(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

前言

隨著社會不斷發(fā)展進(jìn)步，人們對生活環(huán)境的要求越來越高，目前國家正處于海綿城市理念實踐階段，如何又快又好的對受到污染或環(huán)境相對較差的城市河道、湖泊進(jìn)行改造，成為一個重要的技術(shù)和工程問題。目前，國內(nèi)多個城市正在圍繞河流或湖泊進(jìn)行疏浚治理改善水環(huán)境。但受市內(nèi)環(huán)境限制，這些疏浚工程多為清淤船疏浚、管道輸送很長距離至一定區(qū)域后堆放，自然沉淀干化。不僅占地面積大，處理周期長，還帶來污染轉(zhuǎn)移等風(fēng)險。由此，河流湖泊污染淤泥疏浚和泥漿深度脫水固化處理技術(shù)，將會在后期的水環(huán)境治理工程中有很好的應(yīng)用前景。

另一方面，有關(guān)河道駁岸的設(shè)計，傳統(tǒng)漿砌石擋土墻與混凝土擋土墻雖能夠滿足城市防洪的要求，但它們砌筑成型后，隔斷了水生生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)之間的聯(lián)系，導(dǎo)致河流失去原本完整的結(jié)構(gòu)和作為生態(tài)廊道的功能，進(jìn)而影響到整個生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，不利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和水土保持。因此，選擇透水結(jié)構(gòu)作為墻體，研發(fā)具有較好的仿生態(tài)自然性的生態(tài)擋墻，且在施工過程中實現(xiàn)機(jī)械化，對社會發(fā)展的積極影響也越來越大。

1 技術(shù)背景依托

武漢東湖港綜合整治工程，是大東湖項目水網(wǎng)連通工程的重要渠道，東湖港渠道全長約4700m，控制走廊寬度100m至140m，設(shè)計上開口寬度30m，設(shè)計流量30m3/s。淤泥工程量大，平均深度4m～6m不等，岸坡沼澤地多，主要建設(shè)內(nèi)容包括渠道整治、橋梁改建及沿渠景觀綠化等。

墨水湖流域位于武漢市漢陽東湖水系的東北邊，湖泊匯水面積19.50km2，水域保護(hù)面積375.65hm2，岸線長23.93km，屬于重度富營養(yǎng)狀態(tài)的湖泊，長期以來墨水湖處于企業(yè)和居民生活區(qū)包圍之中，由于污水直接排放入湖，污水中的污染顆粒不斷沉淀并污染淤泥，導(dǎo)致水污染日益突出，水體發(fā)黑發(fā)臭，為劣Ⅴ類；湖底表層形成厚度15cm～90cm的污染層，顏色深黑～深灰色，略有臭味，與周邊環(huán)境建設(shè)極不相稱。

2 主要研究內(nèi)容

(1)根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況，確定適合河流渠道淤泥疏浚清挖的最佳施工方法，研究能經(jīng)濟(jì)高效施工的機(jī)械組合配置。在原有淤泥固化方式的基礎(chǔ)上，研究一套成本更低、效率更高、自動化水平更高的淤泥疏浚固化工藝流程，并對關(guān)鍵設(shè)備選型。

(2)根據(jù)現(xiàn)場實際情況和實驗結(jié)果選擇合適的淤泥固化方法；對固結(jié)材料進(jìn)行性能試驗，在不同含水率情況對固化材料摻量進(jìn)行現(xiàn)場試驗，以期確定最終施工所采用的固結(jié)材料配合比，為施工方案的設(shè)計提供參考依據(jù)。

(3)對堤岸可交換式護(hù)坡形式、設(shè)計和施工工藝進(jìn)行研究，選擇合適的生態(tài)擋墻作駁岸，掌握其施工要點及工藝標(biāo)準(zhǔn)，形成生態(tài)擋墻施工工藝應(yīng)用與研究報告，總結(jié)形成經(jīng)濟(jì)可行、技術(shù)先進(jìn)的施工工藝應(yīng)用與研究報告，為以后類似工程奠定堅實基礎(chǔ)。

