城市狭窄河渠淤泥固化处理及清淤技术研究

(1.中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066；2.四川水利职业技术学院，四川 崇州，611231)

近年来，随着工业社会的快速发展，河渠淤积物也随之增厚增多，严重污染河渠水体，不仅对原水域的生态造成破坏，亦对人们的生活品质及健康产生了较大影响。城市河渠周边多为民用建筑物及市政道路，河渠疏浚受机械可作业空间的限制、疏浚后淤泥堆存外运受场地的限制、不同污染源造成的水体污染处理受方法的限制，诸多问题给城市河渠污染及淤泥的治理带来了难题。东湖港作为武钢备用水源及武汉市青山区污水处理厂尾水排放口，港渠河道受重金属及城市生活污水的污染较为严重，河渠较为狭窄，淤积物处理后外送担心再次污染周边环境。因此，确定合理有效的淤泥处理方法，制定经济可行的清淤技术方案是非常关键的。

1 东湖港河渠淤泥处理

东湖港是长江大保护中连接长江与东湖的重要渠道，作为城区内跨主干道的渠道其施工红线较狭窄。与此同时，港渠因常年淤积受到了严重束窄，加上作业条件为线性施工，常规绞吸方案往往无法实施。此外，以往的水力冲洗方案吸取后的淤泥需大量淤泥池，抽取上岸后的淤泥黑臭无比且冲洗稀释后含水率较大，必须及时清理出城区。若长时间内淤泥不能固化外运将无法为下一轮淤泥冲洗上岸提供堆放场。鉴于以上问题，本文拟探讨适合城市狭窄河渠的淤泥疏浚方案。

1.1 施工布置原则

根据合同文件、施工图纸、渠道淤泥固化方案调整报告等，对本工程淤泥、流砂开挖及固化的机械设备、淤泥固化池等进行合理布置，拟定本工程的施工布置原则。

(1)针对合同文件要求及建设单位提供的施工作业面，进行合理规划布置淤泥固化池，施工场地内淤泥池面积不足时，可就近在红线外临时租赁土地；

(2)渠道淤泥施工作业面和淤泥池容量按施工总进度及施工强度的需要进行组织设计，现场布置力求紧凑、合理、方便使用，规模精简，管理集中、调度灵活、运行方便、节约用地及安全可靠；

(3)施工场地及营区均按要求配置足够的环保设施，按照绿色环保施工的需要进行场地规划，所有施工生产设施的布置均满足安全生产、文明施工的要求。

1.2 施工道路布置及场地布置

根据建设单位提供的施工场地，其中部分施工场地内的房屋、树木等在短时间内无法拆除。针对此问题，场地淤泥固化池的布置根据现有施工作业面进行布置。地质条件较好的地段采用建筑垃圾进行道路铺筑，地质条件差的地段采用2cm厚的钢板进行铺路，施工道路在渠道东西两侧进行布置，沿渠道每500m修建至基坑施工道路。同时结合现场实际施工情况，在场地较宽的部位修建淤泥池，渠道沿线共布置21个淤泥池，以满足现场淤泥固化需要。

1.3 主要施工工艺流程

原位处理方法即为淤泥原位搅拌固化，采用固化设备直接在现状淤泥上搅拌，同时掺入固化剂，使淤泥含水率大大降低。该技术较为成熟，在施工时采用淤泥固化机、强力搅拌头，将粉剂固化材料通过高压输送系统输送至旋转接头，再利用高压旋喷搅拌与强制式搅拌双重作用，确保粉剂固化材料与泥质软土充分混合粘结，实现泥质软基的原地固结。固化剂要求选用环保产品，其施工程序为：淤泥固化池布置→淤泥固化池放样→淤泥固化池开挖→渠道淤泥开挖→淤泥固化→池内淤泥开挖及外运→淤泥池回填。

1.3.1 淤泥固化池布置

根据本工程的特点，为保障施工工期、场内交通运输、渠道挡墙施工，部分淤泥固化池需布置在施工区域以外(场外征地)。淤泥固化池沿渠道两侧布置，其固化池面积、深度、施工方式等依据施工场地情况布置。

