固化法处理建筑泥浆池的试验研究

魏雁冰，陈向良，范明桥，徐锴，张中流

固化法处理建筑泥浆池的试验研究

魏雁冰1，2，陈向良3，范明桥1，徐锴1，张中流1

（1.南京水利科学研究院，江苏南京210029；2.安徽省水利水电勘测设计院，安徽合肥230088；3.厦门合诚工程检测有限公司，福建厦门361009）

化学固化法是处理废弃泥浆的一种常用方法。文章通过室内固化剂配合比试验，以期找到经济适用的最佳固化剂配比和用量。引进芬兰固化设备进行现场试验，将试验区分为全深度处理和部分深度处理2个分区。检测结果表明，处理后的建筑泥浆地基承载力完全满足设计要求，且全深度处理的效果较优。

废弃泥浆；固化剂；地基承载力

0　引言

钻孔灌注桩是建筑、水利、交通等工程建设领域常用的基础工程加固方法，而钻孔泥浆用量一般为成孔体积的3~5倍[1]，因此施工过程中必然会产生大量废弃泥浆。这些泥浆常采用管道输送或罐车运输集中倾倒至空地贮存，按沉淀池方式处理。近年来，城市建设用地日益紧张，这些泥浆池占用了大量的土地资源，处理效率较低，易引起环境问题，且因防护不当而造成人畜陷入丧生的事件也时有发生。因此，废弃泥浆的处理一直是工程建设领域研究的热点。

近年来，废弃建筑泥浆的处理多采用化学絮凝固液分离处理法[2-5]和化学固化处理法[6-8]等。但是含水率在75%~85%左右，固含量在15%~ 25%左右，比重较市政污泥大，一般在1.2～1.46之间[9]，因此沉淀困难，需要絮凝剂量大且一般的絮凝剂对其絮凝效果不明显；传统的化学固化法多是在废泥浆池内撒布固化剂，采用挖掘机进行翻动搅拌，使泥浆体系基本失去流动性，但是挖掘机难以搅拌均匀，且露天施工，现场粉尘污染严重。此外，废弃泥浆池处理中，往往只是强调水土分离，而对土地资源的利用考虑不够。前人多在絮凝剂的选择及不同配比上研究泥浆的脱水作用，而对泥浆池处理后的地基承载力研究较少。因此，废弃泥浆处理技术急需发展新技术。本文采用引进芬兰ALLU公司最新研制的固化设备处理废弃浆池，进行室内固化剂的试配、试验区施工及效果检测等工作。该方法能够根据不同的需求适时调整固化剂配合比，施工中粉尘污染小，施工后地基承载力提高显著，是一种切实可行的化学固化处理泥浆池的新方法，具有很好的推广价值。

1　场地概况

某经济开发区由生态休闲区、城市中心区、启动区块、环湖景观带等区块组成，规划控制面积85 km2。近年来随着开发区基本设施建设的逐步推进，产生了大量的建筑废弃泥浆，这些泥浆由管道输送和罐车外运集中贮存在待开发的郊区洼地中，形成了数个深度约为1.5~2.5 m的泥浆池。泥浆池经过长期晾晒，表面失水，形成了约10 cm厚的硬壳层，表面长满小芦苇等灌木植物，植物平均高度达2m左右。

1.1泥浆土基本性质

本试验选定拟建体育馆附近1 000 m2的泥浆池作为现场试验区，规划中试验区为地面停车场。通过对试验场区泥浆池浅层开挖的初步踏勘，发现泥浆沉积土为灰黄~灰黑色，饱和，可见分布全区植物根系，地下水位约为地表下0.5m。试验区泥浆深度约为1.5~4 m，虽经长期晾晒，但场地硬壳层厚度只有10 cm，不能满足人员及机械施工承载力需求。其天然含水率大于液限含水率，由现场十字板剪切试验得到的不排水强度极低，泥浆范围内均小于4 kPa。颗粒分析试验结果表明该泥浆土粒径小于0.075 mm的黏粒含量为87.3%，其中粒径小于0.005 mm的黏粒含量为43.4%，基本的物理力学指标如表1。

表1　处理前泥浆土物理力学性指标Table 1 Physical and mechanical properties of slurry before treatment

1.2固化剂室内配合比试验

水泥、粉煤灰、石灰等是常用的固化材料。本文主要选用硅酸盐水泥和粉煤灰两种材料。室内配比实验通过选择不同掺量不同种类的固化剂进行无侧限抗压强度试验，研究不同固化剂混合及配比对固化土强度的影响，通过试样的养护时间研究固化土的前期强度和后期强度变化。

无侧限抗压试验中采用的试样为直径39.1 mm、高度80 mm的圆柱体，所有试验的压实度均认为已经达到最大压实度。固化剂百分比根据湿土质量计算。

首先考虑不同水泥掺量对固化土强度的影响，由图1可知，随着水泥掺量的增加，固化土强度呈指数形式增长，即水泥掺量越多，强度越高，两者呈正相关的关系。

考虑到经济性，选用在水泥掺量为4%的前提下，通过掺加不同含量的粉煤灰，寻找既经济又实用的固化剂配合比。由图2所示，随着粉煤灰掺量的增加，固化土强度先增加后降低，当粉煤灰掺量为4%时，强度最高。

图1　固化土强度随着水泥掺量的变化规律Fig.1 The strength of solidified soil with variation of cement quantity

图2　水泥4%下固化土强度随粉煤灰掺量规律Fig.2 The strength of solidified soil cement 4%changes with the amount of fly ash

