摘要 本文结合武汉新区四新地区及其周边湖泊的现状,探讨了四新地区利用周边湖泊疏浚淤泥进行场平的可行性，并提出了管内混合处理法、添加“复合型淤泥固化材料”的实施方案。
关键词 疏浚淤泥 场平 湖泊 复合型淤泥固化材料
一、工程概况
由于历史的原因，武汉三镇的城区建设和经济发展极不平衡，武昌和汉口发展较快，而汉阳发展相对落后。为达到武汉市城市发展的总体目标，提升武汉市的总体城市形象和地位，使武汉三镇均衡发展，武汉市政府确定了武汉新区的总体开发建设目标。根据规划，武汉新区是以长江、汉水、京珠高速公路围合的扇形区域，包括现在的汉阳区、武汉经济技术开发区和蔡甸区的一部分，规划范围为368km2。四新地区是武汉新区的重要组成部分，位于武汉市汉阳区，在武汉新区总体规划中被确定为三大功能组团之一，2004年政府工作报告明确提出启动四新地区综合开发要以四新地区为龙头。武汉四新地区范围为墨水湖、龙阳湖、三角湖、南太子湖、长江等“四湖一江”围合的陆域，该区域总面积约37.5km2。
目前,四新地区地势低洼,多为鱼塘和耕地,包括部分居民区。地面高程多在16.00～22.00m(黄海高程)，鱼塘高程多在17.0m左右，中部原为北太子湖，自1966年围垦建成市良种场(原名四新农场)，较西侧318国道沿线低约6米，较东侧拦江堤低约4米。根据四新地区路网规划，该区域路网高程在20.5～21.0m左右，因此，需进行场平填筑，场平面积约18.64km2。由于路网规划要求场平高程与路网高程相适应，一般不设挡土墙，另外考虑路网持力及绿化要求，四新地区场平基本为填方工程，填土高度0～4.5m。根据长江水利委员会长江勘测规划设计研究院2004年9月编制的《武汉新区四新地区场平工程可行性研究报告》，四新地区场平工程所需的填料为3115万m3,其中480万m3可直接利用场区内开挖土料，890万m3可采用长江砂量吹填（分三年实施，第一年吹填320万m3，第二年吹填280万m3，第三年吹填290万m3），另外1745 万m3只能采用外来土料。而四新地区工程区及其周围地势平坦，10km范围内缺乏土料场，所需土料只能到蔡甸区和军山街黄石贩等地购买，运距一般在18～20km。
二、周边湖泊情况
武汉新区分布有龙阳湖、南太子湖、北太子湖、三角湖、墨水湖、后官湖6个湖泊，而四新地区北以墨水湖为界，东与龙阳湖、三角湖为邻，南与南太子湖、北太子湖相接。根据2003年武汉市水环境状况公告以及武汉市水务局2004年11月22日公布的武汉市湖泊基本情况，以上五个湖泊的基本情况列表如下：
以上5个湖泊总面积为13.564 km2,湖泊总库容为1301.96万m3,湖泊平均深度只有0.96m，湖泊的淤积是非常严重的,并且均呈富营养化，水质恶劣。
三、疏浚淤泥处理再生资源技术的发展现状
在城市建设、水利工程、海洋工程中，世界各国每年都会产生大量的疏浚泥，其特点是含水量高，粘土颗粒含量多，强度非常低，一般呈泥状，车辆搬运困难，人与机械无法在其表面行走。
大多数的疏浚泥通常都是堆放或运输到海洋抛弃处理。海洋抛泥除直接造成渔场破坏等资源问题以外，对海洋环境的潜在影响也是难以估计的。而疏浚淤泥的就近堆放弃埋会占用大量耕地，产生堆放污染物扩散、污染河流等环境问题。另外，城市的持续发展使土石方资源的需求量增加，开山采石、河床采砂、挖田采土的方法已对资源、环境、生态造成难以恢复的影响。因此，将变成垃圾的疏浚淤泥处理成良好的土工材料，对社会的可持续发展具有重大的意义。
疏浚泥处理再生资源技术已成为世界学术界上一个重要的课题，尤其在一些发达国家，如日本、荷兰、新加坡等，由于对环境保护和资源利用的重视，对这一课题早已进行了研究，并取得了重大的研究成果，相关的技术成果也已经得到了广泛的应用。如日本名古屋的人工岛——第3 Board island就部分使用了经过固化处理的疏浚泥作为填方材料，日本的中部国际机场的填海工程也采用名古屋港的疏浚泥1000万m3，通过固化后作为填方材料进行使用。近几年，我国也已开展了这一课题的研究，河海大学朱伟、刘汉龙、张春雷等专家学者已取得了丰硕的研究成果。他们研究提出了疏浚淤泥再生土工材料处理技术，研制了“复合型淤泥固化材料”专利产品（专利号03113373.8），并已经开发出每小时处理300m3淤泥的淤泥固化处理成套设备。他们的研究成果开始在全国得到很好的应用。如在广州南沙港和深圳盐田港进行了固化淤泥填筑地基、填筑海堤的工程和实验，取得了很好的效果。目前他们在无锡正在进行一个城市湖泊疏浚底泥固化处理工程（被列为国家“863”重大专项的一个子项工程）。
