泥漿固化及固化土改良技術(shù)在地鐵車輛段的實際應(yīng)用

張 銳

(中鐵上海工程局集團(tuán)華海工程有限公司，上海 201101)

1 工程概況

寧波軌道交通4號線是線網(wǎng)中西北至東南的一條重要徑向線，根據(jù)車輛檢修的需要，設(shè)車輛段、停車場各一處。本工程項目為車輛段工程，設(shè)置于線路南段，位于東錢湖大道、玉泉南路、長山江以及規(guī)劃紫金中路圍合區(qū)域(長約1 130 m，寬約400 m，用地面積31.49×104m2)，定位為定修段，承擔(dān)4號線全部配屬列車的定、臨修、鏇輪任務(wù)以及部分配屬列車的周、月檢和停放任務(wù)。

本工程采用“地鐵+物業(yè)”上蓋開發(fā)模式，(地上一層為車輛段的庫房，層高9 m，地上二層為車庫層，層高5.8 m，地上三層為車輛段上蓋別墅層)。項目蓋體建筑為框架結(jié)構(gòu)，采用灌注樁基礎(chǔ)，房屋總建筑面積17.22×104m2，施工主要內(nèi)容包括整體上蓋及蓋內(nèi)機(jī)電安裝、道路、軌道、橋梁及綠化工程、綜合管線工程、綜合樓工程、河道改移工程。

2 基礎(chǔ)工程重難點(diǎn)

本項目主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)采用柱下鉆孔灌注樁+承臺基礎(chǔ)，道床及設(shè)備基礎(chǔ)下采用整體筏板+預(yù)應(yīng)力混凝土竹節(jié)樁。鉆孔灌注樁基礎(chǔ)4 464根，樁長在60 m～75 m不等，按照相關(guān)經(jīng)驗，施工過程中將產(chǎn)生約70×104m2的建筑泥漿。建筑泥漿的處理成為該項目施工前期面臨最大的難題[1-2]。

此外，該車輛段占地面積31.49×104m2，設(shè)計場坪標(biāo)高比現(xiàn)狀原地面平均高2.1 m，共需要填筑材料約65×104m2。填筑材料的選擇和填筑成為該項目施工前期面臨的另一個難題。

3 主要技術(shù)措施

3.1 泥漿固化及固化土改良技術(shù)原理

泥漿固化即利用多種專業(yè)設(shè)備有機(jī)整合，進(jìn)行密閉自動連續(xù)運(yùn)行，高效脫水是其中最關(guān)鍵的技術(shù)[3]，經(jīng)過處理后得到含水率15%～25%的泥餅，體積比泥漿減少2/3左右，可以從根本上取代泥漿路上長距離運(yùn)輸，可提高處理效率、降低處理費(fèi)用、保護(hù)城市環(huán)境；泥漿高效脫水后，經(jīng)處理的水大部分回用于樁機(jī)施工用水，小部分達(dá)標(biāo)排放；分離固化后的泥餅用于施工場地回填或綠化用料。

固化土改良是將分離固化后的泥餅摻加固化劑進(jìn)行改良。一般采用水泥或者生石灰作為固化劑，并按照一定配合比充分拌和。經(jīng)過拌和的改良土具有良好的板結(jié)性，強(qiáng)度會隨著齡期增長，碾壓密實后能抵抗動載及土壓力，還能起到防水止?jié)B的作用。

3.2 技術(shù)優(yōu)勢

3.2.1 泥漿固化技術(shù)特點(diǎn)

(1)泥漿高效處理工藝和設(shè)備得到整合最優(yōu)化，提高了固液分離效果，降低了勞動強(qiáng)度，改善了施工環(huán)境。

(2)設(shè)備采用模塊式、可拆卸、可移動設(shè)備，便于工地內(nèi)移動和轉(zhuǎn)場；根據(jù)場地大小和工期要求，多套設(shè)備可同時運(yùn)行。

(3)通過脫水處理分離了泥漿中大部分自由水和結(jié)合水，通過機(jī)械擠壓使泥餅固化，提高了效率。

(4)脫水泥餅體積較泥漿減量2/3以上，含水率低，強(qiáng)度高，易堆放，外運(yùn)方便。

(5)可24 h全天候連續(xù)運(yùn)行，生產(chǎn)效率大幅提升；自動化程度高，減少了人工操作影響。

(6)處理過程無粉塵、噪聲污染，固化物易于運(yùn)輸，有效杜絕跑滴漏等安全隱患。

3.2.2 固化土改良再利用技術(shù)特點(diǎn)

