孫 威 付學(xué)朋 梁玉龍

(中翀建設(shè)有限公司，江蘇 南京 211800)

淤泥的改良利用，首先要將淤泥中的水分排出，傳統(tǒng)的淤泥處理方法中，自然晾曬具有場(chǎng)地需求大、固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)；機(jī)械固結(jié)具有成本高、效率低等缺點(diǎn)，不能滿足大量淤泥處理需求。針對(duì)以上淤泥固結(jié)方法的缺點(diǎn)，基于淤泥的快速排水及回收再利用這一理念，開(kāi)發(fā)出泥漿轉(zhuǎn)移橫向排水帶真空固結(jié)再利用施工工法，該工法將清理出的淤泥用塑料排水帶排出，并應(yīng)用真空射流泵抽真空輔助，快速排出淤泥中的水分，將淤泥轉(zhuǎn)運(yùn)或改良后再利用。

1 項(xiàng)目概況

某工程位于南京浦口經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)大黃社區(qū)，北至新星大道、南至步月路、西至沿山大道、東至云杉路的范圍內(nèi)分布有18個(gè)不同大小的砂坑，砂坑最大面積70035m2，淤泥最深26m，單個(gè)砂坑最大清淤量64萬(wàn)m3，泥漿呈流塑狀，且坑內(nèi)均有一定深度的水。不同砂坑位置后期的建筑規(guī)劃各不相同，其中延陵路分布有1～4號(hào)、17號(hào)5個(gè)砂坑，5號(hào)砂坑有丁香路通過(guò)，6號(hào)砂坑有沿山大道通過(guò)，10號(hào)砂坑有雙峰路、丁香路通過(guò)，11號(hào)砂坑有雙峰路通過(guò)，13號(hào)砂坑有丁香路通過(guò)，14號(hào)、15號(hào)砂坑有朱石路通過(guò)，16號(hào)砂坑有云杉路通過(guò)，18號(hào)砂坑有丁香路、延陵路通過(guò)，7號(hào)、8號(hào)、9號(hào)、12號(hào)砂坑為場(chǎng)地。12號(hào)砂坑水深7m，清淤總量7000m3，依據(jù)砂坑地基處理的技術(shù)要求，場(chǎng)地范圍內(nèi)，處理后地基承載力特征值不小于60kPa。

本工程中要求將砂坑中清理出的淤泥經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)處理充分降低含水率后，將砂、素土或水泥、石灰與處理后淤泥按比例進(jìn)行拌和回填再利用。

采用淤泥轉(zhuǎn)移+排水帶+真空固結(jié)的檢索策略在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行查新，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)外尚無(wú)淤泥轉(zhuǎn)移真空固結(jié)排水處理淤泥的成功經(jīng)驗(yàn)。泥漿池+排水帶真空固結(jié)處理借鑒查新匯總情況見(jiàn)表1。

圖1 砂坑平面布置

表1 泥漿池+排水帶真空固結(jié)處理借鑒查新匯總

2 工藝原理及特點(diǎn)

2.1 工藝原理

本工法利用砂袋或土圍堰將泥漿池圍筑完成后，利用中粗砂沿泥漿池一側(cè)池壁堆積，表面覆蓋一層土工布，并在砂埂底部布設(shè)排水管，堆積坡度與圍堰池壁相同，在池壁的一側(cè)形成反濾層。

然后將淤泥注入泥漿池，當(dāng)淤泥達(dá)到一定高度后沿堆砂反濾層池壁垂直方向鋪貼塑料排水帶，排水帶一頭埋入砂埂，在排水帶上滿鋪一層透水土工布，然后在土工布上再次注入泥漿，當(dāng)注入一定高度后再次鋪排水帶和土工布，如此重復(fù)，注入泥漿結(jié)束后在泥漿上層鋪貼密封薄膜層，并在砂埂底部設(shè)置排水管，然后利用真空射流泵對(duì)排水管抽真空，淤泥中的水分滲透到塑料排水帶中，水分通過(guò)塑料排水帶進(jìn)入砂埂，砂埂中的真空排水管將水分吸入排水管排出砂埂，起到快速排出淤泥中水分的作用，最后將低含水量淤泥轉(zhuǎn)運(yùn)或拌和再利用,圖2為該排水系統(tǒng)平面示意圖。

圖2 排水系統(tǒng)平面示意圖

2.2 本工法的特點(diǎn)

