港口疏浚泥在海涂围垦工程中资源化利用研究

卢成标，黄亦真，刘干斌

（1.浙江省苍南县发展和改革局，浙江 温州325800;2.宁波大学，浙江 宁波 315211）

港口疏浚泥在海涂围垦工程中资源化利用研究

卢成标1，黄亦真2，刘干斌2

（1.浙江省苍南县发展和改革局，浙江 温州325800;2.宁波大学，浙江 宁波 315211）

针对巴艚渔港和华润浙江苍南发电厂工程产生的大量疏浚量，提出疏浚量在江南海涂围垦工程资源化利用方案。通过对巴艚渔港工程地质条件和粒度成分分析，并进行疏浚泥落淤试验，提出了疏浚泥吹填软基真空预压联合堆载加固实施方案，并利用有限元技术对真空预压联合堆载处理软基进行沉降计算，结果表明：本工程疏浚泥可以在海涂围垦工程中资源化利用，真空预压联合堆载软基处理可以达到加固效果。

疏浚泥；软基处理；资源化利用

疏浚泥是一种大量发生，抛泥处理又会对环境产生污染的废弃物。根据日本对建设废弃物的处理经验，将废弃物疏浚泥转化为用于填土工程、水利工程、道路工程的良好材料，可以得到良好的技术经济效益和环保效益。随着社会的发展，我国东部沿海地区各项工程建设中产生了大量的疏浚泥，同时沿海地区土地资源稀缺，吹填造地势在必行。

1 工程概况

苍南县位于中国黄金海岸线中段，海域辽阔，全县海岸线252 km(其中大陆海岸线长168.8 km)，沿海滩涂面积97.24 km2，港湾、滩涂和海洋生物资源得天独厚。拟建和正在建设的临港产业项目（江南海涂围垦工程，图1）、浙江苍南电厂项目、温州苍南（巴艚）中心渔港工程，总投资约180亿元。江南海涂围垦工程位于浙江省苍南县东部，东临东海，南接琵琶山和巴艚港，北邻鳌江。围区滩地平坦，涂面宽广，南北平均长8.5 km，东西平均宽3.5 km。该海涂外围由北堤、顺堤和舥艚堤3条堤线围成，围涂内由上隔堤和下隔堤把围区分隔成3块，围涂总面积约4.34万亩（28.9 km2）。围堤工程建设所需填料原拟采用石料、砂砾石和土，其中石料约620万m3、砂砾石约9万m3和土方约1 049万m3。华润浙江苍南发电厂工程位于苍南县巴艚镇境内，码头区需浚深10 m，疏浚量为500万m3，航道需浚深10 m，疏浚量为670万m3，每年需维护疏浚量150万 m3。温州苍南（巴艚）一级渔港依托于江南围垦工程，渔港建设过程中，港池及航道需要疏浚，浚深到-6.5 m，疏浚量为367.69万m3。

三大项目位于敖江口南岸区域，江南海涂围垦工程需要接纳大量的石料、砂砾石和土石方，而苍南电厂和中心渔港的码头、港池、航道将产生大量的疏浚泥。若能有机结合疏浚物的倾倒和填埋，将疏浚物吹填到围垦区内，可以防止疏浚物污染海洋环境，形成疏浚、填埋、保护海洋环境三赢工程，同时达到降低三大工程的投资成本，提高经济效益具有重要的经济和社会效益。

吹填土主要为浮泥～淤泥，属于超软弱土，含水率高、压缩性大、强度及承载力极低，在荷载作用下会产生相当大的沉降，影响建筑物的正常使用，需要利用真空预压法或堆载预压法进行软基处理[1-4]，并对吹填地基的沉降进行计算[5-6]。因此，本文首先对疏浚泥粒度成分进行分析，进而阐明疏浚泥资源化利用的可行性，提出了吹填软基处理的技术方案，并对处理软基的沉降进行计算分析。

图2 围垦平面图

2 疏浚泥粒度成分及资源化利用方案

2.1 疏浚泥粒度成分

疏浚泥的物质组成，特别是其粒度组成及粘土矿物成分(见表1)是影响吹填泥浆沉降、固结特性的重要因素。土的粒度成分和颗粒形状与土的成因类型有密切关系，各种成因的土都具有一定的粒度特点。通过对巴艚渔港的疏浚泥进行颗粒分析试验，发现其粘粒含量较高。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，疏浚泥各粒组百分含量均有不同程度的改变，尤其是出现了粘粒组，表明改变较为显著。其主要原因是，原土中含有一定量的由粘粒、粉粒结合形成的具有一定抗水性能的“团粒”，团聚度为1.61，如表2所示。按地矿部土工试验规程中土的分类标准，将该土定名为粉质轻粘土。

