孫曉陽 房曉宇 徐 巧

中國建筑第八工程局有限公司總承包公司 上海 201204

隨著工業(yè)的發(fā)展和居民區(qū)的建設，城市版圖不斷擴大，人們對周圍山地流域的生態(tài)環(huán)境造成了不同程度的破壞，山地流域逐漸成為雨季排洪和城市納污之地，對周圍水體以及整體環(huán)境造成了巨大影響。如何治理水系，提升水體整體質(zhì)量，修補已損的生態(tài)系統(tǒng)已成為了亟待解決的問題。

1 工程概況

南京牛首山文化旅游區(qū)綜合配套功能區(qū)的市政基礎(chǔ)設施PPP項目（圖1），主要包含林相改造、水景觀提升、太湖流域治理等工程，工程量巨大。

圖1 牛首山文化旅游區(qū)水系效果

施工現(xiàn)場環(huán)境復雜、工程種類多樣，包括河道、湖泊整治工程及水景觀提升工程，專業(yè)類別多、施工工序多，各個工種協(xié)調(diào)配合復雜。該項目工程量大，太湖流域整治包含7項工程，共計約56萬 m3挖方及約18萬 m3填方。水景觀提升涉及約17萬 m2水域的水體改造工作，其中文化旅游景觀建設約60萬 m2。

2 工程重難點

1）規(guī)模大。水體改造范圍約17萬 m2，其中太湖流域治理包含7項工程，共計約56萬 m3挖方工程，約18萬 m3填方工程。

2）施工場地位于山區(qū)，需對太湖流域治理、水體改造等工程進行深入細致的勘察，周邊環(huán)境復雜，且雨水豐沛，施工涉及大量的土方工程，存在山體滑坡的危險。

3）地質(zhì)條件差，造景難度大。本區(qū)域不宜對地質(zhì)地貌做較大改動，應基于現(xiàn)狀做修復處理，以避免施工時對環(huán)境造成建設性破壞。

4）組織協(xié)調(diào)難。本工程涉及景觀、配套工程、太湖流域治理和水體改造，項目大部分作業(yè)面同時開工，對總包組織管理及施工任務順序策劃要求高。

5）生態(tài)系統(tǒng)退化嚴重，自然修復耗時久。嚴格遵循自然規(guī)律，采取自然恢復為主、人工措施修復為輔的方式治理環(huán)境。

6）部分區(qū)域涉及泥潭治理相關(guān)內(nèi)容，具有面積大、深度深、承載力差等問題，不適宜直接作為水體及生態(tài)的地基承載使用。

7）工程所在地區(qū)存在較長的雨季，雨水豐沛，且整體需要進行水體質(zhì)量提升與控制，對水系環(huán)境治理有較大影響。

3 單項技術(shù)總結(jié)

3.1 山地環(huán)境下淤泥原位化學固化技術(shù)

3.1.1 技術(shù)概況

南京牛首山文化旅游區(qū)綜合配套功能區(qū)的市政基礎(chǔ)設施PPP項目，部分地區(qū)存在泥潭地質(zhì)，該處泥潭現(xiàn)狀淤泥呈流塑狀，承壓力差；水量不穩(wěn)定，水質(zhì)較差。本著“導流、活水、凈水、綠岸”的指導思想，進行“自然-人工”二元干擾下泥潭水體生態(tài)系統(tǒng)的整體設計。采取適當?shù)墓こ檀胧鉀Q底泥含水量過高易懸浮的問題，對沿岸堆坡易滑坡及水土流失區(qū)域進行有效保護，減少對水體的影響，打造良好的水體景觀，建立健康的清水型生態(tài)系統(tǒng)。

3.1.2 技術(shù)特點

1）穩(wěn)定性較高、滲透性小。淤泥原位固化技術(shù)具有高強度的膠凝固結(jié)作用，使得固化后的淤泥孔隙率小、滲透系數(shù)小、穩(wěn)定性高，且可以防止因淤泥滲濾造成的二次污染。

