泥漿固化處理新技術工程中的應用

2022/04/27 分類:技術文獻 589

引言

在城市建設樁基工程施工中，樁基施工泥漿起著平衡地層壓力、保護孔壁穩定的重要作用，但多余泥漿及最終廢漿的處置直接影響著現場工程進度、質量、文明施工、環境保護等諸多方面，是一直困擾工程施工的難題。常規的處置辦法是將廢棄泥漿用封閉的槽罐車運至郊外指定區域圍堰堆積、自然干化，或運至碼頭、再用船只駁運至海上指定區域排放。一些大城市中心城區施工的樁基工程，往往易受城市交通管制和’泥漿運輸線路、排放堆置點的影響，當泥漿排放出現困難時，施工現場易造成泥漿四溢并污染周邊環境，而受到國家法律法規的懲處，同時也可能導致現場停工，直接影響到工程質量和施工工期。合理使用工程泥漿，對劣化泥漿進行再生處理，增加重復使用次數，同時對廢泥漿進行脫水、固化處理，是消除環境污染和保障樁基施工的一項具有重要意義的工作。

工程概況

新城3號地塊發展項目位于上海市虹口區中心城區，擬建集商場、酒店、餐飲及娛樂等功能為一體的建筑群，總用地面積為26 144m2，總建筑面積為119 024．1m2，地上建筑面積60 419．1m2，地下室(2層)建筑面積58 605．0m2，基坑開挖深度 10．1m。建筑物樁基礎設計采用鉆孔灌注樁，基坑圍護采用“兩墻合一”的地下連續墻。該項目樁基工程樁qb600mm共有1 302根，孔深33m左右，鉆孔工作量約11 448m3，地下連續墻597m，成槽挖掘約 10058m3；該區域地質自上而下為典型的海相沉積地層，以上部淤泥質黏土、黏土和下部粉砂土為主。地下連續墻和樁基施工泥漿總量約為44 400m3，泥漿處理工程量大。為解決泥漿劣化再生處理和廢泥漿處置問題，首先對地下連續墻劣化泥漿進行再生處理利用，其次對地下連續墻廢漿和鉆孔灌注樁廢漿進行固化處理。本項目借鑒城市污水處理中污泥脫水的應用原理，在廢棄泥漿中摻人高分子絮凝劑，使泥漿中的泥顆粒迅速凝聚、沉淀，再輔以水土分離設備，達到建筑樁基礎施工廢棄泥漿脫水、干化的效果，對分離水予以回收利用、干化土直接外運處置。通過該泥漿處理系統能有效解決現場泥漿的處置難題。

泥漿的再生處理

通常在樁基泥漿施工循環過程中布置了3只 100m 3泥漿凈化儲存池，用過濾、沉淀等方法對泥漿進行分離凈化、再生處理和補充泥漿漿液，對黏度和密度已經超標卻又難以凈化的劣化泥漿先用泥漿箱暫時收存，再用罐車裝運外棄或現場分離、固化處置。通過泥漿凈化、再生處理與回收等處理手段，泥漿量降低10％～30％，有效節約了泥漿配制材料及工程用水的使用量。

泥漿劣化原因

在地下連續墻及樁基施工過程中，多種原因造成泥漿質量出現劣化。首先，在成槽挖掘和鉆孔過程中，土層中的砂、鉆渣等成分混入泥漿，使得泥漿的黏度、密度、含砂率發生變化，過程中發生泥漿向地層滲透，孔壁形成泥皮對泥漿中的膨潤土和外加劑逐步消耗，泥漿性能變差；其次，遇到地下水、雨水等侵入泥漿槽孔內，也使得泥漿稀釋，性能降低；再次，在澆注水下混凝土時，孑L底沉渣和孔壁泥皮上返進入孔內泥漿中，造成泥漿變稠并進入循環系統中，顯著劣化并改變泥漿性能參數。因此在施工質量控制過程中，需對泥漿性能進行監測，及時對泥漿進行再生調制處理。

泥漿的凈化和再生調制

泥漿配制

泥漿的儲備量為每日計劃最大成槽量的2倍以上，機械攪拌成漿，采用半埋式磚砌泥漿池和集裝式泥漿箱儲存。根據粉砂質土層和承壓水的特點，配制高性能的護壁泥漿，按比例加入200目膨潤土、水、純堿(Na：CO，)分散劑、CMC增黏劑、200目重晶石粉加重劑和紙漿纖維防漏劑，確保泥漿性能指標如下：黏度22～28s，相對密度1．06，pH值8～9，失水量≤10mL，濾皮厚度≤2mm。

