泥漿凈化及壓濾系統在地下連續墻施工中的改進應用

李志強

中鐵建工集團有限公司廣州分公司 廣東 廣州 511400

在較厚的砂土層中進行地下連續墻（以下簡稱“地連墻”）施工時，土層中的粉細砂等泥沙常常會改變槽孔中的泥漿性能，導致在地下連續墻成槽過程中易發生坍孔，引起成槽困難、成槽工效慢等問題。同時，在較厚的砂土層中施工，地連墻槽孔中的沉渣厚度也容易超出規范要求，使得地連墻施工質量較難保證。因此，在類似的地層中施工時，往往須對槽孔中泥漿適時地進行凈化處理，以減少成槽過程中產生的泥沙等顆粒物，從而提高槽孔內泥漿性能，保持成槽孔壁穩定，同時減少槽底沉渣厚度[1-3]。

1 背景工程概況

金融城站綜合交通樞紐基坑工程，位于某超一線城市中心城區，基坑深度38 m。基坑采用地下連續墻＋內支撐的支護形式，地下連續墻厚度為800 mm，局部為1 000 mm，整個基坑共計100幅，幅寬6 m，個別為5 m，采用工字鋼接頭。地下連續墻最大深度40.18 m、最小深度21.60 m，工程量約12 814.48 m3。基坑平面如圖1所示。

圖1 基坑平面示意

詳勘及地質超前鉆揭露，場地存在砂土層，且分布較廣，最厚砂層達36 m。地質從上至下依次為：填土、粉質黏土、粉細砂、中粗砂、風化灰巖。地連墻完工后，需外排或處理的泥漿以設計工程量的3倍計，約38 443.44 m3。

2 泥漿凈化改進工藝的提出

基坑工程所在地層中含砂層厚、分布廣，砂土層在地連墻成槽過程中對泥漿的性能影響非常大，容易使泥漿短時間內劣化，導致成槽沉渣變厚等。為此，在地連墻施工前引進了ZX-250型凈化設備，但在凈化處理過程中發現凈化設備經常發生故障，凈化設備的篩網易被篩出的泥沙堆積堵塞。經過分析發現，在地連墻成槽過程中，槽孔中的泥沙含量過高，泥漿中含砂率最高達23%，高含砂率超出此單一凈化設備的處理能力，致使篩網堵塞。為解決這一問題，最直接的方式為定期更換篩網、濾片設備，然而根據實際施工強度和情況，更換篩網、濾片設備過于頻繁，平均一天需更換2次，并且凈化設備仍容易發生故障。

另外，工程所處地區環保要求高、場地狹小、廢棄泥漿量大，且難以快速倒運，經對泥漿凈化設備和泥漿壓濾設備的對比分析，認為改進凈化處理系統的設計并將泥漿壓濾設備應用到凈化處理系統中，可以預先減少泥漿中的泥沙含量，保證泥漿凈化設備正常高效運轉，從而提高泥漿凈化和處理效率。

3 改進工藝流程及原理

3.1 改進工藝流程

泥漿凈化設備應用在地連墻施工時的傳統工藝，一般為一級凈化，即單純靠泥漿凈化設備來除去泥漿中的砂礫等有害固相，泥漿凈化設備安置于泥漿回收池前端或者后端。

改進的工藝流程中，設計三級凈化，均安置在泥漿回收池前端，在泥漿到達泥漿回收池前凈化泥漿。在三級凈化中，泥漿中的砂礫等有害固相含量逐級較少，前一級凈化后的泥漿性能指標符合下一級凈化設備的處理能力和要求。此外，在使用三級凈化的同時，引入劣化泥漿壓濾處理設備，處理凈化過程中的劣化泥漿和完工后的廢棄泥漿。改進的工藝流程如圖2所示。

圖2 改進工藝流程示意

3.2 改進工藝原理

1）地連墻中的泥漿從槽段中回收到凈化，再到調整循環或者廢棄處理，大致可分為三大部分，第1部分是回收泥漿的三級凈化，第2部分是劣化泥漿的壓濾固化處理，第3部分為泥漿的調整拌制再生。以上三部分系統簡稱為泥漿凈化處理中心。總體上，地連墻泥漿進入三級凈化系統后，經過凈化系統除砂及除去有害固相后，進入到泥漿回收池。經過性能檢測，可循環利用的泥漿（合格的泥漿）進入到再生系統重新調整拌制泥漿；劣化的泥漿（不合格的泥漿）則進入壓濾系統進行固液分離處理，分離成泥餅和清水。

2）在三級凈化系統中，由電動振動篩罐組成的第1級凈化系統可初步物理篩除泥漿中粒徑3 mm以上的砂礫等較大顆粒物及有害固相，起到初篩的作用。篩分出來的固體顆粒物可定期從篩網上清理，裝袋以作他用。經過第1級凈化系統后的泥漿進入到由旋流器組成的第2級凈化系統，利用旋流器旋流分離重度和輕度物質的原理（圖3），將初步凈化后的泥漿進一步凈化，輕度泥漿從旋流器上口溢流到第3級泥漿凈化設備中繼續凈化，重度泥漿從旋流器下口流通到泥漿壓濾設備中進行固液分離。經過第2級凈化系統凈化過后的泥漿性能，已經基本可以滿足由泥漿凈化專用設備組成的第3級泥漿凈化系統的處理要求。經過第3級凈化系統后，基本可除去泥漿中粒徑0.060 mm以上的顆粒和有害固相。第3級凈化系統分離出的干渣料可裝袋以作他用，再次凈化后的泥漿則流入到泥漿回收池中，進入下一個系統。

