鉆孔灌注樁泥漿固化填料化利用技術研究

葉會峰，王 明，錢海磊，施涵譯，陸俊杰，汪 恒，于志權（中國二十二冶集團有限公司華東分公司，上海 200120）

鉆孔灌注樁所排出的泥漿是道路工程所使用的廢棄土來源之一，目前對這些泥漿通常是就地征收做堆放處理，作自然蒸干。但因為貯存泥漿的泥漿池面積較大，同時泥漿具有良好的保水性，因此實際處理過程中經常會出現表層水分蒸發龜裂，但下部含水量依然較高的情況，這一定程度上加大了后續運輸費用和管理風險[1]。近年來采用固化方法處理廢棄土得到了越來越廣泛的應用，不僅可以實現資源的可持續利用，而且可以最大限度減少宕渣等路基填料的消耗量，有良好的應用市場。因此，為進一步推動固化方法在鉆孔灌注樁泥漿處理中的應用力度，對鉆孔灌注樁泥漿固化填料化利用技術作系統的分析探討十分必要。

1 固化處理技術在鉆孔灌注樁泥漿中的應用現狀

近年來隨著國家對開山采石的限制，宕渣填料的開采量大大減少，導致路基填料出現了供不應求的情況。這也讓工程廢棄土的利用得到了重視。固化方法是經常被用來處理廢棄土的技術，通過固化方式處理所得到的路基填料具有良好的力學性能。比如通過粉煤灰處理膨脹土，可以最大限度減小黏粒的數量；再比如通過應用?；郀t礦渣粉處理硫酸鹽污染的石灰土，可以起到良好的抑制作用。為了更好地滿足廢棄土的資源化利用，越來越多的施工企業開始通過各種技術開展廢棄土的固化處理，一些經過改良的土體可以代替砂石和土料，應用到道路工程和堤防加固工程中，以充當道路基底基層填筑材料最為常見。鉆孔灌注樁所排出的泥漿有較高的含水率，如何對其進行固化處理存在較大的難度。傳統的施工采用挖機和路拌機對廢棄泥漿進行拌合處理，無論是均勻度還是施工效率均不高，對于含水量高的廢棄泥漿拌合設備無法直接操作，實際開展效率與質量不高[2]。近年來所使用的一系列改良措施可以最大限度增強廢棄泥漿的力學性質，比如通過應用就地泥漿固化設備可以有效克服傳統處理方式的缺陷，不僅可以節約堆土和泥漿池所占用的土地，而且可以減少對生態環境的污染，實現了廢棄泥漿的二次利用，有良好的應用效果。

2 確定泥漿土樣固化配合比

本次試驗所使用的廢棄泥漿由網營物聯倉儲物流項目工程提供，所選廢棄泥漿均來自泥漿池水面以下 20 cm 位置，泥漿沉淀池表面水膜的厚度達到 3～6 cm。廢棄泥漿含有少量的細砂，顏色為黃色，呈流動狀態。具體的物理性質為：自然含水率達到 110%～130%；天然密度達到1.44 g/cm3；土料相對密度達到 1.556 g/cm3；最優含水率達到 17.33%；最大干密度達到 1.66 g/cm3。通過對廢棄泥漿固化性質進行研究，最終決定將現場施工的泥漿土樣固化配合比設定為水泥 6%，粉煤灰 5%。

3 廢棄泥漿固化處理要點

本次現場施工針對路堤 120 cm 高度開展，由施工人員預先對原有地面進行處理，試驗所選用的廢棄泥漿土樣均由鉆孔灌注樁排出，試驗段落樁號 A2-251 至 A2-332，泥漿池的長度為 25 m，寬度為 12 m，深度為 2.2～3.1 m。在施工前除了做好常規的準備工作外，還針對固化處理的相關規范要求預先準備好水泥、粉煤灰等固化劑及泥漿固化設備的準備工作。根據本次固化處理的方案設計，預先設置好拌合機械進出場便道，并在機械不遠處準備好水泥罐和粉煤灰罐。除此之外，在水泥罐和輸送平臺均設置了 12 m×8 m 的場地，確?？梢猿袚喙夼c后臺輸料設備。所準備的設備主要包括填筑和拌合所需要的機具、裝載機、壓路機、平地機、推土機、運輸車輛等相關機械設備，提前根據所設計的泥漿土樣固化配合比，開展拌合機的標定和調試工作。

本次試驗泥漿池的深度達到 2.3～3.1 m，由技術人員通過設備攪拌頭使用掛線畫出 3 m×5 m 的網格。本次攪拌機械主要采用單點打設，每一個點的打設范圍控制在 1.0 m×1.5 m，進而對每一個打設點的水泥和粉煤灰用量進行計算，通過固化劑自動定量供料系統預先設定好水泥和粉煤灰的用量。選用邊伸入邊攪拌的方式開展固化劑的拌噴，待達到設計深度后緩慢上提并繼續攪拌固化劑，確保攪拌均勻。為了防止出現漏攪的情況，需要在各個區塊之間設置搭接寬度，搭接寬度控制在 10 cm 以上，待每一個網格拌合結束后再繼續進行整體的拌合工作。實際操作時先將泥漿池帶有承載能力的地面作為打設平臺，而后嚴格按照預先制定的施工方案沿著泥漿池外圈開展打設工作，整平分區塊內的泥漿，確保改良后的泥漿各項力學性質達到要求后即可以鋪設鋼板，鋼板的長度與寬度均控制為 5 m。最后將攪拌設備放置于已經固化完成的分區塊上方，作為固化平臺，逐一推進施工，完成整個廢棄泥漿的固化處理工作。

