中小河涌淤泥工程回填利用技术研究

杨健，洪钦敏，岳宇，潘池海，董永刚，陈帅，林健汉

（广东省水电二局股份有限公司，广州 510000）

河湖淤泥来源复杂，特别是河涌淤泥，裹挟了大量生活垃圾和建筑垃圾，有机物成分复杂且含量比例高，严重影响了淤泥中水的存在形态，从而使得淤泥泥浆不易脱水。未经处理的淤泥的特点是含水量高、孔隙比大、渗透性差、强度低、变形大、固结时间长、压缩性高，并有触变性、流变性和很强的不均匀性。在实际施工过程中，对于河道清出的淤泥往往采用丢弃或卫生填埋的方式进行处理处置。淤泥虽无法直接进行工程应用，但经过处理后可以满足工程当中一般回填用土的需要，从而实现淤泥的综合利用。因此，开展淤泥稳定化处理及处置研究，探索其资源化利用的可行性是十分必要的。

淤泥固化的基本原理是在淤泥中添加固化剂材料，进行搅拌混合，制成淤泥固化土[1]。稳定化处理后的淤泥与原淤泥性能相比有较大的变化：（1）淤泥固化土的抗压强度比原淤泥有较大的提升。（2）淤泥固化土中的重金属因被固化或被钝化，从而在毒性浸出液中的浓度降低。（3）淤泥固化土中含有的有机质成分比例下降等。这些对于淤泥固化土作为回填土来说是非常重要的。

淤泥固化的主要关键技术在于固化剂的选用。国内外已有很多关于固化剂组成的研究，如采用水泥、粉煤灰、石膏作为固化剂[2]，或者采用化学合成固化剂等[3]，并在固化剂研究之上深入进行了关于固化土用于填筑材料的工程应用研究[4]。但目前过高的固化剂添加比例间接导致了工程实施费用的增加[5]，这是阻碍淤泥固化土资源化利用的一个重要因素。

1 淤泥稳定化试验研究

1.1 试验材料

1.1.1 河湖淤泥脱水调理剂

河湖淤泥脱水调理剂由微生物絮凝剂和化学絮凝剂组成。该调理剂的作用在于对淤泥泥浆的结构性能、水理特性、物理力学性能进行内在调理，营造了有助于淤泥泥浆脱水的内生性环境条件，可实现在使用机械设备的条件下让淤泥泥浆快速脱水。

1.1.2 河湖淤泥固化调质剂

河湖淤泥固化调质剂是由微生物、无机化合物及高分子有机化合物组成的试剂。该试剂主要在淤泥固化前进行调质，营造了有助于淤泥固化的内生性结构及其颗粒形体环境条件，利于快速固结并提高力学性能。

1.1.3 试验用淤泥

试验用淤泥为广州市增城区石滩镇大利洲涌的疏浚淤泥。

1.1.4 试验设备

淤泥压滤机选用隔膜板框压滤机。

1.2 试验方法

（1）将疏浚淤泥剔除树枝、石块、生活垃圾后制作成泥浆。（2）使用河湖淤泥脱水调理剂对淤泥泥浆进行调理处理。（3）使用河湖淤泥固化调质剂对调理后的淤泥泥浆进行调质处理。（4）在淤泥压滤机上对调理、调质后的淤泥进行脱水与固化，得到稳定化处理后的淤泥固化土。

2 淤泥固化土的回填试验及物理力学特性测试

2.1 试验方案

在广州市增城区石滩镇大利洲固化场内建设了100m×100m 的试验场地，利用试验过程中产出的淤泥固化土进行回填，并对回填土进行碾压后取样测试其理化性能。淤泥固化土回填、摊铺与碾压见下图。

2.2 物理力学特性测试

试验研究从淤泥固化土的加州承载比（CBR）、轻击实、液塑限、重金属稳定性和有机质含量等参数来综合考量稳定化淤泥土的物理力学特性。

2.2.1 轻击实试验

轻击实试验方法参照《公路土工试验规程》（JT GE40—2007），步骤如下：

（1）用四分法选取具有代表性的土样15kg，并测定其风干含水量。

（2）准备5 个土样，将土样平铺于不吸水的平板上，分别加入不等量的水分（按间隔2%—3%的含水率逐渐递增），充分搅拌后分别装入塑料袋中静置24h 备用。

（3）按下式计算加水量：

式中，mω为土样所需加水量，g；m为土样质量，g；ωh为土样风干含水量，%；ω为土样所要求的含水量，%。

（4）将击实筒放在坚实的地面上，装好护筒，并在击实筒内壁涂一薄层润滑油；将搅拌好的土样分3 层装入击实筒内，每层56 击，击实时击锤自由垂直落下，锤迹均匀分布于土样表面，一层击好，在加入下一层土样时将接触面“拉毛”。

