长沙机场GTC项目大面积裸土快速抑尘绿色施工技术*
2022-08-29朱正荣陈镜丞杨益文范俊洋
朱正荣，程 林，陈镜丞，杨益文，范俊洋
(1.长沙市建设工程质量安全监督站，湖南 长沙 410016；2.中建五局第三建设有限公司，湖南 长沙 410114)
0 引言
随着我国经济和人民需求的日益发展，建筑物规模越来越大，施工占地面积越来越广阔，不可避免地对周围生态环境造成一定影响。其中，地面扬尘是一种常见又顽固的环境污染问题，严重影响了周边空气和人民生活质量，这也与现行的发展环保理念不符[1]。为此，对施工现场扬尘进行有效治理受到技术人员及科研人员的广泛关注。
研究表明，粉尘土体的临界起动风速与土体含水率密切相关，含水率越大土体的临界启动风速越大，土体扬尘的可能性越低[2]。因此，通过洒水增大裸土表面粉尘的含水率，使其具有一定的水化膜以增大土颗粒间的胶结力，从而抵抗外部风力的作用，实现抑尘效果[3]。然而，随着技术的发展，洒水抑尘的缺点也逐渐暴露：①提高土体含水率需大量水资源，在缺水地区难以实现；②高温条件下，土体水分蒸发过快，洒水难以使土体含水率长时间维持在一定水平[4]。因此，开始选用其他方法抑制裸土扬尘，如防风网、生态种植、化学试剂固土等方法[5-7]。其中，防尘网和生态种植均通过在裸露的土体表面覆盖不同网状材料织物或植被，降低风力对粉尘的直接作用，但现有防尘网多采用塑料制品，成本较高且难以降解，易造成二次污染[8]，同时，植被的生长和维护周期漫长，不适合一般临时性工程施工[9]。化学固土材料主要有水泥基类、水玻璃、油产品、高分子等，这类材料虽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点[10]。为此，亟待研究一种快速、高效、低成本且绿色环保的扬尘治理技术。
本文介绍一种以自行研发的复合型植物提取物基质抑尘剂为核心，通过控制“分析→试验→调整→实施”四大关键流程的复杂地形大面积裸土快速抑尘绿色施工技术。该技术从源头解决了裸土扬尘的问题，为施工现场的扬尘治理提供快速持久、绿色低价的解决方案。
1 前期试验
1.1 材料
1)抑尘剂 抑尘剂使用自行研发的复合型植物提取物基质抑尘剂，为白色或淡黄色粉末状固体，无味，黏度为58mPa·s，pH值为7，主要由变性淀粉、木槿植物胶、脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、钙源等按一定比例配合而成。
2)色浆 色浆为环保水性色浆，有红、蓝、绿3种颜色。
3)土体 试验分别对含砂量多、颗粒粗糙、渗水速度快、保水性能差、通气性能好的砂质土，含砂量一般、颗粒一般、渗水速度一般、保水性能一般、通气性能一般的壤土，含砂量少、颗粒细腻、渗水速度慢、保水性能好、通气性能差的黏质土开展抑尘效果验证。
1.2 试验步骤
1.2.1抑尘剂的配制
为适应施工所在地土壤类别及水质，实现最佳抑尘效果，需进行标准配合比抑尘溶液试配，初步确定抑尘溶液配合比和搅拌方式，砂质土标准抑尘溶液浓度ηa0=抑尘剂∶水=1∶90，壤土ηb0=1∶100，黏质土ηc0=1∶110。主要配制步骤为：①采用玻璃烧杯量取1L施工用水，用精度为0.01g的高精度天秤称取相应质量的抑尘剂粉末；②在搅拌容器中加入500mL水，然后加入全部抑尘剂粉末，用玻璃搅拌棒以60r/min的速率进行人工搅拌，同时缓缓加入剩余500mL水，再匀速人工搅拌5min，然后静置5min；③溶液静置后观察状态，若溶液中存在未溶解颗粒沉淀，则继续搅拌1min后静置观察；当溶液澄清、无未溶解颗粒后记录总人工搅拌时长T1(T1/2即为后续喷洒车机械搅拌时长)，搅拌完成后将抑尘溶液装入压力喷壶中。
1.2.2试喷
