高含水量疏浚淤泥改性處理及應(yīng)用

高含水量疏浚淤泥改性處理及應(yīng)用

在水道和供水線路的清理和港口的新建和擴(kuò)建項(xiàng)目中，往往會(huì)產(chǎn)生大量的疏浚垃圾。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國(guó)每年已處理超過1億米的疏浚垃圾。目前，中國(guó)大部分土地蝗蟲淤泥被清除在地表廢棄或洼地，并被占用一些池塘和農(nóng)田，這增加了大規(guī)模的土地征用成本。例如，我國(guó)大部分建設(shè)項(xiàng)目，如河岸耕作和加固、道路建設(shè)、各種房屋建筑填埋，需要大量的好材料。這些填充材料通常通過填埋場(chǎng)、河床砂和開采采礦（土壤）等方式獲得，這很容易破壞環(huán)境。此外，在平原地區(qū)，通常通過采購(gòu)方法解決良好的土壤填充材料。因此,如何有效地利用廢棄疏浚淤泥是工程界關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)問題.目前,國(guó)內(nèi)外在筑堤工程中通常采用淤泥固化處理技術(shù),即將疏浚淤泥添加水泥系固化劑并進(jìn)行攪拌后用于圍堰填筑,并取得了廢棄物有效利用的良好效果.應(yīng)該指出的是,固化淤泥要求一次成型,需采用專門的施工設(shè)備和攪拌技術(shù)才能夠達(dá)到這一要求,這樣的要求限制了淤泥固化處理技術(shù)在我國(guó)工程上的應(yīng)用范圍.筆者根據(jù)我國(guó)目前施工設(shè)備較為簡(jiǎn)單、施工技術(shù)水平較低的特點(diǎn),對(duì)高含水量疏浚淤泥進(jìn)行了試驗(yàn)研究,并提出了將其處理成一種松散的良質(zhì)土的技術(shù).1白馬湖疏浚清淤液塑限和塑性指數(shù)試驗(yàn)用疏浚淤泥取自南水北調(diào)東線白馬湖疏浚工程,其物理性質(zhì)如表1所示.其中液塑限為試驗(yàn)所得結(jié)果.該試驗(yàn)按JTJ051—93《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行,液塑限由錐質(zhì)量100g、錐角為30°的液塑限聯(lián)合測(cè)定儀測(cè)定.由表1可見,白馬湖疏浚淤泥的液限高達(dá)92.5%,塑性指數(shù)IP位于圖1A線之上.因此,白馬湖疏浚淤泥屬于高液限黏性土,工程性質(zhì)差.2高含水量泥石流處理關(guān)于用生石灰將高液限黏性土和膨脹土處理成路用材料的研究,已有不少報(bào)道[10,11,12,13,14,15].必須指出,已有研究采用的原料黏性土含水量均較低,如表2所示.將高含水量淤泥處理成淤泥堆場(chǎng)圍堰或河堤填料方面的研究尚未見報(bào)道.筆者借鑒前人利用生石灰處理高液限土和膨脹土的經(jīng)驗(yàn),用生石灰作為外加劑處理含水量為65.2%~93.6%的疏浚淤泥,將淤泥處理成了松散的良質(zhì)土.這大幅度降低了淤泥的塑性指數(shù),改變了淤泥特征,如圖2所示.3齡期對(duì)塑性指數(shù)降低率的影響針對(duì)不同初始含水量的原料淤泥,根據(jù)設(shè)計(jì)的摻灰比確定生石灰的質(zhì)量,采用攪拌機(jī)械混合攪拌均勻.攪拌機(jī)械參數(shù)為:輸出功率550W;轉(zhuǎn)速204r/min;攪拌時(shí)間約10min.將疏浚淤泥處理成松散土的關(guān)鍵在于大幅度降低淤泥的塑性指數(shù).添加生石灰處理降低高液限土和膨脹土塑性指數(shù)的主要目的是降低土顆粒間的相互排斥作用,提高土顆粒間的吸力并使土體團(tuán)?