河湖淤泥原位固化技术在生态护坡工程中的应用研究

河湖淤泥原位固化技术在生态护坡工程中的应用研究

郑亮

浙江省围海建设集团股份有限公司浙江宁波315000

摘要：科学的河道生态系统可以使物质以适当的形式和速度通过界面区，有利于保持陆地的水土。而河岸在其中发挥着不可忽视的作用，因此需加大对河道生态护坡关键技术的分析和研究，使其充分发挥生态功能，加固河岸，增强河岸的结构稳定性，维护河流生态系统的健康，最终实现其保持河岸的生态稳定性的目的。

关键词：生态清淤；淤泥固化；河道护坡；技术

河岸作为水陆交错地带在防洪抗灾、水土保持以及调节气候方面都发挥着特别重要的作用。科学的河道生态系统可以使物质以适当的形式和速度通过界面区，有利于保持陆地的水土，同时，可有效避免河水“富营养化”问题的出现。河道生态护坡的主要目的是通过生态护坡的方式对受损的河岸生态系统进行重建，恢复其应有的生态功能。

1河湖生态清淤与淤泥固化的作用

生态清淤旨在为改善河湖的生态环境，利用生态清淤机械设备清除河湖水体中含有污染物的底泥，通过阻断污染源以减少水体的污染而采取的人为措施。生态清淤相对传统清淤有更高的要求，即：需尽量避免搅动污染底泥和造成细分子颗粒物质的扩散。由于河湖生态疏浚过程中会产生大量的污染底泥，而对污染底泥传统的处理方法是寻找大面积的连片土地修建排泥堆场，采用简单堆放、自然干化的原始方法固结后再利用。但是，一般污染底泥属高有机质、高含水量的粉质粘土，单靠自然干化固结需要长达5～1O年时间，甚至更长，势必造成对土地资源的长时间占用，不利于土地资源的及时开发利用及其景观修复。特别是我国东部沿海人口密集、经济发达地区，这一矛盾尤为突出。同时，由于河湖疏浚底泥是一种高含水量的工程垃圾，其颗粒细小，有机质含量高，处于流动状态，几乎没有强度，不能直接为工程所用。故淤泥固化技术近年来广泛运用于污染土的处理和处置，面对河湖生态疏浚工程产生的大量底泥，通过固化处理后有效转化为工程性质良好的工程用土，致使其淤泥向稳定化、减量化、无害化和资源化利用的方向发展。

2河湖生态清淤效果判别和淤泥固化机理的分析

2.1生态清淤效果的判别。生态疏浚被广泛应用于河湖水体的排污治理中。判别河湖底泥生态疏浚工程效果的标准：一是河湖底泥中的污染物、有害物质和营养盐是否彻底清除，这是判断河湖底泥生态疏浚效果的基础标准；二是水体中悬浮物上有害物质是否为最少，若仍有较多的污染物和有害物质依附在水体中的悬浮颗粒上，将会对环境造成很大破坏，说明水体的生态环境并没有彻底恢复正常；三是疏浚出的河湖底泥中所含污染物、有害物质的浓度要高，在生态疏浚工程实施中，通常考虑一定的经济因素，在疏浚过程中对底泥中有害物质浓度高的污染物进行集中清除，既可减少疏浚时间，又能节省了费用；四是疏浚方位准确、面积小，以不破坏水底生态环境为前提。

2.2淤泥固化机理的分析

（1）基于水分转化模型机理分析。通过在底泥中掺入水泥（石灰）类固化材料，进行混合搅拌。即通过对底泥固化过程中水分转换原理进行分析。该机理为：底泥在没有掺入固化材料时，底泥中的水分可分为矿物水、结合水和自由水部分，当掺人固化材料并发生水化反应后，发生变化的只是孔隙中的自由水，这部分自由水一部分因固化材料释放热量而被蒸发到空气中，一部分转换到水化产物中。同时该机理还表明：一是固化底泥的破坏模式由塑性向脆性转化，固化底泥的脆性与结合水的量有关，由塑性向脆性转化的转折点出现在消化产物中的结合水量增长率开始减少的点上。二是固化底泥的无侧限抗压强度、变形系数、屈服应力和粘聚力都与水化产物中的矿物水水量和结合水水量有关，且随两者的增加而增加。则固化底泥的破坏应变、变形系数、初始孔隙比都将随着水化产物中矿物水和结合水水量的增加而呈递减趋势。

