福廈客專橋梁鉆渣泥漿處理技術(shù)思考

王 靜，應(yīng) 豐，吳德榆

(中國電建集團(tuán) 華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

黨的十八大以來，國家對(duì)環(huán)境問題越來越重視，提出生態(tài)文明建設(shè)、建設(shè)綠水青山、堅(jiān)持人與自然和諧共生等先進(jìn)理念。鐵路建設(shè)項(xiàng)目普遍具有擾動(dòng)面積大和施工影響范圍廣等特點(diǎn)，如何在保證施工進(jìn)度及建設(shè)質(zhì)量的同時(shí)，堅(jiān)持與自然和諧共生，是新形勢(shì)下急需解決的重要問題，為此，鐵路建設(shè)者們不斷探索、積極作為，把新建設(shè)理念吸收、消化并逐步貫徹到鐵路建設(shè)項(xiàng)目中。福廈客專就是新形勢(shì)下較好貫徹這一理念的項(xiàng)目之一，該工程響應(yīng)國家號(hào)召，力爭打造精品工程，提出“精品工程、智能福廈”的實(shí)施原則和“八高九建”的建設(shè)目標(biāo)，在工程建設(shè)初期，針對(duì)橋梁占比大，鉆渣泥漿多且不易干化、易產(chǎn)生水土流失并對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生不利影響等特點(diǎn)，經(jīng)多方調(diào)研比選，在原方案設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，增選機(jī)械分離處理工藝，不僅最大限度地減少了對(duì)周邊環(huán)境的破壞，同時(shí)做到了變廢為寶，值得同類工程借鑒。

1 項(xiàng)目概況及橋梁樁基施工水土流失特點(diǎn)

1.1 項(xiàng)目概況

福廈客專是福建省在建的第一條時(shí)速350 km的高速鐵路，位于福建省沿海地區(qū)，北起福州市，途經(jīng)莆田、泉州，南至廈門和漳州市。線路北端銜接合福、溫福、向莆鐵路，南端銜接廈深、龍廈鐵路，與東南沿海鐵路福廈段共用一個(gè)，既可構(gòu)建京福廈高速鐵路客運(yùn)通道，促進(jìn)福建快速便捷融入全國快速鐵路網(wǎng)，又可構(gòu)建一條長三角經(jīng)海峽兩岸至珠三角高標(biāo)準(zhǔn)客運(yùn)聯(lián)系通道，發(fā)揮沿海高速客運(yùn)通道承上啟下的作用，對(duì)進(jìn)一步加快沿線社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、促進(jìn)福建經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)力邁上新臺(tái)階，提升經(jīng)濟(jì)凝聚力和對(duì)臺(tái)吸引力發(fā)揮重要作用。

客運(yùn)專線工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為雙線，電力牽引，設(shè)計(jì)速度350 km/h。正線全長約277 km，其中：橋梁85座，長約181 km，占比約65%；隧道32座，長約57 km，占比約21%。全線設(shè)福州南、福清西、莆田、泉港、泉州南、廈門北、漳州7個(gè)車站。施工期間設(shè)置取土場、棄土(渣)場、臨時(shí)設(shè)施等。工程于2017年9月30日全線開工建設(shè)，工期5年。工程概算總投資約499億元。

1.2 橋梁樁基施工水土流失特點(diǎn)

工程地處沿海地區(qū)，橋梁架設(shè)較多，全線橋梁樁基基礎(chǔ)形式主要為鉆孔灌注樁。鉆孔灌注樁主要施工工藝依次為樁位測量、護(hù)筒制作與安裝、固孔、鉆孔、清孔及檢孔、泵送灌注、驗(yàn)樁，其中鉆孔環(huán)節(jié)是產(chǎn)生水土流失的重要環(huán)節(jié)。橋梁樁基鉆孔過程中會(huì)使用大量的工程泥漿，泥漿在發(fā)揮平衡樁孔內(nèi)外地層壓力和水壓力，保護(hù)孔壁，防止坍塌和滲漏作用的同時(shí)，兼具排除懸浮鉆渣，清洗孔底等作用，隨泥漿排出的鉆渣呈流塑狀，若隨意散排將可能產(chǎn)生水土流失，對(duì)周邊農(nóng)田、水體水質(zhì)產(chǎn)生影響，同時(shí)可能淤堵河道、影響行洪等。因此，必須對(duì)鉆渣泥漿進(jìn)行處理。

2 目前常見的鉆渣泥漿處理方案

目前，在實(shí)際施工過程中，鉆渣泥漿處理方案主要是散排、沉淀池就地固化、沉淀池固化+外運(yùn)處置、機(jī)械分離等四種方案。

2.1 方案一(散排方案)

