一种利用湖库底泥制备固化土进行边坡固化与防护的方法

技术领域

本发明涉及疏浚底泥资源化利用、边坡防护工程和水利水电工程领域，具体是一种利用湖库底泥制备固化土并进行边坡固化与防护的方法。

背景技术

我国各类河、湖、水库的底泥淤积问题十分严峻。河道和港口中底泥堆积影响航运效益，水库中底泥淤积减小有效库容，蓄水量减少，防洪功能降低，发电效益受损。疏浚是底泥清理的主要途径，疏浚后将会产生数量众多的底泥，如果不能进行有效处理，底泥将会占用大量空间，同时内部有毒有害物质将给环境带来极大威胁。

在水利工程和河流工程中，边坡土体受到水体的浸润和水流的冲刷作用，特别是汛期，水位的持续波动和泄洪引起的边坡失稳现象时常发生，给河道和建筑物的安全带来隐患，因此需要对边坡进行防护处理。常用的边坡防护方式主要分为砌石、砂浆、混凝土护坡等，需要消耗大量的砂石等资源，同时生成的护坡面为硬质坡面，不利于植被生长，破坏了原有的生态系统。

发明内容

本发明目的是解决河、湖、水库底泥的处理以及对边坡进行防护和固化处理的问题，提供一种利用湖库底泥制备固化土并进行边坡固化与防护的方法。本发明将湖库疏浚底泥固化处理后应用到边坡防护工程中，不仅可实现废弃底泥的资源化利用，减轻环境压力，同时也可解决边坡的防护问题，节省了砂石等资源，在防护边坡的同时，植物可在固化土中生长，维持了生态系统的多样性，具有良好的经济和社会效益。

本发明的技术方案

一种利用湖库底泥制备固化土进行边坡固化与防护的方法，主要包括底泥获取、固化土制备和边坡浇筑施工三步。

第1步、底泥获取；使用抓斗式或气力泵式底泥挖取装置挖取湖库底泥，挖取过程中控制底泥含水率在1.5到2.5倍液限范围，使其呈流动状态，挖取后过滤底泥中的木屑、塑料、垃圾、大石块等，静放备用。

第2步、固化土制备；固化土由底泥和固化剂组成，制备步骤如下：

第2.1步、固化剂的制备：

固化剂为粉体，主要由水泥、沸石粉、减水剂、挂浆剂、速凝剂组成。固化剂中各组份的质量百分比为：水泥50-70％，沸石粉15-40％，减水剂0-5％，挂浆剂2-10％，速凝剂0-20％。

首先按质量配比将水泥、沸石粉、减水剂、挂浆剂和速凝剂充分搅拌混合，制成固化剂，陈放备用。

其中，

所述的水泥为波特兰水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥中至少一种，作用是通过水泥的水化、凝固反应使水泥与底泥生成具有一定强度的固化土，抗水流冲刷和浸润。

沸石粉取自天然沸石粉，目数选择80目到200目之间，作用是沸石粉内部晶体结构具有较多孔洞，具有极强的吸水能力，初期通过吸水加快固化土固结速率，后期释放水体，提升固化土后期强度。

减水剂为木质素系、萘系、聚羧酸系减水剂中至少一种，作用是利用减水剂的分散作用，减少拌合用水，提高固化土的流动性，延长施工时间。

挂浆剂为黄原胶、瓜尔豆胶等天然聚合物、淀粉及其衍生物、丙烯基聚合物、乙烯基聚合物中一种或多种，作用是提高固化土浆液的粘稠性和自密实性，使固化土护坡后平整度高，且具有良好的挂浆能力，不丢浆。

速凝剂为氯化物、硅酸盐、铝酸盐的一种或多种，作用是提高固化土的凝固速率和早期强度，提高早期抵抗水流冲刷的能力。

第2.2步、固化土的制备：

将第1步获取的底泥置于搅拌机中，按照每方底泥中加入固化剂75-250kg的配比将固化剂掺加到底泥中，混合搅拌，制成高流动的底泥固化土。

第3步、边坡的固化与防护；

首先使用高压风枪清洁坡面，主要清除坡面上的尘土、石屑和植物，使得坡面平坦、整洁；

其次将锚杆垂直插入坡面，将预制钢筋网挂在锚杆上，并牢固焊接；

然后将底泥固化土置入混凝土泵车中，采用湿喷法喷射底泥固化土，通过改变固化剂掺比和固化剂掺量，控制固化土在合适的粘度范围，使其能够泵送输运并喷射注浆，注浆后浆液牢固挂到钢筋网上，不丢浆，在重力作用下沿坡面自动密实，无需振捣；

最后在固化土边坡表面撒播青草种子，每天进行喷水养护，养护时间不少于14天。青草种子可选择麦冬草、高羊茅、狗牙根、早熟禾的一种或几种，此类青草成活率高，易繁殖，耐干旱，适应性强。因固化土中主要成分为疏浚底泥，水泥掺量较低、含水率较高，固化土成型后具有强度适中的特点，同时底泥中含有多种有利于植物生长的氨氮元素及有机质等，青草种子可顺利发芽生长。

