樊勇軍，武 恒，王士國

（天津市地質(zhì)基礎(chǔ)工程公司，天津 300191）

0 引言

基礎(chǔ)工程中的鉆孔灌注樁、地下連續(xù)墻等施工工藝，通過泥漿護(hù)壁方式保證成孔質(zhì)量。泥漿作為護(hù)壁材料，主要起平衡樁、墻側(cè)土壓力，攜帶鉆渣，冷卻鉆頭等作用，在成孔、成槽過程中循環(huán)使用會產(chǎn)生大量廢棄泥漿。天津地區(qū)的基礎(chǔ)工程施工中，普遍的處理方式為槽罐運輸車外運到城郊外荒野地傾倒，經(jīng)多年自然固結(jié)后干化處理［1-5］。目前，受交通運行限制和排放場地環(huán)境影響，廢棄泥漿處理已經(jīng)是困擾基礎(chǔ)工程施工的一個難題。而且，天津地區(qū)鉆孔樁普遍采用自然造漿方式成孔，成孔過程中需水量很大（土∶水＝1∶3～4），水資源浪費嚴(yán)重，與高效率低能耗可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略相違背［6-7］。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2020 年5 月發(fā)布了《施工現(xiàn)場建筑垃圾減量化指導(dǎo)手冊》，提倡建筑工程泥漿就地處置的原則，鼓勵現(xiàn)場工程泥漿經(jīng)脫水或硬化后外運。

本文以天津市和平區(qū)一工程為試驗場地，探索物理壓濾方式就地處置廢棄泥漿的工藝方法［8］，通過現(xiàn)場試驗研究相關(guān)工藝參數(shù)，并評價其經(jīng)濟適用性，為天津地區(qū)廢棄泥漿現(xiàn)場處置提供一些參考。

1 工程概況

天津市和平區(qū)營口道與南京路交口處某工程，地處市中心繁華區(qū)域，是1、3 號地鐵線交匯處，周邊環(huán)境復(fù)雜，城管、市容、環(huán)衛(wèi)等部門管理嚴(yán)格。樁基工程夜間不允許施工，白天可施工但廢棄泥漿不允許外運，并且現(xiàn)場輔助施工區(qū)域太小，無法實施廢棄泥漿白天收集存儲、夜間集中外運的方式解決；同時，現(xiàn)場可提供的用水流量無法滿足施工需要，外部購買自來水成本較高。泥漿處理問題制約著工程順利進(jìn)行。

為此，我們以該工程為試驗場地，采用小型壓濾實驗機對現(xiàn)場廢漿進(jìn)行物理壓濾處置試驗研究。

2 處置思路和方案的確定

結(jié)合項目實際情況，確定廢棄泥漿處置思路如下：

（1）廢棄泥漿現(xiàn)場就地物理方法處置（不摻加化學(xué)外加劑），處理功效能保證白天灌注樁和地下連續(xù)墻正常施工。

（2）物理方法處置后廢棄泥漿能做到固液分離，固體泥餅成分含水率達(dá)到最優(yōu)，可滿足不滲水可堆積要求，稍加晾曬就能集中在夜間外運；液體部分可循環(huán)進(jìn)入清水池，作為樁基施工用水，水質(zhì)不影響成孔質(zhì)量。

根據(jù)項目特點和處置思路，采用箱式壓濾機作為泥漿現(xiàn)場物理方法處置設(shè)備。設(shè)計處置方案：現(xiàn)場集中收集樁基和地連墻廢漿，經(jīng)箱式壓濾機物理擠壓脫水完成固液分離，達(dá)到泥餅?zāi)艹晒虪钗?，堆積在一起時不滲水污染場地；分離后的液體直接導(dǎo)入清水箱內(nèi)，供樁基和地下連續(xù)墻施工循環(huán)使用。放棄添加聚丙烯酰胺（PAM）等絮凝添加劑的處理方法［9-13］，避免含化學(xué)外加劑的濾液循環(huán)用于成孔時發(fā)生工程質(zhì)量問題。

3 實驗機現(xiàn)場實驗

箱式壓濾機物理處置方法實現(xiàn)現(xiàn)場固液分離的基本原理是：廢漿流經(jīng)壓濾機濾板上的濾布，固體停留在濾布上，并逐漸在濾布上堆積形成泥餅。濾液滲透過濾布排出。經(jīng)過一段時間的壓濾，泥漿分離為固結(jié)體泥餅和濾液，實現(xiàn)廢棄泥漿的固液分離［14］。

