夏永成,陳秀良,2,吳文華,2

(1.浙江廣川工程咨詢有限公司,浙江 杭州 310020;2.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

1 問題的提出

近年來,隨著浙江經(jīng)濟(jì)的快速平穩(wěn)發(fā)展,人多地少的矛盾日益突出,圍墾造地是浙江省緩解土地緊張狀況、拓展經(jīng)濟(jì)發(fā)展空間的重要措施。在圍墾工程建設(shè)中,海堤閉氣土方往往就地取材,就近取表層淤泥及淤泥質(zhì)土。該層土天然含水率高、壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差、承載能力低,必將造成閉氣土穩(wěn)定邊坡緩、占地大,不利于濕地生態(tài)保護(hù);必將造成施工速度慢,建設(shè)工期長,無法滿足 “又好又快”圍墾建設(shè)的要求。由于傳統(tǒng)的石灰、水泥、粉煤灰等土壤固化材料,存在質(zhì)量不能滿足要求、造價(jià)高等諸多不足,自20世紀(jì)60年代以來[1-2],許多新型固化材料不斷研究并在廣東、海南、北京等鐵路、公路、水利工程中應(yīng)用,取得了較好的社會(huì)、市場、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。然而,新型固化材料在浙江省的研究與應(yīng)用尚處于探索階段,因此,有必要開展海堤閉氣土方填筑淤泥固化技術(shù)的研究。本文主要通過典型土樣室內(nèi)強(qiáng)度試驗(yàn)對固化劑性能進(jìn)行研究比選,并結(jié)合經(jīng)濟(jì)性、施工工藝分析,提出淤泥固化技術(shù)可應(yīng)用于海堤閉氣土方填筑的初步結(jié)論。

2 室內(nèi)試驗(yàn)

2.1 固化劑與土樣選擇

按照具備環(huán)保性能、固化技術(shù)成熟,生產(chǎn)運(yùn)輸方便、經(jīng)濟(jì)性、高效性、適應(yīng)性強(qiáng)、工程應(yīng)用效果良好等原則,經(jīng)大量調(diào)研,選擇A型固化劑進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn),并有針對性地選擇了浙江省溫州、臺州地區(qū)土樣,試驗(yàn)土樣基本物理性質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 土樣基本物理性質(zhì)指標(biāo)表

2.2 室內(nèi)試驗(yàn)

根據(jù)有關(guān)規(guī)范規(guī)程[3-4]進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)分析,對選定的固化劑按不同的摻入量(4%,6%,7%,8%,10%)在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件 (無水環(huán)境)下,測定不同齡期 (7,28,90 d)的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度,并根據(jù)試驗(yàn)成果,確定固化劑的最佳摻入量。同時(shí)按最佳摻入量在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件(無水環(huán)境)及模擬水環(huán)境條件(浸水養(yǎng)護(hù))下,進(jìn)行初、終凝時(shí)間與不同齡期 (1,3,7,14,28 d)時(shí)含水率、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度 (qu)及7,14 d齡期時(shí)的快剪試驗(yàn)。

3 淤泥固化土筑堤技術(shù)的可行性

3.1 不同固化劑摻量強(qiáng)度的變化

圖1為不同固化劑摻量情況下,淤泥固化土的強(qiáng)度增長情況圖。從圖1中可以看出固化土強(qiáng)度隨著固化劑摻量的增大而增大,同時(shí)固化土強(qiáng)度隨著齡期的增加而增大。

圖1 固化劑不同摻量強(qiáng)度增長圖

3.2 含水率對固化效果的影響

圖2為A型固化劑固化1#、2#土樣的固化效果圖。從圖2中可以看出,無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著含水率的增加而降低,含水率對強(qiáng)度的增長影響較大,2種土樣含水率相差12.2%,1#土樣在齡期7 d的強(qiáng)度就已經(jīng)接近或超過2#土樣90 d強(qiáng)度,在齡期90 d的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于2#土樣在齡期90 d的強(qiáng)度。

