鉆孔灌注樁的施工廢漿處置及再利用工藝研究

袁俊相

上海市基礎工程集團有限公司 上海 200002

1 工程概況

上海董家渡金融城工程場地地處城區(qū)核心地段，開發(fā)規(guī)模巨大。該地塊擬建建筑絕大部分為地下4層結構，基坑圍護采用地下連續(xù)墻形式，基坑開挖深度普遍約18.6 m，采用鉆孔灌注樁基礎，樁徑為850、800、650、600 mm等，總數(shù)量約計8 000根，采用工程鉆機正循環(huán)自然造漿護壁成孔，產(chǎn)生廢漿量巨大。

2 工程難點

本工程的廢漿處置施工難點主要集中在以下方面：

1）本工程因為是房產(chǎn)項目，樁基的工作量比較大，同時工期緊，工程規(guī)模大，短時間內(nèi)大面積施工鉆孔灌注樁，大量廢漿的消納處置考驗處置能力。

2）隨著政府對泥漿處置加大整治力度，泥漿外運行業(yè)正在結束過去無序、惡性的低價競爭，偷倒亂倒現(xiàn)象得到根本性遏制。但在轉型期間，也造成碼頭關停、卸點審批不足等問題，以現(xiàn)有開放的處置點根本無法滿足上海眾多工地的建設需要。

3）卸點設置距離遠。由于本工程地處市中心，而卸點往往位于遠郊，船運又受碼頭處置能力的限制，因此陸路運輸時，一輛運輸車輛往返一趟往往要4 h以上。

4）運輸路線受限較多，早晚高峰期間廢漿運輸車輛在一些主要道路上受限，個別大橋也受限，同時由于運輸行業(yè)的不規(guī)范，運輸司機往往扣分嚴重，導致能上路的司機數(shù)量嚴重不足。

5）現(xiàn)場場地消納固化泥漿的能力有限。由于一進場就全面開發(fā)，可利用場地面積有限，現(xiàn)場大面積沉淀后固化的條件不足。

綜上所述，如果不能很好地解決廢漿處置的問題，將嚴重影響施工進度。必須找到一種對環(huán)境影響最低、經(jīng)濟合理，同時能保證現(xiàn)場施工進度要求的處置方式。

3 廢漿處置方案介紹及比較

結合本工程實際情況，外運泥漿根本上無法滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要，基于此，分析3種可能的處置方式[1-3]：

1）產(chǎn)生的泥漿先行通過除砂設備除砂，將大的泥砂排除，處理的泥漿再循環(huán)利用，降低泥漿的損耗，剩余的廢漿通過外運處理。

2）現(xiàn)場圍堰蓄漿，待泥漿沉淀后，抽除清水，加入石灰和水泥等固化材料，等固化土方達到外運的程度后組織外運。

3）利用泥漿分離技術，通過絮凝劑和泥漿充分混合攪拌后進行絮凝，傳送至濾布進一步過濾泥漿，最后通過滾壓將泥漿分別變成泥塊和水排出。

以上3種處置方式，第1種雖然對原純粹外運方式進行了改進，緩解了一部分外運壓力，但是由于泥漿反復回收利用后，水泥的含量相對增加，給施工質量帶來影響，另外相對于總的處置量，通過調(diào)整仍有大量泥漿需要外運。

第2種方案中，雖通過泥漿固結，將泥漿變成土方，解決了廢漿排放的問題，但摻入固化用的石灰、水泥等材料的土方對土壤、水源污染嚴重，破壞自然植被，影響以后再生利用，另外，現(xiàn)場必須大面積開挖蓄漿池，并存放相當一段時間才能進行土方外運。

第3種方案，利用泥漿分離技術，將泥漿轉化為能夠外運的土方，以及可再循環(huán)利用清水，避開了目前泥漿外運遇到的瓶頸問題，同時場地占用不大，能源消耗有限，單機的泥漿日處置能力相當可觀。