(1)固化改良土采用水泥或生石灰作為固化劑，具有良好的力學(xué)性能、板體性、水穩(wěn)性和一定抗凍性。

(2)固化改良土采用水泥或生石灰作為固化劑時，其拌合物填筑壓實后初期強(qiáng)度低，其強(qiáng)度隨著齡期增長。

(3)選用固化改良土可作為場地填料，可有效地減少泥漿固化處理后的土方外棄。

3.3 工藝要點(diǎn)

3.3.1 泥漿固化工藝

(1)現(xiàn)場鉆孔灌注樁施工產(chǎn)生的泥漿集中輸送到場地內(nèi)泥漿中轉(zhuǎn)池內(nèi)，然后泵送至固化處理系統(tǒng)泥漿池儲存等待固化處理。

(2)固化處理系統(tǒng)泥漿池中的泥漿通過泵送至泥漿固化設(shè)備中，經(jīng)過該泥漿固化處理設(shè)備工藝分離凈化泥漿，把細(xì)砂泥漿從泥漿中分離出來。

(3)分離后的清水排入到清水池內(nèi)，作為樁機(jī)施工的用水水源。分離固態(tài)泥漿(土)作為后續(xù)深加工的原材料，從而實現(xiàn)節(jié)約循環(huán)利用水資源，避免污水外溢對生活環(huán)境造成污染，同時解決了工地泥漿池占地面積大、工地樁基大量用水等問題。經(jīng)過固化后的土，含水量控制在一定范圍內(nèi)并摻加固化劑，達(dá)到作為場地回填材料的技術(shù)要求，可以作為填料使用。如圖1所示。

圖1 泥漿固化工藝流程圖

3.3.2 固化土處理再利用工藝

(1)材料與拌和。①石灰、水泥、土、固化液等原材料進(jìn)行檢驗，進(jìn)場后抽檢復(fù)試，見證取樣，經(jīng)過有資質(zhì)的試驗檢測機(jī)構(gòu)檢測符合要求后方可使用，并按照規(guī)范要求進(jìn)行材料配合比設(shè)計；②一般城區(qū)施工采用集中拌和，郊外施工使用路拌，以保證配合比準(zhǔn)確且達(dá)到文明施工要求；③應(yīng)根據(jù)原材料含水量的變化、施工溫度的變化、運(yùn)輸距離及時調(diào)整拌合用水量；④宜用強(qiáng)制拌合設(shè)備進(jìn)行拌和，拌和應(yīng)均勻。

(2)運(yùn)輸與填筑。①拌和成的改良的固化土混合料應(yīng)及時運(yùn)送到鋪筑現(xiàn)場，改良土自拌合至攤鋪完成，不應(yīng)超過3 h；②運(yùn)輸過程中應(yīng)采取防止水分蒸發(fā)和防揚(yáng)塵措施；③宜在春末和氣溫較高季節(jié)施工，施工最低氣溫為5℃；④施工時，填筑的基坑或者場地內(nèi)不得有積水，如遇有積水應(yīng)及時排水；⑤雨期施工應(yīng)防止水泥、石灰、固化液和拌和料淋雨；降雨時應(yīng)停止施工，已施工的應(yīng)盡快碾壓密實。

(3)壓實與養(yǎng)護(hù)。①壓實系數(shù)應(yīng)由試驗確定；②填筑好的固化改良土應(yīng)當(dāng)天碾壓成型，碾壓時的含水量宜在最佳含水量的±2%范圍內(nèi)；③碾壓時應(yīng)由場地四周向中心進(jìn)行碾壓，縱橫接縫(槎)均應(yīng)設(shè)置直槎；④固化土壓實成活后應(yīng)立即灑水(或覆蓋)養(yǎng)護(hù)，保持濕潤，直至上部結(jié)構(gòu)施工為止，填筑時應(yīng)分層填筑，每層最大壓實厚度為300 mm，且不宜小于100 mm；⑤碾壓時應(yīng)采用先輕型、后重型壓路機(jī)碾壓；⑥碾壓時應(yīng)控制碾壓速度，碾壓至輪跡不大于5 mm，表面平整、堅實；⑦禁止用薄層貼補(bǔ)的方法進(jìn)行找平；⑧改良土的養(yǎng)護(hù)采用濕養(yǎng)，始終保持表面潮濕，養(yǎng)護(hù)期視季節(jié)而定，常溫下不宜小于7 d。

