钻孔灌注桩泥浆固化填料化利用技术研究

2022-01-25叶会峰钱海磊施涵译陆俊杰于志权中国二十二冶集团有限公司华东分公司上海200120

建筑科技 2021年4期

叶会峰，王明，钱海磊，施涵译，陆俊杰，汪恒，于志权（中国二十二冶集团有限公司华东分公司，上海 200120）

钻孔灌注桩所排出的泥浆是道路工程所使用的废弃土来源之一，目前对这些泥浆通常是就地征收做堆放处理，作自然蒸干。但因为贮存泥浆的泥浆池面积较大，同时泥浆具有良好的保水性，因此实际处理过程中经常会出现表层水分蒸发龟裂，但下部含水量依然较高的情况，这一定程度上加大了后续运输费用和管理风险[1]。近年来采用固化方法处理废弃土得到了越来越广泛的应用，不仅可以实现资源的可持续利用，而且可以最大限度减少宕渣等路基填料的消耗量，有良好的应用市场。因此，为进一步推动固化方法在钻孔灌注桩泥浆处理中的应用力度，对钻孔灌注桩泥浆固化填料化利用技术作系统的分析探讨十分必要。

1 固化处理技术在钻孔灌注桩泥浆中的应用现状

近年来随着国家对开山采石的限制，宕渣填料的开采量大大减少，导致路基填料出现了供不应求的情况。这也让工程废弃土的利用得到了重视。固化方法是经常被用来处理废弃土的技术，通过固化方式处理所得到的路基填料具有良好的力学性能。比如通过粉煤灰处理膨胀土，可以最大限度减小黏粒的数量；再比如通过应用粒化高炉矿渣粉处理硫酸盐污染的石灰土，可以起到良好的抑制作用。为了更好地满足废弃土的资源化利用，越来越多的施工企业开始通过各种技术开展废弃土的固化处理，一些经过改良的土体可以代替砂石和土料，应用到道路工程和堤防加固工程中，以充当道路基底基层填筑材料最为常见。钻孔灌注桩所排出的泥浆有较高的含水率，如何对其进行固化处理存在较大的难度。传统的施工采用挖机和路拌机对废弃泥浆进行拌合处理，无论是均匀度还是施工效率均不高，对于含水量高的废弃泥浆拌合设备无法直接操作，实际开展效率与质量不高[2]。近年来所使用的一系列改良措施可以最大限度增强废弃泥浆的力学性质，比如通过应用就地泥浆固化设备可以有效克服传统处理方式的缺陷，不仅可以节约堆土和泥浆池所占用的土地，而且可以减少对生态环境的污染，实现了废弃泥浆的二次利用，有良好的应用效果。

2 确定泥浆土样固化配合比

本次试验所使用的废弃泥浆由网营物联仓储物流项目工程提供，所选废弃泥浆均来自泥浆池水面以下 20 cm 位置，泥浆沉淀池表面水膜的厚度达到 3～6 cm。废弃泥浆含有少量的细砂，颜色为黄色，呈流动状态。具体的物理性质为：自然含水率达到 110%～130%；天然密度达到1.44 g/cm3；土料相对密度达到 1.556 g/cm3；最优含水率达到 17.33%；最大干密度达到 1.66 g/cm3。通过对废弃泥浆固化性质进行研究，最终决定将现场施工的泥浆土样固化配合比设定为水泥 6%，粉煤灰 5%。

3 废弃泥浆固化处理要点

本次现场施工针对路堤 120 cm 高度开展，由施工人员预先对原有地面进行处理，试验所选用的废弃泥浆土样均由钻孔灌注桩排出，试验段落桩号 A2-251 至 A2-332，泥浆池的长度为 25 m，宽度为 12 m，深度为 2.2～3.1 m。在施工前除了做好常规的准备工作外，还针对固化处理的相关规范要求预先准备好水泥、粉煤灰等固化剂及泥浆固化设备的准备工作。根据本次固化处理的方案设计，预先设置好拌合机械进出场便道，并在机械不远处准备好水泥罐和粉煤灰罐。除此之外，在水泥罐和输送平台均设置了 12 m×8 m 的场地，确保可以承担水泥罐与后台输料设备。所准备的设备主要包括填筑和拌合所需要的机具、装载机、压路机、平地机、推土机、运输车辆等相关机械设备，提前根据所设计的泥浆土样固化配合比，开展拌合机的标定和调试工作。

本次试验泥浆池的深度达到 2.3～3.1 m，由技术人员通过设备搅拌头使用挂线画出 3 m×5 m 的网格。本次搅拌机械主要采用单点打设，每一个点的打设范围控制在 1.0 m×1.5 m，进而对每一个打设点的水泥和粉煤灰用量进行计算，通过固化剂自动定量供料系统预先设定好水泥和粉煤灰的用量。选用边伸入边搅拌的方式开展固化剂的拌喷，待达到设计深度后缓慢上提并继续搅拌固化剂，确保搅拌均匀。为了防止出现漏搅的情况，需要在各个区块之间设置搭接宽度，搭接宽度控制在 10 cm 以上，待每一个网格拌合结束后再继续进行整体的拌合工作。实际操作时先将泥浆池带有承载能力的地面作为打设平台，而后严格按照预先制定的施工方案沿着泥浆池外圈开展打设工作，整平分区块内的泥浆，确保改良后的泥浆各项力学性质达到要求后即可以铺设钢板，钢板的长度与宽度均控制为 5 m。最后将搅拌设备放置于已经固化完成的分区块上方，作为固化平台，逐一推进施工，完成整个废弃泥浆的固化处理工作。