橋梁鉆渣泥漿的散排處理是最傳統(tǒng)的一種處理方法，主要出現(xiàn)在國家對(duì)環(huán)境問題不夠重視的早期和現(xiàn)今施工單位不文明施工情形下，為了施工的方便，將鉆渣泥漿隨意外排。野外施工時(shí)，一般就近棄于橋下及周邊，或排入附近溝道、河流、水庫等水體；在城市施工時(shí)，一般偷偷排入附近的溝道和河流甚至進(jìn)入市政管網(wǎng)，給城市防洪帶來隱患。此種方案以犧牲環(huán)境為代價(jià)，會(huì)造成嚴(yán)重的水土流失危害和對(duì)周邊環(huán)境的破壞，目前已經(jīng)嚴(yán)令禁止。

2.2 方案二(沉淀池就地固化處理方案)

沉淀池就地固化處理方案是在鉆孔之前，在鉆機(jī)附近設(shè)置泥漿池和沉淀池，泥漿池主要用于盛放鉆孔所需的泥漿，沉淀池主要用于存放鉆孔排出的鉆渣和泥漿，泥漿池與沉淀池可分開布設(shè)，也可合并布設(shè)。鉆孔排出的鉆渣泥漿先匯入沉淀池，經(jīng)初步沉淀后，表面部分泥漿一般再導(dǎo)入泥漿池循環(huán)利用，余下的鉆渣則留在沉淀池中固化。泥漿池和沉淀池一般采用直挖方式，梯形或矩形斷面，池周用開挖土方或裝土編織袋或其他擋護(hù)材料圍護(hù)，施工結(jié)束待鉆渣在沉淀池內(nèi)固化后進(jìn)行場平。此種方案是目前野外橋梁施工時(shí)最常用的鉆渣處理方案，其特點(diǎn)是沉淀池容量大、占地面積大，鉆渣泥漿易滿溢且干化速度慢，但處理成本低，處理環(huán)節(jié)簡單。

2.3 方案三(沉淀池固化+外運(yùn)處置方案)

當(dāng)工程施工場地較小、鉆渣量較多，沉淀池?zé)o法容納所有鉆渣泥漿時(shí)，可考慮外運(yùn)處置方案，外運(yùn)堆放場地可為其他工程的合法場地，如圍墾工程、政府指定的消納場所等，也可是本工程自設(shè)的棄土(渣)場地。因鉆渣泥漿可分批外運(yùn)，沉淀池設(shè)置時(shí)面積可大大減少，可采用直挖、磚砌、鋼桶等多種形式，鉆渣在沉淀池內(nèi)稍作固化后，抽入封閉的車輛運(yùn)至堆放場地。此種方案的特點(diǎn)是沉淀池容量小、占地面積較小、形式多樣，不易產(chǎn)生水土流失且對(duì)周邊環(huán)境影響較小，但因鉆渣泥漿呈流塑狀，需密閉車輛才能運(yùn)輸，運(yùn)輸費(fèi)用較高且可能增加棄土堆放場地的防護(hù)費(fèi)用。

2.4 方案四(機(jī)械分離方案)

機(jī)械分離方案是指用固化離心機(jī)或泥漿分離器(站)對(duì)鉆渣泥漿進(jìn)行分離，機(jī)械型號(hào)不同，處理的效果也不同。有的僅進(jìn)行簡單脫水，脫水后的鉆渣經(jīng)中轉(zhuǎn)場集中收集到一定量后采用封閉的車輛及時(shí)外運(yùn)處理，外運(yùn)堆放場地可為本工程自設(shè)的場地，亦可為其他工程合法場地或政府指定場地；有的可進(jìn)行土、沙和水分離，分離出的土方和砂料可供工程自身使用，水經(jīng)沉淀后外排。此方案大大縮短了鉆渣泥漿的干化時(shí)間，提高了處理效率，在減少鉆渣泥漿對(duì)周邊環(huán)境影響的同時(shí)，變廢為寶，但所需固化離心機(jī)或泥漿分離器(站)數(shù)量較多，且價(jià)格較高，一般在執(zhí)法較嚴(yán)的地區(qū)或自身對(duì)環(huán)境要求較高的項(xiàng)目上才投入使用，如小型處理設(shè)備目前在城區(qū)的地鐵、市政等項(xiàng)目上使用較多，而大型處理設(shè)備則較為少見。

經(jīng)分析，上述四種鉆渣處理方案的特點(diǎn)見表1，工程設(shè)計(jì)及實(shí)際施工過程中可根據(jù)工程自身特點(diǎn)及所處的環(huán)境條件選擇合適的處理方案。

表1 鉆渣泥漿處理方案的特點(diǎn)

3 福廈客專鉆渣泥漿處理方案分析評(píng)價(jià)

