铁路桥梁施工废弃泥浆处理的实用技术研究

席 社

(中铁工程设计咨询集团有限公司环工院，北京 100055)

1 综述

铁路桥梁建设大量采用钻孔灌注桩基础，施工过程中需要大量使用泥浆［1，2］，施工后产生的废弃泥浆若直接排放，或处置不得当会给周边环境带来较大的危害，甚至引发环境纠纷事件。目前铁路桥梁施工废弃泥浆的处理多采用就地排放、简易沉淀等处置方式，不能满足环境保护的基本要求，而代价昂贵的处理方法也不符合我国铁路建设的具体情况。笔者通过文献资料和部分铁路建设工程现场调研，结合相关法规及建设环境友好型和谐铁路的有关要求，提出了目前铁路建设施工废弃泥浆处理的原则措施、实用技术及废弃泥浆处理有关设计参数或指标，仅供从事铁路建设施工废弃泥浆处理的工程设计、施工管理等技术人员参考。

2 铁路桥梁施工废弃泥浆的性质特征、产生数量和环境危害性

2.1 废弃泥浆的性质特征

采用钻孔灌注桩施工的泥浆是细黏土与液体的混合物，一般采用水(或油)、黏土(或膨润土)和添加剂(烧碱、纯碱、羧甲基纤维素、石灰、石膏、氯化钙、聚丙烯酰胺等)按适当比例配置而成，应满足密度、黏度、含沙率和胶体率等指标要求。以连续相的不同分为水基泥浆和油基泥浆，铁路桥梁钻孔施工使用的的泥浆主要是细分散水基泥浆。

铁路施工废弃泥浆具有两大性质特征，其一是:污染成分单一，处理难度小。铁路施工泥浆因配制过程中不添加有毒有害试剂，施工过程中，也不改变泥浆的理化性质，因而，施工废弃泥浆的处理主要是泥水分离，降低泥浆废水的浑浊度。铁道科学研究院在京沪高速铁路废弃泥浆处理现场试验测试结果［2］也表明:铁路废弃泥浆中污染物及含量与土壤的本底值基本一致。其二是胶体稳定性，难以自然沉淀分离。水基泥浆主要是由直径小于20 μm的超细颗粒与水组成了胶体分散体系，具有相当的稳定性，而施工产生的废泥浆胶体性质仍未改变，具有较强的稳定度，在自然状态下沉淀分离，所需的沉淀池面积大，占地多，沉淀分离周期长，后期恢复难度大。

2.2 废弃泥浆产生数量估算

废弃泥浆产生于钻孔过程和钻孔完成后，产生数量与钻孔直径、钻孔深度以及处理方式等有关，一般为成孔体积的3～5倍［1，2］，据部分铁路建设工程现场调查，铁路施工废弃泥浆产生数量大致在此范围。

2.3 废弃泥浆的环境危害性［1］

尽管铁路施工废弃泥浆污染成分单一，但若直接排放，或处置不得当会给周边环境带来较大的危害。如:废泥浆排入水体，会造成水体泥沙量增加，引发河道淤积，影响河道行洪，加重洪涝灾害;如果流入农田中或直接填埋，会对土壤的透气性等理化性质产生影响，进而影响作物生长，并且有可能造成周边地区土壤板结，使土地失去使用价值;如果排放到鱼塘等养殖场，会造成水体浑浊、缺氧，影响鱼类等的生长;如果排放到城镇环境，将影响城市环境卫生、公共设施安全及居民出行等。

2.4 铁路施工废弃泥浆处理的必要性

保护环境是铁路建设的基本方针，强化对铁路施工现场废弃泥浆处置的管理，开发应用废弃泥浆处理技术，对保护良好的生态环境，创造和谐的建设环境，建设环境友好型铁路具有重要意义。

3 废弃泥浆处理技术的实用性分析

近年来国内外对废弃泥浆处理技术、方法的研究较多，但有些处理方法不适合铁路施工废弃泥浆的处置，如:化学固化法［1，4，5］、机械浓缩、脱水处理法等较适合石油钻井废弃泥浆的处理，对铁路施工废弃泥浆的处置，成本太高，不具可行性。比较可行的且较具实用性的处置方法主要有以下几种。