在天气晴朗无雨时，选择一块代表性的待施工区域进行试喷作业。试喷区尺寸为0.5m×0.5m，每种土壤类型和颜色设置3个试喷区，共计9个试喷区域并排设置，用竹签标出各区域角点。试喷设备采用压力喷壶，将配置好的标准抑尘溶液转移至压力喷壶中。根据色彩方案，按δ0=色浆∶溶液=2∶1 000 的初始质量比加入相应水溶性环保色浆，色浆搅拌均匀后即可试喷，砂质土、壤土、黏质土试喷的标准密度ρ0分别为3.0，2.5，2.0L/m2。
抑尘溶液喷洒分初喷、复喷2次进行，先初喷ρ0/2溶液，喷洒过程中保持连续、喷头移动平缓，保证抑尘溶液被均匀喷洒至试喷区。初喷后观察并记录溶液完全渗入地下、地表无积水的时间T2，T2≤5min 记为5min，5min
1.3 效果检测
1.3.1保水效果测定
保水效果是保持土壤含水量变化能力的体现，保水效率越高抑尘效果越好。使用SC-701型含水量快速测定仪分别对试喷后1，7，28d不同土壤类型的土样进行含水量测定，保水率计算如下：
(1)
式中：I为保水率；ω1为测量初始含水量；ω2为达到龄期后的含水量。
1.3.2抗风蚀效果测定
抗风蚀性能是反映抑制扬尘的重要指标。抗风蚀效果主要通过在模拟自然风吹的情况下，测量1，7，28d试喷区域土样质量损失率的大小来反映，其计算如下：
(2)
式中：M为质量损失率；m1为测量初始土样质量；m2为达到龄期后的土样质量。
1.3.3结壳厚度检测
试喷完成可检测1，7，28d土壤的结壳厚度，将试喷区十字剖开，用钢尺分别检测4个剖切面的结壳厚度，每个试喷区共检测4个点，记录并计算中位数作为结壳厚度代表值。若结壳厚度代表值为10～15cm，则该次溶液的喷洒密度ρ0符合要求，可作为实际喷洒密度ρ；若结壳厚度代表值<10cm，则每3cm差值(向上取整)需在ρ0基础上增加0.5L/m2，且≤4.0L/m2；若结壳厚度代表值>15cm，则每3cm差值(向上取整)需在ρ0基础上减小0.5L/m2，且≥1.5L/m2。
1.4 抑尘效果分析
通过前期试验得到标准浓度和喷洒密度下不同土壤类型的保水率、质量损失率、结壳厚度，如图1所示。
图1 试验结果
由图1可知，7，14，28d 3种不同类型土的保水率均分别大于90%，85%，70%；自然风吹条件下质量损失率均分别小于1.2%，3.9%，10.2%；土壤结壳厚度均为10～15cm，满足一般要求。其中，3类土壤中黏质土的保湿和抗风蚀效果最佳，后期28d保湿率达86%，抗风质量损失率仅4.9%；砂质土的结壳厚度最大，主要是由于砂土颗粒粗糙，孔隙率大，抑尘剂渗透深度更大。综上所述，可根据试验标准的浓度和喷洒密度对3种土壤进行抑尘剂施工。
2 抑尘绿色施工技术
2.1 配制生产浓度抑尘溶液
根据试配确定的溶液浓度η及喷洒车罐体容量L，计算每车需添加的抑尘剂质量m=Lη，抑尘剂标准包装为25kg，不足25kg的尾料用不锈钢桶称量装取。向喷洒车的罐体内注入L/2的水，然后暂停，开动喷洒车罐体内的搅拌装置，以120r/min的转速搅拌喷洒车罐体内的水；搅拌装置启动后，逐包加入抑尘剂至计算质量m，同步注水至喷洒车罐体约90%后再次暂停注水，保持120r/min的转速搅拌T1/2时长后停止，然后继续注水至罐体满，合上封盖；静置10min确保抑尘剂充分溶解，且溶液混合均匀，完成生产浓度抑尘溶液配制。抑尘溶液配制完成后需尽快使用，最长可放置7d。
2.2 现场喷洒
抑尘溶液正式喷洒作业前，可根据项目需要在待抑尘作业区播撒绿化草籽。草籽种类根据现场原状土壤性质、当地气候条件、施工季节，并结合各种植物生长特性选择，优先选用生长快、根系发达的品种。抑尘溶液正式喷洒时需避开雨水天气。使用多功能绿化喷洒车喷洒，主要使用车辆尾部的洒水高炮和车辆两侧的侧喷头。其中洒水高炮采用q1=120L/min的喷头，有效喷洒半径为32m；侧喷头采用q2=60L/min的鸭嘴式喷头，有效喷洒半径为12m。洒水高炮和鸭嘴侧喷不得同时启动作业，避免水压过低影响抑尘溶液喷洒密度。