本工法利用塑料排水帶輔以抽真空排水，能快速排出淤泥空隙中的水分，排水效率高，適合大體量淤泥處置；本工法處理淤泥成本較低；利用橫向排水帶排水，可以根據(jù)淤泥性質(zhì)和層厚布置排水帶位置，排水效果優(yōu)越。

2.3 適用范圍

本工法適用于范圍：在建工程淤泥含量較大，需對(duì)淤泥進(jìn)行處理再利用或處理后外運(yùn)的工程以及鉆孔灌注樁泥漿的處理。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工操作流程

施工操作流程見(jiàn)圖3。

圖3 施工工藝流程

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 施工準(zhǔn)備

施工前，對(duì)施工過(guò)程中可能需要的機(jī)械設(shè)備、建筑材料及人員全部安排就位。選擇一塊地勢(shì)平坦、四周空曠的高地，根據(jù)工程特點(diǎn)、設(shè)備投入情況及生產(chǎn)能力等特點(diǎn)，選用合適的挖掘機(jī)和平地機(jī)設(shè)備清除堤壩區(qū)地表塊石、雜草、樹(shù)根及其他雜物，場(chǎng)地呈一側(cè)向另一側(cè)單向坡度走勢(shì)，坡度宜為0.5%～2%。根據(jù)泥漿池的大小，用經(jīng)緯儀測(cè)設(shè)出泥漿池邊線位置，并設(shè)置控制樁，用石灰畫(huà)線標(biāo)出泥漿池填筑區(qū)域。

3.2.2 泥漿池圍筑

泥漿池填筑可以采用土袋圍堰及土圍堰等，本工法選用素土圍堰填筑，素土應(yīng)優(yōu)選黏性土、粉質(zhì)黏土或砂質(zhì)黏土，圍堰填筑時(shí)應(yīng)分層填筑，分層壓實(shí)，每層松鋪厚度不宜超過(guò)30cm，壓實(shí)度不小于85%。

填筑過(guò)程中盡可能保證靠近泥漿池一側(cè)邊緣平整，堰內(nèi)迎泥漿面保證坡度1∶2～1∶3，堰頂寬度在1～2m，堰高根據(jù)工程特點(diǎn)、工期要求、淤泥量等確定。若采用其他形式的圍堰，則堰體迎水側(cè)與背水側(cè)的坡度根據(jù)相關(guān)規(guī)范嚴(yán)格執(zhí)行。

沿堰頂中線四周挖一條環(huán)形閉合的壓膜溝，壓膜溝的截面尺寸視具體情況而定，塑料薄膜沿壓膜溝鋪貼，加固區(qū)四周應(yīng)開(kāi)挖壓膜溝，壓膜溝至少應(yīng)挖至不透水、不透氣層頂面以下0.5m，以保證密封膜周邊足夠的覆土厚度和良好的密封性能。

3.2.3 填筑砂埂

在地勢(shì)較低的一側(cè)土圍堰內(nèi)側(cè)堆積中粗砂，砂埂的坡度與圍堰內(nèi)邊迎泥漿池一側(cè)坡度相同，砂埂厚度不宜小于0.5m，宜采用含泥量不大于5%、滲透系數(shù)不小于5×10-3cm/s的中砂或粗砂填筑；砂埂表面鋪一層透水土工布，土工布的滲透系數(shù)應(yīng)大于5×10-4cm/s。

在砂埂底部埋設(shè)PVC塑料管道作為濾管，管徑根據(jù)淤泥的含水量及滲透性選擇，本工法選用直徑為110mm的PVC塑料管，管與管之間用橡膠圈連接，應(yīng)牢固，且環(huán)向剛度和強(qiáng)度能承受住砂土沿管道徑向所產(chǎn)生的擠壓。

管道表面開(kāi)孔處理，孔徑6～8mm，宜按間距10cm梅花布置,在管表面裹一層透水無(wú)紡?fù)凉げ?，防止砂從濾管流到主管，造成不必要的損失，土工布滲透系數(shù)應(yīng)大于5×10-4cm/s，管道一端與真空泵的主管密封連接，另一端用無(wú)紡?fù)凉げ济芊狻?/p>

3.2.4 沖填泥漿

設(shè)備由泥漿泵、高壓水槍、水泵、輸送泥漿管、配電箱等組成，泥漿泵的壓力和排量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)基坑的淤泥量、工期要求及泥漿池與基坑的距離等情況綜合確定，本工法選用NL65-16型泥漿泵，揚(yáng)程15～18m，流量50～60m3/h；將裝有流量計(jì)的泥漿泵置于基坑地勢(shì)最低處，泥漿管道將基坑與泥漿池連接，出泥口采用活動(dòng)支撐，便于移動(dòng)出泥口，更能有效確保泥漿池中淤泥填筑高程保持在同一平面，提高施工效率。

