鉆孔灌注樁的施工廢漿處置及再利用工藝研究

袁俊相

上海市基礎工程集團有限公司 上海 200002

1 工程概況

上海董家渡金融城工程場地地處城區核心地段，開發規模巨大。該地塊擬建建筑絕大部分為地下4層結構，基坑圍護采用地下連續墻形式，基坑開挖深度普遍約18.6 m，采用鉆孔灌注樁基礎，樁徑為850、800、650、600 mm等，總數量約計8 000根，采用工程鉆機正循環自然造漿護壁成孔，產生廢漿量巨大。

2 工程難點

本工程的廢漿處置施工難點主要集中在以下方面：

1）本工程因為是房產項目，樁基的工作量比較大，同時工期緊，工程規模大，短時間內大面積施工鉆孔灌注樁，大量廢漿的消納處置考驗處置能力。

2）隨著政府對泥漿處置加大整治力度，泥漿外運行業正在結束過去無序、惡性的低價競爭，偷倒亂倒現象得到根本性遏制。但在轉型期間，也造成碼頭關停、卸點審批不足等問題，以現有開放的處置點根本無法滿足上海眾多工地的建設需要。

3）卸點設置距離遠。由于本工程地處市中心，而卸點往往位于遠郊，船運又受碼頭處置能力的限制，因此陸路運輸時，一輛運輸車輛往返一趟往往要4 h以上。

4）運輸路線受限較多，早晚高峰期間廢漿運輸車輛在一些主要道路上受限，個別大橋也受限，同時由于運輸行業的不規范，運輸司機往往扣分嚴重，導致能上路的司機數量嚴重不足。

5）現場場地消納固化泥漿的能力有限。由于一進場就全面開發，可利用場地面積有限，現場大面積沉淀后固化的條件不足。

綜上所述，如果不能很好地解決廢漿處置的問題，將嚴重影響施工進度。必須找到一種對環境影響最低、經濟合理，同時能保證現場施工進度要求的處置方式。

3 廢漿處置方案介紹及比較

結合本工程實際情況，外運泥漿根本上無法滿足現場生產需要，基于此，分析3種可能的處置方式[1-3]：

1）產生的泥漿先行通過除砂設備除砂，將大的泥砂排除，處理的泥漿再循環利用，降低泥漿的損耗，剩余的廢漿通過外運處理。

2）現場圍堰蓄漿，待泥漿沉淀后，抽除清水，加入石灰和水泥等固化材料，等固化土方達到外運的程度后組織外運。

3）利用泥漿分離技術，通過絮凝劑和泥漿充分混合攪拌后進行絮凝，傳送至濾布進一步過濾泥漿，最后通過滾壓將泥漿分別變成泥塊和水排出。

以上3種處置方式，第1種雖然對原純粹外運方式進行了改進，緩解了一部分外運壓力，但是由于泥漿反復回收利用后，水泥的含量相對增加，給施工質量帶來影響，另外相對于總的處置量，通過調整仍有大量泥漿需要外運。

第2種方案中，雖通過泥漿固結，將泥漿變成土方，解決了廢漿排放的問題，但摻入固化用的石灰、水泥等材料的土方對土壤、水源污染嚴重，破壞自然植被，影響以后再生利用，另外，現場必須大面積開挖蓄漿池，并存放相當一段時間才能進行土方外運。

第3種方案，利用泥漿分離技術，將泥漿轉化為能夠外運的土方，以及可再循環利用清水，避開了目前泥漿外運遇到的瓶頸問題，同時場地占用不大，能源消耗有限，單機的泥漿日處置能力相當可觀。