2.3 喷施路径选择
施工区域按距道路(含硬化道路与临时便道)的距离分为近喷区和远喷区。抑尘溶液喷洒时遵循“分块喷洒、先初喷再复喷”的原则。
1)近喷区作业
道路两侧10m，在车辆两侧的鸭嘴式喷头有效半径内为近喷区。由喷洒车单次作业面积S计算出单次近喷区作业长度L2=S/5，据此科学规划喷洒车行驶路线。初喷时，较宽硬化路段靠右采用单侧侧喷，较窄临时路段居中采用双侧同时侧喷，车辆行驶速度v2=3.5～4km/h≈1m/s，单次初喷时间应略大于溶液入渗时间T2；初喷完成后车辆原路返回，从本次初喷起点开始按初喷标准开展复喷作业。近喷区的具体喷洒方式、分块及顺序如图2所示。
图2 近喷区的具体喷洒方式、分块及顺序
2)远喷区作业
道路两侧10～25m为远喷区，车辆尾部的洒水高炮远距离喷洒开展抑尘作业。远喷区作业前须科学规划，将远喷区沿道路纵向划分为若干20m×15m的矩形区块，喷洒车在道路上的定点位置可有效覆盖左、右2个区块；每个矩形区块划分为6个10m×5m的喷洒单元(见图3a)；每个喷洒单元沿短边方向分为5个10m×1m宽条块(见图3b)。作业时喷洒车固定不动，其洒水高炮在10～25m的有效喷洒范围内可近似视为0.5m×0.5m的正方形。在各喷洒单元内沿长边方向C形依次喷洒①→②→③→④→⑤条块，各条块喷洒用时控制在10s左右，50s即完成该单元的初喷或复喷作业。在各区块内也按C形依次喷洒I→II→III→IV→V→VI单元，若T2=5min，则完成单个区块的初喷后即可对该区块进行复喷；若T2=10min，则需先完成一个停车位置处的左、右2个区块的初喷后方可进行复喷。一个停车位置处的左、右2个区块均完成复喷后，喷洒车沿道路纵向移动20m，进行下2个区块的喷洒作业。
图3 远喷区具体喷洒方式、分块及顺序(单位：m)
2.4 补喷及成品保护
采用多功能绿化喷洒车完成抑尘溶液的正式喷洒后，不可避免地存在少量死角。由操作人员携带装满抑尘溶液的背负式电动喷雾器，步行进入作业区进行补喷，根据该区域地表的颜色深浅确定死角区域的补喷量。采用装配式栏杆封闭的方法对补喷完成后已完成的抑尘作业区域进行成品保护，防止行人踩踏或机械碾压缩短抑尘有效期。
3 工程应用及效果评价
复杂地形大面积裸土快速抑尘绿色施工技术分别于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月在宁乡市岳宁大道凤凰山—南田坪公路工程、2021年7月—2021年12月在长沙机场改扩建工程综合交通枢纽工程现场进行扬尘治理，处理面积共计95万m2，处理后一个月内对施工区域大气总悬浮颗粒物浓度进行监测，监测结果如表1所示。与施工前监测数据进行对比，各项指标符合GB 3095—2012《环境空气质量标准》，极大地保护了施工现场生态环境，获得了监理、业主的高度认可，取得了较好的社会和经济效益。
表1 抑尘前、后各工程现场大气总悬浮颗粒物浓度
对比覆盖绿网抑尘，该技术抑尘效果更好，节省了施工费用及降尘措施费用。以长沙机场改扩建工程综合交通枢纽工程为例，采用此工法环保抑尘溶液材料费为0.28元/m2，人工费用为0.08元/m2；采用传统密目绿网材料费约0.45元/m2，人工费用约0.11元/m2。按总施工面积345 241.3m2计算，采用喷洒抑尘溶液施工可节省费用总计6.9万元，达36.37%。
4 结语
应用抑尘溶液进行抑尘施工，配合施工区域分区分块、科学规划施工顺序，以人工配合机械的方式喷洒至待处理裸土地面，达到计算喷洒量后无需额外养护，既实现了扬尘的快速控制，又保护了生态环境，实现绿色施工、操作安全、质量保证、绿色环保、降低成本的目标。
