淤泥混合料改性烧结砌块生态护岸施工应用研究

(1.淮安市淮阴区水利局，江苏 淮安 223300；2.江苏淮源工程建设监理有限公司，江苏 淮安 223001)

大量淤泥如果未能充分得到利用，则会沦为工程废物和垃圾。如果能有效利用，则能变废为宝，也具有节能环保等多重意义。淤泥塑性强，收缩大，纯淤泥简单烧制品强度不足，而如果进行适当的改性制作，其工程应用性就会大幅度提高。淤泥混合料改性烧结砌块应用于护岸工程，便是一种有益尝试。本文依托实际工程案例，开展淤泥混合料改性烧结砌块生态护岸施工应用研究，为同类工程应用提供研究和技术参考。

1 淤泥混合料改性烧结护岸砌块述略

1.1 基础原材料和掺和料

主要基础原材料系淤泥，掺和料系页岩边角碎料。挖泥船在长荡湖进行疏浚挖淤作业获得的淤泥，见图1(a)，经过脱水和除杂后即可作为淤泥改性烧结块的制作材料。在特定的位置，按要求定期挖掘淤泥送入料场，掺和料页岩可以来自生产当地的矿山废弃页岩边角碎料，见图1(b)。大量废弃边角碎料可以运回生产料场破碎处理，筛后堆放备用。

图1 疏浚挖淤和矿山废弃页岩边角碎料

淤泥混合料改性烧结护岸砌块配合比见表1。

表1 淤泥混合料改性烧结护岸砌块配合比

1.2 改性烧结护岸砌块工艺流程

淤泥与页岩混合料改性烧结护岸砌块工艺流程见图2。

1.3 改性烧结护岸砌块冻融及质量损失概貌

淤泥和页岩辅料以合理配合比(见表1)混合烧结后，竖向砌块抗压强度达8.30MPa，饱和吸水率小于16%，砌块质量性能大幅度提高，石灰爆裂、体积密度、外观质量满足优等品要求。砌块循环冻融125次以后，质量损失小于2%，显示耐久性能优异，完全符合护岸砌块工程技术应用标准的要求(见图3、图4)。

图3 循环冻融125次后的淤泥混合料改性烧结护岸砌块

图4 淤泥混合料改性烧结护岸砌块循环冻融的质量损失概貌

2 淤泥混合料改性烧结砌块的护岸抗侧压及耐久性实验检测

2.1 抗侧向应力性能测试

2.1.1 测试方案

常规水位状态的砌块护岸分布状态见图5，共有3层混凝土框架砌块护岸，分别以3层和2层砌块砌筑，构成护岸的下部、中部和上部，最后以钢筋混凝土进一步压顶。一侧是河水，另一侧为回填土。回填土以土工布包裹。砌块护岸和回填土间存在一个导水层。土工格栅加筋，以增强稳固地基，约束土层可能发生的侧向移动。以间距50m左右选取3个测点开展侧向应力测试，测试区域的上层，中层和下层布设土壤压力计。实验共安排土壤压力计9个(见图6)。压力计紧贴在砌块护岸内表面，压力计承压面正对回填土。保持压力计受力面和粘贴面平整。

图5 常规水位状态的砌块护岸分布状态

图6 侧向应力测点布配

本实验测试案例系淮河砌块护岸工程，施工及应力测试现场见图7。

图7 改性烧结砌块护岸施工及应力测试现场

2.1.2 测试结果

基于不同水位条件，测试采集砌块护岸侧向应力状态3组9个测点数值，见表2。

该段河道护岸设计极限可承受应力值为110kPa。表2数据揭示，3次测试的各测点侧向应力值全部远远小于设计极限应力值，由此可知，这种淤泥改性烧结砌块作为护岸建筑材料，其性能上是安全的。

表2 基于不同水位状态的3组9个测点侧向应力 单位：kPa

2.2 耐久性能测试

2.2.1 试样与浸泡实验

表3是砌块的基本状态参数，从数据中可以看到，该砌块有较高的孔洞率，具有良好的透水功能。表4是淤泥改性烧结砌块耐久性实验方案。图8是不同浸泡时程的淤泥改性烧结砌块状态。

表3 试验选用砌块的基本参数

表4 淤泥改性烧结砌块耐久性实验方案

图8 不同浸泡时程的淤泥改性烧结砌块状态

2.2.2 测试结果

淤泥改性烧结砌块不同浸泡时程的横向抗压强度见图9。

数据揭示，淤泥改性烧结砌块浸泡前抗横压强度为5.80MPa，符合河道护岸建筑材料的基本技术要求。经过4个月浸泡之后，抗横压强度依然是5.80MPa，没有发生改变。且完全浸入水中和部分浸入水中的抗横压强度变化一致，表明淤泥改性烧结砌块的抗水侵蚀性能优异。

