盧成標(biāo),吳發(fā)德

(蒼南縣發(fā)展和改革局,浙江 蒼南 325800)

1 問(wèn)題的提出

港口、航道的建設(shè)和維護(hù)工程往往會(huì)產(chǎn)生大量的疏浚泥。通常,海洋中產(chǎn)生的疏浚泥主要是通過(guò)拋泥處理,即在特定的海域內(nèi)設(shè)置傾倒區(qū),將疏浚泥運(yùn)輸至此傾倒于海洋。然而,由于海洋傾倒區(qū)大部分設(shè)置在河口、近海海域,而這些海域又大多是海洋捕撈、水產(chǎn)養(yǎng)殖、幼魚幼蝦保護(hù)和各類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)活躍的重要區(qū)域,疏浚泥的傾倒會(huì)影響其他海洋資源的有效利用并可能對(duì)海洋環(huán)境造成危害。為了保護(hù)海洋環(huán)境和保證海洋經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,對(duì)疏浚泥進(jìn)行綜合利用已經(jīng)成為一個(gè)重要的課題。疏浚淤泥的資源化利用技術(shù)就是把作為污染源的廢棄疏浚淤泥,通過(guò)化學(xué)、物理的方法進(jìn)行處理,使其變?yōu)榭稍偕玫耐凉ぬ罘讲牧?、建筑材?這樣既解決沿海大量廢棄疏浚淤泥的處理問(wèn)題,又可避免疏浚淤泥對(duì)海洋和陸地環(huán)境的污染,同時(shí),還可產(chǎn)生工程建設(shè)所急需的土工材料加以利用,產(chǎn)生綜合性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

吹填法是將挖出的泥土利用泥泵輸送到填土地點(diǎn),以使泥土綜合利用。吹填法處理疏浚泥土,不僅能使泥土綜合利用,為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的多方面服務(wù),而且避免了疏浚泥土回淤航道的可能性(特別是在某些河口地區(qū)),是目前處理疏浚泥沙的較好的方法[1-4]。

疏浚泥的物質(zhì)組成,特別是其粒度組成及黏土礦物成分是影響吹填泥漿沉降、固結(jié)特性的重要因素,而疏浚泥吹填后的淤積狀況對(duì)把握和預(yù)估回填和軟基處理等問(wèn)題具有重要指導(dǎo)作用。對(duì)此,以蒼南縣舟巴艚中心漁港建設(shè)為例,開(kāi)展疏浚泥的落淤試驗(yàn),對(duì)疏浚泥的吹填可行性進(jìn)行研究[5]。

2 工程概況

由浙江省圍海公司于2003年8月完成的舟巴艚漁港工程地質(zhì)勘察報(bào)告可知,溫州蒼南 (舟巴艚)一級(jí)漁港防波堤堤線范圍工程地質(zhì)條件分布情況、巖土層的特征,土的物理力學(xué)性質(zhì)等,大致可分為幾個(gè)工程地質(zhì)單元體(見(jiàn)表1),地層主要物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表2。舟巴艚漁港工程布置示意圖如圖1所示。圍涂區(qū)屬于中亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū),全年光照充足,四季分明,雨水豐沛,溫暖濕潤(rùn)。主要災(zāi)害性天氣有臺(tái)風(fēng)、洪澇、干旱、大風(fēng)、冰雹等。多年平均降雨量1535 mm,平均降雨日176 d,降水日主要集中在3—9月,約占全年的83%左右,年平均蒸發(fā)量894 mm。

表1 工程地質(zhì)單元?jiǎng)澐直?/p>

表2 地層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及其承載力表

圖1 工程布置示意圖

3 實(shí)驗(yàn)分析

3.1 顆分實(shí)驗(yàn)分析

本次試驗(yàn)取樣來(lái)自舟巴艚漁港東南端附近(見(jiàn)圖1),對(duì)舟巴艚漁港的疏浚泥進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn)其黏粒含量較高。由加分散劑和不加分散劑的對(duì)比試驗(yàn)可以看出:加入分散劑后,疏浚泥中各粒級(jí)的百分含量均有不同程度的改變,尤其明顯的是加分散劑后出現(xiàn)了黏粒組,變化較為顯著。分析表明,原土中含有一定量的由黏粒、粉粒結(jié)合形成的具有一定抗水性能的粉質(zhì)輕黏土,團(tuán)聚度為1.61(見(jiàn)表3)。

本工程中疏浚泥中不易凝聚沉降的黏粒和膠粒含量占土?？傊亓康?4.9%,比深圳稍大,比天津和連云港小(見(jiàn)表4)[4],對(duì)吹填泥漿的落淤有利。因此,從物質(zhì)組成上看,本工程疏浚泥用于吹填造陸是可行的,其造陸效果與天津新港淤泥接近而優(yōu)于連云港淤泥。

表3 吹填土的粒度表

表4 不同區(qū)域顆分組成表[4]%

3.2 沉降試驗(yàn)分析

為了分析疏浚泥吹填后的沉降時(shí)間,課題組分別在2008年5月于舟巴艚漁港和江南海涂圍區(qū)(試驗(yàn)取樣來(lái)自大北閘附近)及周邊海區(qū)的沉積淤泥表層(0～20 cm)取樣進(jìn)行室內(nèi)落淤研究,取樣區(qū)地層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及其承載力見(jiàn)表2。試驗(yàn)的目的是為了模擬現(xiàn)場(chǎng)吹填土在靜水條件下的下沉情況,獲得沉降量、沉降速率等一系列數(shù)據(jù),同時(shí)制備出試驗(yàn)所需的土樣,試驗(yàn)要點(diǎn)如下。

