長沙機場GTC項目大面積裸土快速抑塵綠色施工技術*

朱正榮，程 林，陳鏡丞，楊益文，范俊洋

(1.長沙市建設工程質量安全監(jiān)督站，湖南 長沙 410016；2.中建五局第三建設有限公司，湖南 長沙 410114)

0 引言

隨著我國經濟和人民需求的日益發(fā)展，建筑物規(guī)模越來越大，施工占地面積越來越廣闊，不可避免地對周圍生態(tài)環(huán)境造成一定影響。其中，地面揚塵是一種常見又頑固的環(huán)境污染問題，嚴重影響了周邊空氣和人民生活質量，這也與現行的發(fā)展環(huán)保理念不符[1]。為此，對施工現場揚塵進行有效治理受到技術人員及科研人員的廣泛關注。

研究表明，粉塵土體的臨界起動風速與土體含水率密切相關，含水率越大土體的臨界啟動風速越大，土體揚塵的可能性越低[2]。因此，通過灑水增大裸土表面粉塵的含水率，使其具有一定的水化膜以增大土顆粒間的膠結力，從而抵抗外部風力的作用，實現抑塵效果[3]。然而，隨著技術的發(fā)展，灑水抑塵的缺點也逐漸暴露：①提高土體含水率需大量水資源，在缺水地區(qū)難以實現；②高溫條件下，土體水分蒸發(fā)過快，灑水難以使土體含水率長時間維持在一定水平[4]。因此，開始選用其他方法抑制裸土揚塵，如防風網、生態(tài)種植、化學試劑固土等方法[5-7]。其中，防塵網和生態(tài)種植均通過在裸露的土體表面覆蓋不同網狀材料織物或植被，降低風力對粉塵的直接作用，但現有防塵網多采用塑料制品，成本較高且難以降解，易造成二次污染[8]，同時，植被的生長和維護周期漫長，不適合一般臨時性工程施工[9]。化學固土材料主要有水泥基類、水玻璃、油產品、高分子等，這類材料雖具有一定的耐候性和持久性，但也存在原材料制作高耗能和高成本的缺點[10]。為此，亟待研究一種快速、高效、低成本且綠色環(huán)保的揚塵治理技術。

本文介紹一種以自行研發(fā)的復合型植物提取物基質抑塵劑為核心，通過控制“分析→試驗→調整→實施”四大關鍵流程的復雜地形大面積裸土快速抑塵綠色施工技術。該技術從源頭解決了裸土揚塵的問題，為施工現場的揚塵治理提供快速持久、綠色低價的解決方案。

1 前期試驗

1.1 材料

1)抑塵劑 抑塵劑使用自行研發(fā)的復合型植物提取物基質抑塵劑，為白色或淡黃色粉末狀固體，無味，黏度為58mPa·s，pH值為7，主要由變性淀粉、木槿植物膠、脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸鈉、鈣源等按一定比例配合而成。

2)色漿 色漿為環(huán)保水性色漿，有紅、藍、綠3種顏色。

3)土體 試驗分別對含砂量多、顆粒粗糙、滲水速度快、保水性能差、通氣性能好的砂質土，含砂量一般、顆粒一般、滲水速度一般、保水性能一般、通氣性能一般的壤土，含砂量少、顆粒細膩、滲水速度慢、保水性能好、通氣性能差的黏質土開展抑塵效果驗證。

1.2 試驗步驟

1.2.1抑塵劑的配制

為適應施工所在地土壤類別及水質，實現最佳抑塵效果，需進行標準配合比抑塵溶液試配，初步確定抑塵溶液配合比和攪拌方式，砂質土標準抑塵溶液濃度ηa0=抑塵劑∶水=1∶90，壤土ηb0=1∶100，黏質土ηc0=1∶110。主要配制步驟為：①采用玻璃燒杯量取1L施工用水，用精度為0.01g的高精度天秤稱取相應質量的抑塵劑粉末；②在攪拌容器中加入500mL水，然后加入全部抑塵劑粉末，用玻璃攪拌棒以60r/min的速率進行人工攪拌，同時緩緩加入剩余500mL水，再勻速人工攪拌5min，然后靜置5min；③溶液靜置后觀察狀態(tài)，若溶液中存在未溶解顆粒沉淀，則繼續(xù)攪拌1min后靜置觀察；當溶液澄清、無未溶解顆粒后記錄總人工攪拌時長T1(T1/2即為后續(xù)噴灑車機械攪拌時長)，攪拌完成后將抑塵溶液裝入壓力噴壺中。

1.2.2試噴

在天氣晴朗無雨時，選擇一塊代表性的待施工區(qū)域進行試噴作業(yè)。試噴區(qū)尺寸為0.5m×0.5m，每種土壤類型和顏色設置3個試噴區(qū)，共計9個試噴區(qū)域并排設置，用竹簽標出各區(qū)域角點。試噴設備采用壓力噴壺，將配置好的標準抑塵溶液轉移至壓力噴壺中。根據色彩方案，按δ0=色漿∶溶液=2∶1 000 的初始質量比加入相應水溶性環(huán)保色漿，色漿攪拌均勻后即可試噴，砂質土、壤土、黏質土試噴的標準密度ρ0分別為3.0，2.5，2.0L/m2。