2）可直接處理原淤泥軟基。工程采用螺旋式固化機對淤泥軟基進行處理，可以實現(xiàn)在淤泥表面上行走，有效解決了淤泥含水率高、不穩(wěn)定的難題，從而提升了固化處理淤泥軟基的效率，滿足施工需求。

3）密封重金屬，經(jīng)固化處理后的淤泥軟基幾乎沒有重金屬析出，而且具有殺菌和除臭的功能，各項性能指標均達到環(huán)保要求。

4）螺旋式固化機施工深度深、速度快、成本低、更環(huán)保。攪拌機深度可達8 m，輸送固化劑與攪拌工作同時進行，布料均勻，可連續(xù)作業(yè)；施工完成后的固化土可再次利用，作為建筑材料或與天然泥土拌和作綠化園林用土。

3.1.3 關(guān)鍵技術(shù)

1）固結(jié)材料設計。固化劑摻合比和水灰比應滿足工程淤泥土質(zhì)檢測數(shù)據(jù)及工程承載力的指標要求：固化劑摻合比應滿足7 d后軟土地基設計強度達70%的要求，一般在5%～12%之間選取；水灰比應綜合考慮現(xiàn)場輸送距離、淤泥含水率等參數(shù)的影響，一般在1∶0.7～1∶0.5之間選取；高含水率淤泥、輸送距離較近的宜采用1∶0.5的水灰比；低含水率淤泥、輸送距離較遠的宜采用1∶0.7的水灰比，現(xiàn)場水灰比還需要經(jīng)過多次現(xiàn)場調(diào)配和土工試驗確定。

2）攪拌均勻度。本技術(shù)選用螺旋式固化機（圖2），將高壓旋噴技術(shù)、機械攪拌技術(shù)有機結(jié)合，邊噴漿、邊拌和。攪拌頭沿固定好的導向架下鉆，調(diào)整攪拌電動機與升降電動機，控制其回轉(zhuǎn)速度與升降速度，并實時監(jiān)測拌和均勻度[1]。

圖2 淤泥固化機結(jié)構(gòu)示意

淤泥與固化劑需進行24次以上的攪拌，才能確保攪拌均勻度符合設計要求。經(jīng)過經(jīng)驗總結(jié)與試驗探究，攪拌頭下鉆與提升速度、攪拌回轉(zhuǎn)速度應根據(jù)式（1）確定。

式中：N——攪拌桿升降次數(shù)；

n——回轉(zhuǎn)速度，轉(zhuǎn)/min；

h——葉片高度，m；

z——葉片數(shù)量，個；

v——升降速度，m/min。

3）摻合比控制研究。在確定相關(guān)參數(shù)后，通過式（2），可計算求得泥漿泵供漿流量。利用變頻器實現(xiàn)對泥漿泵電機的控制，不斷調(diào)試，再結(jié)合現(xiàn)場漿液計量儀測量數(shù)據(jù)，測得不同功率下泥漿泵電機所對應的供漿流量，按照設計供漿流量要求，選擇合適的泵機功率。