綜上所述，從現場實際情況出發，使用泥漿分離的方案較為適合。

4 泥漿分離技術簡介

基于泥漿分離器開發的分離技術，主要分為絮凝攪拌部分、濾布脫水部分、壓濾部分、排泥部分，除絮凝攪拌部分外，其他幾項集合成一個整體（圖1）。

圖1 泥漿分離器

4.1 工藝流程

1）廢漿經過濾網過濾泵送至臨時儲存箱進行攪拌后，加入到設備勻質箱。

2）勻質后自動進入自動絮凝裝置，加入絮凝劑（聚丙烯酰胺）進行絮凝。

3）泥漿絮凝后，濃縮裝置采用地心引力的原理進行脫水，將水排入接水盤，將泥送入下層壓濾裝置。

4）濃縮后的泥進入壓濾裝置后自動進行漸進式蠕動工藝，再次將水擠出。

5）擠出后的泥進入高壓壓濾裝置，再次脫水。

6）最后把泥壓成泥餅后進入排泥口吐出，用皮帶輸送機輸送到指定的集土坑（圖2）。

4.2 施工準備

圖2 工藝流程

設備總占地面積約200 m2，設備總質量約60t，地基壓實或硬地坪場地；設備總耗電90～100 kW/h，須配置50 mm2以上電纜；現場周邊設有截面積不低于40 cm×30 cm排水系統，方便分離水的收集及排放；設備周邊可按照施工產量設置集土坑，單臺設備對應的集土坑容量不低于300 m3，如采用地面堆放，采用傳送帶輸送，單臺設備堆場面積不低于350 m2。

4.3 設備維護

設備的日常維護主要體現在對傳動機構的保養、易損部件的更新、管路等的及時疏通等。

除了上述工作，濾布的偏移，導致濾布張緊度發生變化，對泥漿分離影響概率較高，日常需要經常調整濾布糾偏裝置及濾布張緊裝置。

其次，施工間歇期，須對濾布進行高壓清洗，防止泥漿風干后影響濾布泥漿分離效果。設備裝有自動高壓清洗裝置，使用簡便。

5 社會效益及經濟效益分析

5.1 社會效益

當前，上海超高層建筑、城市綜合體、隧道、地鐵、海綿城市等工程建設如火如荼，施工過程中不可避免地產生大量的廢漿，相對應的城市周邊土地資源越來越有限，環境保護的要求越來越高，兩者之間的矛盾越來越尖銳。因此，如何做好廢漿的處理已成為城市建設過程中亟待解決的問題。

經過泥漿分離技術處理后的土方含水率在40%以下（砂性土含水量可進一步降低），解決了城市建設施工項目中廢漿需要外運，處置堆放等問題。分離后的土方可進一步用來填海、回填樁孔等，大大減少了外運的壓力（圖3、圖4）。

分離后的水，可以回用于施工用水，節約大量的水源（表1）。

由于泥漿外運受卸點、航運及地面交通運輸制約，處置能力有限且極不穩定，對項目生產施工造成很大困擾。采用泥漿分離技術后，系統處理能力穩定，通過設備組合能滿足施工現場對處置量的需求，為建設施工提供了保障（圖5）。

另外，單臺泥漿分離機的裝機功率相對低，效率高，現場一般都能滿足其供電。

圖3 泥漿水土分離比例

圖4 分離土處置去向比例

表1 泥漿分離前后用水對比

圖5 泥漿分離前后項目產量對比

該工藝為城市建設中廢漿排放及環境污染問題提供了徹底的解決方案。

5.2 經濟效益

使用泥漿分離技術后的成本主要為分離技術本身的機械租賃費、人工費、材料費、電費、土方外運費（含挖機配合費）等，其中土方外運費用占到60%。

對成本的主要不利影響因素是：

1）土方外運單價目前相對較高，土方外運成本占總成本比例高。

2）由于目前市場正在轉型期，廢漿外運仍有一定市場，低價無序的競爭仍存在，導致廢漿外運的單價目前雖有一定幅度上漲，但尚未達到通過市場競爭機制退出市場的程度。

對成本的主要有利因素是：

1）由于廢漿外運極易受交通管制時間、碼頭關閉、卸點關閉等因素影響，對施工進度影響很大，一旦受影響被迫停工，建設方的開發成本，施工方人員、設備待工等的損失是無法估量的。以目前市場狀況，廢漿外運影響現場施工是大概率事件。

2）使用泥漿分離技術后的水可重復利用，節約水費。

3）使用泥漿分離技術后的土方可部分用于現場樁孔回填、路基回填等，可進一步降低土方外運成本。

6 結語

通過本工程實踐，從最初使用廢漿外運的方案，無法保證現場的工期要求，到最后采用泥漿分離技術解決了難題，證明該技術可實現施工和環境保護雙贏，給企業帶來推廣該技術的動力。

這一技術對其他城市軟土地基地區的類似灌注樁施工也有借鑒意義。

基于過程中對該工藝的了解，今后可以在以下幾方面做一些改進[4-7]：

1）進一步優化設計，提高設備的穩定性。提高耗材的耐久性，降低一些關鍵部位和易損傷部位的故障率。

2）提高自動化水平，降低人工成本，為工藝的推廣積累成本優勢。

3）提高單臺設備的處置能力和集約化程度，盡可能地少占用施工現場空間。