（2）基于骨架构建模型机理分析

该固化是通过对底泥的骨架起到一定的支撑效应和填充效应。其中，骨架支撑效应是指固化材料中的硅酸钙类、铝酸钙类和铁铝酸钙类等与水发生相应的水解和水化反应后，部分与周围土颗粒结合后形成骨架，部分则与周围具有一定活性的粘土颗粒发生反应，也参与形成一定量的骨架。而固化对底泥的填充效应，则表现为固化材料在水化反应产生胶体形成骨架的同时，随着水化反应的进一步深入，溶液中析出大量的钙离子，当其数量超过离子交换所需量后，在碱性环境中，能使组成粘土矿物的二氧化硅及三氧化二铝的一部分或大部分与钙离子进行化学反应，逐渐生成不溶于水的结晶化合物，这些结晶产物的产生，对底泥间的大量孔隙起到填充作用。

（3）淤泥固化技术的运用

物理处置法。即通过蒸发、渗透等作用，利用自然沉降、人工机械强化等物理措施降低淤泥的含水量，去除淤泥中多余的自由水，如：传统的堆场干化和人工强化措施堆场排水、低位真空预压法、加热处理、抛填处理和机械脱水固结等，均是利用物理原理脱水。实践表明，物理处理方法并不能去除污泥中的污染物质，所以对于具有高污染性的疏浚淤泥，物理脱水固结后，仍需进行污染源处理。

化学处置法。即通过向淤泥中添加固化材料，经化学反应使其形成稳定的固化物。固化后的产物具有较高的强度和较低的透水性，能够封闭重金属类的污染物和控制生物化学反应物滋生的条件，最大程度地防止淤泥的二次污染。淤泥化学固化反应过程主要有水解和酸性反应、水化作用、碳酸化作用等。利用该技术处理后的淤泥具有强度可控、施工简便迅速等优点，可使废弃淤泥变为再生工程用土资源。

复合干化法。即将淤泥固化与余水处理融为一体的技术方法，通过在疏浚管道中添加高性能强氧化疏水剂与疏浚底泥电荷中和，实现毛细管水的分子级分离。复合干化法可以较为显著地缩短疏浚排泥场的施工工期，但该技术属于新型技术，固化成本高，现有的工程实践经验少，且施工不确定因素较多。

3生态清淤的技术

3.1在截住外污染源的基础上进行，在确定生态清淤的地点和范围时，应优先考虑河湖水体污染淤积严重区、重要城市的供水水源地取水口和重点风景旅游区以及对河湖水生态影响较大的湖区等，同时，清淤时需考虑设置200～300m疏浚安全范围。确定底泥薄层的精确疏浚深度，对底泥疏浚深度需进行多参数的综合分析与评估。应严格控制疏浚深度误差不大于10cm，疏浚底泥扩散距离不大于0.5m，并为后续动植物介入创造必要的生态环境条件。由于河湖沉水植物分布水深一般在0.8-1.8m，因此，生态疏浚要控制疏浚后新形成的底泥表面高程，并由湖区向湖岸形成一定的缓坡状，为沉水植物修复繁衍创造湖底基质条件。四是选择生态疏浚设备时，应首先考虑采用环保无扰动型挖泥船，选择疏浚设备依据的主要参数为：底泥密度小于1.8g／cm2时可考虑采用环保绞吸式疏浚船；底泥密度大于1.8g／cm2时可考虑采用环保斗轮式疏浚船。生态清淤疏浚为薄层精确疏浚，要求超疏深度不大于10cm，底泥扩散距离不大于0.5m，表面平整度好，不漏疏或形成沟坎。五是划定好相应的水生物种区，当已确定的疏浚区域较大时，应考虑专门划定一定面积的水生物种保护基因库区，底泥疏浚完成后，以保护区物种基因库为基点，力求在较短时间内使疏浚区域内物种得以恢复和繁衍。六是选定适宜河湖底泥疏浚期，生态疏浚作业的最佳疏浚期为冬初至春末，此时开展疏浚可做到省费高效，并可最大限度地去除水体中的营养物质。

河湖生态护坡将有效地减少水质污染，维护生态环境平衡，为动植物提供良好的栖息环境，生态护坡已成为河湖护坡水利工程发展必然趋势。

参考文献：

［1］范文宏，陈静生，曹仲宏．现代城市河道生态护坡浅谈［J］．城市道桥与防洪，2014（02）：3．

［2］黄翔峰，陈旭远，陆丽君，徐竟成．河道植被护坡技术的应用及评价方法［J］．环境科学与技术，2013（07）：20．

［3］王中平，徐基漩．生态护坡及其在城市河道整治中的应用［J］．水利规划与设计，2014（11）：63．

［4］王和鑫．生态河道的坡岸绿化技术探索与应用［J］.水利技术监督，2014（06）：79-82．