基于缺乏天津地區(qū)現(xiàn)場處置經(jīng)驗，采取小型壓濾實驗機在項目場外試樁階段進(jìn)行現(xiàn)場實驗。該實驗以施工現(xiàn)場廢棄泥漿作為樣品?，F(xiàn)場廢棄泥漿性能外觀呈黃褐色，pH 值為7.2，密度1.3 g/cm3，含砂率8%，粘度18 s。對不同濾布固液分離情況進(jìn)行現(xiàn)場試驗，并針對優(yōu)選濾布進(jìn)行單次處置時間試驗，通過不同時長壓濾后泥餅含水率情況，確定單次最優(yōu)壓濾時間，為正常工程施工提供參考數(shù)據(jù)。

3.1 濾布選型試驗

采用4 種型號濾布分別進(jìn)行壓濾試驗，設(shè)定同樣的壓濾壓力、壓濾時間等參數(shù)，經(jīng)擠壓后，比較各濾布的泥漿固液分離效果，試驗結(jié)果見表1。

表1 濾布選型試驗結(jié)果Table 1 Press cloth selection test results

由表1 可知，在相同性狀的泥漿樣品中，透氣率為28～30 L/（m2·s）的1 型濾布能達(dá)到很好的固液分離效果（如圖1、圖2 所示），并能實現(xiàn)自動脫餅，因此初步選定1 型濾布作為泥漿處理濾布。

圖1 1 型濾布分離后的固體泥餅Fig.1 Solid mud cake separated with Type 1 press cloth

圖2 1 型濾布分離后的濾液Fig.2 Liquid filtrated with Type 1 press cloth

3.2 單機循環(huán)時間試驗

根據(jù)上述選定的1 型濾布進(jìn)行壓濾實驗，在不同壓濾時間下觀察壓濾后固液分離情況，觀察泥餅成型效果，試驗結(jié)果見表2。

表2 泥餅成型效果Table 2 Mud cake molding effect

結(jié)果顯示，壓濾時間越長，壓濾后的泥餅質(zhì)量越好，在90 min 壓濾時間產(chǎn)生的泥餅中有少量夾心，主要是濾板中間過漿口處遺留的漿液。多次試驗，相同壓濾時間長度下，泥餅含水率在一個范圍內(nèi)變化，分析原因，由于廢棄泥漿由成孔成槽段內(nèi)地層土自上而下混雜而成，部分廢棄泥漿在澆筑混凝土過程中還遭到了侵蝕污染，處理的廢漿成分動態(tài)變化，每批次處理的廢漿組成成分不同造成。

從壓濾時長60 min 以后，壓濾出水明顯減少，同90 min 壓濾時長的泥餅比較，兩者狀態(tài)差別不太大，在現(xiàn)場可堆積，滲水少，對現(xiàn)場不會造成明顯濕滑現(xiàn)象。考慮到生產(chǎn)的時效性，暫確定60 min 壓濾時間為單機一次的最佳處理時間，60 min 壓濾時間固結(jié)的泥餅效果，如圖3、圖4 所示。

圖3 60 min 壓濾時間分離出的泥餅Fig.3 Separated mud cake at 60min press filtering time

圖4 60 min 壓濾時間的泥餅夾心情況Fig.4 Inclusions in the mud cake at 60min press filtering time

4 工程應(yīng)用及分析

4.1 工程應(yīng)用情況

該項目按計劃要求，每天產(chǎn)生廢棄泥漿約600 m3，結(jié)合項目情況及實驗機現(xiàn)場驗證，決定采用一臺過濾面積為500 m2箱式壓濾機（見圖5）應(yīng)用到項目生產(chǎn)上，設(shè)備設(shè)計單次最高處理量達(dá)25 m3，額定日處理量約500 m3。結(jié)合夜間部分廢漿能通過外運解決，可滿足項目施工正常需要。該泥漿處理系統(tǒng)循環(huán)過程如圖6 所示。

圖5 固液分離箱式壓濾機Fig.5 Box filter press used for solid-liquid separation

圖6 泥漿壓濾處置系統(tǒng)平面布置Fig.6 Plan layout of the mud pressure filtration treatment system

根據(jù)項目現(xiàn)場應(yīng)用情況，該型號設(shè)備正常生產(chǎn)能力在15～20 m3/次，正常運行后單循環(huán)時間約60 min 可實現(xiàn)較好的固液分離效果。應(yīng)用過程中，為了提高污泥脫水效率且不影響回水用于循環(huán)成孔造漿的質(zhì)量，采用添加少量石灰方式進(jìn)行污泥調(diào)質(zhì)后［15-18］，單次循環(huán)時間效率提高，壓濾出的泥餅達(dá)到現(xiàn)場堆積不滲水條件時，單次壓濾時間在45 min 左右。分離后泥餅和出液情況如圖7、圖8 所示。

