浅谈淤泥固化在河道清淤中的应用

祁 凯 薛 亮 刘晓成

浅谈淤泥固化在河道清淤中的应用

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一、问题的提出

如何处理河道清淤产生的巨大方量淤泥是疏浚行业的重点问题。目前，江苏省江阴市处置淤泥的疏浚方法主要采取就近弃土。疏浚淤泥抛填形成的土地非常软弱，难以开发利用，在土地资源日益紧缺的江阴地区，造成大量土地资源的浪费，也增加了地方政府土地征用费的负担。此外，疏浚淤泥多数是属于有机物和重金属污染，如果就近处理一般会导致周边环境的再次污染。

发达国家处置疏浚淤泥的最优方法是采用化学固化、排水固结等方法，将淤泥变成可再次利用的土木工程材料，这样不仅可节约土地资源，也最大限度地减少环境污染，这对于河道清淤工作中淤泥处理有很大的借鉴作用。

二、淤泥固化的方法

河道清淤一般运用机械开挖以及水力吹填方法施工，清淤之后，其工程特性比较差，一般表现为含水率高、强度不足、渗透性不足、排水时固结慢。导致工程特性差的原因是含水量过高。如果可以降低含水率，其压缩性就会减少，并且能提升强度。所以优化淤泥工程特性最有效的途径就是减水处理。目前淤泥固化的方法主要有三种：

1.自然风干脱水固结

所谓自然风干就是将淤泥摊开，以蒸发的方法进行渗漓、晾晒。

这种脱水办法优点是节约资金。缺点是：（1）占用土地面积较大；（2）江阴潮湿多雨，使用这种方式需要的时间很长；（3）只是把孔隙水部分、全部脱出，并未完全去除其中的污染物质。

2.高温熔融烧结

烧结处理指的就是高温处理，高温可让有机成分分散，之后让疏浚淤泥进行脱水，让颗粒间粘结或是无机物发生熔解。冷却后让淤泥熔合成有一定强度的固体颗粒。淤泥通过烧结可制成建材，是一种非常有效、经济的资源化方法，可生产水泥、熔解微晶玻璃等。由于成本和商品的流通问题，还没有得到广泛应用。

烧结处理的优势在于减污，即对有机污染物进行熔解，同时提升无机污染物惰性。其不足之处在于运输比较麻烦。

3.化学固化技术

化学固化技术是向淤泥中添加一定比例与剂量的固化材料，之后通过混合、搅拌等，让水与淤泥、固化材料间发生水化、水解的反应，让原来不具有强度的淤泥形成一定力学性能的固化土。

化学固化处理通过固化材料的吸水作用，可以有效减少淤泥含水率。同时包裹着淤泥颗粒的凝结硬化壳可以减少污染物的活动，以此达到减污作用。

三、因地制宜的处理方法及其原理

针对江阴河道清淤的工作特点，建议方法1与方法3相结合，先对淤泥进行排水，再通过化学固化达到处理的目的。

经观测，一般堆场淤泥含水量在120%～185%左右，如直接进行固化处理，势必会增加投资且施工困难。故在固化施工前，应先将淤泥的含水率降低后再进行固化处理。

淤泥堆场设计时增加排水系统，将水引入沉淀池。经过沉淀后，将不含泥沙的余水排出。

场内施工时排水可在堆泥场中开挖一条主垄沟，同时设4个集水井，由主垄沟自流至集水井，再由泵站将集水井内积水抽出排到蓄水池内。垄沟的开设对淤泥逐步降水形成了一个自然的倾泻处，同时也可将雨水泄入垄沟，保证了场地不积水。

在淤泥含水率降低到80%后，在淤泥中添加固化剂材料（按不同的淤泥及不同的设计要求配置），混合后制作成淤泥的固化土。淤泥中因为添加了固化剂，与水发生水化反应，淤泥中大多是直径小于0.005mm的粒径土颗粒，属于一种多相散布体，和水结合后构成胶体分散系，因此会表现出一种胶体的特点。

其和化学类固化剂水化生成氢氧化钙中Ca离子进行等量吸附交换，让土颗粒表面吸附的Ca离子所形成扩散层减薄，大量的小土颗粒形成比较大的团粒，使得土体强度有所提升。

固化剂水化之后，所生成的凝胶离子表面积比原来的水要大一千倍，所以可以产生一定的表面能，具有强烈的吸附活性，让这些颗粒可以进一步结合形成固化土团粒的结构，同时还能封闭各个土团间空隙并形成坚硬联结。

固化剂水化反应开始处在碱性硫酸钙及氢氧化钙的饱和溶液当中，伴随水化反应的不断深入，溶液中析出大量Ca离子，当数量大于离子交换需求时，Ca离子可以让土矿物中的三氧化二铝、二氧化硅大部分参与化学反应，同时慢慢生成与水不融合的稳定铝酸钙、硅酸钙和钙黄长石结晶水化物。

这些化合物在水中及空气中慢慢硬化，同时增加了固化土强度，且因为结构致密水分无法侵入，具有一定的水稳性。固化后淤泥也可分解成可利用的土木工程原料。

四、结论与建议

疏浚淤泥的含水率比较高、强度比较低，而且有害污染物质随意丢弃后，不仅会占用土地，且对环境造成再次污染。疏浚淤泥固化处理可以把其变成可利用土木工程材料，节约土地资源、减少环境污染的同时，还可以缓解我国土木工程材料不断减少的问题，是一项比较有发展前途的产业。

对于含水率高于100%的淤泥可预先采用降水和排水处理措施，以强化固化效果。

（1）固化剂和淤泥土之间的强制搅拌越充分，土块被粉碎得越小，固化剂分布到土中越均匀，同时固化土结构强度的离散性越小，其宏观的总体强度也越高。复合型固化剂和淤泥经过充分的混合搅拌后，利用淤泥和固化材料之间发生的一系列复杂物理化学变化，改良了淤泥高含水率、低强度的性质。此种固化剂经济合理，应得到推广应用。

（2）已固化土应进行平行检测和抽样检测，采用静力触探原位测试、室内无侧限抗压和剪切试验、现场静力载荷试验等多种手段，对已固化土的土性及力学性质进行综合分析。

（3）淤泥固化技术已全面应用于水利工程，对于处理市政污泥以及电力和工民建工程中的泥浆污染也行之有效。已完成固化的土可作为建筑材料，也可作为种植土壤

（作者单位：1.江苏省江阴市重点水利工程建设管理处 214431 2.无锡市水利设计研究院有限公司 214023）