厂拌淤泥固化土的研究及工程应用

周瑞荣，刘磊，刘辉，寇佳，武可贵

（1.连云港市城建控股集团有限公司，江苏 连云港 222046；2.连云港金海岸开发建设有限公司，江苏 连云港 222046；3.连云港长兴建设工程有限公司，江苏 连云港 222046；4.连云港港口工程设计研究院有限公司，江苏 连云港 222046）

疏浚淤泥是港口、航道、河道、湖泊疏浚产生的，特征是高含水、高孔隙比、高黏粒含量，是一种面广量大的废弃物；工业固体废物是指在工业活动中排入环境的各种废渣、粉尘及其他废物。数量庞大，种类繁多，除有限的几种工业废物得到利用，大部分工业废物仍以消极堆存为主，不仅占用大量土地，而且污染环境。从19世纪70年代开始，国内开展了淤泥固化土的物理特性、力学特性、固化机理、固化材料研究，并逐步应用到堤防、道路、填方等工程中，为疏浚淤泥、工业固体废物的资源化利用开辟了新的途径[1]。

1 国内淤泥固化土生产工艺现状

拌和是淤泥固化土生产的关键工序，拌和工艺分两大类：原位拌和、异位拌和。原位拌和可细分为表层原位拌和、深层原位拌和。异位拌和可细分为场地拌和、工厂拌和（简称“厂拌”）。

以下就异位拌和的场地拌和与厂拌两种工艺进行比较，见表1。

表1 场地拌和与厂拌工艺比较表Table 1 Site mixing and plant mixing process comparison table

2 淤泥固化土

2.1 配合比试验

配合比均以各外掺材料重量（kg）与含水量80%的淤泥（100 kg）重量比表示。

水泥掺量：425号水泥掺量在3耀5 kg取值，对含水量大于或小于80%的淤泥，可适当调整[2]；

工业废渣掺量：10耀15 kg[3]；

激发剂掺量：0.3耀0.4 kg。

经过多次试验，初步选定3组配比，见表2。3组配比固化土龄期与强度室内试验结果见表3。

表2 淤泥固化土配合比Table 2 Proportion of silt solidified soil

表3 固化土龄期与强度关系Table 3 Relationship between age and strength of solidified soil

由表3可知：固化土强度随时间增长；水泥掺量越高，固化土强度越高。

2.2 土体物理力学指标试验

除特殊说明外，以下试验的固化土配比均为组别芋[4]。

1）淤泥固化前后物理指标变化见表4。固化土的含水量明显降低，液限、塑限明显提高；颗粒组成中黏粒和胶粒含量明显降低。

表4 淤泥固化前后物理指标对比表Table 4 Comparison of physical parameters of silt before and after solidification

2）密度试验：室内采用环刀法，密度为1.60耀1.68 g/cm3。

3）体积收缩观察：7 d养护过程中未发现体积收缩。

4）固化试验：采用全自动气压固结仪，24 h压缩系数为0.16耀0.28 MPa-1；24 h压缩模量为6.96耀11.41 MPa，与无侧限抗压强度试验结果呈正相关，故固化土属中压缩性土[5]。

5）固化时间试验。淤泥与固化剂拌和均匀后，随着水化反应的进行，土体塑性逐渐消失，最终固化为固态，采用水泥凝结测定仪进行固化过程测试，初期试针完全穿透试样（试针离试样底部距离为0），随着试样强度增长，试针最终停留在试样表面（试针离试样底部距离为40 mm）。凝结测定结果见表5。

表5 试针离试样底部的距离Table 5 Distance between the test needle and the bottom of the sample

表中1号、3号试样淤泥原含水量为73.3%，2号、4号、5号为103.1%；固化剂掺量相同。

由表5可见：淤泥含水量越高，固化越慢；1耀2 d后，试针基本触底，故可选择固化土首次碾压时间为1耀2 d。

6）直剪试验。24 h土体凝聚力c为30 kPa左右；摩擦角渍为20毅左右，典型曲线见图1。

图1 典型剪切试验曲线Fig.1 Typical shear test curve

7）干湿循环试验。室内试验以24 h作为循环周期，进行14次循环；现场暴露试验地点在海边潮间带，试验时间57 d，经受每天两潮的干湿循环。无侧限强度对比见表6。

表6 固化土暴露试验与同期室内试验无侧限抗压强度对比Table 6 Comparison of unconfined compression strength between the exposure test and the laboratory test of solidified soil in the same period

由表6可知，固化土强度随时间增长；固化土现场暴露强度与室内同期强度基本同步。现场观察也显示固化土表面保持完整，无溃化、开裂现象，表明固化土具有较强的抗干湿循环耐久性。

