泥浆固化处理新技术工程中的应用

引言

在城市建设桩基工程施工中，桩基施工泥浆起 着平衡地层压力、保护孔壁稳定的重要作用，但多 余泥浆及最终废浆的处置直接影响着现场工程进 度、质量、文明施工、环境保护等诸多方面，是一直 困扰工程施工的难题。常规的处置办法是将废弃 泥浆用封闭的槽罐车运至郊外指定区域围堰堆积、 自然干化，或运至码头、再用船只驳运至海上指定 区域排放。一些大城市中心城区施工的桩基工程， 往往易受城市交通管制和’泥浆运输线路、排放堆置 点的影响，当泥浆排放出现困难时，施工现场易造 成泥浆四溢并污染周边环境，而受到国家法律法规 的惩处，同时也可能导致现场停工，直接影响到工 程质量和施工工期。合理使用工程泥浆，对劣化泥 浆进行再生处理，增加重复使用次数，同时对废泥浆进行脱水、固化处理，是消除环境污染和保障桩 基施工的一项具有重要意义的工作。

工程概况

新城3号地块发展项目位于上海市虹口区中心城区，拟建集商场、酒店、餐饮及娱乐等功能为 一体的建筑群，总用地面积为26 144m2，总建筑面 积为119 024．1m2，地上建筑面积60 419．1m2，地下 室(2层)建筑面积58 605．0m2，基坑开挖深度 10．1m。建筑物桩基础设计采用钻孔灌注桩，基坑围 护采用“两墙合一”的地下连续墙。该项目桩基工 程桩qb600mm共有1 302根，孔深33m左右，钻孔工 作量约11 448m3，地下连续墙597m，成槽挖掘约 10058m3；该区域地质自上而下为典型的海相沉积 地层，以上部淤泥质黏土、黏土和下部粉砂土为主。 地下连续墙和桩基施工泥浆总量约为44 400m3，泥 浆处理工程量大。 为解决泥浆劣化再生处理和废泥浆处置问题， 首先对地下连续墙劣化泥浆进行再生处理利用，其 次对地下连续墙废浆和钻孔灌注桩废浆进行固化处理。本项目借鉴城市污水处理中污泥脱水的应 用原理，在废弃泥浆中掺人高分子絮凝剂，使泥浆 中的泥颗粒迅速凝聚、沉淀，再辅以水土分离设备， 达到建筑桩基础施工废弃泥浆脱水、干化的效果， 对分离水予以回收利用、干化土直接外运处置。通 过该泥浆处理系统能有效解决现场泥浆的处置 难题。

泥浆的再生处理

通常在桩基泥浆施工循环过程中布置了3只 100m 3泥浆净化储存池，用过滤、沉淀等方法对泥浆 进行分离净化、再生处理和补充泥浆浆液，对黏度 和密度已经超标却又难以净化的劣化泥浆先用泥 浆箱暂时收存，再用罐车装运外弃或现场分离、固 化处置。通过泥浆净化、再生处理与回收等处理手 段，泥浆量降低10％～30％，有效节约了泥浆配制 材料及工程用水的使用量。

泥浆劣化原因

在地下连续墙及桩基施工过程中，多种原因造 成泥浆质量出现劣化。首先，在成槽挖掘和钻孔过 程中，土层中的砂、钻渣等成分混入泥浆，使得泥浆 的黏度、密度、含砂率发生变化，过程中发生泥浆向 地层渗透，孔壁形成泥皮对泥浆中的膨润土和外加 剂逐步消耗，泥浆性能变差；其次，遇到地下水、雨 水等侵入泥浆槽孔内，也使得泥浆稀释，性能降低； 再次，在浇注水下混凝土时，孑L底沉渣和孔壁泥皮 上返进入孔内泥浆中，造成泥浆变稠并进入循环系 统中，显著劣化并改变泥浆性能参数。因此在施工 质量控制过程中，需对泥浆性能进行监测，及时对 泥浆进行再生调制处理。

泥浆的净化和再生调制

泥浆配制

泥浆的储备量为每日计划最大成槽量的2倍以 上，机械搅拌成浆，采用半埋式砖砌泥浆池和集装 式泥浆箱储存。根据粉砂质土层和承压水的特点， 配制高性能的护壁泥浆，按比例加入200目膨润土、 水、纯碱(Na：CO，)分散剂、CMC增黏剂、200目重晶 石粉加重剂和纸浆纤维防漏剂，确保泥浆性能指标 如下：黏度22～28s，相对密度1．06，pH值8～9，失 水量≤10mL，滤皮厚度≤2mm。