3.1 土地耕作法［6，7］

土地耕作法是将废弃泥浆撒在土壤表层，用机械耕作将其混匀，利用土壤的微生物将泥浆中的有害物质吸收利用后使之降解的方法。

该处理方法的优点是如就近有土壤结构适宜、土地资源丰富的场地，经济上最省，操作方便，处理周期短。缺点是如土壤结构不适宜，或泥浆一次投放量过大，过于集中有可能会使土壤的透气性能下降，甚至造成土地板结和盐碱化。

如前所述，铁路施工废弃泥浆中，没有造成土地污染的污染物，铁路施工点多线长，土地资源丰富，多数区段适用土地耕作法。应进一步深化研究对不同土壤结构的土地废泥浆投放量，研究与草木灰等农家肥协同投放，改善土壤透气性能及土地肥力。

3.2 自然沉淀法［1］

自然沉淀法利用低洼地或简易沉淀池存放废弃泥浆，静置一段时间待泥浆沉淀后，排去上清液，施工完毕后对沉淀底泥进行填埋复垦。在环境敏感区(如水源保护区、自然保护区等)和社会关注区(城市区域、河道、农田等)施工的废弃泥浆经自然沉淀减量后，用槽车运至环卫部门指定的固体废物填埋场填埋，并交纳费用。

该处理方法的优点是简单易行、成本低廉。目前，多数铁路施工单位采用此法。但该处理方法也存在问题，如:因废泥浆仍具有胶体稳定性，依靠自然沉淀实现固液分离非常困难，所需沉淀时间长，有效容积大，临时占地面积大，期间遇到降雨等情况，易造成沉淀池内的泥浆外溢污染环境;静置期间仍需对沉淀池进行管理，采取拦挡等措施，防止人畜掉入池内;外运至固体废物填埋场运输费用巨大。

该处理方法通过优化，合理选择沉淀池位置及容积、沉淀时间、排液周期等技术参数，加强监管、及时填埋复垦，仍是当前铁路施工废弃泥浆处置的实用技术。

3.3 化学絮凝沉淀法［3，8］

为克服自然沉淀法的缺点，缩短废泥浆处理周期，减少临时占地面积，通过向泥浆中加入絮凝剂，破坏泥浆体系的化学稳定性，使水与固相颗粒快速分离。上清液排除使废弃泥浆减量、干化，便于清运或就地填埋、复垦。这就是化学絮凝沉淀法。

该方法的优点是废泥浆处理周期短，临时占地省，分离后的底泥含水率低。缺点是操作较麻烦，处理成本较高，絮凝剂的选用及投量要求高，既要保证沉淀效率高，又要保证絮凝剂无毒或低毒性，沉淀底泥对土壤不会造成污染。

该处理方法适合于环境敏感区(如水源保护区、自然保护区等)和社会关注度高的区域(如城镇)，或可利用的土地资源紧张的铁路施工现场，该处理方法在铁路施工中有试验应用，通过优化设计，合理选择絮凝剂，合理确定投加量、投加方式、沉淀池容积、沉淀时间、排液周期等技术参数，加强监管、及时填埋复垦，也是当前铁路施工废泥浆处置可选用的技术。

4 铁路桥梁施工废弃泥浆处理的一般原则及技术要点

铁路桥梁施工废弃泥浆处理应首先做到技术有效，达到保护环境的目的，其次，要做到简便易行，经济适宜。

4.1 一般原则

铁路钻孔桩基施工废弃泥浆处理应遵照以下基本原则:

(1)钻孔施工应优先采用泥浆循环利用工艺，减少钻屑、废泥浆体积;

(2)应根据施工现场的环境要求、地形、水文、土壤条件等相关情况，合理选择废泥浆储存池、沉淀池的位置，裂隙、溶洞发育地带应采取防渗漏、防流失措施，避开冲沟等;

(3)合理确定废泥浆储存池、沉淀池的容积，确保所有的废弃泥浆被收集起来，避免直接排入环境中;