抑塵溶液噴灑分初噴、復噴2次進行，先初噴ρ0/2溶液，噴灑過程中保持連續(xù)、噴頭移動平緩，保證抑塵溶液被均勻噴灑至試噴區(qū)。初噴后觀察并記錄溶液完全滲入地下、地表無積水的時間T2，T2≤5min 記為5min，5min10min，則應重新試配抑塵溶液，且每超出1min(向上取整)溶液濃度應按η的分母加5進行調整，以減小入滲時間，如某黏質土溶液入滲時間為11min13s，則應調整溶液濃度為ηc1=1∶(110+2×5)=1∶120，并在試配后重新試噴并記錄T2；T2記錄完畢且滿足要求后開始復噴剩余ρ0/2溶液，復噴要求與初噴一致，復噴完成后立即留存試噴區(qū)影像資料。

1.3 效果檢測

1.3.1保水效果測定

保水效果是保持土壤含水量變化能力的體現，保水效率越高抑塵效果越好。使用SC-701型含水量快速測定儀分別對試噴后1，7，28d不同土壤類型的土樣進行含水量測定，保水率計算如下：

(1)

式中：I為保水率；ω1為測量初始含水量；ω2為達到齡期后的含水量。

1.3.2抗風蝕效果測定

抗風蝕性能是反映抑制揚塵的重要指標?？癸L蝕效果主要通過在模擬自然風吹的情況下，測量1，7，28d試噴區(qū)域土樣質量損失率的大小來反映，其計算如下：

(2)

式中：M為質量損失率；m1為測量初始土樣質量；m2為達到齡期后的土樣質量。

1.3.3結殼厚度檢測

試噴完成可檢測1，7，28d土壤的結殼厚度，將試噴區(qū)十字剖開，用鋼尺分別檢測4個剖切面的結殼厚度，每個試噴區(qū)共檢測4個點，記錄并計算中位數作為結殼厚度代表值。若結殼厚度代表值為10～15cm，則該次溶液的噴灑密度ρ0符合要求，可作為實際噴灑密度ρ；若結殼厚度代表值<10cm，則每3cm差值(向上取整)需在ρ0基礎上增加0.5L/m2，且≤4.0L/m2；若結殼厚度代表值>15cm，則每3cm差值(向上取整)需在ρ0基礎上減小0.5L/m2，且≥1.5L/m2。

1.4 抑塵效果分析

通過前期試驗得到標準濃度和噴灑密度下不同土壤類型的保水率、質量損失率、結殼厚度，如圖1所示。

圖1 試驗結果

由圖1可知，7，14，28d 3種不同類型土的保水率均分別大于90%，85%，70%；自然風吹條件下質量損失率均分別小于1.2%，3.9%，10.2%；土壤結殼厚度均為10～15cm，滿足一般要求。其中，3類土壤中黏質土的保濕和抗風蝕效果最佳，后期28d保濕率達86%，抗風質量損失率僅4.9%；砂質土的結殼厚度最大，主要是由于砂土顆粒粗糙，孔隙率大，抑塵劑滲透深度更大。綜上所述，可根據試驗標準的濃度和噴灑密度對3種土壤進行抑塵劑施工。

2 抑塵綠色施工技術

2.1 配制生產濃度抑塵溶液

根據試配確定的溶液濃度η及噴灑車罐體容量L，計算每車需添加的抑塵劑質量m=Lη，抑塵劑標準包裝為25kg，不足25kg的尾料用不銹鋼桶稱量裝取。向噴灑車的罐體內注入L/2的水，然后暫停，開動噴灑車罐體內的攪拌裝置，以120r/min的轉速攪拌噴灑車罐體內的水；攪拌裝置啟動后，逐包加入抑塵劑至計算質量m，同步注水至噴灑車罐體約90%后再次暫停注水，保持120r/min的轉速攪拌T1/2時長后停止，然后繼續(xù)注水至罐體滿，合上封蓋；靜置10min確保抑塵劑充分溶解，且溶液混合均勻，完成生產濃度抑塵溶液配制。抑塵溶液配制完成后需盡快使用，最長可放置7d。

2.2 現場噴灑

抑塵溶液正式噴灑作業(yè)前，可根據項目需要在待抑塵作業(yè)區(qū)播撒綠化草籽。草籽種類根據現場原狀土壤性質、當地氣候條件、施工季節(jié)，并結合各種植物生長特性選擇，優(yōu)先選用生長快、根系發(fā)達的品種。抑塵溶液正式噴灑時需避開雨水天氣。使用多功能綠化噴灑車噴灑，主要使用車輛尾部的灑水高炮和車輛兩側的側噴頭。其中灑水高炮采用q1=120L/min的噴頭，有效噴灑半徑為32m；側噴頭采用q2=60L/min的鴨嘴式噴頭，有效噴灑半徑為12m。灑水高炮和鴨嘴側噴不得同時啟動作業(yè)，避免水壓過低影響抑塵溶液噴灑密度。