四、湖泊疏浚淤泥进行场平的技术分析
(一)周边湖泊淤泥疏浚的必要性和可行性
武汉四新地区规划打造为一个交通便利、设施齐全、环境优良的现代化住宅区和商住楼，而周边的5个湖泊（墨水湖、龙阳湖、南太子湖、北太子湖、三角湖）水质恶劣，富营养化严重，与四新地区的规划目标是极不协调的。因此，武汉市决定实施新区水网连通生态修复工程，该工程系依托国家重大科技专项“武汉水专项”的科研及示范成果，其实施范围涵盖龙阳湖、南太子湖、三角湖、墨水湖、后官湖、北太子湖及其连通港、渠。该项目将采用水力调度、沟渠连通等工程手段恢复江湖水力联系，形成动态水网，改善湖泊水质，恢复往日江湖互通的格局；通过生态工程的措施，从受污染湖水的净化、底泥污染控制等方面着手，并注重改善水体景观，恢复湖泊生态系统及其功能，维持湖泊生态系统稳定与良性循环。另外，南太子湖污水处理厂工程也正在兴建，建成之后，四新地区的污水将会得到全面处理，从而解决湖泊的污染源问题。以上两个工程的实施，将会很大程度上解决四新地区周边湖泊的富营养化问题，改善湖泊水质，恢复湖泊生态环境。然而，如能结合四新地区场平需要大量填方这一个实际问题，将周边湖泊底泥疏浚处理进行利用，这样即彻底解决了湖泊的污染问题，又解决了四新地区场平土料来源紧张问题，另外，现有湖泊淤积非常严重，湖底清淤可增加湖泊的库容，增强湖泊调蓄抗洪的能力。因此，可达到一举多得的效果。
墨水湖、龙阳湖、南太子湖、北太子湖、三角湖5个湖泊总面积为13.564 km2,如果湖底平均清淤厚度按0.5m计算,则可为四新地区场平提供土方678.2万m3,可解决四新地区场平所需外来土方1745 万m3中的38.9%，同时可增加湖泊库容678.2万m3，相当于这5个湖泊目前总库容的52％。如果平均清淤厚度按1.0m计算,则可为四新地区场平提供土方1356.4m3，可解决四新地区场平所需外来土方1745 万m3中的77.7%，同时可增加湖泊库容1356.4万m3，相当于又重新形成了5个湖泊。湖泊库容大幅度增加，将会降低汉阳区、沌口开发区及蔡甸区的防洪压力。
湖泊疏浚最难解决的问题就是堆泥场，而四新地区却是一个天然的堆泥场，“变废为宝” 在这里可以得到真正体现。
(二)疏浚淤泥处理再生资源利用的技术
疏浚泥以淤泥和粘土为主，一般来说，含水量达到80％ 以上，多为液限含水量的1.2～2.0 倍,粘土颗粒含量多在20% 以上。由于疏浚施工的扰动其强度非常低，静力触探值小于200kN/m2，无侧限抗压强度在50kN/m2以下。因此，要将疏浚泥作为填方材料进行使用，必须改良其高含水量、低强度的性质。常规方法，就是先将疏浚泥回填然后对形成的地基实施排水、加固等措施。但这一方法存在机械难以进场、固结时间长和处理成本高等缺点。因此，在适宜条件下可先对疏浚泥进行处理，使其物理力学性质适合于工程要求，然后进行回填施工。
目前，世界各国疏浚淤泥处理再生资源利用主要有3种方法，即物理方法、化学方法和热处理方法。物理方法就是通过干燥、脱水措施减少疏浚泥中的水份，使其变为良好的材料。自然晾晒是最简单的方法，杭州西湖的部分疏浚工程就采用堆泥场自然干化的方法。在国外，最为常见的是机械脱水工厂，就是采用离心脱水机或压滤机进行脱水。热处理方法是通过加热、烧结的方法将疏浚泥转化为建筑材料的方法。化学方法也称为固化处理法，是从传统的地基处理技术发展而来。在疏浚泥中添加固化材料，进行搅拌混合，通过孔隙水与固化材料发生水化反应使孔隙内的自由水变为结合水，同时加强了土颗粒之间的结合力提高疏浚泥的强度。
从工程应用出发,采用化学原理的固化处理法是最为灵活、适用范围广、造价较为理想的方法。固化处理机械的处理能力可从小型20～30m3/h到大型1000 m3/h，比较适合于各种规模、尤其是大量的疏浚泥处理工程。固化处理可以根据处理土的使用目的调整固化材料的配方，一次性处理达到地基所要求的承载力等性能。固化处理后的疏浚泥主要成为填方材料，代替砂石和土料进行使用。但是与一般的土料相比，固化土具有不产生固结沉降、强度高、透水性小等优点，还可以免去碾压、地基处理等后期处理措施，一般可以在填土工程、筑堤或堤防加固工程、道路工程中使用。