1.3.2 淤泥固化池放样

对淤泥固化池布置位置、面积、现场实际地形、设计渠道边线等进行测量放线，并标出控制桩位。在施工区域外布置的淤泥池，需征得业主同意后监理现场见证，以确定征地面积。

1.3.3 淤泥固化池土方开挖

本工程施工区域地形情况较为复杂，需根据不同地形进行淤泥固化池施工，并在池体周围设置40cm×40cm排水沟，将雨水及淤泥沉淀后的积水引排至集水坑中，再集中抽排至指定地点。

淤泥固化池开挖前先采用SD22推土机对现状地形进行平整，池体采用CAT320D反铲开挖，开挖土方根据现场情况就近堆放(距离淤泥固化池控制在3m以上)或运至集中堆料场，淤泥固化池开挖深度为0.5m，池体四周围堰高度0.5m，坡比为1∶1。淤泥固化池断面如图1所示。

图1 淤泥固化池断面示意

1.3.4 渠道淤泥开挖

渠道内抽排水完成后，进行渠道淤泥开挖。淤泥开挖方式根据现场淤泥池布置位置及形式确定，主要分为四台液压反铲接力和两台长臂液压反铲接力一台液压反铲两种开挖方式。

(1)四台液压反铲接力

因部分施工场地无法进行移交，淤泥固化池设置在渠道一侧，为了完成渠道另一侧淤泥清理工作，需要在渠道内铺设钢板，以方便液压反铲施工，钢板厚度2cm、长度6m、宽度3m。根据现状渠道宽度及长度，采用四台液压反铲为一组，并多组同时施工。施工顺序由远到近进行接力，并将淤泥直接转运至固化池内。该淤泥开挖方式施工布置见图2。

图2 四台反铲接力开挖渠道淤泥施工布置(淤泥单侧堆放)

(2)两台长臂液压反铲接力一台液压反铲

渠道淤泥开挖部位距离淤泥池较远，且渠道两侧可同步进行开挖施工，则采用两台20m长臂液压反铲供料给一台CAT320D液压反铲配合施工，长臂反铲先将淤泥拔至岸边，CAT320D反铲再将淤泥挖运装至20t自卸车，并运至淤泥固化池。该淤泥开挖方式施工布置见图3。

图3 两台长臂液压反铲接力一台液压反铲施工布置

1.3.5 淤泥固化

(1)固化剂试验及选用

在渠道完成抽排水后，采用环刀法在渠道内对淤泥取样，根据取样淤泥成分分析，确定适合东湖港渠道淤泥的固化剂为ZYZ325型高效清洁固化剂。根据实验室数据分析，建议工艺试验固化剂掺量为8%，具体可根据含水率浮动及现场实际情况进行调整。进行淤泥成分分析的同时，完成了淤泥样品的物理参数检测，具体数值见表1。

表1 东湖港淤泥物理性能参数

为便于检查和控制固化后淤泥的物理参数，实验室内增加了两组物理参数试验。主要控制参数为淤泥经掺入固化剂后的物理性状是否改变。经实验室固化后，两组淤泥物理特性均发生变化(试验结果见表2、表3)，不同掺混固化剂含量下相应的泥浆含水率和液限变化曲线见图4、图5。

表2 淤泥固化后物理特性变化(一组)

表3 淤泥固化后物理特性变化(二组)

图4 不同掺混固化剂含量下泥浆含水率和液限变化曲线(一组)

图5 不同掺混固化剂含量下泥浆含水率和液限变化曲线(二组)

根据淤泥固化试验，选用的固化剂为ZYZ325型成品环保固化剂，掺加比例为7%。该固化剂为粉状产品，必须采用封闭式罐车进行运输。

(2)淤泥固化施工方法

根据每个淤泥池体积，在淤泥堆放达到池顶高度后计算出固化剂掺量。罐车运输至施工现场前需进行过磅称重，以控制淤泥固化效果及质量。先将固化剂平均洒至淤泥表面，固化设备采用PC300(CAT320D)反铲，上下翻动搅拌5～6次，并按顺序依次进行，以满足固化剂搅拌均匀的要求，达到固化效果。