圖7 分離出的泥餅Fig.7 Separated mud cake

圖8 分離出的濾液Fig.8 Separated liquid

4.2 應(yīng)用效果分析

（1）工程應(yīng)用表明，通過小型壓濾實驗機選取的設(shè)備控制參數(shù)和材料性能參數(shù)，基本同實際應(yīng)用相符，能很好地指導(dǎo)現(xiàn)場施工。現(xiàn)場施工壓濾過程后期，時間對泥餅含水率影響變緩（如圖9 所示），經(jīng)過加入少量的石灰進(jìn)行調(diào)質(zhì)后，最優(yōu)單次循環(huán)處置時間按45 min 控制，產(chǎn)生的泥餅可滿足不滲水可堆積要求，廢漿處置的時效性最佳。

圖9 壓濾時間與含水量關(guān)系Fig.9 Relationship between pressure filtration time and water content

（2）壓濾設(shè)備單循環(huán)處置能力同廢漿的含固率有關(guān)?，F(xiàn)場處置應(yīng)用中，每次廢棄泥漿處置量都不一樣，主要是由于廢漿池內(nèi)泥漿含固量動態(tài)變化造成。廢漿含固率越大，處理量越小。經(jīng)過將收集廢漿的沉淀池設(shè)計成長方形，加長廢漿在沉淀池內(nèi)流動距離，通過初步沉淀，在廢漿進(jìn)入泥漿罐前，讓顆粒大的固體物盡可能留滯在沉淀池中，提升了單次處置效率。

（3）應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，泥漿在進(jìn)入渣漿泵前的凈化過濾很重要。廢漿中的雜物或大顆粒砂石進(jìn)入渣漿泵造成堵泵現(xiàn)象，進(jìn)入壓濾機對濾布使用壽命造成影響，所以在廢漿進(jìn)入渣漿泵前的管路中設(shè)置了多道過濾網(wǎng)，規(guī)避了堵泵現(xiàn)象，保證了濾布不受損傷。

（4）施工階段前期調(diào)試設(shè)備、熟悉工藝過程，施工效率較低，現(xiàn)場項目部通過增加夜間外運能力，根據(jù)現(xiàn)場條件適當(dāng)調(diào)增儲漿池的面積等措施，保證了現(xiàn)場連續(xù)施工。整個施工周期設(shè)備平均日處理廢漿約300 m3，該泥漿處置工藝費用主要包括材料費、人工費、電費、渣土處理費、折舊費等。每日運行成本如下：

①材料費：石灰（調(diào)質(zhì)作用，1.25 kg/m3），日用量375 kg，成本約1500 元；

②人工費：2 人進(jìn)行操作和設(shè)備保養(yǎng)等工作，日工資共計約480 元；

③電費：日用電量約825 kW·h，成本約990 元；

④渣土處理費：日產(chǎn)生86 m3外運渣土，成本約8600 元；

⑤設(shè)備折舊費：132 元。

總計成本約11702 元/日，每處理1 m3廢漿成本約39 元，明顯低于天津市區(qū)泥漿外運成本80 元/m3，還不包括清水回用所帶來的費用節(jié)省。

（5）該廢棄泥漿處置系統(tǒng)經(jīng)過2 個月的運行，系統(tǒng)穩(wěn)定，固液分離效果良好，固態(tài)泥餅稍加擱置晾曬即可在夜間裝車外運，解決了本項目白天不允許槽罐車輛運行的矛盾。濾液經(jīng)循環(huán)繼續(xù)用于灌注樁的成孔造漿，保證了工程大量用水的需求。

5 結(jié)語

（1）根據(jù)現(xiàn)場就地處置和物理壓濾的解決思路，以天津某工程廢棄泥漿為樣品，采用小型實驗機進(jìn)行現(xiàn)場試驗，在濾布選擇和單機循環(huán)時間方面進(jìn)行了研究分析，確定了最佳施工參數(shù)。

（2）通過施工設(shè)備現(xiàn)場運行情況，經(jīng)過完善工藝措施，從技術(shù)實施方面證實了該處理工藝方案的可行性。

（3）本文所述的工程廢棄泥漿現(xiàn)場處置技術(shù)解決了樁基工程廢棄泥漿外排困難的問題，杜絕了廢漿排放污染環(huán)境，減少了工程水資源的浪費，不僅為工程創(chuàng)造了直接的經(jīng)濟效益，而且為廢漿現(xiàn)場就地處置提供了思路。