(4)通過具體方案對比，貫徹環(huán)保理念，對城區(qū)渠道環(huán)境進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，注重沿岸景觀建設(shè)。

3 主要研究實施情況

3.1 淤泥固化方案的確定

目前國內(nèi)外對水渠淤泥常采取渠外方式進(jìn)行固化，而本課題提出原位固化方案。試驗同時開展原位固化、岸邊淤泥池固化兩種方案，最終確定適合渠道且有指導(dǎo)性的固化方式，具體固化配比等參數(shù)由實驗確定。

3.1.1 渠道原位淤泥固化

根據(jù)實驗室推薦固化劑摻量，結(jié)合現(xiàn)場實際渠道側(cè)流補(bǔ)給水、地下水及周邊排口來水等影響，現(xiàn)場試驗按照8%、10%、12%的濕密度由質(zhì)量部進(jìn)行摻配。試驗時，先將固化劑投放至攪拌設(shè)備，采用固化攪拌設(shè)備將固化劑均勻攪拌5-6次，過程數(shù)據(jù)記錄如下。

經(jīng)數(shù)據(jù)分析，淤泥經(jīng)固化后，在未達(dá)到其液限時，其含水率開始反彈，證明此方案無法實施。主要原因有：

(1)抽排水后，處于高位的岸坡側(cè)流補(bǔ)給水

表1 zyz325固化劑在不同摻量含水率狀態(tài)

通過土體及淤泥的空隙持續(xù)向處于低位的渠道淤泥處補(bǔ)給，短時間內(nèi)無法有效地清除，渠道沿線魚塘、湖泊等水域較多，水域內(nèi)高水位水向抽排水后的區(qū)域轉(zhuǎn)輸、補(bǔ)給，另有多處外來排口持續(xù)向渠道內(nèi)排水，致使原位固化處地下水位持續(xù)處于高位；

(2)現(xiàn)場實際淤泥層較厚。渠道淤泥需固化厚度約1m，淤泥固化攪拌設(shè)備一次固化深度為0.8m～1.2m，渠道淤泥一次固化即可完成渠道淤泥原位固化；實際根據(jù)現(xiàn)場試驗位置及沿線翻挖情況顯示，渠道淤泥厚度為2m～4m不等，固化層下部仍有較厚且保水能力較強(qiáng)的淤泥可持續(xù)向上層傳遞水分；

(3)淤泥原位攪拌固化過程中，前述原因淤泥發(fā)生液化，流動性增強(qiáng)，固化攪拌后淤泥向下層及周邊區(qū)域流動，攪拌過程不易控制其攪拌均勻性。

3.1.2 岸邊淤泥池固化

進(jìn)行淤泥取樣試驗，在3處不同部位分別取樣渠道淤泥，測試物理指標(biāo)如下：

(1)0+800～0+850段淤泥密度為1327kg/m3,含水率為72%，液限45.63%；

(2)2+100～2+150段淤泥密度為1325kg/m3,含水率為69%，液限45.68%；

(3)3+150～3+200段淤泥密度為1324kg/m3,含水率為68%，液限45.71%。

因三組數(shù)據(jù)值接近，與原檢測數(shù)據(jù)基本一致，在以下試驗過程中采用本次檢測三組數(shù)據(jù)的平均值，密度1325.3kg/m3，含水率為69.66%，液限45.67%。

表2 淤泥池固化96h后物理參數(shù)記錄

固化后的淤泥含水率，體積變化及相對濕度滿足非結(jié)構(gòu)工程回填土要求，達(dá)到固化目的。

3.1.3 選擇合適的淤泥固化方案

固化方案需根據(jù)實際情況進(jìn)行選擇。對渠道可同時開展原位固化、岸邊淤泥池固化兩種固化方案，若周邊水系發(fā)達(dá)、淤泥層較厚處不可進(jìn)行原位固化(例如此例中的東湖港工程環(huán)境)，主要原因為側(cè)流補(bǔ)給水持續(xù)供給和固化攪拌過程中液化現(xiàn)象影響均勻性。若采取岸邊淤泥池固化的方式需要進(jìn)行試驗淤泥池的修筑和容器的制作，制作安裝過程中嚴(yán)格控制容器平整度及垂直度。