2　现场施工工艺

2.1试验区划分

试验区为矩形，面积为40m×25m=1 000m2，分两大块进行处理：部分深度处理的分区A和全深度处理的分区B。设计承载力要求为50 kPa和80 kPa，根据室内固化剂配合比试验结果，选择以水泥和粉煤灰为主要成分的固化剂，施工中两者掺量同为4%。各分区处理形式、承载力要求、泥浆深度以及处理量如表2所示。

表2　设计资料Table 2 The design data

2.2施工过程

施工前先清除泥浆池表层杂草，根据前期设计划定各个分区，用白灰线在场地中划出5 m× 2.5m矩形小网格，以便于施工。准备施工所需的固化剂，将固化材料供给系统及发电设备组装，将ALLU搅拌头与挖掘机连接，连通固化剂输送管道，做好正式施工前的准备工作。

待固化材料供给系统调试完毕后，开始施工，具体施工步骤为：单点打设→小块搅拌→初步整平，即先在每个小网格打设10个点，使固化剂均匀进入不同深度的泥浆土中；进行充分搅拌，利用ALLU搅拌头的优良搅拌性能使固化剂与泥浆土充分拌合均匀；最后对场地进行初步整平，如图3。依次进行下一个网格的施工。挖掘机的可作业区域施工完毕后，在该区域上铺设铁板，作为打设下一区域时挖掘机的支撑平台，同时对该区域也起到了预压作用。整个场地施工完毕后，待浅层土强度初步提高后，利用挖掘机进行场地平整及碾压。为提高处理效果，施工结束后亦可设置排水沟及铺塑料薄膜等进行养护。

图3　施工步骤Fig.3 The construction procedure

3　处理效果检测

施工28 d后，在场地内做原位十字板试验、平板载荷试验，同时用钻机取样，进行固化泥浆土的室内实验。

3.1原位十字板检测

如图4，各分区的十字板剪切强度均有显著提高，处理前不同深度泥浆土十字板剪切强度均小于4 kPa，处理后无论是A区还是B区，在处理深度范围内，固化泥浆土的十字板强度均达到160 kPa以上。但是B区的十字板剪切强度高于A区，这是因为B区为全深度处理，处理深度较深。图4中A区1.5 m以下及B区2.5m以下抗剪强度较小，这主要是因为没有处理到这个深度的缘故。

图4　处理后十字板剪切强度Fig.4 Vane-shear strength after treatment

3.2平板载荷试验

使用边长为0.5 m的正方形钢板，根据平板载荷试验结果，按照规范[10]确定各分区的地基承载力特征值，分别是A区240 kPa、B区280 kPa，同样是全深度处理的B区处理效果最优。但是A区的地基承载力也已经远超过一般建设用地50 kPa的要求。

3.3取样室内试验

为进一步检测泥浆池的处理效果，处理后各分区还进行了取样室内试验。室内试验结果如表3所示。

表3　处理后泥浆土物理力学性指标Table 3 Physical and mechanical properties of slurry after treatment

从室内试验结果看，经处理后泥浆土的含水率均有较大幅度降低，从65%以上普遍降低到40%左右，无侧限抗压强度提高显著。从室内试验看，分区A和分区B无论是含水率还是无侧限抗压强度均接近，这是由于取样深度为1.5 m，均在各分区的处理深度内。

综合以上结果发现，无论是原位试验还是室内试验，检测结果均表明该固化方法能够显著提高地基承载力。

4　结语

1）运用引进芬兰ALLU公司的固化设备，提出了一种就地固化处理泥浆池以提高地基承载力的新方法。

2）处理效果表明，各分区处理后地基承载力提高显著，均超过了一般公路地基承载力要求，且全深度处理的B区高于部分深度处理的A区。今后大面积处理可通过优化固化剂配比及掺量，进一步降低处理造价。

3）1 000 m2试验区处理时间为12 d（包括设备安装及拆卸时间），经估算，泥浆土处理费用约62元/m3。若大面积处理，效率和造价会更趋于理想。因此，该法适合于在类似的泥浆池处理工程中进一步推广。

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[10]GB 50021—2001，岩土工程勘察规范[S]. GB 50021—2001，Code for investigation of geotechnical engineering[S].

Experimental study on construction waste slurry treatment by chemical curing method

WEI Yan-bing1,2,CHENXiang-liang3,FANMing-qiao1,XUKai1,ZHANGZhong-liu1
（1.Nanjing Hydraulic Research Institute,Nanjing,Jiangsu 210029,China; 2.AnhuiSurvey and Design Institute ofWater Conservancy and Hydropower,Hefei,Anhui230088,China; 3.Xiamen Hecheng Engineering Testing Co.,Ltd.,Xiamen,Fujian 361009,China）

Chemical curingmethod is a commonmethod for treating construction waste slurry.Through the laboratory curing agentmix ratio test,in order to find the best curing agent ratio and dosage.And the field test is carried out by using the curing equipmentof Finland,the test is divided into two zones,which are full depth treatmentand shallow treatment.The test results show that the bearing capacity of the foundation of the construction waste slurry pool is completely satisfied with the design requirements,and the full depth treatment isbetter.

waste slurry;hardener;bearing capacity of foundation

U655.54；TU472.99；TU753.3

A

2095-7874（2016）04-0026-04

10.7640/zggw js201604007

2015-11-06

2015-12-22

水利部公益性行业科研专项经费项目资助（201401006）

魏雁冰（1987—），男，河南许昌人，硕士研究生，岩土工程专业，主要从事地基处理等方面的研究工作。E-mail：weiyanbing305@126.com