，通过在施工期内排除排泥场表面水和大幅度降低疏浚泥中的含水率，大幅度提高排泥场的库容利用率。但是快速泥水分离技术降低疏浚泥含水率和快速提高排泥场承载力的效果还有待研究。

1 现场试验方案

试验场地位于泰州市与扬州市交界处的泰州引江河，引江河南起长江，北接新通扬运河，全长23.846km。为了满足通航引流要求，开展泰州引江河二期工程，对河道进一步浚深。在这之前，课题组开展了现场大尺寸泥水分离模型试验研究，试验坑设置于砂土段的西9排泥场，试验坑围堰依填筑的土源采用前期工程的疏浚土，围堰填筑高度为4m，内边坡1：2，外边坡1：3，顶宽2m，底宽22m，试验坑底长22m，底宽6m，试验坑占地面积3200m2，试验坑平面图分别如图1所示。

排水系统沿着试验坑长度方向布设3排直径为20cm的塑料盲沟，各排盲沟间距为3.0m，每排盲沟有5根，互相的间距分别为3.0m、3.0m、4.0m和5.0m，另外，在每排盲沟布设起始处的围堰边坡上斜向布设一根盲沟，整个试验坑共布设盲沟18根，每根盲沟外套一层100目的聚酰胺的纤维反滤材料，在每排盲沟的底部设置一根主动排水的PVC管，PVC管和盲沟使用土工布密闭连接，各排PVC管在排水末端和设置杂围堰底部的主动排水管连接。排水系统布设完成后的照片如图2所示。

吹填泥浆的初始含水率在250%～85%之间，约为土体液限的2.8～7.8倍。对冲浆土多次取样测试其基本物理指标，见表1。冲浆土的液限仅为32.4%，且砂粒成分达到46.9%，而粘粒含量仅为6.1%，依据水利部行业标准《土工试验规程》（SL237-1999）对土的分类，为含砂粒低液限粉土。

图1 试验场地平面图

图2 排水系统布置完成后

图3 试验坑内泥面和水面随间的变化曲线

图4 吹填结束后1天坑内表面土层开裂

2 试验结果分析

2.1 表面水的排出情况

图3给出了试验坑内泥面和水面随时间的变化曲线，在吹填过程中和吹填后，试验坑内基本无表面水，吹填后泥面沉降很快达到稳定。

需要指出的是，在吹填后1天，坑内表层土体发生明显开裂（如图4所示），这表明了表层土体已经处于非饱和状态。

由此可见，快速泥水分离技术能够快速排除排泥场表面水，因此在排泥场设计时可以不考虑0.5m的富裕水深和0.5m的风浪超高影响。排泥场表面水的快速排除同时也降低了渗透坡降，提高了围堰的渗流稳定性。

图5 主动排水管累计排水量随时间的变化

图6 吹填结束后含水率变化情况

图7 吹填第6天测试场地不排水强度随深度的变化

图8 吹填第8天测试场地不排水强度随深度的变化

图9 场地平均地基承载力随时间变化规律

2.2 排泥场内疏浚泥含水率分布规律

快速排除疏浚土中含有的大量的自由水，降低疏浚土的含水率是解决围堰防渗问题的关键。

每天冲浆土方量控制在150m3附近，总共吹填8天，试验坑泥浆吹填至3.5m高度时，累计吹入试验坑的土方量为1270m3，吹填结束时试验坑内的土方量为1350m³，换算松散系数为1.06。

图5显示了总排水量随时间的变化

曲线，排水主要发生在吹填施工期间，吹填结束后排水总量只占总排水量的不足4%。因此，泥水分离效果对提高排泥场的有效利用率有很大的影响。

图6表示的是吹填结束后表层0.3m范围的含水率变化情况。从图中可以看到，在吹填结束后1天，表层0.3 m范围内的疏浚土的含水率即可降低至液限（32%）附近。吹入的泥浆经过24小时的泥水分离已经能够形成较为稳定的结构，且具备了一定的保持水分不流失的能力。

由此可见，快速泥水分离技术能够在吹填过程中快速地排除疏浚土中含有的大量的自由水，快速降低疏浚土的含水率，大大减少了疏浚土中的水分渗入围堰内，提高了围堰的渗流稳定性；同时，这也就意味着在排泥场面积一定的条件下可以大幅度降低吹填的高度，同时也就降低了围堰边坡的渗流压力，同样有利于提高围堰边坡渗流稳定。

2.3 土体不排水强度

为了测试吹填后试验场地的地基承载力，进行了十字板剪切试验测试场地的不排水强度。图7和图8分别给出了吹填第6天和吹填第8天的不排水强度测试结果，从图中可以看到，坑内土体不排水强度在深度方向总体呈现出随深度逐渐增长的规律，这主要是由于越深处的吹填泥浆较早的吹入试验坑内，其泥水分离时间较长，且上覆固结压力越大，致使下部土体强度相对较高。在深度超过0.5m后，土体不排水强度超过8kPa，而0.5m深度处的吹填土是1天前吹入试验坑的。由此可见，吹填泥浆的不排水强度能够在短时间内得到快速增长。

根据《公路桥涵地基基础设计规范》（JTG D63-2007）推荐的地基承载力预测公式，如式（1）所示：

式中：[fa]—软土地基承载力容许值；

m—抗力修正系数，可视软土灵敏度及基础长宽比等因素选用1.5～2.5；

Cu—地基土的不排水抗剪强度；

Kp—系数（大于1）；

γ2h—考虑基础埋深的深度修正。

由十字板原位测试可知，疏浚土固结后灵敏度不高，取m=2，Kp=1，不考虑深度修正。

图9给出了吹填结束后场地地基平均承载力和时间的关系，从图中可以看到，吹填结束后2天，地基平均承载力就超过8吨，达到正常上人的承载力要求，到了13天地基平均承载力进一步增长到18吨。

表1 冲浆土源的基本物理指标

3 结论

（1）泥水分离排水系统能够快速排除排泥场表面水，试验结果表明，在排泥场库容设计时可以不考虑富裕水深和风浪超高的影响，为大幅度降低排泥场高度的设计提供理论支撑与依据；

（2）泥水分离排水系统能够在吹填期间快速排除泥浆中水分，吹填结束后1天，表层0.3 m范围内的疏浚土的含水率即可降低至液限（32%）附近；

（3）吹填过程中，吹填泥浆的不排水强度能够在短时间内得到快速增长，排泥场表层0.5m以下土层的不排水强度超过8kPa，地基承 载力为2吨；吹填结束后2天，排泥场地基承载力就超过8吨，达到正常上人的承载力要求。

水利部太湖流域管理局，太湖污泥底泥疏浚规划总报告[R].2006.

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