2.3 工艺设备研究

1）拌和站

拌和站包括：上料平台、搅拌机、卸料出运通道、操作室、固化剂储罐及材料计量装置等，实景见图2。

图2 固化土拌和站实景图Fig.2 Real picture of solidified soil mixing station

拌和系统主尺度：地面标高依0.00 m。上料平台标高3.00 m，平面20 m伊20 m，设上下车辆坡道；下沉式卸料出运通道，通道顶标高-2.00 m，净宽3.6 m，净空3.5 m，纵坡10%；操作室平台标高2.00 m，操作人员视线标高3.50 m；设上料、卸料监控摄像，铃声指挥系统。

2）搅拌机

主要设备JS9000搅拌机是目前国内最大搅拌机[6]，双轴双端驱动，骨料最大允许粒径达180 mm，允许淤泥含水量50%耀110%，重量27 t，生产能力180 m3/h。技术参数见表7。

表7 JS9000搅拌机技术参数Table 7 Technology parameters of JS9000 mixer

JS9000搅拌机主要特点：在搅拌轴和搅拌臂上设刮泥环，防止淤泥抱轴；仓内壁设高铬耐磨铸铁衬板，防止仓体磨损；搅拌轴为永久寿命设计，轴端漏浆智能报警；罐底卸料口宽度达460 mm，满足大骨料卸料要求，卸料迅速无残留；且采用双卸料门结构，两卸料门单独驱动，可同时开关，亦可单独开关，满足不同卸料场合的卸料需求。

3 工程应用实例

连云新城金海三期纵一路位于连云新城西区，南北向布置，长1 900 m，路幅宽50 m，为吹填淤泥经真空预压加固的地基，采用固化土道路基层，宽60 m，厚1 m。罗海滨等[7-8]曾做过类似工程应用研究。

3.1 主要施工技术

1）淤泥进料

用自卸汽车在上料平台上向搅拌机供淤泥。

2）固化剂进料

已配比好的固化剂装入储罐，通过计量装置及螺旋输送机传送进搅拌机。

3）拌和

采用9 m3双轴卧式淤泥固化土搅拌机，仓内搅拌时间60 s，可视物料情况现场调整，但需保证固化土均匀。

4）出料

自卸汽车卸料口接运到用料现场。

5）计量

淤泥采用汽车地磅计量，固化剂采用搅拌机上计量斗计量。

6）控制

在操作室内通过目视、视频、铃声等信息人工按键控制启动、停止、卸料口启闭等搅拌机动作。

7）摊铺

出运到现场后，由挖机摊铺，人工辅助，摊铺分层厚度30耀50 cm，要求厚度均匀。

8）碾压碾压设备：采用18耀21 t的平碾及振动压路机。碾压原则：碾压施工遵循先轻后重、先慢后快、先静后振的原则；

初始碾压时间：摊铺后2 d；

碾压速度：前两遍碾压速度控制在1.5耀1.7 km/h，以后可采用2.0耀2.5 km/h；

搭接宽度：压路机重叠搭接1/3后轮宽；

碾压遍数：6耀8遍；

9）养护

养护期间要控制交通，禁止无关车辆通行；养护施工车辆（洒水车等）要慢行；采用土工布或塑料薄膜覆盖，始终保证表面处于湿润状态，防止水分蒸发而开裂；连续养护一般不少于7 d。

3.2 质量检测

1）路基弯沉值

设计要求机动车道路基顶面弯沉值小于179.2（0.01 mm），非机动车道路基顶面弯沉值应小于239（0.01 mm）。实测平均弯沉值147（0.01 mm），满足设计要求。

采用氧弹燃烧法测定PVC中的Cl含量是通过将PVC在高温、富氧的条件下燃烧，使PVC中的不溶性Cl全部转化为可溶的HCl气体，其化学反应式为：

2）土体密实度

实测平均密度1.71 g/cm3，密实度0.967。

3.3 环境保护措施

1）路面抛洒

产生于淤泥、固化土运输途中的泥土抛洒。治理措施为：运输淤泥的自卸车采用坡形后厢板的整体车厢，防止后厢板密闭不严的漏泥，车厢泥面低于箱顶不小于10 cm，运输固化土的自卸车采用苫盖和不超高装车措施，防止车辆颠簸的泥土抛洒。

固化土运输车辆离厂前通过车辆清洗台清洗。

2）粉尘

3）噪音

搅拌机选用含油滑动轴承，减小噪音。

4 结语

1）厂拌淤泥固化土是资源化利用疏浚淤泥和工业废渣及解决砂石料短缺的有效途径。

2）厂拌淤泥固化土以其可利用淤泥含水幅度大、土体强度高、离散性小、质量稳定、抗干湿交替性强、易于包装等特点，可以满足陆上道堆基层及水上工程等不同的工程要求。

3）厂拌淤泥固化土填补了淤泥固化土工厂化、标准化生产的空白。

4

）厂拌淤泥固化土工艺具有良好的环境友好性。