黃偉鈞

(溫州浙南地質(zhì)工程有限公司，浙江 溫州 325006)

藥劑真空預壓排水方法處理廢棄泥漿的試驗研究

黃偉鈞

(溫州浙南地質(zhì)工程有限公司，浙江 溫州 325006)

針對溫州永嘉世界貿(mào)易中心工程鉆孔樁的廢棄泥漿，通過添加相同的化學藥劑結(jié)合真空預壓采用不同的排水方法進行了模型桶試驗，從排水速率、排水總量和含水率等方面對比研究。試驗發(fā)現(xiàn)：改進排水方法后，廢棄泥漿含水率在短時間內(nèi)(80 h內(nèi))從處理前的180%～190%，降低到處理后的60%～80%。研究表明，藥劑真空預壓改進排水方法后處理廢棄泥漿的效果十分顯著。

藥劑真空預壓；廢棄泥漿；排水方法；排水板

0 引言

近年來，在高含水量泥漿、吹填流泥、河道疏浚淤泥等超軟土的真空預壓固結(jié)過程中，經(jīng)常面臨固結(jié)較慢的技術(shù)難題。目前主要集中于真空預壓加載方式[1-2]、排水板濾膜[3]、加高壓氣體[4]和電滲復合真空預壓[5-6]等技術(shù)的研究。

用傳統(tǒng)真空預壓法處理上述廢漿或淤泥時，僅改變真空預壓排水技術(shù)性參數(shù)，是難以提高固結(jié)效果的。2015年上海大學武亞軍首次提出藥劑真空預壓法[7]來處理工程廢漿，并作了大量的室內(nèi)室外相關(guān)試驗。2016年國內(nèi)文獻[8]也首次公開其研究成果。

藥劑真空預壓法是利用藥劑對泥漿脫穩(wěn)預處理技術(shù)和真空預壓技術(shù)相結(jié)合的方法，其核心技術(shù)是藥劑作用，其作用機理：根據(jù)泥漿的性能及最終處理效果和目的，加入相應(yīng)的藥劑，其藥劑可以是有機藥劑、無機藥劑或混合藥劑。藥劑主要起2個方面作用：一方面使泥漿中微小顆粒聚集成大顆粒，顆粒之間形成骨架結(jié)構(gòu)，該作用能大大降低泥漿淤堵效應(yīng)；另一方面無機藥劑可以降低粘粒水化膜厚度，使其釋放部分弱結(jié)合水，大大降低自由水移動阻力，從而提高泥漿的滲透性。上述藥劑的2個作用為后續(xù)提高真空預壓排水效率與效果發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。上海大學的有關(guān)科研人員對泥漿藥劑作用作了大量實驗工作。本試驗要點是泥漿在藥劑作用后，采用真空預壓不同的排水方法對泥漿排水效果的影響，對藥劑真空預壓法的實際應(yīng)用具有一定的經(jīng)濟價值。

1 試驗土樣與排水方法

本次試驗為溫州永嘉世界貿(mào)易中心鉆孔灌注樁施工工地的廢棄泥漿，泥漿密度1.28～1.30 g/L，含水率180%～190%。

試驗中使用A、B、C、D、E和F 6種排水方法。

A為普通塑料排水板。

B為PVC砂管。選擇直徑100 mm、高度80 cm的PVC管，在距離底部60 cm內(nèi)均勻布滿孔眼(見圖1)，管內(nèi)正中間插入普通排水板芯板，外管上包裹濾膜，外管內(nèi)壁與芯板外壁之間填充有干凈砂。PVC砂管是一種可回收式排水裝置，其最大的作用是排水過程中不變形，不下沉，能極大提高排水效果。

C為普通排水板+排水過程中往土樣中加高壓氣體的組合排水方法。在安裝排水板過程中，在試驗體內(nèi)預先安裝多根充氣管，充氣管管頭用濾膜包裹，充氣管外部管頭用閥門密封，防止在未充氣時空氣進入試驗體中。主要是驗證氣裂作用對排水效果的影響。