泥漿凈化

對從地下連續墻槽段里循環出來的泥漿進行再生處理，一般分為泥漿凈化處理和泥漿性能再生調制兩步。凈化處理第1步采用沉淀池對泥漿進行重力沉淀處理，使得泥漿中鉆渣沉淀，沉淀池越大沉淀時間越長越有效果；第2步采用振動篩和旋流除砂器進行機械處理，一般振動篩采用20目的篩孔，分離 0．77mm以上的砂和黏土團塊為宜，經過振動篩后的泥漿，還帶有一定數量的砂質細小顆粒，旋流器使泥漿產生旋流，使得渣土砂粒在離心力作用下聚集在旋流器內壁，依靠自重作用下沉淀排除渣土，產生局部水土分離。

再生調制

當從槽(孔)出來的泥漿經現場檢測劣化指標不能滿足要求時進行再生調制。當泥漿泥皮的形成性減弱、黏度增高時，采用碳酸鈉、碳酸氫鈉等分散劑進行調制，使泥漿中陽離子惰性化，恢復泥漿分散狀態。當泥漿黏度減小，失水量增大、穩定性變差時，添加膨潤土和CMC來調制；當泥漿相對密度減小時，一般添加膨潤土和重晶石粉等，以提高泥漿的相對密度。泥漿的凈化及再生調制后進行性能指標測試，滿足性能要求后方可使用。

泥漿固化新技術的應用

泥漿固化原理

采用絮凝劑對泥漿液中懸浮的固體粒子進行絮凝、沉積，再通過泥漿水土分離設備，能有效實現泥漿的水土分離。施工時所產生的泥漿通過泥漿泵輸送系統統一儲存在泥漿總池中，再將待處理泥漿泵送至泥水分離系統入口處，與通過添加劑拌制輸送系統配制好的絮凝劑混合(或通過泥漿泵和加藥泵將泥漿和調配好的絮凝劑按配合比集中在泥漿箱中攪拌)，使泥漿中的泥顆粒迅速凝聚、沉淀；再將混合液送人泥水分離系統，通過離心、分離處理，將分離后的水、土分別通過排渣口、排水口排出，實現泥漿水土分離處置。分離出的泥土可通過排渣口直接用傳送帶傳送至指定位置，或通過滑槽排到空地處，再用機械歸堆至指定位置；而分離出的廢水，通過蓄水箱匯集后輸送回添加劑拌制輸送系統用于拌制添加劑，或經沉淀、稀釋后繼續用于工程循環泥漿。

絮凝劑選擇和用量

絮凝劑主要應用于工業上的圃液分離過程，廣泛應用于城市污水處理、造紙工業、食品加工業、石化工業、冶金工業、選礦工業、染色工業和制糖工業及各種工業的廢水處理等領域，有多種產品類型。本工程泥漿處理使用的絮凝劑為“聚丙烯酰胺”，簡稱PAM，有陽離子型、陰離子型、非離子型和兩性型等，價格差別極大，現場一般通過泥漿脫水試驗及性價比來選擇絮凝劑。同類型PAM，陰離子型價格低于陽離子型1倍以上，雖然摻量大于陽離子型，但性價比高，為首選產品。經現場泥漿試驗確定，陰離子型摻人量為陽離子型的1．5～1．8倍，而價格不到陽離子型的一半，故首選陰離子型PAM作為現場使用的絮凝劑。

泥水固化設備

泥水固化設備根據現場10臺鉆孔樁機和2套地下連續墻施工設備日產生的廢漿產生量，選用每小時理論處理能力為13～38m3的水土分離離心機設備。本處理系統由兩用一備3臺泥漿分離攪拌機凈化系統和1套加藥系統等組成；該類設備以往多用于污水等行業的處理上，針對建筑工程樁基施工泥漿中存在含砂率高、泥漿量大、廢漿密度大等特點，處理能力將有所下降，當設備檢修和處理能力不足時，部分廢泥漿另考慮用槽罐車直接外運處理。

泥漿固化技術工藝過程

工藝流程

該泥漿處理系統由泥漿泵送系統、添加劑拌制輸送系統、泥水分離系統、渣土處置系統、廢水處置及回收系統組成。

1)泥漿泵送系統

根據泥水分離系統的處理能力設計選配泥漿泵送系統，泥漿泵送系統配備“三通”回流閥門，能保證泥漿的合理流量及壓力輸送至泥水分離系統。泥漿的合理流量根據泥水分離設備的處置能力而定，流量過大會導致分離設備負荷加大，出現阻塞，影響分離效果，同時也加劇了泥漿泵的損耗。因此，泥漿泵送系統宜配備“三通”回流閥門，保證泥漿的合理流量及壓力輸送至泥水分離系統。