本发明的优点和积极效果：

1.本发明使用湖库底泥作为边坡防护材料的主体，实现了废弃底泥的资源化利用，减轻了环境压力，同时节省了砂石等自然资源。

2.生成的底泥固化土流动性能好，可通过湿喷操作进行注浆，施工便捷，同时固化土力学强度良好，可抵抗较高流速的水流冲刷。

3.底泥固化土护坡方式可为动植物营造良好的生态环境，有利于生物多样性的发展。

具体实施方式

以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。

实施例1

一种利用湖库底泥制备固化土进行边坡固化与防护的方法，具体步骤如下：

(1)使用抓斗式挖泥装置挖取湖库底泥，过滤垃圾、木屑、较大石块。经测量，底泥液限为42％，加水控制底泥含水率为100％，置于混凝土搅拌机内。

(2)水泥选择PO425级普通硅酸盐水泥，沸石粉选择200目，减水剂选择聚羧酸系减水剂，挂浆剂选择瓜尔豆胶，速凝剂选择硅酸钠，按照质量比水泥：沸石粉：减水剂：挂浆剂：速凝剂＝62:31:1:2:4制备固化剂，在每方底泥中掺加固化剂150kg，搅拌3分钟制备成底泥固化土。

(3)在倾角为45°的坡面上，清除尘土和石屑，使坡面平坦、整洁，根据工程量确定锚杆间距，将预制钢筋网挂在锚杆上焊接固定。将搅拌好的底泥固化土置于混凝土泵车中，采用湿喷方式将固化土喷射注浆到钢筋网上，喷射风压控制在0.3～0.7MP之间，喷射头到坡面的距离控制在0.8～1.2m之间。

喷射完成后，在坡面表面撒播青草种子，每天养护1次，养护14天。

采用本发明提供的底泥固化土进行边坡固化与防护方法，测得浆体的粘度为3.7Pa.s，固化土喷射注浆到边坡上的挂浆率为79.6％，仅有少量浆体丢失。将固化土置于70.7mm的立方体试模中，静置室外两天后拔模，置于水下养护，测试其3天抗压强度为94kPa，7天抗压强度为114kPa，14天抗压强度为137kPa，能抵抗7.5m/s水流流速的持续冲刷。表面撒播高羊茅种子，7天株高3.4cm，14天株高6.2cm。

实施例2

一种利用湖库底泥制备固化土进行边坡固化与防护的方法，包括：

使用抓斗式挖泥装置挖取水库底泥，过滤塑料、木屑、较大石块。经测量，底泥液限为71％，加水控制底泥含水率为150％，置于混凝土搅拌机内。

水泥选择PO425级普通硅酸盐水泥，沸石粉选择200目，减水剂选择聚羧酸系减水剂，挂浆剂选择黄原胶，速凝剂选择硅酸钠，按照质量比水泥：沸石粉：减水剂：挂浆剂：速凝剂＝51:38:2:5:4制备固化剂，在每方底泥中掺加固化剂150kg，搅拌3分钟制备成底泥固化土。在倾角为45°的坡面上注浆护坡，表面撒播青草种子，每天养护1次，养护14天。

采用本发明公开的底泥固化土边坡防护方法，测得浆体的粘度为4.73Pa.s，固化土注浆到边坡上的挂浆率为95.8％，将固化土置于70.7mm的立方体试模中，两天拔模后水下养护，测试测量其3天抗压强度为58kPa，7天抗压强度为87.5kPa，14天抗压强度为104kPa，能抵抗6m/s水流流速的持续冲刷。表面撒播高羊茅种子，7天株高5.5cm，14天株高8.5cm。

实施例3

一种利用湖库底泥制备固化土进行边坡固化与防护的方法，包括：

使用抓斗式挖泥装置挖取水库底泥，过滤塑料、木屑、较大石块。经测量，底泥液限为71％，加水控制底泥含水率为130％，置于混凝土搅拌机内。

水泥选择PO425级普通硅酸盐水泥，沸石粉选择200目，减水剂选择聚羧酸系减水剂，挂浆剂选择黄原胶，速凝剂选择氯化钙，按照质量比水泥：沸石粉：减水剂：挂浆剂：速凝剂＝67:26:1:3:3制备固化剂，在每方底泥中掺加固化剂250kg，搅拌3分钟制备成底泥固化土。

在倾角为45°的坡面上，湿喷注浆，表面撒播青草种子，每天养护1次，养护14天。

采用本发明公开的底泥固化土边坡防护方法，测得浆体的粘度为5.4Pa.s，固化土注浆到边坡上的挂浆率为96.8％，将固化土置于70.7mm的立方体试模中，两天拔模后水下养护，测试其3天抗压强度为99kPa，7天抗压强度为149kPa，14天抗压强度为220kPa，能抵抗9m/s水流流速的持续冲刷。表面撒播高羊茅种子，7天株高2.4cm，14天株高4.8cm。

实施例4

一种利用湖库底泥制备固化土进行边坡固化与防护的方法，包括：

使用抓斗式挖泥装置挖取海滩淤泥，过滤塑料、木屑、较大石块。经测量，底泥液限为80％，加水控制底泥含水率为120％，置于混凝土搅拌机内。

水泥选择PO425级普通硅酸盐水泥，沸石粉选择200目，挂浆剂选择等质量的瓜尔豆胶和黄原胶，按照质量比水泥：沸石粉：挂浆剂＝70:20:10制备固化剂，在每方底泥中掺加固化剂75kg，搅拌3分钟制备成底泥固化土。

在倾角为45°的坡面上，湿喷注浆，表面撒播青草种子，每天养护1次，养护14天。

采用本发明公开的底泥固化土边坡防护方法，测得浆体的粘度为2.9Pa.s，固化土注浆到边坡上的挂浆率为70.2％，将固化土置于70.7mm的立方体试模中，两天拔模后水下养护，测试其3天抗压强度为45kPa，7天抗压强度为60kPa，14天抗压强度为82kPa，能抵抗5.5m/s水流流速的持续冲刷。表面撒播高羊茅种子，7天株高6cm，14天株高9.1cm。