泥浆净化

对从地下连续墙槽段里循环出来的泥浆进行 再生处理，一般分为泥浆净化处理和泥浆性能再生 调制两步。 净化处理第1步采用沉淀池对泥浆进行重力沉 淀处理，使得泥浆中钻渣沉淀，沉淀池越大沉淀时 间越长越有效果；第2步采用振动筛和旋流除砂器 进行机械处理，一般振动筛采用20目的筛孔，分离 0．77mm以上的砂和黏土团块为宜，经过振动筛后 的泥浆，还带有一定数量的砂质细小颗粒，旋流器 使泥浆产生旋流，使得渣土砂粒在离心力作用下聚 集在旋流器内壁，依靠自重作用下沉淀排除渣土， 产生局部水土分离。

再生调制

当从槽(孔)出来的泥浆经现场检测劣化指标 不能满足要求时进行再生调制。当泥浆泥皮的形 成性减弱、黏度增高时，采用碳酸钠、碳酸氢钠等分 散剂进行调制，使泥浆中阳离子惰性化，恢复泥浆 分散状态。当泥浆黏度减小，失水量增大、稳定性 变差时，添加膨润土和CMC来调制；当泥浆相对密 度减小时，一般添加膨润土和重晶石粉等，以提高 泥浆的相对密度。 泥浆的净化及再生调制后进行性能指标测试， 满足性能要求后方可使用。

泥浆固化新技术的应用

泥浆固化原理

采用絮凝剂对泥浆液中悬浮的固体粒子进行 絮凝、沉积，再通过泥浆水土分离设备， 能有效实现泥浆的水土分离。 施工时所产生的泥浆通过泥浆泵输送系统统 一储存在泥浆总池中，再将待处理泥浆泵送至泥水 分离系统入口处，与通过添加剂拌制输送系统配制 好的絮凝剂混合(或通过泥浆泵和加药泵将泥浆和 调配好的絮凝剂按配合比集中在泥浆箱中搅拌)， 使泥浆中的泥颗粒迅速凝聚、沉淀；再将混合液送 人泥水分离系统，通过离心、分离处理，将分离后的 水、土分别通过排渣口、排水口排出，实现泥浆水土 分离处置。分离出的泥土可通过排渣口直接用传 送带传送至指定位置，或通过滑槽排到空地处，再 用机械归堆至指定位置；而分离出的废水，通过蓄 水箱汇集后输送回添加剂拌制输送系统用于拌制添加剂，或经沉淀、稀释后继续用于工程循环泥浆。

絮凝剂选择和用量

絮凝剂主要应用于工业上的圃液分离过程，广泛应用于城市污水处理、造纸工业、食品加工业、石 化工业、冶金工业、选矿工业、染色工业和制糖工业 及各种工业的废水处理等领域，有多种产品类型。 本工程泥浆处理使用的絮凝剂为“聚丙烯酰胺”，简 称PAM，有阳离子型、阴离子型、非离子型和两性型 等，价格差别极大，现场一般通过泥浆脱水试验及 性价比来选择絮凝剂。同类型PAM，阴离子型价格 低于阳离子型1倍以上，虽然掺量大于阳离子型，但 性价比高，为首选产品。 经现场泥浆试验确定，阴离子型掺人量为阳离 子型的1．5～1．8倍，而价格不到阳离子型的一半， 故首选阴离子型PAM作为现场使用的絮凝剂。

泥水固化设备

泥水固化设备根据现场10台钻孔桩机和2套 地下连续墙施工设备日产生的废浆产生量，选用每 小时理论处理能力为13～38m3的水土分离离心机 设备。本处理系统由两用一备3台泥浆分离搅拌机 净化系统和1套加药系统等组成；该类设备以往多 用于污水等行业的处理上，针对建筑工程桩基施工 泥浆中存在含砂率高、泥浆量大、废浆密度大等特 点，处理能力将有所下降，当设备检修和处理能力 不足时，部分废泥浆另考虑用槽罐车直接外运处理。

泥浆固化技术工艺过程

工艺流程

该泥浆处理系统由泥浆泵送系统、添加剂拌制输送系统、泥水分离系统、渣土处置系统、废水处置及回收系统组成。

1)泥浆泵送系统

根据泥水分离系统的处理能力设计选配泥浆 泵送系统，泥浆泵送系统配备“三通”回流阀门，能 保证泥浆的合理流量及压力输送至泥水分离系统。 泥浆的合理流量根据泥水分离设备的处置能力而 定，流量过大会导致分离设备负荷加大，出现阻塞， 影响分离效果，同时也加剧了泥浆泵的损耗。因 此，泥浆泵送系统宜配备“三通”回流阀门，保证泥 浆的合理流量及压力输送至泥水分离系统。