3.1.4 固化劑配比

就固化劑配比等參數(shù)而言，中小型渠道抽排水完成后，經(jīng)采用環(huán)刀法取樣、成分分析、物理參數(shù)檢測，確定適合中小渠道淤泥的固化劑為zyz325型高效清潔固化劑，通過實驗確定淤泥固結(jié)材料選用配合比，即粉狀石灰、zyz325型水泥、固化劑質(zhì)量比為45∶43∶12，固化效果明顯，顆粒性狀明顯改變，可塑狀態(tài)好，未出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象，可用于種植。根據(jù)實驗室數(shù)據(jù)分析，建議工藝試驗固化劑摻量8%，根據(jù)上述實驗，可根據(jù)天氣、進(jìn)度、禁運等情況，及時調(diào)整固結(jié)材料用量，確保材料可控，保證施工質(zhì)量，確保綠色施工。

對于淤泥脫水固結(jié)一體化工藝采取的脫水固化劑配方及配比的主要組分為：金屬氧化物Al2O3、Fe2O3、CaO；非金屬氧化物SiO2、SO3；以及聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDADMAC)。淤泥脫水調(diào)理劑配比一般按質(zhì)量的3%～8%摻加，必要時適度添加水泥、石灰和高鈣粉煤灰，確定最佳配比后應(yīng)用于工程之中。

3.2 淤泥脫水固結(jié)一體化技術(shù)

3.2.1 疏浚淤泥固化程序

疏浚淤泥固化程序：河道底泥挖泥船疏浚(抓斗船挖泥)→管道運輸或封底船運輸→淤泥上岸(淤泥泵送)→淤泥預(yù)處理(振動篩除渣)→淤泥脫水固結(jié)處理(泥漿濃度調(diào)節(jié)、輸送、加材料、攪拌均勻、板框脫水泥水分離)→固化土運輸→回填造地，技術(shù)工藝流程如圖1所示。

圖1 淤泥疏浚固化脫水處理工藝流程

3.2.2 淤泥處理系統(tǒng)組成及流程

淤泥脫水固化同位處理系統(tǒng)是由除渣系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)、調(diào)理系統(tǒng)、分離系統(tǒng)組成，疏浚泥漿通過絞吸船疏浚管道輸送后進(jìn)入除渣系統(tǒng)，通過分級沉淀去除大顆粒沉渣，通過格柵機(jī)去除浮渣，泥漿除渣后自行流入調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行濃度調(diào)節(jié)，表層溢流清水進(jìn)入尾水池處理后還湖，調(diào)節(jié)好濃度的泥漿經(jīng)絞吸船泵送至調(diào)理系統(tǒng)，調(diào)理系統(tǒng)作為整套技術(shù)的核心，在泵送過程中根據(jù)要求添加材料對泥漿進(jìn)行調(diào)理、調(diào)質(zhì)，以改變漿體內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，快速提升后續(xù)脫水固化效果，調(diào)理完成后的泥漿泵送至分離系統(tǒng)進(jìn)行泥水分離，分離后的清水SS值小于20mg/L后通過管道回到調(diào)節(jié)系統(tǒng)循環(huán)利用，泥漿脫水后形成含水率35%～40%硬塑狀泥餅，直接用于園林綠化或堆放固化后形成具有一定強(qiáng)度不再泥化的土體，可用于工程回填。淤泥固化脫水系統(tǒng)布設(shè)如圖2所示。