表1 吹填土的粒度

表2 落淤孔隙比

图2 盐度对孔隙比的影响

由于海水盐度对落淤有一定的影响，不同盐度条件下的落淤孔隙比如表2所示，孔隙比随盐度变化规律如图2所示，可见盐度在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，土样含水量最高。

2.2 疏浚泥利用方案

由于疏浚泥海洋倾倒对环境和生态带来破坏性的影响以及临时性海洋倾倒区外移引起的经济问题，疏浚泥海洋倾倒面临诸多困难，这些困难将是今后相当长时期困扰和阻碍港口、航道和海岸海洋工程建设和发展的巨大障碍。只有将疏浚泥转化为再生资源，才能从根本上缓解海洋工程建设中疏浚泥的出路问题，根本上解决疏浚泥倾倒与海洋环境和资源保护的矛盾。将疏浚泥转化为再生资源，要根椐疏浚泥的性质科学合理地开发利用。根据目前国内外疏浚泥的处理情况，可以将疏浚泥的再利用方式有物理方法、化学方法和热处理方法三大类。从原理上讲，处理疏浚泥的方法虽有以上3种，但从目前工程应用出发，采用物理方法将疏浚泥吹填造地是应用最多、技术成熟、造价低廉的方法。根据疏浚泥粒度成分分析及相关试验，本工程疏浚泥适用于吹填。

3 吹填软基真空联合堆载预压法加固及沉降计算

3.1 真空联合堆载预压法实施

真空联合堆载预压加固地基之前，对局部超软弱场地先采用浅表层快速固结法加固。地基加固过程中应注意的事项：(1)吹泥区在进行浅表层快速加固时，会发生较大的地表沉降，为防止加固区外的水和浮泥等进入加固区域，影响施工安全，吹泥区四周筑分隔围堰。(2)排水板施打底标高按试插结果控制，底部以穿透淤泥层并进入其下的粉质粘土层或粘土层。(3)淤泥搅拌墙采用双排长桩，长桩深度控制在以穿透透气(水)层进入其下不透水层0.5为准，施工时需要沿搅拌桩位置线每隔30～50 m进行钻孔,确定实际打设深度。(4)密封膜在工厂热合一次成型，密封膜上下均铺设一层无纺布，保护密封膜不被刺破。(5)在真空膜下真空度达到80 kPa以上保持一段时间后，方可进行堆载预压。

3.2 沉降计算模型

选取围涂区舥艚堤一侧约1 300 m2有代表性的淤泥吹填地基进行塑料排水板－真空联合堆载预压地基处理数值模拟分析，采用ABAQUS软件，建立了二维有限元模型，并进行有限元计算和分析。

3.2.1 基本假定

对于塑料排水板-真空联合堆载预压地基处理，做出以下几点假定:(1)孔隙水的流动符合达西定律，即水、土为流固耦合体；(2)土体的渗透系数假定为不变；(3)土体完全饱和；(4)不考虑在堆载过程中地下水位的变化；(5)塑料排水板按等效渗透系数的原则，简化为等效均质地基;(6)按实际的土层情况分为5层，土层之间的接触面的竖向位移完全耦合。

3.2.2 有限元计算模型

根据以上假设，利用ABAQUS有限元计算软件建立有限元计算模型。模型的几何计算参数如下：吹填标高至+6 m地基处理范围宽36 m，塑料排水板采用SPB-Ⅱ型排水板，正方形设置，间距1.0 m，打设深度至-32 m标高。根据对称性，以地基处理中心线对称轴，取整个地基的1/2建立模型。根据土质条件及堆载预压的影响范围，地基的计算宽度为66 m，其中18 m是加固区，48 m是影响区。根据吹填标高至+6 m和土质条件，取真空联合堆载预压的影响深度至-32 m标高，计算深度取为38 m。

3.2.3 土体计算参数

根据浙江广川工程咨询有限公司提供的《苍南县江南海涂围垦工程初步设计工程地质勘察报告》以及塑料排水板地基简化方法中等效渗透系数的计算方法，确定各层土体计算参数如表3所示。海涂围垦区地层：①粉质粘土淤混碎石；②淤泥；③粉砂；④淤泥；⑤淤泥质粘土夹砂。

表3 土体计算参数

土体本构模型采用摩尔-库仑模型，流动势为应力空间子午平面的双曲函数，计算单元采用孔压/位移耦合的CPE8RP平面应变单元。在ABAQUS中，摩尔-库仑模型的计算参数还包括偏心率e、子午线偏心率ε和膨胀角ψ。偏心率e由下式计算：

