沈華榮

（天頌建設集團有限公司，浙江 臺州 317500）

真空抽吸方法處理某建筑廢棄泥漿池試驗研究

沈華榮

（天頌建設集團有限公司，浙江 臺州 317500）

采用3種不同排水系統(tǒng)的真空預壓方法對泥漿池的處理開展了試驗研究。分析了氣管、濾管、氣管+濾管等3種不同的真空預壓抽吸方法，對泥漿池的表面沉降、孔隙水壓力等監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響。真空卸載后，通過原位十字板試驗和平板載荷試驗對地基承載力進行了檢測，并對處理前后的土體物理力學特性變化進行了分析。結果表明，3個區(qū)塊（場地）的地基承載力均有顯著提高，其中以氣管+濾管結合的真空抽吸排水方法效果最優(yōu)。

廢棄泥漿；真空預壓；沉降；孔隙水壓力；地基承載力

基本建設工程施工往往會產(chǎn)生一定數(shù)量的建筑泥漿，如橋臺、高層建筑基礎樁基工程所用的施工泥漿。這些泥漿主要起確?？妆诜€(wěn)定，作為輸送介質(zhì)攜帶鉆渣出孔的作用，使用完成后廢棄，基本上采用管道輸送或車運方式集中傾倒堆放到空地貯存，按沉淀池方式處理。

建筑泥漿的排放不僅占用土地，而且會帶來諸多環(huán)境問題。隨著城市基礎設施建設的日益推進，建筑廢棄泥漿的處理日益引起了人們的關注。目前常用的方法有化學固化處理法［1］、化學絮凝固液分離處理法［2-4］和土地耕作處理法［5］等。這類泥漿由于形成時間短，通過室內(nèi)試驗了解到其工程特性表現(xiàn)為高含水率、高孔隙比、高壓縮性，以及低強度、低滲透性，自重條件下未完成固結，屬欠固結土，具有不穩(wěn)定性和一定的流動性，稱為超軟土。基于建筑泥漿的這些性質(zhì)，本文提出采用就地真空吸水水土分離方式處理廢棄泥漿的新方法。通過在泥漿中插設排水通道，鋪設密封膜，接入真空泵，在泥漿中產(chǎn)生負壓，抽吸泥漿中的水分，利用大氣壓外荷產(chǎn)生擠壓作用，形成排水、密實同步疊加效能，最大限度降低泥漿含水率，并形成一定的結構強度。試驗表明：該方法能夠就地解決泥漿處理問題，泥漿經(jīng)這樣處理后其承載力可達到40～50 kPa，可以作為建筑填料在一般公共場地使用，這樣既處理了廢棄污染物，又獲取了有用的建筑土料，達到綜合處理建筑泥漿的目的。

1 場地概況

本試驗選定一面積約3 000 m2的泥漿池作為現(xiàn)場試驗區(qū)。通過對試驗場區(qū)泥漿池淺層開挖初步踏勘，可見分布全區(qū)植物根系，表面長滿小手指粗細的蘆葦?shù)裙嗄局参铮参锲骄叨冗_2 m 左右。泥漿沉積土為灰黃—灰黑色，飽和，地下水位約為地表下0.5 m。試驗區(qū)泥漿深度約為2 ～2.5 m，雖經(jīng)長期晾曬，表面失水，但場地硬殼層厚度只有100 mm，不能滿足人員及機械的施工承載力需求。其天然含水率大于液限，由現(xiàn)場十字板剪切試驗得到的不排水強度極低，泥漿范圍內(nèi)均小于4 kPa。顆粒分析試驗結果表明該泥漿土所有粒組的粒徑小于0.075 mm的黏粒含量為87.8%，其中粒徑小于0.005 mm 的黏粒含量為26.5%?；镜奈锢砹W指標見圖1、表1。

從常規(guī)土工試驗結果來看，試驗區(qū)泥漿土與附近海底吹填淤泥的顆粒級配、液塑限、滲透性等物理性質(zhì)均相近。而吹填淤泥采用真空抽吸水土分離方法處理取得了成功［6］，因此對經(jīng)濟開發(fā)區(qū)內(nèi)的泥漿土也可以采用類似方法進行處理。泥漿土與淤泥物理性質(zhì)對比見表2。