；?添加生石灰處理降低高含水量疏浚淤泥塑性指數(shù)的機(jī)理與摻灰處理降低高液限土和膨脹土塑性指數(shù)的機(jī)理基本相同.為了研究養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)生石灰處理土塑性指數(shù)的影響,對(duì)初始含水量為75.2%的白馬湖疏浚淤泥,摻灰比aw(定義為生石灰質(zhì)量與濕土質(zhì)量之比)為2.0%和8.0%,齡期為1d,2d,3d,5d,7d,10d,28d的液限、塑限進(jìn)行了試驗(yàn).圖3顯示了齡期與生石灰處理土的塑性指數(shù)降低率的關(guān)系,其中塑性指數(shù)降低率的定義為:由圖3可知:塑性指數(shù)的降低率隨著齡期的增加而增大,尤其在前3d,摻灰比為2.0%和8.0%的處理土的塑性指數(shù)分別降低了16.0%和24.6%;齡期超過3d后,塑性指數(shù)的降低速率明顯變緩;齡期為3~28d時(shí),2種摻灰比的塑性指數(shù)分別由16.0%和24.6%變?yōu)?0.4%和29.1%.根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果并考慮到試驗(yàn)工作量,在探討摻灰比和原泥初始含水量對(duì)處理土改性效果的影響時(shí),僅針對(duì)養(yǎng)護(hù)3d齡期、初始含水量為93.6%,79.0%和65.2%的白馬湖疏浚淤泥進(jìn)行了生石灰摻灰比為0%,1%,4%,8%,12%,16%,20%,24%和28%的20組試驗(yàn),結(jié)果如圖4~7所示.必須指出的是,試驗(yàn)采用如此大范圍的摻灰比,目的是通過室內(nèi)試驗(yàn)得出初始含水量和摻灰比對(duì)生石灰處理土塑性指數(shù)的影響規(guī)律,但考慮到經(jīng)濟(jì)性,實(shí)際工程不大可能采用很高的摻灰比.由圖4可知,生石灰處理土塑性指數(shù)隨著摻灰比的增加而降低,在同一摻灰比下,原泥初始含水量低的生石灰處理土的塑性指數(shù)比原泥初始含水量高的生石灰處理土低.由圖5可知,當(dāng)摻灰比大于某一定值(10%左右)時(shí),塑性指數(shù)的降低效果不很明顯.由圖6和圖7可知,利用生石灰來處理高含水量疏浚淤泥,效果非常明顯,所有處理土的塑性指數(shù)均位于A線以下,按照J(rèn)TJ051—93《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》對(duì)土的分類,可以將此處理土定義為粉質(zhì)土.這種處理技術(shù)從根本上改變了疏浚淤泥工程性質(zhì)差的性狀.即經(jīng)過生石灰處理的土,團(tuán)?；饔蔑@著,疏浚淤泥由處理前膠結(jié)狀態(tài)的泥變成了處理后松散狀態(tài)的土.4白馬湖疏浚結(jié)構(gòu)清淤處理的塑性指數(shù)降低效果a.結(jié)合南水北調(diào)東線實(shí)際工程問題,提出了將高含水量疏浚淤泥處理成松散土的技術(shù),為高含水量淤泥材料化處理技術(shù)的開發(fā)和廢棄淤泥的有效利用開辟了新的途徑.b.對(duì)于初始含水量為65.2%~93.6%的白馬湖疏浚淤泥,只要添加少量的生石灰(摻入比為1%~2%),就可以將原泥位于塑性圖A線以上的塑性指數(shù)降低到塑性圖A線以下,使處理后的土類似于粉質(zhì)土,從而達(dá)到改性目的.c.原泥的初始含水量和摻灰比均會(huì)對(duì)疏浚淤泥的改性處理效果產(chǎn)生影響.處理土的塑性指數(shù)隨著摻灰比的增加而降低.在同一摻灰比下,原泥初