圖2 含水率對A型固化劑固化效果的影響圖

3.3 最佳摻入量分析

圖3為A型固化劑固化1#土樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長率(強(qiáng)度增值/摻入量增值)圖,從圖3中可以看出無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長率折線規(guī)律明顯,齡期7～28 d的強(qiáng)度增長率增長幅度相差不大,在摻入量4%～6%變化平緩,在6%～7%變化劇烈,在摻入量7%時(shí)達(dá)到峰值,當(dāng)摻入量大于7%時(shí),數(shù)值開始減小折線下行,從以上分析可以看出,A型固化劑固化1#土樣的室內(nèi)最佳摻入量取7%。經(jīng)試驗(yàn)分析,此次2#、3#土樣的室內(nèi)最佳摻入量分別取7%,6%。

圖3 A型固化劑最佳摻入量分析圖

3.4 初、終凝時(shí)間

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,2#、3#土樣,在A型固化劑摻量分別為6%,7%時(shí),達(dá)到初凝需22 h左右,終凝則需4～5 d。

3.5 養(yǎng)護(hù)條件對強(qiáng)度的影響

根據(jù)實(shí)驗(yàn),浸水養(yǎng)護(hù)條件比之標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件,無側(cè)限抗壓強(qiáng)度都有不同程度的降低,根據(jù)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,初步可得到以下關(guān)系式:qu水下=(0.6～ 0.8)qu標(biāo)準(zhǔn),C水下=(0.8～ 0.9)C標(biāo)準(zhǔn),φ水下=(0.75～ 0.9)φ標(biāo)準(zhǔn)。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

A型固化劑用土方填筑,經(jīng)分析其摻入量可考慮為3%～4%情況,以固化土的平均容重為1.6 t/m3,固化劑價(jià)格按450元/t,每立方米土所用固化劑價(jià)格為1.6 t/m3×(3%～4%)×450元/t=21.6～28.8元/m3,考慮攪拌、轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用,固化土價(jià)格約55～60元/m3。

水泥市場價(jià)格約350～400元/t,雖然A型固化劑市場價(jià)格比水泥高50～100元/t,但由于A型固化劑的固化效果明顯比水泥好,尤其對高有機(jī)質(zhì)、高塑性黏土,相比于水泥效果更佳。而且在相同固化效果的情況下A型固化劑的摻入量小于水泥摻入量,參考有關(guān)成果[5]水泥固化土造價(jià)約80～90元/m3,所以A型固化劑固化土綜合價(jià)格應(yīng)低于水泥固化土價(jià)格,尤其是在砂石料缺乏的地區(qū)經(jīng)濟(jì)上更具有優(yōu)勢。

5 施工工藝分析

5.1 施工工序

總體采用化學(xué)固化方法對淤泥土進(jìn)行資源化利用,施工工序如下:取泥—脫水—運(yùn)輸—拌合—填筑—養(yǎng)護(hù)。

5.2 施工機(jī)械選擇

采用化學(xué)固化方法對淤泥土進(jìn)行資源化利用所用機(jī)械主要包括挖泥設(shè)備、攪拌設(shè)備、運(yùn)輸填筑設(shè)備。挖泥設(shè)備:當(dāng)近距離運(yùn)輸時(shí),取泥機(jī)械推薦桁架式土方筑堤機(jī)、橋式土方筑堤機(jī),當(dāng)運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)時(shí)可采用鏟斗式、抓斗式挖泥船或絞吸式挖泥船。攪拌設(shè)備:攪拌設(shè)備目前處于初期開發(fā)階段,定型產(chǎn)品不多,主要為有關(guān)廠家研制攪拌機(jī)械,今后隨著固化土的大量應(yīng)用,攪拌設(shè)備也會(huì)得到較大發(fā)展。運(yùn)輸填筑設(shè)備:近距離運(yùn)輸可采用桁架式土方筑堤機(jī)、橋式土方筑堤機(jī),遠(yuǎn)距離運(yùn)輸可采用自卸汽車、泥駁、活塞式淤泥輸送泵?？傊?應(yīng)根據(jù)具體條件對施工機(jī)械進(jìn)行科學(xué)選擇,以簡化、方便施工,降低工程造價(jià)為原則。