(1)試驗(yàn)采用1000 mL的量筒,底面積為32 cm2。

(2)將吹填土與海水按不同的比例分別在容器中混合,浸泡24 h并用玻璃棒充分?jǐn)嚢?以模擬現(xiàn)場(chǎng)吹填土的結(jié)構(gòu)遭到充分破壞的情況。隨后,將已配置好的吹填泥漿注入到已經(jīng)備好的量筒中。用攪拌器上下充分?jǐn)嚢钄?shù)次,且各試樣攪拌相同的次數(shù),使土水充分混合,沒(méi)有沉淀。

(3)攪拌器從量筒中取出后馬上開(kāi)始計(jì)時(shí),由于黏土顆粒的絮凝作用,泥水能很快分離,具有明顯的分界面,按不同時(shí)間測(cè)記泥面下沉量。在試驗(yàn)進(jìn)行50 d后,待量筒中的泥漿靜水沉降穩(wěn)定,將泥面上部的清液吸出,使表面得到蒸發(fā),以加速沉降。通過(guò)測(cè)記的泥面下沉量,根據(jù)泥漿沉積后的體積變化,推算出沉積過(guò)程中泥漿的孔隙比,按飽和土計(jì)算出相應(yīng)的容重和含水率。推算關(guān)系式如下:

式中:γ為泥漿容重,g/cm3;ω為含水率,%;e為孔隙比;Sr為飽和度,吹填泥漿取1;γw水容重,g/cm3;V為泥漿體積,cm3;γ s為土粒密度,g/cm3。

落淤試驗(yàn)如圖2和3所示,圖2為初始時(shí)刻的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?圖3為落淤50 d后的試驗(yàn)結(jié)果,觀察發(fā)現(xiàn):本試驗(yàn)在1 d后就完成了30%～40%,在1周后完成了80%,由于試筒周圍不能排水,落淤在50 d后趨于穩(wěn)定。土樣在試驗(yàn)前含水率基本接近(見(jiàn)表5),體積相同,均為120 cm3,落淤后(除上層清水后的體積)的土樣中含水率更高,主要表現(xiàn)在體積有了較大幅度的增加(見(jiàn)表6)。試驗(yàn)結(jié)果表明,在不同土水比條件下,沉降速率的變化大致分為2個(gè)階段。第1階段沉降速率變化較大,曲線 (淤積物沉積量)呈下降趨勢(shì),這個(gè)階段的沉降速率主要取決于土水比,土水比越小,沉降速率越大。第2階段為泥漿自重固結(jié)階段。土的固體顆粒之間已開(kāi)始相互接觸,形成初始連結(jié),傳遞粒間應(yīng)力,初步形成骨架,此時(shí)固體顆粒之間的相互位置將發(fā)生調(diào)整,結(jié)構(gòu)連結(jié)不斷增大,進(jìn)而形成比較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),沉降量雖然很小,但延續(xù)時(shí)間卻很長(zhǎng)。水中含鹽量對(duì)落淤有一定的影響,其變化規(guī)律見(jiàn)圖4,可見(jiàn)含鹽量在3.2%時(shí)孔隙比最大,即在這一鹽度條件下淤泥的沉落速度較慢,所需時(shí)間較長(zhǎng),土樣含水率最高。

圖2 落淤前示意圖

圖 3 落淤50 d后結(jié)果圖

表5 落淤試驗(yàn)記錄表

表6 落淤孔隙比表

圖4 含鹽量對(duì)孔隙比的影響示意圖

4 結(jié) 語(yǔ)

盡管舟巴艚漁港港池疏浚泥的含水率較高、孔隙比較大,壓縮模量很小,地基承載力較低 (均小于60 kPa),但從力學(xué)性質(zhì)角度,港池疏浚泥作為吹填土層是可行的,顆粒分析表明疏浚土的黏粒含量較高,利于吹填。本文對(duì)蒼南縣舟巴艚中心漁港疏浚泥沙落淤試驗(yàn)研究,落淤試驗(yàn)結(jié)果表明:在不同土水比條件下,沉降速率的變化大致分為2個(gè)階段。第1階段沉降速率變化較大,第2階段為泥漿自重固結(jié)階段。本工程疏浚泥落淤速度較快,進(jìn)行回填淤積速度較快,工期較短,表明本工程疏浚泥吹填的可行性。水中含鹽量對(duì)落淤有一定的影響,當(dāng)含鹽量在3.2%時(shí)孔隙比最大,即在這一鹽度條件下淤泥的沉落速度較慢,所需時(shí)間較長(zhǎng),土樣含水率最高。

[1]劉瑩,王清,肖樹(shù)芳.不同地區(qū)吹填土基本性質(zhì)對(duì)比研究[J].巖土工程技術(shù),2003(4):197-200.

[2]詹良通,童軍,徐潔.吹填土自重沉積固結(jié)特性試驗(yàn)研究[J].水利學(xué)報(bào),2009,38(2):201-205.

[3]彭濤,武威,黃少康,等.吹填淤泥的工程地質(zhì)特性研究[J].工程勘察,1999(5):1-5.

[4]彭濤,葛少亭,武威,等.吹填淤泥填海造陸技術(shù)在深圳地區(qū)的應(yīng)用[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2001(1):68-71.

[5]蒼南發(fā)電廠前期工程工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.蒼南中心漁港 (舟巴艚)疏浚泥傾倒在江南海涂圍墾 (填海)工程中綜合利用可行性分析報(bào)告 [R].寧波:寧波大學(xué)建筑工程與環(huán)境學(xué)院,2009.