疏浚泥固化处理的施工方法可以大致分为两类,预先混合处理法和管内混合处理法。预先混合处理法是将疏浚泥送入固化处理机械，通过添加固化剂、搅拌混合形成固化土，然后运送到填土场地进行浇筑施工。管内混合处理法是将疏浚泥与固化剂在输送管道内进行混合的方法，一般对疏浚泥的空气压送船进行改造，以满足混合的目的。将疏浚泥单独在管道内压送是很困难的，但是在输送管道内注入压缩空气，使疏浚泥与空气形成混合相的流体，由于减少了输送体与管道之间的摩擦力使得输送比较容易。管内混合处理就是在这种输送管道上设置固化剂添加口，固化剂进入管道后由于混合流的紊流效果，使得粘土塞在与管壁摩擦碰撞中不断发生解体、重组和形状变化，在足够的输送距离内可以很好的完成混合过程。固化土依施工条件，可采用车辆运送、皮带输送和管道输送的方法搬运至填方现场。浇筑可分为陆上浇筑和水下浇筑。填筑后的固化土可在3d后完成初期固化，达到机械可以在其表面行走的强度,28d后基本达到设计强度。
固化处理法必须在疏浚淤泥中添加固化材料,因此,研究出固化效果高、造价低的复合型固化材料是固化处理方法的关键。河海大学朱伟、张春雷等专家研制的“复合型淤泥固化材料”基本上已经达到了这一要求。根据他们的研究成果和实际工程应用效果来看，处理1m3
淤泥固化材料的掺入量一般在30～100kg之间，固化后的土料其地基承载力特征值fak可达到100kPa，内摩擦角
(三)四新地区利用周边湖泊疏浚淤泥进行场平的实施方案
由以上分析可知，武汉四新地区利用周边湖泊疏浚淤泥进行场平在技术上是完全可行的。根据《武汉新区四新地区场平工程可行性研究报告》，四新地区由下图图1中①～⑤号区域组成，其中①号区域可采用长江砂量吹填，共890万m3。②～⑤号区域则可考虑利用周边湖泊疏浚淤泥进行场平。墨水湖、龙阳湖、南太子湖、北太子湖、三角湖5个湖泊总面积为13.564km2,平均清淤厚度按1.0计算,可提供土方1356.4万m3。结合这五个湖泊的分布情况，湖泊疏浚实施方案初步拟定如下：南太子湖疏浚淤泥固化后填至②号区域，平均距离4.6km；墨水湖疏浚淤泥固化后填至③号区域，平均距离1.5km；三角湖和北太子湖疏浚淤泥固化后填至④号区域，三角湖的平均距离2.7km，北太子湖的平均距离0.5km；龙阳湖疏浚淤泥固化后填至⑤号区域，平均距离2.8km。
疏浚泥固化处理的施工方法采用管内混合处理法，固化剂采用河海大学研制的“复合型淤泥固化材料”，固化后的土料主要力学指标可要求如下：地基承载力特征值fak为100kPa，内摩擦角
对湖泊淤泥进行疏浚处理，尚应考虑疏浚过程中的余水处理问题。对于余水的问题，除了在疏浚时减少余水的量外，在进行淤泥固化处理前还要通过一定的前处理专门对余水进行处理。对此，河海大学朱伟、刘汉龙等专家也有成功的方法和经验。
采用上述的处理方法，结合已实施的工程实例，经初步估算，疏浚距离在5km范围内，疏浚固化处理后填至场平区，综合单价在60～70元/m3之间。如不考虑利用周边湖泊疏浚淤泥，四新地区场平所差土方，只能到蔡甸区和军山街黄石贩等地购买，运距一般在18～20km，综合单价在40～50元/m3之间。两种方案相比，单从处理费用而言，虽然前一方案略高于后一方案，但是，前一方案的综合社会效益是远远大于后一方案的。实施后一方案，若开挖深度按2.5～3m计算，四新地区场平所需外来土方1745万m3将要征用8725～10470亩农田或耕地，势必对农田、耕地资源、环境、生态造成难以恢复的影响，这种代价是巨大的，从长远利益和可持续发展的眼光来看是极不划算的。而实施前一方案，不但可有效地解决四新地区场平土方来源紧张的问题，还可改善湖泊生态环境问题，增强湖泊调蓄抗洪的能力。其社会效益和远期经济效益要远远大于后一方案。
五、结论
（1）疏浚泥处理再生资源技术已成为世界学术界上一个重要的课题，国内外专家学者均已取得了重大的研究成果，相关的技术成果也已经得到了广泛的应用。这是一项既保护环境又可产生新生资源的新技术，具有广阔的发展前景。
（2）结合四新地区场平需要大量外来土方却缺乏土料场以及四新地区周边湖泊水质恶化、环境污染严重这两方面的实际问题，将四新地区周边湖泊底泥疏浚固化处理后用于场平，既解决了湖泊的污染问题，又解决了四新地区场平土料来源紧张问题，并增强了湖泊调蓄抗洪的能力。可达到一举多得的效果。
（3）四新地区利用周边湖泊疏浚淤泥进行场平在技术上是完全可行的。根据工程实际情况，疏浚泥固化处理的施工方法采用管内混合处理法是比较适合的。
参考文献：
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