圖1 試驗前場地十字板剪切強度

表1 處理前泥漿土物理力學性質(zhì)指標

表2 泥漿土和海底淤泥物理性質(zhì)比較

2 試驗方案設計

就地真空吸水抽吸水土分離是通過在泥漿中插設塑料排水板作為豎向排水通道，然后地表布置水平向濾管或者氣管與排水板相連，鋪設密封膜封閉后接入真空抽吸裝置（射流泵），形成負壓，負壓沿塑料排水板向下傳遞，進而向土中傳遞。在負壓作用下，孔隙水滲流到排水通道排出，降低了泥漿含水率，使泥漿土得到排水固結［7-8］。泥漿經(jīng)這樣處理后其承載力預計可以達到40～50 kPa，可以作為建筑地基或填料，從而達到綜合處理建筑泥漿的目的。真空抽吸水土分離方法見圖2。

圖2 真空抽吸水土分離剖面圖

將泥漿池分為3個區(qū)塊，每個區(qū)塊1 000 m2，采用3種不同排水系統(tǒng)的真空抽吸方法進行處理，探索建筑泥漿技術可行、經(jīng)濟快速、環(huán)境污染最小的處理技術方法。具體試驗分區(qū)實施方案如下：

分區(qū)A：濾管+排水板+覆膜，簡稱濾管區(qū)。B型排水板間距0.8 m，正方形布置。該區(qū)的濾管布設方法與常規(guī)真空預壓施工方法一致［9］。

分區(qū)B：氣管+排水板+覆膜，簡稱氣管區(qū)。B型排水板間距 0.8 m，正方形布置。該區(qū)氣管采用前期研究的氣管直吸方法布設［10］，在排水板頂部插入帶有出水口的塑料板帽。板帽為敞口內(nèi)收間距形式，便于排水板插入。板帽通過PE專用快速氣動接頭和PU專用氣管相連，氣管內(nèi)徑8 mm。每排氣管用主管串聯(lián)后連接到真空泵，開啟真空泵可以直接抽吸泥漿中孔隙水。該連接方法我們稱為氣管直吸法，連接效果見圖3。

圖3 排水板、板帽、接頭、氣管抽吸系統(tǒng)

分區(qū)C：濾管+氣管+排水板+鋪膜，二次抽吸模式，簡稱氣濾區(qū)。采用B型塑料排水板，正方形布置，每部分排水板間距均為0.8 m。其中第1部分排水板采用濾管連接；第2部分排水板用氣管連接，采用氣管直吸方法。兩部分抽吸系統(tǒng)相互獨立。覆膜后氣管部分先真空抽氣，根據(jù)場地監(jiān)測數(shù)據(jù)，1～2個月后開啟濾管部分真空抽氣；二次抽吸系統(tǒng)布置圖見圖4。

圖4 分區(qū)C二次抽吸系統(tǒng)布置示意圖

三個分區(qū)的排水板的插設深度根據(jù)泥漿池的深度而定，濾管區(qū)因位于泥漿池邊緣位置，深度較淺，經(jīng)探桿試探該區(qū)平均深度約為2 m；氣管區(qū)和氣濾區(qū)的泥漿平均深度約為2.5 m。

3 監(jiān)測結果分析

每個區(qū)塊布置一臺7.5 kW的射流泵，做好維護工作，并對各區(qū)塊進行了膜下真空度、地表沉降、土體中孔隙水壓力等監(jiān)測。抽真空歷時90 d，抽真空過程中3個區(qū)塊膜下真空度基本一致，均穩(wěn)定在80 kPa以上。

3.1 地表沉降

地表沉降能夠直觀地反應真空預壓的處理效果。3個區(qū)塊真空預壓過程中的總沉降為濾管區(qū)256 mm、氣管區(qū)341 mm、汽濾區(qū)420 mm。沉降速率初期可達10～20 mm/d，70 d 后平均沉降速率已低于2 mm/d，趨于穩(wěn)定。各分區(qū)表面的沉降歷時曲線見圖5。