待所有的廢棄泥漿固化處理工作完成后，需要置放到泥漿池中養護 28 d，而后挖出堆放至事先準備好的場地，準備隨時開展填筑工作。填筑碾壓過程中，施工人員要嚴格按照相關的路基規范標準開展碾壓工作，質量監督小組及時對碾壓后的路基壓實度與路面彎沉進行檢測，一旦發現檢測質量與設計要求不相符合，立即組織人員對路基質量問題進行分析，并作針對性的處理。將施工現場已經處理完成的廢棄泥漿放置到泥漿池進行養護，養護時間分為 1 d、3 d、7 d，養護結束后取出泥漿土樣，測量擊實特性，與原裝泥漿進行比對。測量養護 3 d、7 d、14 d、28 d 的泥漿改良土承載比，同時對泥漿 1 d、3 d、7 d 的含水量變化進行檢測比較，以此更加合理的控制填筑時間。

4 廢棄泥漿經固化處理后的相關指標分析

4.1 擊實特性結果分析

本次試驗所采用的擊實功均相同，對原狀泥漿和悶料在 3 d、14 d、28 d 的固化泥漿擊實特性分別作了測量對比。研究結果顯示，處理后的泥漿與未處理的泥漿相比，存在較大的差異，其中處理后的泥漿最優含水率明顯增大，而最大干密度則減少。更為重要的一點是，在固化操作初期，泥漿處理的最優含水率出現了大幅度的增大，而最大干密度也出現了較大程度的減小，分析原因可能是泥漿的最大干密度與固化劑密度之間并不存在密切的關系，待加入固化劑后泥漿會與土體發生一系列的反應，尤其是土體級配和土顆粒之間的間隙發生了變化，繼而對最大干密度產生了影響。另外，固化劑在土體中所發生的一系列反應均需要有水的參與，因而最優含水率會出現明顯的增加。當固化劑在土體中所發生的物理反應越充分，活性減弱時，會生成越來越多的水化產物和聚合物，最終導致最大干密度可以隨著悶料天數的增加而不斷增大。在悶料 3 d時最大干密度可以達到 1.35 g/cm3，到 28 d 時可以增大至1.55 g/cm3，最優含水率呈減小趨勢。具體的比較數據如表1 所示。

表1 擊實特性結果比較

4.2 含水率試驗結果分析

通過對不同悶料天數的泥漿改良土含水率進行測定后發現，固化后的泥漿含水率在初拌與結束時含水率發生了較大的變化，初拌的含水率為 120%，結束時的含水率降低至 84.7%。當悶料天數達到 28 d 時，含水率的下降程度更大，降低至 20.8%，此時可以從泥漿池中將改良土挖出，用于填筑碾壓施工。

4.3 泥漿改良土承載比試驗結果分析

承載比是用來衡量路基填料的常用指標，本次試驗所獲得的泥漿改良土均用于路床的填筑施工，需要確保承載比≥ 4%。通過對泥漿改良土的承載比進行測定，發現泥漿改良土的承載比會隨著悶料天數的延長而不斷增長，在悶料開展到第 7 d 時泥漿改良土的承載比已經滿足≥ 4%的質量需求，但此時泥漿改良土的含水率只達到 58.7%，與最優含水率還有一定的差異，因而并不能將承載比作為路基填筑的唯一指標，這一點需要特別注意。

4.4 路基段檢測數據分析

待完成拌合悶料工作后，由施工人員將已經完成的改良泥漿土體運輸至施工現場開展填筑碾壓工作，填筑碾壓工作結束后組織技術人員對路基段的壓實密度和彎沉兩項指標進行測定。結果顯示，A2-266、A2-275、A2-288、A2-294 四個樁號的路基壓實度均滿足一級公路堤壓實度≥ 93% 的規定，因而本次檢測路段的路基壓實度滿足規范要求，具體的測定數據如表 2 所示。

表2 路基段檢測數據單位：%

4.5 注意事項

總的來說，在利用固化技術開展鉆孔灌注樁廢棄泥漿處理時，需要重點注意以下幾點：①通過本次試驗結果可以看出，固化后的廢棄泥漿最優含水率可以得到明顯的增加，最大干密度減小，隨著悶料天數的增加，最優含水率會出現減小趨勢，而最大干密度則可以呈增大趨勢。由此可以得出，最大干密度的影響因素主要是土體間所發生的化學反應。②隨著悶料天數的增加，泥漿改良土的含水率會發生較大的變化，具體表現為含水率減小，當悶料時間達到 28 d 時即可以將泥漿涂料挖出使用。③施工過程中不能將承載比作為是否可以填筑碾壓的評定指標之一，應該在承載比的基礎上對含水率變化進行考慮，最優含水率附近的泥漿土樣可以實現最大的壓實度，對提升填筑碾壓質量具有十分重要的意義[3]。

5 結 語

本次試驗通過采用水泥和粉煤灰作為固化材料，使用泥漿就地固化設備開展泥漿固化處理取得了良好的成效，具有良好的應用效果，克服了傳統的泥漿土樣處理缺點，實現了廢棄泥漿的二次回收利用，值得在類似的項目中加以推廣應用。