D為一種帶肋塑料排水板。圖2為帶肋排水板芯板示意圖，芯板外裹濾膜為帶肋塑料排水板。采用該種排水方法主要驗證排水板周圍土體致密層形成對排水效果的影響。

圖1 PVC管圖2帶肋排水板芯板

E為普通排水板+排水板固定不下沉。主要驗證排水板變形、下沉對排水效果的影響。

F為在廢棄泥漿和化學藥劑泵入模型桶后，加入空氣+普通排水板固定不下沉。主要驗證空氣對化學藥劑和廢棄泥漿固結(jié)過程中排水效果的影響。

2 試驗裝置及步驟

圖3為真空預壓模型桶試驗裝置，主要包括真空泵、模型桶、氣液分離器、排水管和排水板等。模型桶容積約200 L，在中間布置排水板。每個模型桶均配備獨立的氣液分離器和排水量計量設(shè)備。將泥漿與化學藥劑攪拌均勻后泵入模型桶中，靜置一定時間后抽去上清液，安裝排水板和密封板，開啟真空泵，真空度傳入模型桶，水經(jīng)排水板和排水管進入氣液分離器中計量。

圖3 真空預壓模型桶試驗裝置

3 試驗原理及目的

本次藥劑真空預壓試驗是通過在工程廢漿中加入化學藥劑，使泥漿中的土顆粒粒徑增大到足夠大[9]，在重力作用下出現(xiàn)固液分離現(xiàn)象，再進行真空預壓的新型工藝。

本次試驗通過采用A、B、C、D、E和F 6種不同排水方法(即為圖3中的排水板)，試驗對藥劑真空預壓排水效果的影響。

4 試驗結(jié)果分析

4.1 排水速率

圖4為排水速率隨時間變化曲線，表1為試驗開始0.25 h和74 h時的排水速率。

表1 不同時刻排水速率 L/h

由圖4可知：

(1)改進排水方法后的排水速率(B、C、D、E和F)明顯高于未改進排水方法的排水速率。

(2)A、B、C、D、E和F在試驗開始0.25 h時(參見表1)排水速率都達到最大值，其中B最大排水速率可達9.6 L/h，A最大排水速率只有2.8 L/h。

(3)B排水速率曲線峰、谷值變化過大，在排水過程中，同一時刻，其排水速率峰值遠遠大于其他排水方法，而其谷值小至接近于0 L/h，遠遠小于其他排水方法。

(4)A的排水速率曲線相對平緩，曲線在1 L/h上下起伏。在74h時刻(參見表1)，其他排水方法排水速率接近于0 L/h，而A則繼續(xù)接近于1 L/h。

圖4排水速率隨時間變化曲線

(5)C、D、E和F的排水速率整體上隨著時間的增加逐漸減小，最后趨于0，其中D整體上較優(yōu)于C、E和F。

4.2 排水總量

圖5為排水總量隨時間變化曲線，表2為不同時刻排水量。

圖5 排水總量隨時間變化曲線

L

由圖5可知：

(1)時刻為0時，排水量并不等于0，因為在泥漿和化學藥劑均勻攪拌靜置一段時間后，攪拌體分為上層液體的上清液和下層固體的凝固體(見圖6)，其中0時刻對應(yīng)A、B、C、D、E和F中抽出的上清液的體積，本次試驗的上清液為9.9～14 L(參見表2)。

圖6 廢漿加化學藥劑靜置后去除上清液

(2)B、C、D、E和F在13 h時刻，排水總量占本次試驗排水量的58%～73%，明顯高于A(46%)。

(3)隨著時間的增加排水總量也相應(yīng)增加。除A曲線外，B、C、D、E和F曲線在0～13 h迅速陡升，13 h時刻之后曲線趨于平緩。其中B陡升過程中曲線變化劇烈，最后排水總量小于D(參見表2)，其中D排水量一直優(yōu)于C、E和F。

4.3 含水率

圖7為含水率隨時間變化曲線，表3為含水率的理論值和實測值。

圖7 含水率隨時間變化曲線

%

由圖7和表3可知：

(1)B、C、D、E和F在時刻74 h時，含水率可達到66%～81%，而A的含水率只達到119%(參見表3理論值)，若A的含水率要達到80%則需要花費更長的時間。

(2)排水后土樣含水率理論值和實測值之間有一定的差值，總體上相差不大，主要原因為藥劑真空預壓處理后的土體含水率并不是均勻的，而是沿深度和排水板徑向遞減。在含水率測試過程中，因土體含水率不均勻，存在一定誤差。