2 东湖港河渠清淤方案比较

东湖港渠道全长约4700m，控制走廊宽度100m～140m，设计上开口宽度30m，设计流量30m3/s。东湖港曾作为武钢工业用水水源，也是周边污水排放点，其常年淤积污染严重，水体黑臭，区域生态环境遭到了严重损坏。由于东湖港多年淤积未清淤导致淤泥工程量大，平均深度4m～6m不等。同时，岸坡沼泽地多导致水位较低、过水断面狭窄，沿线居民的生活垃圾扔入渠道导致淤泥杂质较多。东湖港两侧多为住宅区及现状道路，因此，施工红线范围较窄不具备设置大型淤泥堆场的条件。此外，渠道两岸还需修建挡墙，施工工期仅400d。综合上述条件及现场调研，最终选取了两种清淤方案进行比较。

2.1 排干挤淤方案

2.1.1 主要施工流程

首先修筑围堰，根据现场实际情况，选择合适的长度填筑围堰；其次设置排水通道，将围堰内的水抽排完之后，在渠道两侧每隔50m设置一个集水坑，及时抽排水；再者在挡墙基础处挤压块石，将淤泥挤至渠道中间；最后将渠道的淤泥转运至岸边淤泥固化池内进行固化、外运。

2.1.2 方案优缺点

(1)方案优点：施工流程及施工设备都比较简单；清淤和挡墙可同时施工，节约工期；清淤施工不受淤泥中的杂质影响；施工占地小，淤泥处理成本较低。

(2)方案缺点：容易受天气影响；挡墙施工速度快于清淤速度，挡墙成型后不便于渠道内清淤及回填施工。

2.2 干挖清淤方案

2.2.1 主要施工流程

首先修筑围堰，根据现场实际情况，选择合适的长度填筑围堰；其次设置排水通道，将围堰内的水抽排完之后，在渠道两侧每隔50m设置一个集水坑，及时抽排水。清淤施工采用1台20m长臂挖掘机、1台短臂挖掘机和2辆20t自卸车为一组，组成阶梯队列。短臂挖掘机在河底配合2块钢板将河底淤积物向渠道岸边清理，尽可能的将淤积物放到边坡底部；长臂挖掘机在边坡顶部，将短臂挖掘机清理的淤积物及边坡上的草皮树根等直接运至淤泥池内，距离淤泥池较远的部位需转运至20t自卸车内，再运至淤泥池内；利用淤泥固化机强力搅拌头进行充分搅拌后固结，待24h固结完成后装车外运。

2.2.2 方案优缺点

(1)方案优点：施工流程及施工机械均简单易操作；清淤效率高、速度快，清除底泥干净、彻底；产生的淤泥含水率较低，便于后续处理。

(2)方案缺点：要将渠道内以及外来的水抽干，增加了围堰和抽排水的成本。

2.3 清淤方案比较确定

从排干挤淤和干挖清淤的施工流程和优缺点来看，排干挤淤虽然前期可以同时进行挡墙施工，但影响了后期清淤施工；干挖清淤前期挡墙和清淤施工不能同时进行，但清淤到了一定阶段后，则可同步进行，既提高了施工效率，又缩短了施工工期，节约了施工成本。通过经济和方案可行性分析比较后，最终选择干挖清淤施工方案。

2.4 池内淤泥开挖及外运

淤泥固化及清淤施工效果必须满足市政管理单位及渣土收纳场要求，外运车辆严格按指定线路行驶，并对车辆进行冲洗干净及车厢顶部加盖帆布，达到外运条件要求后，再进行淤泥外运。淤泥外运采用的机械设备为CAT320D液压反铲和20t自卸车，先将淤泥集中收集，再采用CAT320D液压反铲给20t自卸汽车装车。运输至渣场后，采用150kW推土机推平，20t轮胎式压路机压平。

2.5 淤泥池回填

渠道各段清淤施工完成后，淤泥池应进行相应的回填处理，处理方式如下：

(1)施工区域以内的淤泥池在淤泥外运清理完成后，根据设计图纸进行地形平整，以便于后续施工；

(2)施工区域以外的(临时租赁土地)淤泥池在淤泥外运清理完成后，根据原地形进行恢复。

3 结语

随着社会的发展，对生态环境的保护会越来越重视，越来越多的河流和湖泊等要进行清淤和疏浚，在制定清淤施工方案的时候需要因地制宜，考虑河道的各种条件和干扰因素选取最适合的方案；另外目前清淤工程中的一些新技术、新方法以及新设备大多是基于大河流和大湖泊而深入研究的，中小河道尤其是狭窄河渠的淤泥处理方法、清淤设备及技术还需要进一步的实践。