图9 砌块不同浸泡时程的横向抗压强度

淤泥改性烧结砌块不同浸泡时程的抗垂压强度见图10。

图10 砌块不同浸泡时程的垂向抗压强度

数据揭示，淤泥改性烧结砌块浸泡前抗垂压强度为8.30MPa，符合河道护岸建筑材料的基本技术要求。经过4个月浸泡之后，抗垂压强度依然是8.30MPa，没有发生改变。且完全浸入水中和部分浸入水中的抗垂压强度变化一致，从抗垂压角度再次表明淤泥改性烧结砌块的抗水侵蚀性能优异。

淤泥改性烧结砌块不同浸泡时程的砌块吸水率变化见图11。

图11 砌块不同浸泡时程的砌块吸水率

数据揭示，砌块吸水率在浸泡前为12.97%，符合河道护岸建筑材料的基本吸水率要求。经过4个月浸泡之后，吸水率略有加大。之后基本保持吸水率稳定，没有下降的趋势。且完全浸入水中和部分浸入水中的变化一致，表明淤泥改性烧结砌块的抗水侵蚀性能优异。

3 淤泥混合料改性烧结砌块的生态性实验分析

生态性研究所用的淤泥混合料改性烧结护岸砌块同上。混凝土空心砌块来自实验所在地建筑材料研究院提供的挡土墙砌筑混凝土空心砌块。淤泥混合料改性烧结护岸砌块和混凝土空心砌块参数见表5。

表5淤泥混合料改性烧结护岸砌块和混凝土空心砌块参数

类 别规格/(mm×mm×mm)成型含水量/%孔数孔洞率/%淤泥改性烧结砌块290×190×190172760混凝土空心砌块390×190×190—470

分两步开展生态性研究。首先，将淤泥混合料改性烧结护岸砌块浸入河水中1年，之后观察是否有水生动植物在该砌块表面或孔洞生存。然后，将混凝土空心砌块和淤泥改性烧结砌块同时浸于河水1周以及4周，之后观察两种砌块不同浸泡时程的水生动植物栖息其表面和孔洞内的变化情况，经过实际对比，检验其生态功能。淤泥改性烧结砌块和混凝土空心砌块生态性检测方案见表6。

表6淤泥改性烧结砌块和混凝土空心砌块生态性检测方案

浸泡环境类 别浸泡时程/周砌块数量/块实验项目淮 河淤泥烧结砌块混凝土空心砌块15451545螺蛳数量青苔覆盖面积

3.1 淤泥烧结护岸砌块的生态性

浸泡河水中1年的淤泥改性烧结砌块见图12。

图12 浸泡河水中1年的淤泥改性烧结砌块

检测发现，青苔等水生植物几乎全部覆盖淤泥改性烧结砌块的表面，也有较多青苔生长于砌块孔洞，显示淤泥改性烧结砌块能够很好地为青苔等水生植物提供栖生依托。也发现有螺蛳栖生在砌块孔洞里，平均密度在每块13个左右，栖生螺蛳大小都有，表明淤泥改性烧结砌块生态功能良好。

3.2 与混凝土空心砌块的生态性比较

混凝土空心砌块与淤泥烧结砌块的生态性比较实验结果见表7和图13。

表7 混凝土空心砌块与淤泥烧结砌块的生态性比较

图13 两种材料不同时程河水浸泡后的生态比较

图13中,a为淤泥改性烧结砌块，b为混凝土空心砌块。a1和b1为浸泡前，a2和b2为浸泡1周，a3和b3为浸泡4周。可以看到，浸泡河水中1周和4周后，混凝土空心砌块表面均没有青苔生长。而河水1周浸泡后，青苔部分覆盖淤泥改性烧结砌块表面，河水4周浸泡后，几乎全部淤泥改性烧结砌块表面均被青苔覆盖，表明青苔随浸泡时程增加而一直在生长。

表7显示，1周和4周河水浸泡后，未有螺蛳出现在混凝土空心砌块的空心内，但同期，淤泥改性烧结砌块的孔洞内栖生的螺蛳数量分别为13个和14个。螺蛳栖生数量几乎是没有再增长，表明青苔数量与螺蛳数量不存在必然关系。

上数结果揭示，淤泥改性烧结砌块比混凝土砌块的生态功能更良好，可以成为螺蛳等水生小动物喜欢的栖息和生长场所，可以营造和维持局部水生环境小生态，具有维持和服务生态多样性的生态功能。

4 结 论

本文依托工程案例实验，开展了淤泥混合料改性烧结砌块生态护岸施工应用研究。研究表明是淤泥改性烧结砌比较混凝土砌块的生态功能更优异，可以成为螺蛳等水生小动物喜欢的栖息和生长场所，可以营造和维持局部水生环境小生态，具有维持和服务生态多样性的生态功能