輸漿管道應(yīng)保證表面無(wú)裂紋和損傷，接頭應(yīng)密實(shí)牢固。接頭可采用法蘭連接或焊接等，管道應(yīng)采用專用的泥漿管。整個(gè)抽泥漿過(guò)程中不得出現(xiàn)漏泥及漏水等現(xiàn)象。否則，及時(shí)關(guān)閉泥漿泵電源，進(jìn)行維修。

泥漿泵清淤泥過(guò)程中，利用水準(zhǔn)儀測(cè)量泥漿填筑高度，當(dāng)泥漿高度增量在0.7～1.3m時(shí)，停止注入泥漿，并間隔0.7～1.3m布置第一層橫向排水帶，對(duì)于高靈敏度黏性土宜取大值。在砂埂表面的土工布相應(yīng)位置，用小刀割與排水帶寬度一致的缺口，并將排水帶一端從缺口穿入砂埂20～40cm深，另一端距圍堰邊0.7～1.3m。

在已鋪好的排水帶上方滿鋪一層透水土工布，以防止后期抽泥漿過(guò)程中擾動(dòng)第一層排水帶，影響排水效果。

3.2.5 表層覆蓋及真空排水

泥漿池注滿泥漿后應(yīng)密封其表面，密封效果是保證預(yù)壓排水成功的關(guān)鍵，因此薄膜的技術(shù)要求應(yīng)予以高度重視，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：?密封膜的材料應(yīng)抗老化能力強(qiáng)，韌性好，強(qiáng)度高，層數(shù)宜為2～3層，單層厚度宜為0.12～0.16mm，本工法選用厚度為0.16mm的聚氯乙烯薄膜覆蓋泥漿池，以起隔絕空氣作用；?根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)泥漿池的大小，應(yīng)聯(lián)系廠家定制或加工薄膜，大小易超出泥漿池每邊至少400cm；?現(xiàn)場(chǎng)鋪薄膜時(shí)，采用人工鋪貼，鋪貼時(shí)膜應(yīng)足夠松弛，不能用力張拉，薄膜四周緩慢埋入事先挖好的密封溝內(nèi)，回填黏土密封壓實(shí)。根據(jù)真空射流泵的工作壓強(qiáng)及壓強(qiáng)范圍選用合適功率的真空泵，以能最快最經(jīng)濟(jì)地排出泥漿池中的空氣為目的，本工法選用2臺(tái)7.5kW的射流泵，大概需要2天時(shí)間，可使泥漿池內(nèi)達(dá)到85kPa以上的真空度；泥漿池中鋪設(shè)三個(gè)真空度測(cè)頭，實(shí)時(shí)觀察泥漿池中的真空度是否有下降。泥漿池中的空氣被抽出，泥漿池內(nèi)外形成壓差，淤泥受到擠壓，其空隙水不斷從排水帶排出，從而起到固結(jié)土體的作用。

3.2.6 土體固結(jié)

泥漿池中的空氣被抽出，泥漿池內(nèi)外形成壓差，淤泥受到擠壓，其空隙水不斷從排水帶排出，從而起到固結(jié)土體的作用。

淤泥含水量采用酒精燃燒法測(cè)試，當(dāng)含水量達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，停止真空排水；若未達(dá)到設(shè)計(jì)值，繼續(xù)進(jìn)行真空排水。

含水量達(dá)到施工要求時(shí)，可以在泥漿池中摻入一定比例的素土和砂或水泥和石灰(宜按25%砂+40%素土+35%處理拌和淤泥或2%水泥+4%石灰+94%疏干晾曬、脫水處理后的淤泥、浮泥)，與固結(jié)后的淤泥進(jìn)行拌和。翻拌均勻后裝入卸汽車運(yùn)至砂坑中進(jìn)行回填，回填應(yīng)從遠(yuǎn)離泥漿泵端向泥漿泵一端進(jìn)行，遵循分層回填，分層壓實(shí)，每層松鋪厚度不超過(guò)30cm；可以直接將固結(jié)后的淤泥外運(yùn)至指定的棄土場(chǎng)。

4 關(guān)鍵技術(shù)及經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)