圖2 淤泥固化系統(tǒng)場內(nèi)布置示意

3.2.3 淤泥處理技術(shù)控制要點

淤泥疏浚固化關(guān)鍵技術(shù)在于脫水調(diào)理系統(tǒng)處理，根據(jù)武漢墨水湖、南太子湖工程的經(jīng)驗，脫水添加劑材料主要為粉煤灰、石灰、黃色PAC絮凝劑(固化劑專利產(chǎn)品)、黑色PAC絮凝劑(固化劑專利產(chǎn)品)。添加劑材料添加量為河道底泥絕干物質(zhì)的8%～12%；施工前通過室內(nèi)試驗確定添加范圍和比例，生產(chǎn)線調(diào)試時進(jìn)行微調(diào)。材料添加量直接影響到造價，影響因素主要有水下方底泥的含固率(干土/總重)、底泥的顆粒組成(粘性、透水性)。含固率越高，絕干土越多，添加材料越多；顆粒越細(xì)，粘度越大，透水性越差，材料添加量越大。施工前需要檢測河道底泥的含固率、顆粒分析、有機(jī)質(zhì)含量等等。生產(chǎn)過程中對每個環(huán)節(jié)的濃度、含水率、調(diào)理性質(zhì)等指標(biāo)進(jìn)行檢測，為內(nèi)控檢測指標(biāo)。外委檢測主要有生產(chǎn)泥餅浸出液的重金屬含量檢測，這項指標(biāo)達(dá)標(biāo)可以安全回填。淤泥處理調(diào)理系統(tǒng)工藝見圖3。

圖3 淤泥脫水工藝流程

目前，淤泥脫水固化同位處理系統(tǒng)已實現(xiàn)流水化、自動化作業(yè)，處理過程環(huán)保、不受天氣氣候影響。系統(tǒng)技術(shù)接口多、占場地面積小，處理效率高，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，工廠化運行對周邊環(huán)境無干擾，特別適合城市內(nèi)的河湖污泥處理處置工程。

3.2.4 淤泥脫水固結(jié)一體化技術(shù)總結(jié)

大型湖泊河流可采取淤泥疏浚脫水固結(jié)一體化的方案，其工作流程為：河道底泥挖泥船疏浚、管道運輸或封底船運輸、淤泥泵送、淤泥預(yù)處理、淤泥脫水固結(jié)處理(泥漿濃度調(diào)節(jié)、輸送、加材料、攪拌均勻、板框脫水泥水分離)、固化土運輸、回填造地。確定泵型為LZ2H型壓濾機(jī)專用入料泵，淤泥通過排泥管輸送至疏浚淤泥脫水、固結(jié)處理場，通過脫水、固結(jié)處理轉(zhuǎn)化為含水率≤40%的泥餅。污泥處置過程中產(chǎn)生的尾水在排入湖體前，不產(chǎn)生新的污染物，尾水不劣于現(xiàn)狀水體，水質(zhì)SS≤20mg/l。脫水泥餅呈現(xiàn)硬塑狀態(tài)，含水率≤40%，遇水不二次泥化，滿足非結(jié)構(gòu)工程回填土要求。泥漿的濃度對于脫水固結(jié)同位處理技術(shù)的生產(chǎn)效率至關(guān)重要，在提高脫水效率的同時還節(jié)約了材料用量和尾水處理量，泥餅的厚度大對卸料和濾板的保護(hù)均有利。

3.3 生態(tài)擋墻工藝

3.2.2 生態(tài)擋墻工藝原理

本工程中選用的空腹混凝土預(yù)制塊構(gòu)造除了輕巧美觀、安裝便利外，還具有組合、咬合、交錯等特點，提高了護(hù)岸的整體性、穩(wěn)定性及空間性，更符合渠道的護(hù)岸特性。并以增加基礎(chǔ)承載力及受力面為核心，根據(jù)不同的地質(zhì)情況對建基面進(jìn)行相應(yīng)處理，通過削坡減荷、設(shè)置擋坎及安裝連接螺栓等方式來達(dá)到降低沉降及偏移的效果，并采用混凝土泵車、短臂反鏟及長臂反鏟等多種機(jī)械配合澆筑混凝土、空腹式混凝土預(yù)制塊安裝，設(shè)置反濾碎石層、水生植物及生態(tài)植草坡以防止墻背水土流失，增加了擋墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及景觀性。