式中：Q——泵輸送流量，m3/min；

r——樁半徑，m；

γ——泥漿容量，kg/m3；

n——固化劑添加比例；

m——水灰比；

v——升降速度，m/min；

α——噴漿循環(huán)次數(shù)，次；

ρ——固化劑密度，kg/m3。

4）施工工藝流程。施工工藝流程如圖3所示。

圖3 施工工藝流程

① 施工前期準備。平整場地，根據(jù)不同區(qū)域淤泥的土質(zhì)要求，選擇合適的螺旋式固化機作業(yè)順序。

② 固化劑配制。原材料：固化劑現(xiàn)場配制，現(xiàn)場選用水泥貯存罐存放固化劑母料，其他輔料與精料選擇袋裝現(xiàn)場存儲；固化劑配制：嚴格按照配方配合比計量，選取螺旋輸送器輸送母料至攪拌倉，并由攪拌倉計量秤控制母料用量，通過人工稱重控制輔料與精料用量，并由螺旋式輸送器輸送至拌料倉；固化劑漿劑配制：按照設計水灰比配制漿劑，利用計量秤與料位線控制加水量，配料完成后進行攪拌，攪拌時長應大于6 min，待攪拌均勻后打開存料罐輸送閥門，固化劑漿劑流入存料罐；固化劑輸送：固化劑漿液通過高壓泥漿泵輸送至淤泥固化機攪拌桿的攪拌頭，在不同機位、不同深度時，利用變頻器控制泥漿泵電機功率，實現(xiàn)實時控制輸漿量。

③ 設備調(diào)試及供漿試驗。施工前需進行設備調(diào)試，確保各參數(shù)滿足設計要求，調(diào)試內(nèi)容為：根據(jù)不同工況，調(diào)試液壓分流閥控制各液壓電動機，實現(xiàn)對淤泥固化機各參數(shù)設定；根據(jù)不同機位、不同深度的設計供漿流量及供漿壓力，調(diào)試電機變頻器，改變泥漿泵機功率，實現(xiàn)對供漿量的控制；最后根據(jù)設定的供漿壓力及供漿流量進行供漿試噴，保證噴漿成形效果滿足設計深度和成樁半徑要求，同時還應保證固化劑輸送暢通，確保固化劑摻合量滿足供漿要求[2]。

④ 設備定位。嚴格按照施工圖放樣，再確定相應施工區(qū)位、機位，控制施工邊線；通過插彩旗標記施工邊線、插竹竿樁標記樁位中心，確保攪拌頭對準相應樁位中心。

⑤ 下鉆噴漿攪拌。開啟升降電動機和攪拌電動機，為攪拌樁提供動力，推動攪拌頭沿著固定好的導向架下鉆；實時監(jiān)測設備運行和地質(zhì)、地層變化情況，根據(jù)實際情況調(diào)整液壓儀器與電動機，確保噴漿質(zhì)量。

⑥ 提升噴漿攪拌。確保攪拌頭在設計深度處定噴完成后，調(diào)整電動機設置，提升攪拌頭，進行復噴復攪；為保證噴漿質(zhì)量，需實時監(jiān)測攪拌頭速度，確保漿液與土體充分拌和，待攪拌頭上升至工作基準面時停止噴漿。

⑦ 復攪。需進行二次復攪，復攪時下鉆攪拌噴漿，提升攪拌不噴漿。

⑧ 移位。移至下一樁位時應嚴格按照設計施工順序，移位完成后，重復上述工序；若需要固化機一次定位，多次作業(yè)，攪拌桿應精確固定于樁間設定好的刻度點。

5）質(zhì)量檢測。需對固化后7 d和28 d的土體進行取芯檢測，測定固化土內(nèi)摩擦角、黏聚力、無側(cè)限抗壓強度等物理力學指標，確定是否符合質(zhì)量要求，若不滿足要求，則根據(jù)測定數(shù)據(jù)，第一時間調(diào)整施工工藝，保證固化土成形質(zhì)量。

3.2 山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)保護修復技術(shù)

3.2.1 技術(shù)概況

泥潭為典型的人工水體，生態(tài)系統(tǒng)屬于渾濁型，生物多樣性低、結(jié)構(gòu)不健康、自我調(diào)節(jié)能力弱、極易受外界干擾。需通過適當?shù)娜斯じ深A（如水生植物恢復、濕生植物管控等），改善其生態(tài)空間，提高生物多樣性，建立生態(tài)緩沖帶，使生態(tài)系統(tǒng)由渾濁型轉(zhuǎn)為清水型，提高水體自凈能力，保證生態(tài)系統(tǒng)健康運行。

3.2.2 技術(shù)特點

1）消除沉積物污染，合理使用生態(tài)樹、微生物接種劑、水生植物修復、環(huán)境友好劑處理，減少沉積物中的污染物。

2）通過應用底泥的理化處理技術(shù)、生態(tài)浮床建設技術(shù)、原生微生物污泥去除技術(shù)、水下植物建設技術(shù)等改善水質(zhì)。