圖3 旋流器原理

3）壓濾處理設備系統主要利用壓濾處理專用設備處理泥漿回收池中檢測不合格的劣化泥漿和凈化系統中旋流器產生的重度泥漿，將流入到壓濾器的泥漿進行固液分離，形成的泥餅裝袋以作他用，形成的清水經檢測后可回收利用。

4）泥漿再生系統主要為調整凈化后檢測合格的泥漿，使之達到滿足地連墻成槽施工要求的性能指標，此處不做詳細介紹。

4 凈化及壓濾設備

4.1 設備及系統建立

三級凈化系統、壓濾固化處理系統以及再生系統應根據基坑的狀態和地連墻施工組織分區集中設置于一處，利于快速凈化處理泥漿和回收利用分離物，同時減少場地占用。地連墻各個槽段與泥漿凈化處理中心以及泥漿凈化處理中心各個系統間由φ250 mm×5 mm鑄鐵管連接形成連通的回形管路，再通過在管路上設置渣漿泵系統使各管道內的泥漿循環流通。

振動篩罐主要的技術規格為篩網尺寸和容積，篩網應選擇孔徑3 mm左右的規格，容積可根據現場場地情況而定，一般不宜少于50 L。

旋流器主要應滿足進料口和溢流口流量的要求，宜選擇FX610～710型的規格，處理能力為260～500 m3/h，分離粒度為74～250 μm，單機質量為850～1 120 kg。

泥漿凈化設備為凈化系統的關鍵設備，可根據施工強度選擇ZX-200或ZX-250型號，處理能力分別為200、250 m3/h，分離粒度均為60 μm，裝機功率為48～60 kW，單機質量為4 800～7 600 kg。

壓濾處理設備同樣為整個工藝中的關鍵設備，可考慮選用板框式壓濾機，對于各種性質的泥漿均適用。另外，板框式壓濾機耗電量小，功率僅3～5 kW，分離出的泥餅含水率≤20%，分離出的水質達到工程養護用水標準。

4.2 設備及系統原理

1）泥漿凈化設備原理。以ZX-250型號的泥漿凈化設備為例，泥漿通過總進漿管輸送到泥漿凈化裝置的粗篩中，經過其振動篩選將粒徑在3.0 mm以上的渣料分離出來。經過粗篩篩選的泥漿進入泥漿凈化裝置的儲漿槽，由泥漿凈化裝置的渣漿泵從槽內抽吸泥漿，在泵的出口，具有一定儲能的泥漿沿輸漿軟管從水力旋流器進漿口切向射入，通過水力旋流器分選，粒徑微細的泥沙由旋流器下端的沉砂嘴排出并落入細篩。經細篩脫水篩選后，較干燥的細渣料分離出來，經過細篩篩選的泥漿再次返回儲漿槽內。處理后的干凈泥漿從旋流器溢流管進入中儲箱，然后沿總出漿管輸送回槽孔[4]。泥漿凈化設備原理如圖4所示，實物如圖5所示。

圖4 泥漿凈化設備原理

圖5 泥漿凈化設備實物

2）壓濾處理設備原理。泥漿經過濾介質（濾布）后，固體停留在濾布上，并逐漸在濾布上堆積形成過濾泥餅，板框式壓濾機壓板的開合，可使泥餅自動脫落。而濾液部分則滲透過濾布，成為不含固體的清液。隨著過濾過程的進行，泥餅厚度逐漸增加，過濾阻力加大。過濾時間越長，分離效率越高。特殊設計的濾布可截留部分粒徑小于1 μm的粒子。壓濾機除優良的分離效果和泥餅高含固率外，還可提供進一步的分離功能，在過濾過程中可同時對過濾泥餅進行有效洗滌，從而使有價值的物質得到回收且可獲得高純度的過濾泥餅。壓濾分離的泥餅如圖6所示。

圖6 分離泥餅

5 施工效果分析

改進后的泥漿凈化系統能夠有效降低泥漿中的泥沙含量，在后續地連墻成槽施工過程中，很少發現成槽孔壁坍孔情況，施工進度得到快速推進。地連墻成槽后，槽孔首次清槽后的沉渣厚度平均為120 mm，二次清槽后的沉渣厚度平均為65 mm，滿足100 mm的規范限值要求，有效保證了地連墻的施工質量，同時也減少了廢漿的排放。

第1級凈化系統中袋裝回收的砂石固體顆粒物、第3級凈化系統中袋裝回收的干渣料以及壓濾處理系統中袋裝回收的泥餅和清水等，均可重復利用，如干渣料可以制作地連墻接口處的封堵沙袋，泥餅用于基坑回填料，清水作為工程養護或文明施工用水。

6 結語

本文案例中的金融城站綜合交通樞紐基坑工程在地連墻施工階段，改進并應用泥漿凈化系統，有效解決了該地區地連墻成槽施工難題。同時，泥漿凈化設備和廢漿壓濾處理設備的組合應用，有效減少廢棄泥漿的外運排放，避免了泥漿對環境的污染，有效節約廢棄泥漿外運、消納以及污染治理等的經濟成本，在類似地層的地連墻施工中有較好的推廣應用價值。