蔡海燕，范晶晶，艾建杰

（西南科技大學(xué)城市學(xué)院建筑工程學(xué)院，四川 綿陽(yáng) 621000）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施的未來(lái)建設(shè)朝著“大規(guī)模、大空間”方向的發(fā)展，由此產(chǎn)生的建設(shè)工程廢棄泥漿的處理問(wèn)題已成為工程建設(shè)中不可避免的巨大難題之一。目前建設(shè)工程廢棄泥漿基本上是直接利用土方車外運(yùn)廢棄為主，這不僅造成了施工隱形成本的大幅增加，也給繁重的城市交通運(yùn)輸系統(tǒng)增加了額外的壓力，由于泥漿運(yùn)輸過(guò)程中的漏灑以及廢棄泥漿的隨意排放對(duì)于周邊自然環(huán)境及國(guó)土資源產(chǎn)生了不利的影響。其具體表現(xiàn)在：①?gòu)U棄泥漿的外運(yùn)處理占據(jù)了施工方大量的資金與時(shí)間成本，不利于施工成本的控制和施工進(jìn)度效率的提高；②大量的土方車運(yùn)輸給交通帶來(lái)了巨大的壓力，由土方車引起的交通事故頻繁發(fā)生，給社會(huì)及人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成了不利的影響；③運(yùn)輸過(guò)程泥漿漏灑給道路行車安全及道路保養(yǎng)增加隱患；④廢棄泥漿若采用就地簡(jiǎn)單填埋的方式，將會(huì)使得填埋場(chǎng)地的土體資源長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法正常使用，因填埋場(chǎng)地的地基承載力低，部分工程廢棄泥漿甚至還會(huì)造成土地資源的污染。

1 國(guó)內(nèi)外泥漿固化的研究現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)外工程廢棄泥漿的處理方法有高速離心脫水回收技術(shù)、化學(xué)強(qiáng)化固液分離技術(shù)、MTC 轉(zhuǎn)化技術(shù)、注入安全地層或環(huán)形空間[1]。

（1）化學(xué)絮凝固液分離處理法在需要處理的泥漿溶液中加入絮凝劑使得泥漿原有的膠體體系結(jié)構(gòu)被破壞，而在絮凝劑的作用下將泥漿溶液中的細(xì)微顆粒聚結(jié)使待處理廢棄泥漿黏土顆粒表面性質(zhì)得到調(diào)整，然后再在機(jī)械設(shè)備的作用下實(shí)現(xiàn)廢棄泥漿固體和液體分離的目的，分離出的液體還需要進(jìn)一步的處理，達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后再排放至周圍水體中，而分離出的固體顆粒物質(zhì)可用于路基回填或種植土。該方法雖然處理工藝與技術(shù)相對(duì)比較簡(jiǎn)單、工作效率較高，但是所用的絮凝劑與固液分離設(shè)備所需要花費(fèi)的工程成本很高[2]。

（2）高速離心脫水回收將需要脫水處理的廢棄泥漿防止在高速離心裝置進(jìn)行脫水處理，脫水處理后將固體物質(zhì)外運(yùn)，而脫出的水經(jīng)處理后繼續(xù)循環(huán)使用。該方法對(duì)于廢棄泥漿的處理效率較低，設(shè)備投入資金以及所使用的電能較多[3]。

（3）化學(xué)絮凝加高速離心脫水的處理方法在需要處理的廢棄泥漿中加入化學(xué)絮凝劑，經(jīng)沉淀將其分離出無(wú)法直接堆放和運(yùn)輸?shù)暮枯^高的固體，再將所分離出的含水率較高的固體置于高速離心裝置中進(jìn)行高速離心脫水，進(jìn)一步降低固體物質(zhì)的含水率以便直接運(yùn)輸或堆放。該方法的泥漿固化效率仍較低，需要投入大量的資金用于設(shè)備的購(gòu)買，且對(duì)于操作者的技術(shù)要求較高[4]。

（4）注入安全地層在地理與地質(zhì)條件適宜地區(qū)可將廢棄的泥漿直接注入不向周圍滲透且壓裂梯度較低的安全地層中。該方法雖然操作較簡(jiǎn)單，但是需要購(gòu)買專用的設(shè)備，對(duì)地質(zhì)條件有較苛刻的要求，同時(shí)還存在對(duì)已有地下水體的污染的可能性，因此很難普遍使用此種方法處理廢棄泥漿[5]。

（5）回填處理將工程施工過(guò)程中所產(chǎn)生的廢棄泥漿直接集中排放在事先挖好的存儲(chǔ)坑內(nèi)，過(guò)很長(zhǎng)一段時(shí)間后經(jīng)自然沉淀，將分離出的上層液體直接排放，在待坑中沉淀物自然風(fēng)干后用作工程土直接使用或直接就地填埋。該方法雖處理工藝簡(jiǎn)單、對(duì)周圍環(huán)境的影響性小，但所需要的時(shí)間較長(zhǎng)且需要占用大量的工程用地，對(duì)于場(chǎng)地受限且工期有嚴(yán)格要求的項(xiàng)目不適用。