3.2.3 生態(tài)擋墻工藝特點

(1)施工效率更高。空腹式混凝土預(yù)制塊自身重量輕，對基礎(chǔ)處理要求較低，處理較為便捷，通過連鎖式安裝，安裝及箱室填充較為方便，大大提高了施工效率。

(2)抗沉降能力更強(qiáng)。通過增加護(hù)岸基礎(chǔ)承載力、分散護(hù)岸自身重力及降低擋墻側(cè)壓力等方式，可有效防止護(hù)岸沉降。

(3)抗偏移能力顯著。通過加大護(hù)岸基礎(chǔ)受力面、設(shè)置基礎(chǔ)混凝土擋坎、分散及卸除護(hù)岸所受側(cè)壓力等方式，有效抵抗護(hù)岸偏移。

(4)受天氣影響小。通過履帶式吊裝設(shè)備安裝等，確保小雨天氣照常作業(yè)。

(5)更加生態(tài)環(huán)保。通過設(shè)置反濾層可有效防止水土流失，加強(qiáng)河水自凈作用，護(hù)岸箱室內(nèi)填充的級配塊石留有空隙，方便魚類暢游。

(6)便于塑造景觀?？崭够炷令A(yù)制塊從上而下分層分階拼裝并通過錨桿固定，相鄰階層面上的預(yù)制塊之間形成花槽。通過花槽上種植綠化水生植物結(jié)合植草式護(hù)坡的方式，可以讓邊坡坡面呈現(xiàn)良好的生態(tài)景觀，擋墻可以較完美地隱蔽于綠色植物之下。

3.2.4 生態(tài)擋墻工藝流程及要點

東湖港工程中，生態(tài)擋墻由下至上依次施工，具體施工工藝流程見圖4。

圖4 生態(tài)護(hù)岸工藝流程

生態(tài)護(hù)岸斷面見圖5。

圖5 生態(tài)護(hù)岸斷面

4 技術(shù)創(chuàng)新點

(1)基于大型湖泊的淤泥清理，通過本次研究，探索出了適宜的泥漿固化劑，同時將環(huán)保絞吸船、泥漿輸送渣漿泵、泥漿均化池、板框壓濾機(jī)有效組合，形成了快速高效的一體化淤泥疏浚、脫水、外運的施工工藝。

(2)針對城市小型河流施工，對比了不同的清淤方式，經(jīng)多次方案比選及現(xiàn)場試驗，最終確定了經(jīng)濟(jì)、高效的渠道清淤施工組合方式；通過不同的試驗對比，確定了適合東湖港渠道淤泥固化的固化劑，同時根據(jù)不同實驗比較，確定了淤泥在不同含水率情況下固化劑的摻量。

(3)針對渠道駁岸的施工，對比了常規(guī)的渠道駁岸建造形式，在考察、調(diào)研的基礎(chǔ)上選擇了裝配框濾式混凝土砌塊做生態(tài)駁岸，加快了現(xiàn)場施工進(jìn)度，節(jié)約了工程施工成本。

(4)針對基礎(chǔ)地質(zhì)條件差的特點，通過本次研究將傳統(tǒng)的采取水泥攪拌樁加固地基的方式調(diào)整為采用杉木樁，降低了工程施工難度，同時也加快了施工進(jìn)度，節(jié)約了工程施工成本。

(5)針對東湖沿岸的沼澤地岸坡，通過不同的試驗比較，找到了對沼澤地岸坡采用長臂反鏟整形放坡，在坡頂及坡腳處采用杉木樁進(jìn)行固坡，同時在斜坡范圍內(nèi)不同高程處設(shè)置分級馬道，最后采用種植親水植物及親水植物對坡面進(jìn)行固坡，通過整治后的沼澤地岸坡運行良好，未發(fā)生異?，F(xiàn)象。

5 主要研究成果

(1)研制了系列土工取樣裝置，在淤泥理化特性測試基礎(chǔ)上，結(jié)合工藝對比試驗，研究確定了不同固化方案的適用條件，形成了渠道岸邊淤泥池固化工藝，獲取了合理的固化劑選型和固結(jié)材料摻量配比，保證了固化效果。