子午线偏心率ε则选用默认值0.1。膨胀角ψ选用无膨胀流动，ψ取值为0。

4 施加荷载步的确定

表4 加载情况

真空联合堆载加载如表4所示，其加固方案如下：

(1)地基设计承载力达到60 kPa；(2)膜下真空度要求稳定在80 kPa以上，堆载荷载为60 kPa；(3)加固后地基平均固结度达到90%；(4)80 kPa真空恒载满110 d，联合堆载稳载满60 d；(5)竖向排水体采用SPB-B型排水板，正方形布置，间距l m，打设至-32 m。

3.3 计算结果与分析

3.3.1 沉降计算结果分析

图3 加固区中心表面时间-沉降关系曲线图

计算的加固区中心表面随时间沉降曲线如图3所示。从图上可以看出，因为现有的计算模型、计算参数与实际情况仍有一定差距，因此不能完全模拟实际土体的应力-应变关系，但固结有限元总的计算结果还是令人满意的，计算的总

图4 堆载结束时沉降云图

图6 堆载结束土层水平位移云图

沉降量约1 774 mm，基本达到了设计要求。堆载结束时沉降云图如图4所示，越是靠近预压中心沉降量越大；预压区中心正下方的土体深度与沉降量的关系，可以看出随着深度增加，沉降量也减小，而且随着深度的增加，减小的速度越快。最终地面的沉降曲线，越靠近预压区，沉降量越大；由于堆载对周围土体的挤压作用，在距预压区中心水平距离为27～66 m的范围内土体发生了微小的向上隆起，隆起的最大值约为426 mm。

3.3.2 侧向位移计算结果分析

加固区趾脚水平位移计算曲线如图5所示，位移以向加固区方向移动为正。从图上可以看出，堆载后土体向加固区方向移动。图6为堆载结束土层水平位移云图，若正值表示节点向预压区中心移动，可以看出地面水平位移的情况，远离预压区的土体发生向外的挤压变形，而在预压区和趾脚外一定区域内，土体向预压中心位移，最大位移处发生在加固区趾脚处；预压区边缘正下方不同深度处的水平位移，在深度为2.4 m左右，由于填土的作用，导致这部分区域的土体发生向预压区的位移，随着深度增加，其值很快减少;2.4 m以下，土体向远离预压区的方向位移，深度19.2 m处发生的水平位移最大。为了使土体表面的水平位移趋于稳定，工程中常常采用在距预压区外一定距离处设置隔离沟的方法来进行控制。

3.3.3 孔压计算结果分析

图7为孔压随时间变化云图。加载初期，加固区内孔压值随着深度增加逐渐增大；加固区外孔压值随着深度增加而增加，随着与中心点距离增加而减小。随着加载时间的增加，高孔压值区域逐渐向加固区边缘过渡，加固区内孔压逐渐消散。

图7 孔压随时间变化云图

4 结论

结合苍南三大工程项目，通过对疏浚泥粒度成份和落淤试验的分析，提出了疏浚泥在江南海涂围垦工程资源化的实施可行性。在此基础上，对疏浚泥吹填软基对真空预压联合堆载的实施进行了阐述，最后利用有限元技术对位真空预压软基处理软基沉降进行了计算，并分析加固效果，利用该方案进行软基处理可以达到加固的预期效果。疏浚泥资源化利用可以防止疏浚物污染海洋环境，形成疏浚、填埋、保护海洋

环境三赢工程，同时达到降低三大工程的投资成本，提高经济效益具有重要的经济和社会效益。

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Abstract：Based on the existing dredged mud in Bacao fishing port and Huarun power plant engineering,the resource utilization scheme of dredged mud in Jiangnan beach reclamation engineering is presented.According to the analysis of the engineering geological condition and the particle ingredients of Bacao fishing port and the fall silting test of the dredged spoils,the scheme of vacuumsurcharge preloading is presented to reinforce the hydraulic fill soft foundation.At last,the finite element method is used to calculate the settlement of the soft foundation.The results show that the dredged mud could be utilized in the reclamation engineering,while the vacuum-surcharge preloading method could reinforce the foundation.

Key words：dredged mud;soft foundation treatment;resource utilization

Resource Utilization of Port Dredged Mud in Beach Reclamation Engineering

LU Cheng-biao1,HUANG Yi-zheng2,LIU Gan-bin2
（1.Cangnan Development and Reform Bureau,Wenzhou Zhejiang 325800,China;2.College of Civil Engineering,Ningbo University,Ningbo Zhejiang 315211,China）

P748

B

1003-2029（2011）01-0078-05

2010-10-20

卢成标（1960-），男，高级工程师，主要从事重大工程管理工作。E-mail:cndc88@163.com