3.1 鉆渣泥漿處理方案

福廈客專的建設(shè)者們經(jīng)充分比選調(diào)研，并結(jié)合工程實(shí)際，在基本保留原設(shè)計(jì)方案(沉淀池固化+外運(yùn)處置方案)基礎(chǔ)上，增加了機(jī)械分離方案。

本工程沉淀池固化+外運(yùn)處置方案即鉆渣在沉淀池內(nèi)稍作固化后，抽入封閉的車輛運(yùn)至本工程自設(shè)的棄土場與其他土石棄渣一并堆存。但據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，工程實(shí)際設(shè)置的沉淀池形式與原設(shè)計(jì)有一定變化，原設(shè)計(jì)沉淀池采用直挖式，地面以下開挖1.5 m，開挖邊坡取1∶0.5，地面以上高0.5 m，池周用池身開挖的深層土及裝土編織袋圍護(hù)；而實(shí)際沉淀池防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)有一定提高，形式也更多樣，采用直挖、磚砌、鋼板等多種形式，斷面有矩形或梯形兩種，池周用護(hù)欄圍護(hù)并設(shè)警示標(biāo)識(shí)。

本工程機(jī)械分離方案是鉆渣在沉淀池內(nèi)稍作固化后，抽入封閉的車輛運(yùn)至大型泥漿處理站進(jìn)行處理，處理站分離出的廢土運(yùn)往橋下覆土平整，分離出的砂石用作臨時(shí)工程建筑材料，分離出的水經(jīng)沉沙池沉淀后外排。

兩種處理方案的特點(diǎn)詳見表1，處理工藝流程如圖1、圖2所示。

3.2 處理方案分析評(píng)價(jià)

福廈客專位于沿海地區(qū)，沿線征地較為困難，橋下可供布設(shè)泥漿池和沉淀池的場地有限，鉆渣泥漿無法全部在沉淀池中固化處理。因此，確需將鉆渣泥漿外運(yùn)堆置或采取機(jī)械分離后處置。

圖1 沉淀池固化+外運(yùn)堆置方案示意

圖2 機(jī)械分離方案示意

經(jīng)查閱福廈客專水土保持方案和工程后續(xù)設(shè)計(jì)，工程沿線擬設(shè)置一定數(shù)量的棄土(渣)場，且部分棄土渣)場原狀為坑塘，目前棄土(渣)場正在(或已經(jīng))辦理征地手續(xù)。因此，將鉆渣泥漿經(jīng)沉淀池初步固化后運(yùn)往棄土(渣)場堆置是可行的，且實(shí)際施工過程中沉淀池的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)有一定提高，形式多樣，值得同類工程借鑒。但采用此方案時(shí)需注意運(yùn)距不可太長、運(yùn)輸車輛必須封閉，且堆放場地必須提前做好擋護(hù)及排水措施。

而對(duì)于離棄土(渣)場較遠(yuǎn)的橋梁，每隔一定距離集中設(shè)置1處大型泥漿處理站進(jìn)行鉆渣泥漿的機(jī)械分離處理更是可行，此種方案在減少水土流失及對(duì)周邊環(huán)境影響的同時(shí)，變廢為寶，為工程自身所用，效果明顯，目前正在工程全線推廣使用，但也必須采用封閉車輛運(yùn)輸。

4 結(jié) 語

(1)鑒于福廈客專的重要性及沿線所經(jīng)區(qū)域的環(huán)境敏感性，各施工單位在橋梁鉆孔灌注樁施工過程中，務(wù)必文明施工，不得隨意亂排亂棄鉆渣泥漿，以免造成水土流失影響周邊生態(tài)環(huán)境。

(2)經(jīng)分析，福廈客專鉆渣泥漿處置的沉淀池固化+外運(yùn)處置方案是可行的，但運(yùn)距不可太長、運(yùn)輸車輛必須封閉、堆放場地盡量為坑塘且必須提前做好擋護(hù)及排水措施。

(3)從目前運(yùn)行的效果看，福廈客專對(duì)鉆渣泥漿采用機(jī)械分離方案處理是可行的，其最大限度地減少了對(duì)周邊環(huán)境的破壞，同時(shí)部分廢渣為工程自身所用，變廢為寶，可制定標(biāo)準(zhǔn)在全線推廣，同時(shí)值得其他工程借鑒。

(4)福廈客專目前正處于工程施工初期，在后續(xù)大規(guī)模施工過程中，為實(shí)現(xiàn)與自然的和諧共處，仍需要繼續(xù)探索更先進(jìn)更適用的鉆渣泥漿處理工藝，同時(shí)工程其他施工區(qū)域也需要根據(jù)項(xiàng)目自身的特點(diǎn)、所處的環(huán)境和投資等情況研究更為生態(tài)的施工方法及防護(hù)手段，為創(chuàng)建精品工程添磚加瓦。