（6）再循環(huán)使用將工程施工過(guò)程中所產(chǎn)生的泥漿直接運(yùn)輸?shù)骄嚯x較近的下一個(gè)施工點(diǎn)繼續(xù)使用，此種方法雖然能將廢棄泥漿循環(huán)使用，但在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中很容易漏灑在施工便道上，污染施工環(huán)境，影響施工區(qū)域的交通安全。

（7）采用化學(xué)固化劑處理法直接在需要處理的工程廢棄泥漿中加入化學(xué)固化劑，待泥漿與固化藥劑反應(yīng)生成具有一定強(qiáng)度或適宜植被生長(zhǎng)的土壤后，再將其直接填埋或用作施工的填料。該方法對(duì)于周圍生態(tài)環(huán)境影響較小，且比較容易回填還耕。

2 橋梁鉆孔灌注樁泥漿特性

目前，在橋梁鉆孔灌注樁的施工過(guò)程中常采用高嶺土或膨潤(rùn)土制造泥漿，因所用土在水中分解為較小顆粒物而形成懸浮液和膠體溶液的混合型液體。橋梁鉆孔灌注樁所使用的泥漿所具有的特點(diǎn)為：①泥漿因黏度較大，呈現(xiàn)出流體或者半流體狀態(tài)，泥漿組成物中固體顆粒物粒徑極小，水分含量較高很難機(jī)械脫水，而在自然風(fēng)干的過(guò)程中失水較緩慢，遇水后又極易回復(fù)成流體或半流體的狀態(tài)，采用自然排放后對(duì)施工場(chǎng)地周圍的土壤和植被影響較大；②由于在造漿時(shí)加入了大量膨潤(rùn)土或粘土，并在鉆孔過(guò)程中攜帶了泥砂及表層土等，導(dǎo)致廢棄泥漿固體物質(zhì)含量較高；③在泥漿制造過(guò)程中必須加入由多種無(wú)機(jī)成分和有機(jī)成分所組成的化學(xué)處理劑，而處理劑的加入使得廢棄泥漿中的CODCr含量、表面化學(xué)活性劑及重金屬等有害物質(zhì)含量嚴(yán)重超出了國(guó)家允許排放的標(biāo)準(zhǔn)要求[6]。

3 泥漿固化處理室內(nèi)試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)的主要研究?jī)?nèi)容為結(jié)合試驗(yàn)?zāi)酀{特性與現(xiàn)場(chǎng)施工的要求采用化學(xué)絮凝的方法將泥漿的膠體結(jié)構(gòu)破壞分離出粘土就地實(shí)現(xiàn)橋梁鉆孔灌注樁廢泥漿的固液分離，再使用施工現(xiàn)場(chǎng)的通用設(shè)備經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的操作后，形成一種低成本、高效率、易操作的施工工藝，從而實(shí)現(xiàn)廢棄泥漿處理安全快速且成本較低的目標(biāo)，其具體的技術(shù)路線如圖1 所示。

圖1 泥漿固化技術(shù)研究路線

3.2 泥漿取樣與土體物理性質(zhì)試驗(yàn)

本試驗(yàn)所取泥漿為綿陽(yáng)市涪江三橋橋址下游右側(cè)50m 處的淤泥質(zhì)土，取樣后對(duì)所取試樣進(jìn)行土體物理性能試驗(yàn)測(cè)定，測(cè)定主要結(jié)果為：泥漿的天然含水率為74.9%，液限44.7%，塑限33.9%，塑性指數(shù)為10.8，該泥漿中的土體為低液限粉土。在對(duì)土樣物理力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，采用1200 萬(wàn)～1600 萬(wàn)分子量的陰離子聚丙烯酰胺（APAM）作為泥漿固化的絮凝劑對(duì)試驗(yàn)所用的淤泥質(zhì)土進(jìn)行固化處理，從而獲得用陰離子聚丙烯酰胺處理該淤泥質(zhì)土泥漿的規(guī)律及相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.3 絮凝劑的選擇與溶液配置

絮凝劑種類的選擇與泥漿的物理力學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)，還應(yīng)考慮絮凝效果與成本以及絮凝劑是否有毒與用后對(duì)周圍水資源的污染，因此必須選擇無(wú)毒無(wú)害的絮凝劑。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料查詢可知，無(wú)毒害性的聚乙烯酰胺可作為工程建設(shè)廢棄泥漿固化的絮凝劑。再根據(jù)前期試驗(yàn)比對(duì)發(fā)現(xiàn)1200 萬(wàn)～1600 萬(wàn)分子量的陰離子聚丙烯酰胺（APAM）的對(duì)本試驗(yàn)的泥漿絮凝效果優(yōu)于其他分子量的聚丙烯酰胺，為找出適宜與本試驗(yàn)?zāi)酀{的絮凝劑溶液濃度，需要配置一系列不同濃度的絮凝劑溶液，并且為了保證絮凝劑的充分溶解需要高速攪拌1.5h。