4.1 反濾層材料選擇

a.查閱施工圖紙，要求按25%砂+40%素土+35%處理拌和淤泥的配合比形成拌和料進(jìn)行回填。

b.從附近砂廠購(gòu)置含泥量小于5%的中粗砂。

c.緊貼泥漿池池壁堆筑中粗砂，厚度50cm，坡度控制在1∶2～1∶3。

d.堆筑反濾層的過(guò)程中，加適量水，使砂壁保持穩(wěn)定不滑塌。

效果驗(yàn)證：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際實(shí)施情況可知，現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格按照要求進(jìn)行實(shí)施，且堆筑中粗砂反濾層前，在泥漿池底20cm處鋪一道濾管，濾管接出池外，反濾層厚度50cm，表面覆蓋一層透水土工布，反濾層的坡度與泥漿池壁的坡度一致，達(dá)到預(yù)期的效果。

4.2 排水帶布置

a.根據(jù)泥漿池的尺寸，排水帶長(zhǎng)度為39m，排水帶一端伸入反濾層30cm，另一端距池壁50cm。

b.泥漿高度每增加0.7m，沿泥漿面橫向鋪設(shè)一層排水帶，排水帶水平間距0.7m，上下層排水帶呈三角形布置。

c.防止在沖填泥漿過(guò)程中，泥漿對(duì)下層已鋪好的排水帶產(chǎn)生擾動(dòng)，在每層排水帶上鋪一層土工布。

d.當(dāng)最后一層泥漿高度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，停止抽淤工作，并開(kāi)始密封覆蓋處理。

效果驗(yàn)證：從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果可知，淤泥厚度0.7m、水平間距0.7m布置一層排水帶，排水帶上覆蓋一層透水土工布，上下層相鄰排水帶呈三角形布置，施工過(guò)程中，且有小組成員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，達(dá)到預(yù)期效果。

4.3 采用水力沖填轉(zhuǎn)移泥漿

施工過(guò)程中將泥漿泵放入砂坑的最低位置后安裝管道及電線，泥漿管一端伸入已處理好的泥漿池中；采用高壓水槍對(duì)淤泥進(jìn)行沖釋再用泥漿泵將稀釋后的泥漿吹填至泥漿池中。

效果驗(yàn)證：砂坑中的淤泥通過(guò)高壓水槍進(jìn)行稀釋，由泥漿泵將淤泥轉(zhuǎn)運(yùn)至泥漿池中。表面密封處理后開(kāi)始抽真空，從現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)調(diào)查可以看出，達(dá)到預(yù)期效果。

5 結(jié) 語(yǔ)

12號(hào)砂坑淤泥采用本方法進(jìn)行施工后，經(jīng)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)回填后地基的承載力、壓實(shí)度進(jìn)行測(cè)試，均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。此外，為了排除偶然性，通過(guò)有限差分軟件FLAC3D建立地基的三維計(jì)算模型，再隨機(jī)從現(xiàn)場(chǎng)取土樣做土工試驗(yàn)，利用回填土的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，淤泥經(jīng)新方法處理后進(jìn)行回填，地基承載力大于60kPa,達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從設(shè)備進(jìn)場(chǎng)到回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高，耗時(shí)30天，比計(jì)劃工期節(jié)約10天。

該技術(shù)采用泥漿轉(zhuǎn)移橫向排水帶真空固結(jié)的施工工藝，轉(zhuǎn)移基坑(槽)中淤泥，并可以快速高效地將淤泥的含水量降低至設(shè)計(jì)要求，可以將砂埂中的砂與泥漿池中的泥漿及一定比例的素土進(jìn)行拌和，節(jié)約一部分素土的用量，也可以直接做為次要道路、洼地等的回填材料，節(jié)約外購(gòu)回填材料的費(fèi)用。在排出基坑中的淤泥進(jìn)行固結(jié)排水的同時(shí)，可以對(duì)基坑進(jìn)行處理，提高工作效率，縮短工期，提高人、才、機(jī)等資源的利用率，減少其閑置產(chǎn)生的費(fèi)用，從而節(jié)約施工成本。

該項(xiàng)技術(shù)的成功應(yīng)用，為充分利用淤泥或?qū)⒂倌嘧兂捎欣脙r(jià)值的潛在資源提供了可以借鑒與參考的經(jīng)驗(yàn)。淤泥無(wú)害化處理的淤泥固化處理技術(shù)和淤泥輕量化處理技術(shù),可以解決基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生的大量廢棄淤泥的處理問(wèn)題；解決了因拋棄淤泥而造成的環(huán)境污染問(wèn)題和工程建設(shè)用土的問(wèn)題。因此,廢棄淤泥的資源化再利用技術(shù)是節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的創(chuàng)新技術(shù),具有廣闊的應(yīng)用前景。