（5）取下导筒，用刀修平超出击实筒顶部和底部的土样，擦净击实筒外壁，称量击实筒与土样的总质量，精确至1g。

（6）用顶土器将土样从击实筒中推出，从土样中心处取样测定土的含水量。

2.2.2 液塑限试验

（1）制备好3 份试样。

（2）将制备好的第一份试样调拌均匀，填入试样杯中，填满后用刮土刀刮平表面，然后将试样杯放在联合测定仪的升降座上。在圆锥仪锥尖上涂抹一薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸住圆锥。

（3）调整升降座，使锥尖刚好与试样面接触，切断电源使电磁铁失磁，圆锥仪在自重下沉入试样，5s后测读圆锥下沉深度。

（4）取出试样杯，测定试样的含水率。

重复以上步骤，测定另两份试样的圆锥下沉深度和含水率。

2.2.3 CBR 试验

以CBR 值作为本次研究中的控制指标——土基承载力的参数指标。试验方法参照《公路土工试验规程》（JT GE40—2007）承载比试验方法，在最佳含水量条件下以96%的压实度击实成型，将试件浸水4个昼夜后测得其CBR2.5值及膨胀量。

淤泥固化土回填、摊铺与碾压现场图

2.2.4 重金属稳定效果试验（以铜为例）

重金属稳定效果试验（以铜为例）外委具有中国计量认证（CMA）资质的检测公司，按《水质 铜、锌、铅、镉的测定 原子吸收分光光度法》（GB 7475—87）进行检测。

2.2.5 有机质含量变化测试

有机质测试试验方法参照《土壤有机质测定法》（GB 9834—88）进行。

3 试验结果

表1 为疏浚淤泥样品通过筛分、称重、颗粒级配测试后进行轻击实试验的结果。

表1 淤泥固化土轻击实试验结果

从试验结果可知，淤泥固化土最佳含水率为7.8%—11.8%，最大干密度变化很小，在1.685g/cm3左右。基本满足作为回填土土体的最优含水率范围。从表1 中数据可以看出，固化剂添加量的变化对于淤泥固化土的最佳含水率，尤其是最大干密度的影响不大。

表2 为对疏浚淤泥样品进行试验得到的塑性指数。

表2 淤泥固化土的塑性指数

从表2 可以看出，随着固化剂添加比例的增大，淤泥固化土的液限、塑限值也随之增大，说明固化剂的添加量可有效改变淤泥固化土的工程性质，从而可以通过调节固化剂的添加量使淤泥固化土在液限、塑限值方面满足工程回填土关于液限＜44.0%、塑性指数＜22.0%的指标要求。

表3 为疏浚淤泥样品的CBR 试验结果。

表3 淤泥固化土的CBR 试验结果

从表3 可以看出，使用固化剂对淤泥进行固化能显著提高淤泥固化土的承载力，同时减小其膨胀量且增加其压实度。随着固化剂添加比例的增大，其承载力也随之增大，十分有利于工程回填。淤泥固化土的膨胀量并不明显，满足回填土的使用规范要求。

表4 为疏浚淤泥样品固化处理后对重金属铜的稳定效果。

表4 淤泥固化处理后对重金属铜的稳定效果（与原淤泥对比）

从重金属铜的稳定效果可以看出，固化剂的添加使淤泥中的重金属浸出浓度大幅降低，即固化剂和重金属的稳定化反应进行得比较彻底。

表5 为疏浚淤泥样品经脱水固化处理后的含水率及有机质试验结果。

表5 固化土经脱水固化处理后的含水率及有机质试验结果

有机质含量是淤泥土工程应用过程中的一个重要参数。为深入研究有机质含量对固化剂添加量的敏感性，本次试验拟定的固化剂添加量为2%、4%、6%、8%、10%、12%，以便研究有机质含量随着固化剂添加量的小幅增加而减小的程度。有机质测试试验方法参照《土壤有机质测定法》（GB 9834—88）进行。结果表明，固化剂的添加能使淤泥中的有机质大幅减少，而且随着固化剂添加量的增加，有机质含量降幅也同步加大。

4 结语

（1）河湖淤泥稳定化处理是淤泥资源土用于回填工程建设的先决性条件，对具有不同组成和力学特性的淤泥，针对不同工程建设要求，应通过试验研究确定其应用指标。

（2）河湖淤泥经使用固化剂稳定化处理后成为淤泥固化土，淤泥固化土的物理力学性能如CBR、液塑限、轻击实、压实度等都有不同程度的提高，并且随着固化剂添加的增加，这些物理力学性能也都得到了进一步提升。

（3）河湖淤泥经使用固化剂稳定化处理后，其内部重金属得到有效稳定，同时有机质含量大幅降低。然而，不同性能的固化剂对淤泥固化土的稳定性及其有机质含量的影响存在较大差别。

（4）河湖淤泥经固化剂稳定化处理后成为淤泥固化土，淤泥固化土的性能指标已基本接近或高于其他工程回填土的性能指标，满足相关技术规程的指标要求，因此可以将淤泥固化土用于各种工程中的回填土。