4.4 處理效果

藥劑真空預壓處理廢棄泥漿前后對比效果見圖8。

圖8 藥劑真空預壓處理廢棄泥漿前后對比

5 結(jié)論

本文通過對藥劑真空預壓排水方法的研究，可以得到以下結(jié)論：

(1)采用PVC砂管，在試驗過程中，主要起到不變形、不下沉的作用，能極大提高排水效率和效果。

(2)在真空預壓過程中加高壓氣體，高壓氣體可以對試驗土體產(chǎn)生劈裂作用，增大土體孔隙率，提高試驗土體的滲透性。

(3)帶肋塑料排水板是一種新型專利，主要作用是增大排水板與試驗體的接觸面積，降低試驗過程中排水板周圍土體形成的致密層對排水效果的影響，在本次藥劑真空預壓試驗中發(fā)揮的排水效果良好。

(4)排水方法A和E相比，說明排水板的變形、下沉對藥劑真空預壓排水效果存在重要影響。

(5)排水方法F和E相比，說明化學藥劑和廢棄泥漿在空氣的作用下，能更好的形成骨架，提高試驗土體的滲透性。

(6)藥劑真空預壓在改進排水方法后，能在短時間內(nèi)(74 h)，快速降低試驗土體的含水率，且技術(shù)簡單、經(jīng)濟可靠，具有一定的市場推廣價值。

[1] 武亞軍，楊建波，張孟喜.真空加載方式對吹填流泥加固效果及土顆粒移動的影響研究[J].巖土力學,2013,34(8):2129-2135.

[2] 武亞軍，鄒道敏，唐軍武，等.吹填軟土植物墊層真空預壓現(xiàn)場試驗研究[J].巖石力學與工程學報,2011,30(S2):3574-3583.

[3] 王軍，蔡袁強，符洪濤，等.新型防淤堵真空預壓法室內(nèi)與現(xiàn)場試驗研究[J].巖石力學與工程學報,2014,33(6):1257-1268.

[4] 章定文，劉松玉，顧沉穎，等.土體氣壓劈裂的室內(nèi)模型試驗[J].巖土工程學報,2009,31(12):1925-1929.

[5] 劉志浩，高明軍，曾國海，等.電滲復合真空預壓法處理軟土地基試驗研究[J].防災減災工程學報,2013(1):67-72.

[6] 孫召花，高明軍，黃文君，等.電滲復合真空預壓法加固湖相吹填土試驗研究[J].科學技術(shù)與工程,2014,14(7):264-267.

[7] 武亞軍，陸逸天，牛坤，等.一種處理工程廢漿的藥劑真空預壓法：中國，CN104961270A[P].2015-10-07.

[8] 武亞軍，陸逸天，牛坤，等.藥劑真空預壓法處理工程廢漿試驗[J].巖土工程學報，2016,38(8):1365-1373.

[9] 武亞軍，陸逸天，駱嘉成，等.藥劑真空預壓法在工程廢漿處理中的防淤堵作用[J].巖土工程學報,2016,31(11):525-533.

ExperimentStudyonDrainageMethodsforWasteMudDisposalbyAdditiveAgentCombinedwithVacuumPreloading

HUANGWei-jun

(Wenzhou Zhe’nan Geology Engineering Co., Ltd., Wenzhou Zhejiang 325006, China)

The model barrel experiments were carried out on different drainage methods for the waste mud of bored pile in an engineering project in Wenzhou with the same chemical agent combined with vacuum preloading, the comparison analysis was made on drainage rate, total amount of drainage and water content. The experiments found that with the improved drainage methods, the water content of waste mud is reduced from original 180%～ 190% to 60%～80% in a short time (within 80h), which shows remarkable effect of waste mud disposal by improved drainage methods of additive agent combined with vacuum preloading.

additive agent combined with vacuum preloading; waste mud; drainage method; drainage plate

2017-06-19；

2017-07-13

黃偉鈞，男，漢族，1983年生，勘查技術(shù)與工程專業(yè)，從事基礎(chǔ)工程、基坑支護、地基處理方面的工作，浙江省溫州市甌海區(qū)新橋街道站前路199號，281028196@qq.com。

TU472.33

A

1672-7428(2017)09-0081-04