2)添加剂拌制输送系统

絮凝剂应选择通过国家认证的厂家采购，必须 符合环保要求以及对设备和人员无损害，使用前应 了解产品的特性，做好防护措施。 选用的阴离子PAM为白色颗粒物，能溶于水， 溶解、搅拌时间一般达0．5～1h，能有效发挥作用， 故现场系统配置时应设置至少2套并联的絮凝剂拌 制、泵送系统交替使用，以保证絮凝剂的充分溶解 及正常泵送。掺量一般为1．0‰～2．0％c，即在1t的 自来水中掺入1．0～2．0kg絮凝剂(阳离子型PAM 根据试验效果可适当减量)，经充分溶解、搅拌后与 待处理泥浆混合。故选用的稀释容器容量应根据 泥水分离设备的处理能力及单个容器内的添加剂 可使用时间来定，一般单个容器为2m3以上。通过 现场试验，采用回收的分离水再配制添加剂，能有 效降低PAM掺量，达20％以上。

3)泥浆处理分离系统

泥水分离系统包括水土分离设备及成套电控 装置。水土分离设备采用目前市场上性能良好的 “固液分离”设备——离心机。离心机采用双电机 双变频控制，带动转鼓、螺旋推料器同时同向高速 旋转，在差速器作用下形成转速5～30r／min的转速 差，在高速旋转产生的离心力作用下，利用经絮凝 处理的固液两相的密度差，使固相颗粒迅速与水产 生分离，沉积在转鼓内壁上，与转鼓做相对运动的 螺旋叶片不断地将沉积的固体颗粒刮下并推出排 渣口，并将分离出的水经排水口溢流排出。由此 通过恒力矩与恒差速2种控制方式，适应物料浓 度、流量的变化，保证良好的分离效果和稳定的运 行状态。 当成槽(孔)后泥浆经排泥管进入处理设备进 行净化处理时，若处理后的泥水含砂率满足要求， 则可以直接排人沉淀槽进行溢流沉淀，否则经加药 系统处理设备进行进一步处理，然后再排人沉淀槽 进行溢流沉淀。经过处理和加药处理筛选出来的 渣土运送到指定的弃渣场堆放。泥浆溢流进入调 整槽后，若泥浆量过剩则可以将泥浆排进弃浆池储 存起来，泥浆量超出弃浆池容量时泵送到附近的运 输载体上运送到弃浆场；若泥浆量不能满足需求 量，则可以用抽浆机进行人工造浆来补浆。当调整 槽的泥浆浓度满足要求时可以直接由送浆泵泵送 到钻机；若泥浆浓度太浓就加清水进行稀释；若泥 浆浓度太低，则进行制浆调节加大泥浆浓度后泵送 到钻机。

4)渣土处置系统

经水土分离、排渣口排出的土体可通过排渣口 直接用传送带传送至指定位置；或通过出渣口处设 置滑槽，排到旁边空地处，再用挖掘机、铲车等机械 归堆至指定位置。也可将分离后的土体直接装车 外运。

5)废水处置及回收系统

经水土分离、排水口溢流出的分离水通过蓄水 箱汇集实现回收、重复利用，能有效降低工程成本。 且分离水中尚留残余的PAM成分，利用回收水拌制 添加剂，能有效降低PAM的掺量，通过现场试验得 知可节约PAM达20％以上。

泥浆处理实施效果

泥浆再生效果

施工中采用泥浆沉淀、净化处理、再生调制，降 低了工程用水量和泥浆的重复使用，因桩基泥浆性 能较差和泥浆池容量问题，再生效果不明显，基本 直接进入固化处理，地下连续墙利用率较高；经初 步估算，分别降低桩基施工10％的泥浆和地下连续 墙50％的泥浆，约有3．8万m3泥浆进入固化处理， 降低总量约12％。同时处理后的钻进泥浆质量高， 含砂率<5％，提高了地下连续墙和钻孔桩的施工 质量。

泥浆固化效果

现场采用泥浆限量直接外运和固化处理后渣 土外运的措施，直接外运泥浆约7 100m 3，并增加处 理后的渣土外运约9 000m3。

经济效果

该项目泥浆处理直接排放预算费用约为310万 元，泥浆外运单价为68元／m3，渣土外运100元／ m 3，实际发生泥浆处理费用约为266万元(其中泥 浆外运48万元、渣土外运90万元、设备一次性投入 100万元，机械配合及用电25万元，材料费8万元， 节约用水约5万元)，降低预算费用14％左右。 按钻孔灌注桩可产生3倍同体积泥浆估算，在采 用泥浆再生和固化处理技术后，比原先直接利用槽罐 车运送泥浆，降低桩基工程钻孑L泥浆处理费用30元／ m 3左右；保护了城市环境，又促进了文明施工。

结语

目前该项目已顺利完工，施工质量良好，泥浆 处理新技术达到预期效果，经济效果明显，同时该 项技术也顺利获得了国家新型实用专利。

①随着经济节约和环境保护的大力提倡，本次 泥浆再生利用和固化新技术的应用为建筑工程工 地泥浆的合理化处理提供思路，该技术应用前景广 泛，值得推广应用。

②建筑工程泥浆处理设备需要 集成化、小型化，促进处理设备的接线简易、操作简 便、维修方便和提高系统设备安全性和整机处理能 力，尤其对提高电气控制的自动化和安全性十分关键。