圖5 各分區(qū)表面沉降時程曲線

從沉降時程曲線看，氣管區(qū)沉降量明顯大于濾管區(qū)沉降量，這是由于氣管直吸系統(tǒng)排水板芯通過板帽、氣管與真空泵直接相連，泵與排水板之間是密封直通的，真空傳遞幾乎沒有損失。而濾管系統(tǒng)排水板芯要透過板芯外面包裹的濾布、濾管外面包裹的濾布、濾管與真空泵相連，泵與排水板之間多了2層濾布，真空傳遞有一定損失，影響了處理效果。

將濾管+氣管區(qū)和氣管區(qū)相比較，在抽真空的前45 d，兩區(qū)的沉降曲線基本一致。但 45 d 后，氣濾區(qū)停止氣管抽吸，開啟濾管抽吸，之后其沉降量明顯超過氣管區(qū)沉降量，說明二次抽吸系統(tǒng)即第二部分濾管及其下的排水板發(fā)揮作用且超過了單一氣管抽吸系統(tǒng)。

地基的最終沉降量可根據(jù)實測沉降資料按下列公式推算［9］：

式中：St為t時間的實測沉降量，cm；

S0為開始時的實測沉降量，cm；

t為真空抽吸時間，d；

S為最終沉降量，cm；

a、b為待定系數(shù)，可根據(jù)實測資料確定。

地基的應變固結度可根據(jù)實測沉降資料按下式推算：

式中：Ut為t時間地基應變固結度，%。

Ut由上述方法計算得3個分區(qū)泥漿應變固結度以及工后剩余沉降量見表3。

表3 各分區(qū)泥漿土固結度

由表3可知，各分區(qū)的固結程度不一，其中以采用二次抽吸模式的分區(qū)C的固結效果最好，達到了84.6%。分區(qū)B的固結度也達到了80.4%，而分區(qū)A的固結度僅有75.5%，說明采用氣管排水系統(tǒng)的加固效果優(yōu)于傳統(tǒng)的濾管加固效果。

3.2 孔隙水壓力消散

根據(jù)有效應力原理，排水固結就是土中超靜孔隙水壓力消散，有效應力增長的過程。對于真空抽吸方法來說，就是土中孔隙水壓力負向增長形成有效應力增長的過程。本次試驗中監(jiān)測了泥漿土中孔隙水壓力的變化，1.2 m 深度處各區(qū)超靜孔隙水壓力消散（負壓增長）結果見圖6。

圖6 各分區(qū)超靜孔隙水壓力消散時程曲線

由圖6可知，在真空抽吸作用下，泥漿土中負向孔隙水壓力增長明顯，氣管區(qū)比濾管區(qū)的負向孔隙水壓力增長更大。氣濾區(qū)與氣管區(qū)在抽真空期間的前 45 d 孔隙水壓力曲線基本重合，但在 45 d后，氣濾區(qū)停止氣管抽吸開啟濾管抽吸，負向孔隙水壓力增長明顯超過單一氣管區(qū)。

由監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可知氣濾區(qū)的處理效果最好，其原因是：由于泥漿土呈流動狀，在經(jīng)過一段時間的真空抽吸之后，泥漿中部分細小土顆粒也會向排水板處集聚導致排水板淤堵。經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，淤堵使排水板濾膜的滲透系數(shù)降低到原來的1/12［11］，這直接導致排水板的排水功能嚴重下降。這時開啟第二部分未受淤堵的濾管排水板可以起到新打設排水板的排水效果。即氣濾區(qū)的二次抽吸系統(tǒng)可以使排水板的淤堵影響降到最低。

4 處理效果檢測

處理結束后，在各分區(qū)分別做了原位十字板剪切試驗、載荷板試驗，并同時取土進行室內(nèi)土工試驗，以進一步了解泥漿池的處理效果。

4.1 十字板剪切試驗

各分區(qū)的十字板剪切強度均有顯著提高，其中氣濾區(qū)的表層十字板強度更是達到了23.5 kPa，從各分區(qū)同一深度處的十字板剪切強度來看，均是氣濾區(qū)最高，氣管區(qū)次之。濾管區(qū)2.2 m深度的十字板剪切強度達30.5 kPa，這是由于此深度已經(jīng)到達原狀土的原因。處理后各分區(qū)的十字板強度見圖7。

圖7 處理后各分區(qū)的十字板剪切強度

4.2 平板載荷試驗

平板載荷試驗是確定地基承載力最直接的檢測方法，處理結束后，在各分區(qū)分別做了平板載荷試驗，載荷板面積為1 m×1 m=1 m2。3個真空抽吸處理區(qū)的載荷板試驗結果見圖8。