2.3 噴施路徑選擇

施工區(qū)域按距道路(含硬化道路與臨時便道)的距離分為近噴區(qū)和遠噴區(qū)。抑塵溶液噴灑時遵循“分塊噴灑、先初噴再復噴”的原則。

1)近噴區(qū)作業(yè)

道路兩側10m，在車輛兩側的鴨嘴式噴頭有效半徑內為近噴區(qū)。由噴灑車單次作業(yè)面積S計算出單次近噴區(qū)作業(yè)長度L2=S/5，據此科學規(guī)劃噴灑車行駛路線。初噴時，較寬硬化路段靠右采用單側側噴，較窄臨時路段居中采用雙側同時側噴，車輛行駛速度v2=3.5～4km/h≈1m/s，單次初噴時間應略大于溶液入滲時間T2；初噴完成后車輛原路返回，從本次初噴起點開始按初噴標準開展復噴作業(yè)。近噴區(qū)的具體噴灑方式、分塊及順序如圖2所示。

圖2 近噴區(qū)的具體噴灑方式、分塊及順序

2)遠噴區(qū)作業(yè)

道路兩側10～25m為遠噴區(qū)，車輛尾部的灑水高炮遠距離噴灑開展抑塵作業(yè)。遠噴區(qū)作業(yè)前須科學規(guī)劃，將遠噴區(qū)沿道路縱向劃分為若干20m×15m的矩形區(qū)塊，噴灑車在道路上的定點位置可有效覆蓋左、右2個區(qū)塊；每個矩形區(qū)塊劃分為6個10m×5m的噴灑單元(見圖3a)；每個噴灑單元沿短邊方向分為5個10m×1m寬條塊(見圖3b)。作業(yè)時噴灑車固定不動，其灑水高炮在10～25m的有效噴灑范圍內可近似視為0.5m×0.5m的正方形。在各噴灑單元內沿長邊方向C形依次噴灑①→②→③→④→⑤條塊，各條塊噴灑用時控制在10s左右，50s即完成該單元的初噴或復噴作業(yè)。在各區(qū)塊內也按C形依次噴灑I→II→III→IV→V→VI單元，若T2=5min，則完成單個區(qū)塊的初噴后即可對該區(qū)塊進行復噴；若T2=10min，則需先完成一個停車位置處的左、右2個區(qū)塊的初噴后方可進行復噴。一個停車位置處的左、右2個區(qū)塊均完成復噴后，噴灑車沿道路縱向移動20m，進行下2個區(qū)塊的噴灑作業(yè)。

圖3 遠噴區(qū)具體噴灑方式、分塊及順序(單位：m)

2.4 補噴及成品保護

采用多功能綠化噴灑車完成抑塵溶液的正式噴灑后，不可避免地存在少量死角。由操作人員攜帶裝滿抑塵溶液的背負式電動噴霧器，步行進入作業(yè)區(qū)進行補噴，根據該區(qū)域地表的顏色深淺確定死角區(qū)域的補噴量。采用裝配式欄桿封閉的方法對補噴完成后已完成的抑塵作業(yè)區(qū)域進行成品保護，防止行人踩踏或機械碾壓縮短抑塵有效期。

3 工程應用及效果評價

復雜地形大面積裸土快速抑塵綠色施工技術分別于2018年4月—2019年9月在株洲恒大林溪郡一期工程、2019年9月—2020年9月在寧鄉(xiāng)市岳寧大道鳳凰山—南田坪公路工程、2021年7月—2021年12月在長沙機場改擴建工程綜合交通樞紐工程現場進行揚塵治理，處理面積共計95萬m2，處理后一個月內對施工區(qū)域大氣總懸浮顆粒物濃度進行監(jiān)測，監(jiān)測結果如表1所示。與施工前監(jiān)測數據進行對比，各項指標符合GB 3095—2012《環(huán)境空氣質量標準》，極大地保護了施工現場生態(tài)環(huán)境，獲得了監(jiān)理、業(yè)主的高度認可，取得了較好的社會和經濟效益。

表1 抑塵前、后各工程現場大氣總懸浮顆粒物濃度

對比覆蓋綠網抑塵，該技術抑塵效果更好，節(jié)省了施工費用及降塵措施費用。以長沙機場改擴建工程綜合交通樞紐工程為例，采用此工法環(huán)保抑塵溶液材料費為0.28元/m2，人工費用為0.08元/m2；采用傳統密目綠網材料費約0.45元/m2，人工費用約0.11元/m2。按總施工面積345 241.3m2計算，采用噴灑抑塵溶液施工可節(jié)省費用總計6.9萬元，達36.37%。

4 結語

應用抑塵溶液進行抑塵施工，配合施工區(qū)域分區(qū)分塊、科學規(guī)劃施工順序，以人工配合機械的方式噴灑至待處理裸土地面，達到計算噴灑量后無需額外養(yǎng)護，既實現了揚塵的快速控制，又保護了生態(tài)環(huán)境，實現綠色施工、操作安全、質量保證、綠色環(huán)保、降低成本的目標。