5.3 施工工藝方案

5.3.1 取 泥

遠(yuǎn)距離運(yùn)輸情況下宜采用鏟斗式或抓斗式挖泥船并配備活塞式淤泥輸送泵及輸泥管系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。在近距離的情況下可以有幾種選擇,桁架式土方筑堤機(jī)、橋式土方筑堤機(jī)、鏟斗式挖泥船和抓斗式挖泥船都可選用。

5.3.2 運(yùn) 輸

近距離運(yùn)輸情況下,淤泥攪拌后即利用自卸汽車、泥駁或筑堤機(jī)進(jìn)行填筑。遠(yuǎn)距離輸泥若采用絞吸式挖泥船、采用管道運(yùn)輸還需增加靜置脫水工序,脫水后可采用活塞式淤泥輸送泵接力泵站完成,但必須在初凝前完成運(yùn)輸,否則固化淤泥變硬,導(dǎo)致輸送泵堵塞。

5.3.3 攪拌固化

對于攪拌固化的方式有2種,一種為移動(dòng)式,另一種為固定式。移動(dòng)式拌合即攪拌相關(guān)設(shè)備隨著取土地點(diǎn)的移動(dòng)而移動(dòng),如可以將攪拌設(shè)備河堤附近或挖泥船上實(shí)現(xiàn)攪拌固化。固定式攪拌即將固化設(shè)備置于養(yǎng)護(hù)場地,對運(yùn)進(jìn)的淤泥進(jìn)行固化。

5.3.4 填筑養(yǎng)護(hù)方式

養(yǎng)護(hù)方式可采用無水或有水環(huán)境。但對于采用化學(xué)固化方法對淤泥資源化再利用,盡量創(chuàng)造無水環(huán)境養(yǎng)護(hù)條件,填筑完成后應(yīng)做好防水至一定齡期,對于有水環(huán)境,固化土強(qiáng)度將有一定程度的降低。

5.4 施工工藝方案分析

綜合以上分析,淤泥的含水率、養(yǎng)護(hù)方式對固化效果影響較大,因此取泥設(shè)備盡量采用鏟斗式挖泥船或抓斗式挖泥船,養(yǎng)護(hù)采用無水環(huán)境養(yǎng)護(hù),此外,為降低成本,應(yīng)形成取泥—攪拌—運(yùn)輸—填筑—養(yǎng)護(hù)一體化的施工工藝。

6 結(jié)語與建議

本文采用A型固化劑對濱海淤泥典型土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)分析,分析了淤泥固化土不同齡期的強(qiáng)度變化,同時(shí)分析了含水率、養(yǎng)護(hù)條件對固化效果的影響以及淤泥固化土初凝、終凝時(shí)間。此外,結(jié)合經(jīng)濟(jì)性、施工工藝分析,對圍墾工程建設(shè)中淤泥資源化再利用進(jìn)行了初步研究。研究結(jié)果表明,淤泥固化土的強(qiáng)度隨著齡期、摻入量的增大而增大,含水率對淤泥固化土的強(qiáng)度增長影響較大,所以在進(jìn)行施工工藝方案設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)盡量不增加淤泥含水率,同時(shí)盡量創(chuàng)造無水環(huán)境的養(yǎng)護(hù)條件,以使固化土獲得較高的增長強(qiáng)度,同時(shí)考慮施工的便利性,應(yīng)形成取泥—攪拌—運(yùn)輸—填筑—養(yǎng)護(hù)一體化的施工工藝,以降低工程造價(jià)。

本文認(rèn)為淤泥資源化再利用技術(shù)在圍墾工程建設(shè)中具有廣闊的應(yīng)用前景,尤其是砂石料缺乏地區(qū),更具優(yōu)勢。

基于試驗(yàn)工作的局限性,還需對更多固化劑進(jìn)行比選,以獲得更經(jīng)濟(jì)更高效的固化劑,同時(shí)針對更多的典型土樣綜合考慮pH值、有機(jī)質(zhì)含量、環(huán)境溫度等因素對淤泥固化土強(qiáng)度增長進(jìn)一步深入研究,此外在改進(jìn)施工機(jī)械、加強(qiáng)施工工藝等方面提出合理化建議并進(jìn)行相關(guān)專題試驗(yàn)研究,為工程推廣應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)與有力的技術(shù)支持。

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