钻孔灌注桩泥水分离技术的应用

郑 超 王健青 李奉南 吴恒博

中建八局第三建设有限公司 江苏 南京 210046

1 废弃泥浆处理的必要性

在基础工程施工过程中会产生大量泥浆，若处理方法不当，会产生很大的负面影响。泥浆中含有大量水，若不进行回收处理，会浪费大量水资源，未经处理的泥浆流入河流，会污染地表、地下水或损坏市政设施。目前苏州航运管控力度加强，航道运输泥浆困难。车运方式受交管部门限制，车流高峰期基本无法满足泥浆外运需求。若采取适当的处理措施，分离出的水分和回收的干泥浆可以循环使用，对节约水资源、减少环境污染、节约成本并提高施工效率具有重要意义。因此，采取有效的泥浆固化措施是非常有必要的[1-5]。

2 工程概况

2.1 工程建设概况

苏州大学附属第一医院总院二期工程位于苏州市姑苏区，东起于齐溪街，西止于江莲路，平海路（锦莲河）以南，平泷路以北。本工程分为东区和西区，中间为在运营的苏州大学附属第一医院一期。本工程桩基主要为钻孔灌注桩，桩径多为700 mm，桩长多为41.5 m，总计4 468根。

2.2 钻孔灌注桩施工难点

工期紧张，场地拥挤。东区桩基施工工期149 d，西区桩基施工工期60 d，在此时间内完成4 668根钻孔灌注桩的同时，现场还要安排双轴搅拌桩、三轴搅拌桩、高压旋喷桩、拉森钢板桩的施工。周转空间狭小，协调困难。

废弃泥浆的产量很大，处理困难，且当地降雨频繁，地下水位较高，泥浆含水量普遍偏大。

工程现场位于苏州市姑苏区中心，邻近河流和苏州大学附属第一医院一期，对环境保护要求极高，泥浆处理不当会导致难以挽回的污染。

3 传统的泥浆处理方式

传统的泥浆处理方式大致分为以下2种：第1种为运输出场后在指定的地点排放、堆积，自然静置干化处理。这种方法对环境破坏最大。第2种方法可以将废弃泥浆注入特定地层中，但要注意避免对土层和地下水的污染，而且泥浆中有害物质的降解仍需很长时间，成本偏高。除此之外，传统泥浆处理方式采用车运或船运，还会受到交管、航运限制。传统泥浆处理方式没有从根本上解决泥浆污染问题，只是对污染进行了转移，且受到诸多因素的限制，明显无法达到理想效果。

采取大方量泥浆外运的处理办法难以达到理想效果，因此施工现场为防止泥浆池外溢，经常采取增设泥浆池、外扩泥浆池、加高泥浆池围坝等临时措施。这类方法会增加施工措施费用，且一旦泥浆池外溢，泥浆流入施工场地，处理难度大，费用高，且易产生窝工现象，影响工期，增加成本。

这些原始、低效率的处理方法，远远不能满足日益增长的泥浆处理需要，并且政府管控和环保要求越来越严格，泥浆处置成本将进一步上升，成为困扰工程正常施工的难题。因此寻找新的泥浆处理方式，立足长远，成为现实的需要。

4 泥水分离和泥浆再利用

4.1 建筑泥浆的特点

泥浆是一种水中含有一定量的微细泥颗粒的悬浮液体，一般有如下特性：

1）外观呈土黄色，均匀有黏性，长时间静止不分层；相对密度为1.20～1.46（其中黄砂相对密度1.6），含泥量20%～30%，pH为6～7。

2）建筑泥浆的组成成分以无机物为主，主要包括水分、黏性土颗粒、粉砂等，其化学成分有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等矿物质，还有少量氮、磷的化合物和有机化合物以及重金属。其主要特征表现在：无机物含量大，成分较为固定，含水率低，相对密度较市政污泥大，快速沉淀困难；建筑泥浆中含有的固体颗粒粒径较小，外观一般呈黏稠流体或半流体状态，色度大，颗粒细小，级配差，形成的胶体稳定性较好，难以自然沉淀分离；建筑废弃泥浆的化学成分与土壤类似，若处理不当，形成的溶胶悬浮体混合液将对环境造成威胁。