(4)废弃泥浆处理方法宜根据施工现场的环境敏感性及其要求、水文、气象、土壤条件及废弃泥浆产量等因素确定。

4.2 铁路钻孔桩基施工废弃泥浆处理技术选用

铁路桥梁钻孔桩基施工废弃泥浆处理技术选用可参考下列建议:

(1)对于就近有土壤结构适宜、土地资源丰富的场地，在充分论证的情况下，可采用土地耕作法;

(2)对于一般地区，可优先采用自然沉淀法。即利用低洼地或简易沉淀池存放废弃泥浆，经自然沉淀后，排除上清液，施工完毕后对沉淀底泥进行填埋复垦;

(3)对于特殊区域，如水源保护区、自然保护区等环境敏感区和城市区域等社会关注区，废弃泥浆量较大，土地资源紧张时可采用化学絮凝沉淀法，经化学絮凝沉淀，达到有效浓缩减量后，再进行后续处理;

(4)项目环境影响评价报告或地方环保、环卫部门提出特殊要求时，可按要求用槽车将浓缩减量后的废弃泥浆运至地方环卫部门指定的固体废物填埋场填埋。

4.3 相关设计参数及指标选用

铁路桥梁钻孔桩基施工废弃泥浆处理可参考选用如下相关设计参数及指标。

(1)自然沉淀法:储泥池宜与沉淀池分开并联设置，储泥池溢流进入沉淀池，储泥池的容积按泥浆循环利用工艺的需要设置，容积可按成孔体积的1～2倍估算，沉淀池的容积按成孔体积的2～3倍估算，有效深度不宜大于3.0 m，超高不宜小于0.5 m。储泥池兼作沉淀池时，容积按成孔体积的3～5倍估算。因泥浆本身就是防渗材料，池底不需作防渗处理。

(2)化学絮凝沉淀法:施工完毕一次性处理时，储泥池可兼作沉淀池，容积按成孔体积的3～5倍估算，有效深度不宜大于3.5 m，超高不宜小于0.5 m。施工过程即时处理时，储泥池应与沉淀池分开设置，沉淀池容积按成孔体积的1～2倍估算，有效深度可大于3.0 m，超高不宜小于0.5 m;

絮凝剂可采用阴离子聚丙烯酰胺，加药量应根据絮凝试验确定;宜采用机械搅拌，GT值控制在1 700～2 000为宜。浓缩减量后底泥容积应不大于处理前总体积的45%。及时覆土填埋底泥，并应分层填埋，每层填埋厚度不大于1 m，下层填粗颗粒骨料，上层填耕植土，留超高0.3 m以上。

(3)土壤耕作法:采用该法处置施工废泥浆时，应根据土壤结构特性，经充分论证、试验，确定土壤表面的废泥浆均匀投放量、翻耕深度等参数，可研究与草木灰等农家肥协同投放，改善土壤透气性能，增加土地肥力等措施。

5 废弃泥浆处理研究探讨方向及建议

铁路桥梁钻孔桩基施工废弃泥浆是一种低危害性的有较好防渗、固沙功能的材料，如能变废为宝，合理利用，将是一种好的处置途径，如:利用废弃泥浆较好的防渗、粘滞固沙功能，将废泥浆撒在沙化土地、铁路路基风沙路段边坡表层，有助于地表“结皮”的形成或增加地表“结皮”的坚固性，从而起到防风固沙、水土保持的作用。建议下一步对铁路施工废弃泥浆用于荒漠化、沙化土地治理等及用于铁路路基风沙路段边坡防护、水土保持工程等方面深化研究探讨。

6 结语

铁路桥梁钻孔桩基施工废弃泥浆的无害化处理是保护环境，依法合规建设环境友好型和谐铁路的基本要求，提出了目前铁路建设施工废弃泥浆处理及优化的基本原则、实用技术及废弃泥浆处理可供参考的设计参数或指标，提出了今后铁路建设施工废弃泥浆处理研究方向和建议，以期对铁路建设施工废弃泥浆处理的工程设计、施工管理及后续研究有所助益。

［1］席社，栗键，邢军朝，等.铁路钻孔桩基施工废泥浆处理方案研究报告［R］.北京:中铁工程设计咨询集团有限公司，北京:2011.

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