利用河道疏浚土方填筑堤防的技术研究

利用河道疏浚土方填筑堤防的技术研究

范伟琴俞骏

上海泰晟建设工程有限公司上海201613

一、河道疏浚土的脱水及固化技术

（一）河道疏浚土的利用现状

河道疏浚土具有含水量高、黏土颗粒含量多、强度低、排水性差等特点，一般呈现出流塑状或者软塑状，难以用车辆来进行搬运。当前对于河道疏浚土的处理，往往只是采用简单的自然脱水的方式，然后堆填在预定的场地中，基本上都只能废弃不用。若是采用传统的方式来使疏浚土符合填筑堤防的要求，往往需要将疏浚出来的淤泥进行曝晒，以有效地降低疏浚土中的水含量，并采用压实的机械来将其按照一定的密度要求来压实。此种处理方法，需要极大的场地，且费用高、时间周期过长，往往无法符合当前的水利工程建设需求，因此难以得到应用与推广。要使河道疏浚土在填筑堤防中得到切实可行的有效利用，迫切需要新的脱水及固化技术以及相应的器械，并根据不同河道及其疏浚土的具体特点，来选择最为合适的疏浚土利用方式。

（二）河道疏浚土脱水技术

要实现河道疏浚土低成本高效地脱水，需要对现有的疏浚、脱水、以及上岸设备与工艺技术等进行研究与改造，并对已有的工程机械设备与技术加以充分利用。当前已有针对河道疏浚土的特性而研制出的简易版的多功能机械，能同时实现河道疏浚、疏浚土脱水、以及淤泥输送等功能。其工作流程大致如下：首先由挖斗式的挖泥船将河道中的淤泥挖出，并将其放入由挖泥船拖动的装置了污泥格栅脱水设备的脱水船中来进行第一次的脱水；其次，在输送设备船中再由格栅脱水设备进行第二次的疏浚土脱水过滤；再次，将二次脱水并过滤的泥浆经由特制的挖斗送至污泥上岸脱水机械装置进行第三次的脱水过滤；最后，由联动循环机械装置将三次脱水过滤好的疏浚土输送至工地用于填筑堤防。根据相关实验及数据研究得出，该机械装置的处理能力通常为1000m³/d。

（三）河道疏浚土固化技术

当前比较常用的河道疏浚土固化技术，主要是在疏浚土中掺混不同粒径的土砂，从而改变疏浚土的粒径级配以及力学特性，并在疏浚土中掺混石灰或者水泥来改变疏浚土的水化凝固特性与软弱的泥土土工特性，并使其固结的方法。这种疏浚土固化方法近年来在国外得到了诸多的关注与重视。疏浚土在经过石灰或者水泥固化之后，在原理上类似于混凝土的成型技术，但是其更多地保持并改善了疏浚土的土质特性，因此固化后的疏浚土也被称为水泥土，并被广泛应用于堤坝的止渗水、堤防与防波堤的堤脚护坡或者护岸、改善软弱土质等等。

二、经过处理的河道疏浚土的力学特性研究

（一）经过脱水处理的河道疏浚土的力学特性

以2010年在东笤溪导流港拓浚及东大堤的加高加固工程作为经过脱水处理的河道疏浚土力学特性的试验区，分别在该试验区的不同地点、按照不同的时间节点选取了两百多组用于填筑堤防的河道疏浚土，对其干密度与含水量进行了测定。实验结果如图一所示，可清晰看到，疏浚土在经过脱水机械上岸并排入试验区后，其含水量随着时间的延长由最初的40%左右降到了25%左右，平均干密度由原先的0.85t/m³上升到了1.2t/m³。同时，随着固结时间的延长，疏浚土的抗剪强度也得到了一定程度的提升。

（二）经过固化处理的河道疏浚土的力学特性

（1）河道疏浚土的抗压强度

在疏浚土中加入水泥成浆来使其固化，并根据不同水泥含量、不同时间节点来提取实验样本，可以明确得出以下结论：第一，疏浚土加入水泥后其变形系数基本在7d后会达到一个稳定状态，其稳定状态下的变形系数则随着加入的水泥含量而发生变化。第二，进行水泥固化后的抗压强度与水泥含量呈现出明显的线性关系，水泥含量越高，疏浚土的抗压强度则相对越高。同时还存在着一个最低的水泥含量临界值。如图二所示，一旦水泥含量低于25kg/m³，则对疏浚土起不到固化效果。第三，疏浚土的含水率越高，其固化抗压强度就越低。此外，疏浚土的固化抗压强度还受到环境气温、有机物含量及颗粒分布、疏浚土的酸碱等众多因素不同程度的影响。

（2）河道疏浚土的压缩变形特性

压缩变形特性是衡量河道疏浚土力学特性的重要指标之一，主要通过破坏应变指标来进行阐释。破坏应变大，则疏浚土的韧性好；破坏应变小，则疏浚土韧性差，呈现脆性破坏。在将疏浚土应用于填筑堤防时，自然需要具备良好的韧性，因此就需要其具备较大的破坏应变。通常而言，其变形系数与抗压强度表现出正比例的关系。同时应注意的是，疏浚土水泥固化后，在达不到屈服应力之前，其压缩性很小，可一旦超过屈服应力，其压缩性则特别大，能相差数十倍之多。因此在工程设计及施工的过程中要予以高度的重视，不能让疏浚土上部的荷载超过屈服应力，否则会引起不同程度的结构物沉降或者水泥土破坏。

（3）河道疏浚土的浸透特性

疏浚土水泥固化后的浸透系数主要取决于水泥的硬化过程以及疏浚土的浸透特性。实验表明，疏浚土在加入水泥之后，土质的浸透系数呈现出大幅度的下降，并表现出明显的防渗止水效果。通常而言，水泥含量越大，疏浚土的浸透系数也就越少。同时，随着养护时间的加长，疏浚固化土的浸透系数也在不断降低。

三、利用河道疏浚土方填筑堤防存在的问题及带来的效益

（一）疏浚土填筑堤防的施工工艺及存在的问题

在采用脱水或固化的疏浚土来填筑堤坝的过程中，通常应遵循薄层轮加、分层碾压、分期填筑、逐步固结的施工流程。根据此操作流程填筑的地方一般效果良好，能够实现较好的安全稳定性能。根据运行期的根据检验，可以发现利用河道疏浚土来填筑的地方其稳定安全系数与采用其他方式填筑堤防效果基本一致，因此是可行的。然而在实际的施工过程中也存在着一些难以避免的问题，例如无法保证淤泥与固化材料混合均匀，使得所填筑堤防的性质变化较大；分层填筑的方法也在一定程度上造成了分层之间的差异；疏浚土的初始含水量过高大致其在蒸发失水的过程中导致土体开裂，影响了堤坝的稳定性等等。这些问题目前虽然都有了初步的解决方案，但仍需要对相关技术进行更加深入的研究，方能得到有效的处理与解决。

（二）疏浚土填筑堤防带来的效益

利用疏浚土来进行填筑堤防，不仅不需要占用地方，还能变废为宝，并且不会对环境造成污染与破坏，同时还具有十分显著的经济效益，因此值得大力推行。如在整治大钱港河道时，在12.7km的河道中利用了25m³的疏浚土来填筑堤防，共节约工程投资将近1100万元；在整治南浔区的万里清水河道工程中，在1200km河道中利用了大约1500万m³的疏浚土来填筑堤防，节约了工程投资将近3.88亿元；等等。因此，利用疏浚土填筑堤防，能够在最大程度上实现经济效益、社会效益、以及环境效益的最大化。