4.2 泥浆压滤分离技术

4.2.1 压滤机的组成结构

泥浆压滤设备主要由主机部分（机架部分、滤室部分）、滤板移动装置、液压部分及电气控制部分组成。结构组成如图1所示。

图1 压滤机结构组成简图

机架系统是机构的主体受力结构，包括油缸、主梁、压紧板等，需较高的强度和韧性以满足受力要求。滤室部分是主要功能部分，由耐磨性好的钢制滤板和透水性好的滤布组成，泥浆在其中被压榨，水通过水嘴和滤布流出，泥饼留在滤板之间。滤板移动装置与液压部分相配合，为滤板压榨泥浆提供压力，并实现滤板在导轨中的自由移动。压滤机液压电气控制部分如图2所示，施工现场照片如图3所示。

图2 压滤机液压电气控制部分

图3 现场照片

4.2.2 压滤机的工作原理

压滤分离原理为先用滤布进行过滤，再物理挤压。

废弃泥浆集中注入废浆池后，将需处理的废弃泥浆从废浆池通过管道泵送至储浆桶，在储浆桶中加添加絮凝剂并充分搅拌，进行絮凝处理。絮凝处理后泥浆经进料孔进入滤室内，准备进行压滤处理。

液压缸活塞压紧滤板，将几十对滤板夹在止推板和压紧板之间，滤板之间是承受压力的泥浆。使用液压缸活塞持续加压，达到液压工作压力后持续进行压滤作业，此时泥浆中的水可以从滤布中流下，滤布和滤板中的泥浆含水量不断下降。

压滤过程中，止推板及压紧板上部左右两孔可注入洗涤水冲洗滤渣，并吹入压缩气体吹干滤饼，进一步减少泥饼的含水率。滤板下方左右两孔为滤液排出孔，下侧面装有旋塞，将滤液输出至储液盘，后经清水管进入清水池。

压滤作业完成后，拉板小车逐个拉开滤板，使每对滤板之间形成的干泥饼逐个落入下部的干泥堆或皮带输送机，经小推车或皮带传送落入尾部渣土坑。往复循环此过程。滤板及滤室如图4所示，压滤得到的干泥饼如图5所示，压滤分离泥水循环的建立如图6所示。

图4 滤板及滤室

图5 压滤得到的干泥饼

图6 压滤分离泥水循环的建立

4.2.3 压滤分离的特点

泥浆的压滤无需对泥浆进行过多预处理，特别是无需进行耗时长、占用场地大的沉淀工序，可以随时开始或结束对泥浆的处理，处理时间灵活，而且处理效率较高。传统的处理方式需要经过几天的沉淀预处理，在占地面积和处理成本上均不如进行压滤分离的方法。

本做法所需机械设备在市场上有成熟的供应和维护渠道，设备整合为一体，自动化程度很高，只需几人即可对整套机械进行操作，节省了人力资源，而且为现场管理减轻了负担。压滤分离所得的水和干泥饼均可重复利用，可实现变废为宝的目标。结合以上原因，本工程最终选用了泥浆压滤分离技术。

4.3 泥浆离心分离技术

4.3.1 离心分离工艺的组成结构

整套处理流程需经过振动筛、中转箱、离心设备等。

振动筛对泥浆进行初步处理，对待处理的泥浆进行初步筛分，去除较大的砂性颗粒。中转箱用于混合絮凝剂和废泥浆，离心设备可实现泥水的最终分离。

4.3.2 离心分离的原理

本离心分离技术需要经过振动、絮凝和离心3个步骤分别去除较大、较小的砂砾和细小的黏粒。

待处理的废弃泥浆经振动筛去除颗粒较大的砂性颗粒，去除大颗粒之后的泥浆可以重新用于灌注桩施工，也可以进行下一步处理工序，将其注入中转箱中，加入絮凝剂，使泥浆中细小的砂粒絮凝，最后利用离心设备分离出泥浆的黏性细颗粒，实现泥水分离的效果。离心分离泥水循环的建立见图7。