3.4 混凝試驗(yàn)

混凝試驗(yàn)主要是指將絮凝劑所配置的混凝溶液與泥漿溶液的混合，而兩種溶液的混合是否需要攪拌以及攪拌時(shí)間的長(zhǎng)短也將影響混凝試驗(yàn)的結(jié)果。若長(zhǎng)時(shí)間攪拌會(huì)破壞新形成的泥漿膠體結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致絮團(tuán)松散，各個(gè)絮團(tuán)之間的水分充分飽和，所產(chǎn)生的固體沉淀物也不容易收縮；而若攪拌時(shí)間過(guò)短，則會(huì)使得絮凝劑與泥漿顆粒沒(méi)有完成充分的接觸從而化學(xué)反應(yīng)不充分，使得未反應(yīng)的部分泥漿顆粒仍然懸浮水中不能沉淀。

混凝試驗(yàn)步驟：取100mL 已攪拌均勻的廢泥漿于150mL 燒杯中，按單位體積的泥漿加入絮凝劑的質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)（單位為mg/mL），把兩種溶液按比例均勻混合，先700r/min 高速攪拌1min，再100r/min 低速攪拌1min，然后靜30min，最后再觀察實(shí)驗(yàn)燒杯中泥水的分離效果，并將其與析出水量作為選擇絮凝劑種類與摻量的標(biāo)準(zhǔn)。具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2～5 所示：

圖2 11200+1.22 混凝試驗(yàn)

圖3 11500+1.22 混凝試驗(yàn)

圖4 21600+1.22 混凝試驗(yàn)

根據(jù)混凝試驗(yàn)的結(jié)果圖2 所示采用11200 溶質(zhì)配制的梯度溶液，當(dāng)溶液濃度為1 的時(shí)候混凝試驗(yàn)析水量較采用其他濃度的析水量大且形成的固態(tài)膠體較為穩(wěn)定；圖3 所示采用11500溶質(zhì)配制的梯度溶液，當(dāng)溶液濃度為1.5‰的時(shí)候混凝試驗(yàn)析水量較采用其他濃度的析水量大且形成的固態(tài)膠體較為穩(wěn)定；圖4所示采用21600 溶質(zhì)配制的梯度溶液，當(dāng)溶液濃度為0.8‰的時(shí)候混凝試驗(yàn)析水量較采用其他濃度的析水量大且形成的固態(tài)膠體較為穩(wěn)定。在試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)混凝效果較好的濃度分別為11500+1.0‰+35mL，以及21600+0.8‰+25mL。圖5 所示采用固定濃度0.5‰溶液，可以看出試驗(yàn)用泥漿更適合選用21600 溶質(zhì)所選用的絮凝劑其析水量大。

圖5 0.5‰+1.22 混凝試驗(yàn)

3.5 廢棄泥漿處理施工要點(diǎn)

（1）泵送泥漿根據(jù)泥漿固化的要求選擇合適的泵送系統(tǒng)，以穩(wěn)定的管道流量與壓力確保泥漿流量與絮凝固化劑添加比例合理性。避免因設(shè)計(jì)不合理造成管道堵塞，增加損失，不利于泥水分離。

（2）泥漿分離絮凝后的泥漿需要通過(guò)離心機(jī)進(jìn)行分離處理，所選設(shè)備應(yīng)與混凝設(shè)備相匹配，并在排渣口分離出的水通過(guò)排出口流出，泥漿處理后的含沙量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后可直接排放到沉淀池中，若不達(dá)標(biāo)則需要再一次添加絮凝劑直至符合標(biāo)準(zhǔn)為止。

（3）渣土處置通過(guò)處理后的渣土應(yīng)送至指定區(qū)域堆放或者排入周圍空地，再通過(guò)運(yùn)輸設(shè)備將其堆放到指定地點(diǎn)，處理后的渣土也可通過(guò)改良作為路基土或種植土使用。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)研究分析出適宜于綿陽(yáng)地區(qū)淤泥質(zhì)泥漿的絮凝劑的種類與濃度為：21600+0.8‰，試驗(yàn)結(jié)果表明混凝與析出水量效果較好。為了更好地解決廢棄泥漿固化所產(chǎn)生的一系列問(wèn)題，還需要進(jìn)一步針對(duì)不同巖土工程所產(chǎn)生的不同種類的廢棄泥漿進(jìn)行室內(nèi)相關(guān)試驗(yàn)確定所需絮凝劑的種類及試驗(yàn)配置濃度，以保證工程的施工進(jìn)度，減少對(duì)工程施工環(huán)境的影響，并在可能的前提下將所產(chǎn)生的廢棄泥漿資源通過(guò)固化試驗(yàn)在用于工程建設(shè)使用，從而達(dá)到工程建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的目的。