2)添加劑拌制輸送系統

絮凝劑應選擇通過國家認證的廠家采購，必須符合環保要求以及對設備和人員無損害，使用前應了解產品的特性，做好防護措施。選用的陰離子PAM為白色顆粒物，能溶于水，溶解、攪拌時間一般達0．5～1h，能有效發揮作用，故現場系統配置時應設置至少2套并聯的絮凝劑拌制、泵送系統交替使用，以保證絮凝劑的充分溶解及正常泵送。摻量一般為1．0‰～2．0％c，即在1t的自來水中摻入1．0～2．0kg絮凝劑(陽離子型PAM 根據試驗效果可適當減量)，經充分溶解、攪拌后與待處理泥漿混合。故選用的稀釋容器容量應根據泥水分離設備的處理能力及單個容器內的添加劑可使用時間來定，一般單個容器為2m3以上。通過現場試驗，采用回收的分離水再配制添加劑，能有效降低PAM摻量，達20％以上。

3)泥漿處理分離系統

泥水分離系統包括水土分離設備及成套電控裝置。水土分離設備采用目前市場上性能良好的 “固液分離”設備——離心機。離心機采用雙電機雙變頻控制，帶動轉鼓、螺旋推料器同時同向高速旋轉，在差速器作用下形成轉速5～30r／min的轉速差，在高速旋轉產生的離心力作用下，利用經絮凝處理的固液兩相的密度差，使固相顆粒迅速與水產生分離，沉積在轉鼓內壁上，與轉鼓做相對運動的螺旋葉片不斷地將沉積的固體顆粒刮下并推出排渣口，并將分離出的水經排水口溢流排出。由此通過恒力矩與恒差速2種控制方式，適應物料濃度、流量的變化，保證良好的分離效果和穩定的運行狀態。當成槽(孔)后泥漿經排泥管進入處理設備進行凈化處理時，若處理后的泥水含砂率滿足要求，則可以直接排人沉淀槽進行溢流沉淀，否則經加藥系統處理設備進行進一步處理，然后再排人沉淀槽進行溢流沉淀。經過處理和加藥處理篩選出來的渣土運送到指定的棄渣場堆放。泥漿溢流進入調整槽后，若泥漿量過剩則可以將泥漿排進棄漿池儲存起來，泥漿量超出棄漿池容量時泵送到附近的運輸載體上運送到棄漿場；若泥漿量不能滿足需求量，則可以用抽漿機進行人工造漿來補漿。當調整槽的泥漿濃度滿足要求時可以直接由送漿泵泵送到鉆機；若泥漿濃度太濃就加清水進行稀釋；若泥漿濃度太低，則進行制漿調節加大泥漿濃度后泵送到鉆機。

4)渣土處置系統

經水土分離、排渣口排出的土體可通過排渣口直接用傳送帶傳送至指定位置；或通過出渣口處設置滑槽，排到旁邊空地處，再用挖掘機、鏟車等機械歸堆至指定位置。也可將分離后的土體直接裝車外運。

5)廢水處置及回收系統

經水土分離、排水口溢流出的分離水通過蓄水箱匯集實現回收、重復利用，能有效降低工程成本。且分離水中尚留殘余的PAM成分，利用回收水拌制添加劑，能有效降低PAM的摻量，通過現場試驗得知可節約PAM達20％以上。

泥漿處理實施效果

泥漿再生效果

施工中采用泥漿沉淀、凈化處理、再生調制，降低了工程用水量和泥漿的重復使用，因樁基泥漿性能較差和泥漿池容量問題，再生效果不明顯，基本直接進入固化處理，地下連續墻利用率較高；經初步估算，分別降低樁基施工10％的泥漿和地下連續墻50％的泥漿，約有3．8萬m3泥漿進入固化處理，降低總量約12％。同時處理后的鉆進泥漿質量高，含砂率<5％，提高了地下連續墻和鉆孔樁的施工質量。

泥漿固化效果

現場采用泥漿限量直接外運和固化處理后渣土外運的措施，直接外運泥漿約7 100m 3，并增加處理后的渣土外運約9 000m3。

經濟效果

該項目泥漿處理直接排放預算費用約為310萬元，泥漿外運單價為68元／m3，渣土外運100元／ m 3，實際發生泥漿處理費用約為266萬元(其中泥漿外運48萬元、渣土外運90萬元、設備一次性投入 100萬元，機械配合及用電25萬元，材料費8萬元，節約用水約5萬元)，降低預算費用14％左右。按鉆孔灌注樁可產生3倍同體積泥漿估算，在采用泥漿再生和固化處理技術后，比原先直接利用槽罐車運送泥漿，降低樁基工程鉆孑L泥漿處理費用30元／ m 3左右；保護了城市環境，又促進了文明施工。