图7 离心分离泥水循环的建立

4.3.3 离心分离的特点

本技术可以针对性地分离出泥浆中不同性质的土粒，初步振动筛分可以分离出较大的砂粒，絮凝处理可以分离出较细小的砂粒，离心设备可以分离出较小的黏性颗粒。可实现对不同类型土的分类回收利用，这是其他分离方式不具有的。但是离心分离所需设备整体性差，需分别进行安装，再通过管道相互连接，不便于维护和实际操作。

由于离心分离设备操作烦琐，人力、设备、时间和能源成本偏高，且本工程无需对干泥进行分类回收，所以其复杂的分离工序对本工程意义不大，并未采用。

4.4 泥浆再利用

对于分离出的泥，可根据泥的性质，用于地基土的回填、建筑材料的加工原材或经进一步处理后用于市政绿化用土，节约了施工现场的部分工作面和土方运输成本。

4.5 水的再利用

压滤之后即可以得到泥浆中的水，泥浆压滤分离步骤的泥水分离度非常高，分离出的水也可以导入清水池中待用。但由于回收得到的清水池中的水仍含有大量絮凝剂，所以也可将其用于稀释待处理的泥浆，可以节约絮凝剂的用量，进一步节约成本。

5 绿色施工的控制措施

本工程采取的泥浆压滤分离技术相比传统方法，在降低成本和环境保护上具有明显优势，随着绿色施工的要求越来越高，本文所述方法相对较好。

钻孔灌注桩施工过程中，为达到绿色施工的标准，施工单位应采取细致严格的管理，并采取相应技术措施。施工中所有的水资源，应通过相应的处理措施实现循环使用，并对废水和循环水的水质做简单处理。施工中的固体废料应统一堆放，泥饼应确保回收利用，不得随意丢弃。所用机械设备应做好扬尘控制，尽量减少大气污染和噪声污染。

建立与工程体量相匹配的泥水循环系统，是在实现绿色施工的同时保证经济效益的关键。

6 结语

本工程利用泥浆压滤分离技术对钻孔灌注桩施工过程中产生的废弃泥浆进行处理，避免了传统处理方法容易造成污染、成本高、耗时长等缺点，实现了泥水分离和泥水循环，为未来类似的施工积累了重要经验，经总结，得出如下结论：

1）灌注桩由于泥浆护壁的工艺需求，会产生大量废弃泥浆，未经处理的泥浆容易对环境造成污染，且有损施工形象。本技术用成熟的泥浆压滤机，将废弃泥浆分离为较为纯净的工程用水和含水率较低的泥饼。所分离出的水质完全满足施工要求，且可以节约很多水资源。干泥饼力学性能较为良好，用作地基填土或其他建筑材料，可实现废物利用，经济效益明显，且意义重大。

2）泥浆压滤分离技术在市场上已经有了较为成熟的技术和设备，且集成化、自动化程度较高，能满足施工现场安装部署快、移动方便、便于维护和操作简单等要求，应总结为成熟的施工范例加以推广。

3）现阶段，我国在确保施工质量的同时，大力推广绿色施工的理念。桩基工程废弃泥浆的泥水分离和泥水循环技术已经得到了广泛应用，这一技术对经济效益有明显促进作用，且与绿色施工理念相契合，但这并不是最好的方法，技术的进一步完善与发展不会终止。施工单位应继续探索废弃泥浆的处理措施，新工艺的探索与实践是土建行业发展的最大动力。