圖8 真空抽吸區(qū)平板載荷試驗檢測結果

根據(jù)平板載荷試驗結果，按照規(guī)范［12］確定各分區(qū)的地基承載力特征值，分別是：濾管區(qū)51 kPa，氣管區(qū)57 kPa，氣濾區(qū)66 kPa，采用二次真空抽吸系統(tǒng)的氣濾區(qū)處理效果最優(yōu)。

4.3 取樣試驗

為進一步檢測泥漿池的處理效果，了解處理后泥漿土的物理力學性質(zhì)變化，處理后各分區(qū)還進行了取樣室內(nèi)試驗。見表4。

表4 處理后泥漿土物理力學性質(zhì)指標

從室內(nèi)試驗結果看，經(jīng)處理后泥漿土的含水率均有較大幅度的降低，從60%以上普遍降低到45%左右，剪切強度超過17 kPa，完全達到了預期要求。

5 結 語

1）通過現(xiàn)場踏勘及取樣室內(nèi)試驗，發(fā)現(xiàn)泥漿土與超軟土具有類似的工程性質(zhì)，因此可以采用既經(jīng)濟又環(huán)保的真空預壓方法對泥漿池進行處理。

2）設置了3種不同排水系統(tǒng)對泥漿池進行了真空預壓方法處理，結果表明：氣管區(qū)處理效果優(yōu)于濾管區(qū)，其中氣濾區(qū)的氣管—濾管結合的二次抽吸方法可以在一定程度上規(guī)避排水板的淤堵，效果最優(yōu)。處理后3個區(qū)塊的地基承載力均有顯著提高，可以作為一般工程場地，真空預壓方法可在類似工程中推廣。

［1］ 王冀川.川東北地區(qū)鉆井廢棄泥漿固化法處理技術及運用［J］.科技創(chuàng)業(yè)月刊，2007 （11）∶185-187.

［2］ 萬玉綱，余學海.樁基工程泥漿水處理技術［J］.環(huán)境工程，1999（1）∶14-15.

［3］ 劉勇健，沈軍，張建龍.廢泥漿固液分離的試驗研究［J］.廣東工業(yè)大學學報，2000（2）∶53-56.

［4］ 歐孝奪，曹凈，周東.廣西平果鋁尾礦泥漿化學絮凝處理試驗研究［J］.巖土工程學報，2003（2）∶201-203.

［5］ 伍丹丹，楊旭，李穎，等.土地處理法處理鉆探泥漿的土壤特性研究［J］.污染防治技術，2006，19（3）∶3-5.

［6］ 林生法.范明橋，姜彥彬，等.氣管直吸聯(lián)合覆膜真空預壓現(xiàn)場試驗研究［J］.中國港灣建設，2014（7）∶34-38.

［7］ 張志允，翟國民，張明晶.堆載預壓法和真空預壓法加固機理的比較研究［J］.巖土工程界，2002，5（11）∶24-26.

［8］ 董江平，張雄壯，洪雷，等.無砂墊層真空預壓法提高吹填淤泥地基承載力試驗研究［J］.水利與建筑工程學報，2010，8（4）∶131-133.

［9］ 婁炎.真空排水預壓法加固軟基技術［M］.2版.北京：人民交通出版社，2013.

［10］范明橋，趙仁忠，李杰，等.浙江玉環(huán)漩門三期圍區(qū)軟土地基處理和疏浚淤泥土處理專項研究［R］.南京∶南京水利科學研究院，2013.

［11］范明橋，李杰，徐鍇，等.疏浚淤泥的資源化利用關鍵技術研究［R］.南京∶南京水利科學研究院，2014.

［12］建設部綜合偵察研究設計院.GB 50021—2001 巖土工程勘察規(guī)范［S］.北京∶中國建筑工業(yè)出版社，2002.

Experimental Study on the Treatment of a Construction Waste Slurry by the Method of Vaccum Drawing—in

SHEN Huarong

TU472.3+3

B

1008-3707（2016）08-0022-05

2016-02-01

沈華榮（1965—），男，浙江臺州人，工程師，從事建筑施工管理工作。