綜上所述，從現(xiàn)場實際情況出發(fā)，使用泥漿分離的方案較為適合。

4 泥漿分離技術簡介

基于泥漿分離器開發(fā)的分離技術，主要分為絮凝攪拌部分、濾布脫水部分、壓濾部分、排泥部分，除絮凝攪拌部分外，其他幾項集合成一個整體（圖1）。

圖1 泥漿分離器

4.1 工藝流程

1）廢漿經(jīng)過濾網(wǎng)過濾泵送至臨時儲存箱進行攪拌后，加入到設備勻質箱。

2）勻質后自動進入自動絮凝裝置，加入絮凝劑（聚丙烯酰胺）進行絮凝。

3）泥漿絮凝后，濃縮裝置采用地心引力的原理進行脫水，將水排入接水盤，將泥送入下層壓濾裝置。

4）濃縮后的泥進入壓濾裝置后自動進行漸進式蠕動工藝，再次將水擠出。

5）擠出后的泥進入高壓壓濾裝置，再次脫水。

6）最后把泥壓成泥餅后進入排泥口吐出，用皮帶輸送機輸送到指定的集土坑（圖2）。

4.2 施工準備

圖2 工藝流程

設備總占地面積約200 m2，設備總質量約60t，地基壓實或硬地坪場地；設備總耗電90～100 kW/h，須配置50 mm2以上電纜；現(xiàn)場周邊設有截面積不低于40 cm×30 cm排水系統(tǒng)，方便分離水的收集及排放；設備周邊可按照施工產(chǎn)量設置集土坑，單臺設備對應的集土坑容量不低于300 m3，如采用地面堆放，采用傳送帶輸送，單臺設備堆場面積不低于350 m2。

4.3 設備維護

設備的日常維護主要體現(xiàn)在對傳動機構的保養(yǎng)、易損部件的更新、管路等的及時疏通等。

除了上述工作，濾布的偏移，導致濾布張緊度發(fā)生變化，對泥漿分離影響概率較高，日常需要經(jīng)常調(diào)整濾布糾偏裝置及濾布張緊裝置。

其次，施工間歇期，須對濾布進行高壓清洗，防止泥漿風干后影響濾布泥漿分離效果。設備裝有自動高壓清洗裝置，使用簡便。

5 社會效益及經(jīng)濟效益分析

5.1 社會效益

當前，上海超高層建筑、城市綜合體、隧道、地鐵、海綿城市等工程建設如火如荼，施工過程中不可避免地產(chǎn)生大量的廢漿，相對應的城市周邊土地資源越來越有限，環(huán)境保護的要求越來越高，兩者之間的矛盾越來越尖銳。因此，如何做好廢漿的處理已成為城市建設過程中亟待解決的問題。

經(jīng)過泥漿分離技術處理后的土方含水率在40%以下（砂性土含水量可進一步降低），解決了城市建設施工項目中廢漿需要外運，處置堆放等問題。分離后的土方可進一步用來填海、回填樁孔等，大大減少了外運的壓力（圖3、圖4）。

分離后的水，可以回用于施工用水，節(jié)約大量的水源（表1）。

由于泥漿外運受卸點、航運及地面交通運輸制約，處置能力有限且極不穩(wěn)定，對項目生產(chǎn)施工造成很大困擾。采用泥漿分離技術后，系統(tǒng)處理能力穩(wěn)定，通過設備組合能滿足施工現(xiàn)場對處置量的需求，為建設施工提供了保障（圖5）。

另外，單臺泥漿分離機的裝機功率相對低，效率高，現(xiàn)場一般都能滿足其供電。

圖3 泥漿水土分離比例

圖4 分離土處置去向比例

表1 泥漿分離前后用水對比

圖5 泥漿分離前后項目產(chǎn)量對比

該工藝為城市建設中廢漿排放及環(huán)境污染問題提供了徹底的解決方案。

5.2 經(jīng)濟效益

使用泥漿分離技術后的成本主要為分離技術本身的機械租賃費、人工費、材料費、電費、土方外運費（含挖機配合費）等，其中土方外運費用占到60%。

對成本的主要不利影響因素是：

1）土方外運單價目前相對較高，土方外運成本占總成本比例高。

2）由于目前市場正在轉型期，廢漿外運仍有一定市場，低價無序的競爭仍存在，導致廢漿外運的單價目前雖有一定幅度上漲，但尚未達到通過市場競爭機制退出市場的程度。

對成本的主要有利因素是：

1）由于廢漿外運極易受交通管制時間、碼頭關閉、卸點關閉等因素影響，對施工進度影響很大，一旦受影響被迫停工，建設方的開發(fā)成本，施工方人員、設備待工等的損失是無法估量的。以目前市場狀況，廢漿外運影響現(xiàn)場施工是大概率事件。

2）使用泥漿分離技術后的水可重復利用，節(jié)約水費。

3）使用泥漿分離技術后的土方可部分用于現(xiàn)場樁孔回填、路基回填等，可進一步降低土方外運成本。

6 結語

通過本工程實踐，從最初使用廢漿外運的方案，無法保證現(xiàn)場的工期要求，到最后采用泥漿分離技術解決了難題，證明該技術可實現(xiàn)施工和環(huán)境保護雙贏，給企業(yè)帶來推廣該技術的動力。

這一技術對其他城市軟土地基地區(qū)的類似灌注樁施工也有借鑒意義。

基于過程中對該工藝的了解，今后可以在以下幾方面做一些改進[4-7]：

1）進一步優(yōu)化設計，提高設備的穩(wěn)定性。提高耗材的耐久性，降低一些關鍵部位和易損傷部位的故障率。

2）提高自動化水平，降低人工成本，為工藝的推廣積累成本優(yōu)勢。

3）提高單臺設備的處置能力和集約化程度，盡可能地少占用施工現(xiàn)場空間。