待所有的废弃泥浆固化处理工作完成后，需要置放到泥浆池中养护 28 d，而后挖出堆放至事先准备好的场地，准备随时开展填筑工作。填筑碾压过程中，施工人员要严格按照相关的路基规范标准开展碾压工作，质量监督小组及时对碾压后的路基压实度与路面弯沉进行检测，一旦发现检测质量与设计要求不相符合，立即组织人员对路基质量问题进行分析，并作针对性的处理。将施工现场已经处理完成的废弃泥浆放置到泥浆池进行养护，养护时间分为 1 d、3 d、7 d，养护结束后取出泥浆土样，测量击实特性，与原装泥浆进行比对。测量养护 3 d、7 d、14 d、28 d 的泥浆改良土承载比，同时对泥浆 1 d、3 d、7 d 的含水量变化进行检测比较，以此更加合理的控制填筑时间。

4 废弃泥浆经固化处理后的相关指标分析

4.1 击实特性结果分析

本次试验所采用的击实功均相同，对原状泥浆和闷料在 3 d、14 d、28 d 的固化泥浆击实特性分别作了测量对比。研究结果显示，处理后的泥浆与未处理的泥浆相比，存在较大的差异，其中处理后的泥浆最优含水率明显增大，而最大干密度则减少。更为重要的一点是，在固化操作初期，泥浆处理的最优含水率出现了大幅度的增大，而最大干密度也出现了较大程度的减小，分析原因可能是泥浆的最大干密度与固化剂密度之间并不存在密切的关系，待加入固化剂后泥浆会与土体发生一系列的反应，尤其是土体级配和土颗粒之间的间隙发生了变化，继而对最大干密度产生了影响。另外，固化剂在土体中所发生的一系列反应均需要有水的参与，因而最优含水率会出现明显的增加。当固化剂在土体中所发生的物理反应越充分，活性减弱时，会生成越来越多的水化产物和聚合物，最终导致最大干密度可以随着闷料天数的增加而不断增大。在闷料 3 d时最大干密度可以达到 1.35 g/cm3，到 28 d 时可以增大至1.55 g/cm3，最优含水率呈减小趋势。具体的比较数据如表1 所示。

表1 击实特性结果比较

4.2 含水率试验结果分析

通过对不同闷料天数的泥浆改良土含水率进行测定后发现，固化后的泥浆含水率在初拌与结束时含水率发生了较大的变化，初拌的含水率为 120%，结束时的含水率降低至 84.7%。当闷料天数达到 28 d 时，含水率的下降程度更大，降低至 20.8%，此时可以从泥浆池中将改良土挖出，用于填筑碾压施工。

4.3 泥浆改良土承载比试验结果分析

承载比是用来衡量路基填料的常用指标，本次试验所获得的泥浆改良土均用于路床的填筑施工，需要确保承载比≥ 4%。通过对泥浆改良土的承载比进行测定，发现泥浆改良土的承载比会随着闷料天数的延长而不断增长，在闷料开展到第 7 d 时泥浆改良土的承载比已经满足≥ 4%的质量需求，但此时泥浆改良土的含水率只达到 58.7%，与最优含水率还有一定的差异，因而并不能将承载比作为路基填筑的唯一指标，这一点需要特别注意。

4.4 路基段检测数据分析

待完成拌合闷料工作后，由施工人员将已经完成的改良泥浆土体运输至施工现场开展填筑碾压工作，填筑碾压工作结束后组织技术人员对路基段的压实密度和弯沉两项指标进行测定。结果显示，A2-266、A2-275、A2-288、A2-294 四个桩号的路基压实度均满足一级公路堤压实度≥ 93% 的规定，因而本次检测路段的路基压实度满足规范要求，具体的测定数据如表 2 所示。

表2 路基段检测数据单位：%

4.5 注意事项

总的来说，在利用固化技术开展钻孔灌注桩废弃泥浆处理时，需要重点注意以下几点：①通过本次试验结果可以看出，固化后的废弃泥浆最优含水率可以得到明显的增加，最大干密度减小，随着闷料天数的增加，最优含水率会出现减小趋势，而最大干密度则可以呈增大趋势。由此可以得出，最大干密度的影响因素主要是土体间所发生的化学反应。②随着闷料天数的增加，泥浆改良土的含水率会发生较大的变化，具体表现为含水率减小，当闷料时间达到 28 d 时即可以将泥浆涂料挖出使用。③施工过程中不能将承载比作为是否可以填筑碾压的评定指标之一，应该在承载比的基础上对含水率变化进行考虑，最优含水率附近的泥浆土样可以实现最大的压实度，对提升填筑碾压质量具有十分重要的意义[3]。