3）開展生態(tài)建設，開辟土地和水的物質(zhì)流通渠道，增加生物棲息地生物的多樣性。

4）構(gòu)建水生生態(tài)系統(tǒng)和陸生生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡與緩沖區(qū)域，調(diào)節(jié)物質(zhì)流和能量流，維持相鄰生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定以及凈化水體、減少污染等生態(tài)系統(tǒng)服務功能。

3.2.3 關(guān)鍵技術(shù)

1）改善生態(tài)空間。針對清淤后的泥潭，在對環(huán)境沒有大干擾的前提下，對泥潭地形進行調(diào)整修復，營造由邊岸向水體平緩過渡的緩坡，營造深水區(qū)、淺水區(qū)、蜿蜒邊岸等多樣化的生活環(huán)境。同時，通過底泥的理化處理技術(shù)，結(jié)合水下地形及植被分布情況，在局部近岸水域放置塊石、倒木，為魚類、鳥類提供多樣化的生活環(huán)境，改善其生態(tài)空間[3]。

2）提高生物多樣性。泥潭存在自然生長的旱柳、蘆葦，證明其中存在豐富的土壤種子庫。因此，泥潭的植物恢復應以自然恢復為主，人工種植為輔。為加速泥潭植物的構(gòu)建，適當種植利于水體凈化的濕地植物。在深水區(qū)，結(jié)合泥水界面穩(wěn)固工程種植沉水植物，在近岸水域種植浮葉植物、挺水植物，以優(yōu)化植物群落結(jié)構(gòu)，同時為魚類、鳥類等生物提供食物來源，構(gòu)建健康的生態(tài)系統(tǒng)。

3）濕生植物管控。泥潭內(nèi)現(xiàn)狀植被為自然生長的旱柳、蘆葦?shù)戎参铮L勢良好，由于水深較淺，植物處于無控制狀態(tài)，會導致植被結(jié)構(gòu)單一、整體生物多樣性較低、生態(tài)系統(tǒng)不健康等問題。應人工清除過分繁殖的濕生植物，并在旱柳與蘆葦邊緣利用寬1.5 m的填充型網(wǎng)墊進行水下壓實隔離，防止其根系越過網(wǎng)墊向水中心擴散，管控模式如圖4所示。

圖4 濕生植物管控模式

4）建立生態(tài)緩沖帶。通過構(gòu)建水生生態(tài)系統(tǒng)和陸生生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡與緩沖區(qū)域，實現(xiàn)生物多樣性，調(diào)節(jié)物質(zhì)流和能量流，維持相鄰生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定以及凈化水體、減少污染等生態(tài)系統(tǒng)服務功能。

泥潭周邊多為裸露表土，應結(jié)合景觀工程及邊坡防護進行生態(tài)緩沖帶的建設?？煞N植垂柳、泡桐、楊樹等喬木，不僅可以為鳥類提供良好的棲息環(huán)境，還可以憑借其樹蔭有效降低近岸水體的溫度，為魚類創(chuàng)造適宜的生活環(huán)境。

可種植三角梅、萬年青、夾竹桃等灌木，不僅可以為地表昆蟲和灌叢鳥提供良好的棲息環(huán)境和食源地，還可以憑借其發(fā)達的地下根系攔截地表徑流中的污染物，凈化水質(zhì)。

可種植狗尾草、紫云英等草本植物，減少地表徑流對岸坡的沖刷，增強對入湖地表徑流的凈化作用，高大草叢可為部分林鳥提供棲息、庇護場所，草本植物的種子還可在冬季為鳥類提供食源。

3.3 邊坡治理技術(shù)