(2)研究形成了大型湖泊河流淤泥脫水固結(jié)一體化工藝，基于系統(tǒng)試驗，提出了脫水固化劑摻量和優(yōu)化配比，采用淤泥疏浚、泵送、預(yù)處理、脫水固結(jié)(泥漿濃度調(diào)節(jié)、輸送、加料、攪拌、板框脫水)流水化和工廠作業(yè)，實現(xiàn)了淤泥高效、經(jīng)濟(jì)固化處理。固化后的淤泥土用于園林植被或工程回填用土，實現(xiàn)了資源化利用，綠色環(huán)保效應(yīng)顯著。

(3)提出了渠道生態(tài)擋墻岸坡加固方法——空腹混凝土預(yù)制塊構(gòu)造。與傳統(tǒng)混凝土擋墻、格賓石籠生態(tài)擋土墻相比較，節(jié)省了工程投入和施工成本，同時滿足了水體凈化、交換的生態(tài)功能和耐久性，預(yù)留空隙可作為生態(tài)動植物的棲息場所；優(yōu)化了空腹混凝土預(yù)制塊結(jié)構(gòu)，方便了吊裝拆卸和圓弧段線形應(yīng)用，大大減少了擋墻擺放、連接作業(yè)人工。

6 取得的社會效益

課題成果在武漢東湖港項目中應(yīng)用，目前港渠生物生存狀況良好，吸引了眾多游人及垂釣者，改變了臭水體環(huán)境。通過城市中小河流生態(tài)整治，改善了周邊水環(huán)境，提高了周邊人群的生活水平，得到地方政府、周邊群眾一致認(rèn)可。同時，通過東湖港生態(tài)整治后的周邊房地產(chǎn)價位目前穩(wěn)步提升，在不到一年的時間內(nèi)單價翻番。疏浚受污淤泥，改善江河湖泊水質(zhì)，營造水生態(tài)修復(fù)環(huán)境。快速無害資源化處理處置體積龐大的疏浚受污淤泥，不需要再填埋和丟棄而征用耕地，節(jié)約了土地資源，確實實現(xiàn)減量化處理。固化淤泥、固封其有毒有害成分，堵截淤泥污染物的二次轉(zhuǎn)移，防止了大氣環(huán)境及地下水環(huán)境二次污染。處理處置過程工藝化，實現(xiàn)工廠化作業(yè)，不擾民，作業(yè)場地周邊人居生活和環(huán)境質(zhì)量不受影響。受污淤泥再生生成資源泥土用于道路基層、堤防加固、園林種植、基坑回填。

通過本科研課題的研究，將生態(tài)擋墻工藝精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化，同時在科研過程中尋找到適應(yīng)的工程項目，為后續(xù)類似工程的施工提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。目前國內(nèi)大力推行海綿城市的建設(shè)，生態(tài)擋墻的施工將是海綿城市建設(shè)中的重點，將生態(tài)擋墻成功地運用到海綿城市建設(shè)中，加快生態(tài)擋墻的施工應(yīng)用，會對海綿城市的建設(shè)起到強(qiáng)有力地推進(jìn)作用。

7 結(jié)語

隨著社會不斷發(fā)展進(jìn)步，人們對生活環(huán)境的要求越來越高，目前國家正處于海綿城市理念實踐階段，如何又快又好的對受到污染或環(huán)境相對較差的城市河道、湖泊進(jìn)行改造，成為一個重要的技術(shù)和工程問題。

通過對武漢東湖港工程的綜合整治，通過系列的技術(shù)攻關(guān)，形成了一系列可推廣、可復(fù)制的施工工法，在水環(huán)境工程整治中具有良好的應(yīng)用前景。通過系列整治后的東湖港，被評為國家首屆海綿城市樣板工程，同時接受了國家海綿城市數(shù)次觀摩團(tuán)的觀摩學(xué)習(xí)，為后續(xù)工程的施工提供了良好的指導(dǎo)參考。