淤泥固化土用于东莞北海仔河堤岸建设的应用研究

◎李晓作 广州珞珈环境技术有限公司

1.引言

为提高北海仔河的生态环境质量，东莞市中堂镇实施了北海仔河流域综合整治项目。在这个以防治水污染、保障水安全、保护水资源、改善水环境、修复水生态为主要任务的项目中，内源污染治理、淤泥处理及处置是工程的重要内容。

河道淤泥是一种天然含水量大于流性界限，孔隙比大于1.5的软土，含水率高、压缩性大、强度低、渗透性能差，且存在有机质和重金属的污染，这些污染物往往吸附在细小的黏粒表面，分离和清除非常困难。因此，在疏浚淤泥资源化处理时还应考虑如何防止二次污染的问题。

河道淤泥是一种可进行综合利用的潜在资源，通过合适的固化处理技术将淤泥处理成可利用的淤泥固化土，一方面可避免其对周边环境造成的环境污染风险，另一方面可为工程建设用土提供一个环保且经济的解决方案，具有广阔的应用前景。以本项目为依托，我们对北海仔河道淤泥固化土的物理力学性质及影响因素进行应用研究，并将所产出的固化土作为河堤填筑土料利用。

2.淤泥固化土的生产

图1 高压脱水固结子系统

目前国内所采用最多的是采用化学固化的方式对疏浚淤泥进行固化，采用的原材料以水泥、生石灰、石膏为主。陈海斌等提出掺入4%的水泥和9%的粉煤灰的固化方法，可有效提高淤泥的强度，并有效节约成本。范昭平等针对湖泊疏浚底泥有机质含量高的特点，提出了采用水泥-石膏进行固化的方法。姬风玲等提出一种以水泥为主，工业废料粉煤灰和废石膏为辅的复合型固化材料，实现一次大量处理疏浚淤泥使其达到工程所要求的密度、强度等。顾欢达等也对河道淤泥的流动性及工程性质开展了研究，指出作为填筑材料使用时，长期的变形量较小，对保持构筑件的稳定是有利的。

基于国内现有的研究，我们开展了对河道淤泥特性指标的研究分析，针对性的调配了以水泥+粉煤灰+微生物絮凝剂+FSA为组成的固化剂，掺入比为4%。所采用的淤泥处理技术为河湖淤泥理化脱水及复合固化处置技术，根据城市河道淤泥的物化特性，选用“高压脱水固结子系统”以及“轴式搅拌固结子系统”组成复合型淤泥处理处置设备系统，使淤泥固化处理的效率大大提高，也实现了淤泥固化处置的连续化和半自动化大型施工。同时参照堤防工程对回填土料的各项要求，本项目通过前端预处理的方式，对土料进行筛选和分离，去除其中的大颗粒砂砾以及树枝、布条等垃圾。

图2 轴式搅拌固结子系统

3.淤泥固化土基本物理性质指标试验

本试验研究的参照为《河湖淤泥处理处置技术导则》（T/CWEA 7-2019）、《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）和《堤防工程施工规范》（SL260-2014）。从工程应用技术指标以及环境保护指标两个方面判别淤泥固化土作为东莞北海仔河堤岸基材的可行性，其主要试验方法标准参照《土工试验规程》（SL237-1999），有机质含量采用重铬酸钾氧化法测定。

对采用上述配方及工艺所产出的淤泥固化土，通过送样检测，确定其各项物理性能指标见表1至表4。

表1 东莞北海仔河淤泥固化土的基本物理性质

表2 不同压实度下的东莞北海仔河淤泥固化土的CBR值

表3 淤泥固化土的无侧限抗压强度试验

表4 淤泥固化土的承载比及压实度试验

从表中的试验数据来看，经过固化处理后的淤泥所形成的固化土，具有一定的承载能力，按照《土的工程分类标准》GB/T 50145-2007，属于低液塑限粘土。其自然含水率与最优含水率之间偏差较小，含一定砂粒，黏附性弱，捻面粗糙，参照《堤防工程施工规范》（SL260-2014），可以满足分层碾压填筑均质堤的要求。同时，东莞北海仔河淤泥固化土淤泥固化土的CBR值随着压实度的增加而增大。当压实度＞90%时，固化土的CBR＞4%，已满足作为河涌堤岸填筑用土的最小强度要求。

4.试验结果讨论

（1）东莞市北海仔河清淤主要采用环保绞吸式清淤的方式，其黏性颗粒含量较高，经过固化处理以后，所形成的粉粒占比有较大提升，且对提高淤泥固化土的无侧限抗压强度产生了较为明显的效果。

（2）东莞北海仔河淤泥固化土的液限与塑限分别为30.0%和22.1%，进一步佐证了东莞北海仔河淤泥固化土黏粒占比低这一特点，土料稳定性较好，并具有较好的抗变形能力。

（3）本试验让我们了解了东莞北海仔河淤泥固化土的最大干密度和最佳含水率，为填筑工程的设计及施工提供依据。

（4）CBR（California bearing ratio）表示材料抵抗局部荷载压入变形的能力。我们从表4中看出，东莞北海仔河淤泥固化土的CBR值随着压实度的增加而增大。当压实度＞90%时，固化土的CBR的最小值为4.29＞4%，已满足作为河涌堤岸基础的最小强度的要求。

（5）作为河涌堤岸的填料，其物理力学性能中强度应该一个非常重要的指标。我们可以从表3看到：东莞北海仔河淤泥固化土的无侧限抗压强度能够完全满足这一要求，是一种非常优良的河涌堤岸填料。

5.结论

基于城市或农村河涌路堤建设对材料的力学性能要求及标准，通过本文对东莞北海仔河淤泥固化土物理力学性质进行的试验研究，可以得出以下可供河涌岸堤建设工程借鉴的工程经验：

（1）当压实度＞90%时，东莞北海仔河淤泥固化土的CBR＞4%，已满足作为河涌路堤填料最小强度要求。

（2）当东莞北海仔河淤泥固化土试块养护龄期达到28 d时，其无侧限抗压强度已达0.8Mpa以上，能够完全满足路堤填料对土的要求。

（3）北海仔河淤泥固化土天然含水率为25.8%，最优含水率为24.5%，其偏差小于3%，满足作为堤岸填筑材料的要求。

（4）经试验证明，经过固化处理后形成的淤泥固化土，可满足作为北海仔河堤岸填筑土料的基本要求。本文提出的固化材料以及淤泥处理技术具有较高的工程实质应用意义，可为类似河道疏浚淤泥的处理处置工程设计以及实施提供重要的参考意义，具有广泛的工程应用前景。