3.3.1 技術(shù)概況

邊坡問題存在嚴重的安全隱患，而且可直接帶來外源污染，嚴重影響景觀質(zhì)量。需對邊坡進行處理，以保證邊坡結(jié)構(gòu)安全，并為邊坡綠化提供基礎(chǔ)，防止水土流失，減少對水體的影響。現(xiàn)狀泥潭邊坡有三大類型：一是陡峭山體段；二是滑坡段；三是較緩的邊坡段。陡峭段無防護需求，以保持現(xiàn)狀為主，結(jié)合植物配置，種植攀援植物，增強垂直立面的綠化效果，提高崖壁景觀質(zhì)量。對于較緩的邊坡段，應實地勘測地質(zhì)情況，選擇適宜的景觀工程處理手段。

3.3.2 技術(shù)特點

1）采用基于三維立體結(jié)構(gòu)的3D固土網(wǎng)墊、U形錨釘、植草等形成的邊坡防護體系，減少水土流失。

2）3D固土網(wǎng)墊孔隙率較高，抗水流沖刷能力強，且材料無毒、無污染，在確保土壤的穩(wěn)定性與整體性的同時，有利于種子萌發(fā)生長。

3）施工材料的投放采用非連續(xù)嵌入土壤的方式，彈性強，適應于各類土壤，輕量且在水中不漂浮，無須維護。

4）石籠護坡技術(shù)工序簡單、操作難度低、費用低廉，護坡效果顯著且使用年限長，可有效改善環(huán)境，保持水土。

3.3.3 關(guān)鍵技術(shù)

1）全地形水土共治技術(shù)。邊坡處理：清理浮石、平整坡面，處理后無大石塊、樹樁和其他雜物；掛網(wǎng)固定：3D固土網(wǎng)墊的鋪掛和固定同時實施，邊掛邊固定，頂端及底部溝槽的深度和寬度均不小于30 cm；回填土：3D固土網(wǎng)墊固定后，在用素土或耕植土組成的覆蓋網(wǎng)墊內(nèi)，無需避諱重壓；綠化植物的配種：種植狗牙根草、波斯菊，在施工坡面覆蓋12～14 g/m2的無紡布進行植被發(fā)芽期的防護[4]。播種后需澆水養(yǎng)護1～2周，澆水時應避免因水流過大而破壞種子的均勻分布。

2）石籠護坡治理技術(shù)。石籠護坡治理技術(shù)應用廣泛，在邊坡支護、基坑支護、山體巖面掛網(wǎng)噴漿、邊坡植生（綠化）等領(lǐng)域均有顯著效果。石籠固定于岸坡后，在自然和人為因素的雙重作用下，石籠之間的縫隙不斷被泥土填滿，初步加固岸坡。石籠內(nèi)的植物種子可在石塊之間的泥土中生長，其根系牢牢固定在石塊和泥土中。

采用石籠網(wǎng)、生態(tài)袋等方式對駁岸進行穩(wěn)固，在水陸交界面固定竹網(wǎng)石籠，竹網(wǎng)石籠滿鋪在現(xiàn)狀護坡上，內(nèi)部間隙填充種植土，柳條以1根/m2的間隔插種在石籠中。

竹網(wǎng)石籠種子庫中的植物自然萌發(fā)后形成強大的根系，可發(fā)揮穩(wěn)固邊坡的作用。此外，萌發(fā)的植物還給生物創(chuàng)造了良好的棲息環(huán)境，對生態(tài)系統(tǒng)功能修復起到一定的促進作用。

4 結(jié)語

本文針對牛首山規(guī)模大、施工場地位于山區(qū)、組織協(xié)調(diào)難、對保護生態(tài)和景觀打造的要求高等一系列難點和要求，研發(fā)了水系環(huán)境治理中水體質(zhì)量提升與控制技術(shù)，有效解決了淤泥清理、生態(tài)修復、邊坡加固等水系治理難題，大大提升了水體質(zhì)量，充分發(fā)揮了水系系統(tǒng)的價值，保護了環(huán)境，推動了可持續(xù)發(fā)展，為此后水系治理提供了借鑒，具有廣泛的應用前景。