4 實施效果

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

建筑泥漿固化處理是改善和保護(hù)環(huán)境的必要條件，經(jīng)過固化之后，建筑泥漿總量大大削減，減少運(yùn)輸成本和處理，大幅節(jié)約后續(xù)土的處理費(fèi)用。固化土改良為泥漿固化后續(xù)處置工藝，改良后的土用于場地填料大大降低泥漿最終處置成本。同時泥漿處理后的水資源可循環(huán)利用，可利用工地打樁用水，減少了水資源的浪費(fèi)。根據(jù)以上內(nèi)容，對本車輛段項目相關(guān)經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行分析對比如下：

(1)泥漿外運(yùn)：根據(jù)寧波市市場價格，外運(yùn)泥漿單價為146元/m2，該項目鉆孔樁施工共產(chǎn)生約70×104m3建筑泥漿，如果全部按照傳統(tǒng)方式進(jìn)行處理，該項支出費(fèi)用為10 220萬元。

(2)泥漿固化處理：按照合同，泥漿固化處理單價為160元/m3(該單價為固化土)及外運(yùn)合價，其中外運(yùn)費(fèi)75元/m3)，根據(jù)實際泥漿與處理后土方比例為3∶1，處理后土方約為23.4×104m3，則該項支出費(fèi)用為3 744萬元。

(3)改良土作為填筑材料：由于環(huán)保政策收緊，土方外運(yùn)困難，考慮對固化土進(jìn)行改良，固化土改良費(fèi)用為75元/m3，與固化土外運(yùn)費(fèi)用持平，即固化土就地改良，不進(jìn)行外運(yùn)。計劃對所有固化土進(jìn)行改良，然后進(jìn)行路基填筑，改良土共計23.4×104m3，比對塘渣采購單價100元/m3，該項節(jié)省塘渣費(fèi)用為1 755萬元。

通過上述數(shù)據(jù)對比，本項目采用泥漿固化處理建筑泥漿節(jié)省了支出6 476萬元；固化土改良再利用節(jié)省了填筑材料1 755萬元；由此可見，該項目泥漿固化及固化土改良再利用技術(shù)的應(yīng)用為該項目節(jié)省了大量的成本支出，為實現(xiàn)項目的經(jīng)濟(jì)效益提供了基礎(chǔ)。

4.2 社會效益

基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)會產(chǎn)生大量的建筑泥漿，建筑泥漿外排處理的數(shù)量大，會嚴(yán)重污染身邊的水資源。使用泥漿固化處理設(shè)備可大大減少城市環(huán)境壓力，從而使環(huán)境質(zhì)量得到較大程度的改善，提高了環(huán)境衛(wèi)生水平，對保持生態(tài)環(huán)保環(huán)境、改善城市面貌和居住環(huán)境，提高城市人民身體健康具有重要的意義。

該項目采用泥漿固化及固化土改良技術(shù)實現(xiàn)了對周邊居民的工作、生活影響最小化，同時得到了業(yè)主、監(jiān)理及外部單位的一致好評，對今后類似工程施工提供了寶貴的經(jīng)驗，具有很大的借鑒意義。

4.3 環(huán)保效益

(1)泥漿固化減少了泥漿排放對河海湖泊的影響，減少了對水生態(tài)破壞。

(2)泥漿固化減少了泥漿向城市管道排放，增加了城市管道的通暢性，改善了人們的生活條件。

(3)采用固化改良土作為場地填料，減少了對填筑材料料源地的生態(tài)破壞。

(4)泥漿固化和固化土改良再利用，減少了泥漿的外運(yùn)和土方的外運(yùn)，減輕了因泥漿和土方外運(yùn)對城市道路造成污染。

5 結(jié)束語

綜上所述，通過本車輛段項目的實際應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)在面對大體量基礎(chǔ)工程施工過程產(chǎn)生的泥漿處理上，采用“泥漿固化+土體改良”的方式，在文明施工、經(jīng)濟(jì)效益、社會效益等方面具有非常大的優(yōu)勢，“綠水青山就是金山銀山”，在環(huán)保要求如此之高的當(dāng)下不失為一種更優(yōu)的選擇。