袁俊相
上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002
上海董家渡金融城工程場地地處城區(qū)核心地段,開發(fā)規(guī)模巨大。該地塊擬建建筑絕大部分為地下4層結(jié)構(gòu),基坑圍護(hù)采用地下連續(xù)墻形式,基坑開挖深度普遍約18.6 m,采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ),樁徑為850、800、650、600 mm等,總數(shù)量約計(jì)8 000根,采用工程鉆機(jī)正循環(huán)自然造漿護(hù)壁成孔,產(chǎn)生廢漿量巨大。
本工程的廢漿處置施工難點(diǎn)主要集中在以下方面:
1)本工程因?yàn)槭欠慨a(chǎn)項(xiàng)目,樁基的工作量比較大,同時(shí)工期緊,工程規(guī)模大,短時(shí)間內(nèi)大面積施工鉆孔灌注樁,大量廢漿的消納處置考驗(yàn)處置能力。
2)隨著政府對泥漿處置加大整治力度,泥漿外運(yùn)行業(yè)正在結(jié)束過去無序、惡性的低價(jià)競爭,偷倒亂倒現(xiàn)象得到根本性遏制。但在轉(zhuǎn)型期間,也造成碼頭關(guān)停、卸點(diǎn)審批不足等問題,以現(xiàn)有開放的處置點(diǎn)根本無法滿足上海眾多工地的建設(shè)需要。
3)卸點(diǎn)設(shè)置距離遠(yuǎn)。由于本工程地處市中心,而卸點(diǎn)往往位于遠(yuǎn)郊,船運(yùn)又受碼頭處置能力的限制,因此陸路運(yùn)輸時(shí),一輛運(yùn)輸車輛往返一趟往往要4 h以上。
4)運(yùn)輸路線受限較多,早晚高峰期間廢漿運(yùn)輸車輛在一些主要道路上受限,個(gè)別大橋也受限,同時(shí)由于運(yùn)輸行業(yè)的不規(guī)范,運(yùn)輸司機(jī)往往扣分嚴(yán)重,導(dǎo)致能上路的司機(jī)數(shù)量嚴(yán)重不足。
5)現(xiàn)場場地消納固化泥漿的能力有限。由于一進(jìn)場就全面開發(fā),可利用場地面積有限,現(xiàn)場大面積沉淀后固化的條件不足。
綜上所述,如果不能很好地解決廢漿處置的問題,將嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。必須找到一種對環(huán)境影響最低、經(jīng)濟(jì)合理,同時(shí)能保證現(xiàn)場施工進(jìn)度要求的處置方式。
結(jié)合本工程實(shí)際情況,外運(yùn)泥漿根本上無法滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要,基于此,分析3種可能的處置方式[1-3]:
1)產(chǎn)生的泥漿先行通過除砂設(shè)備除砂,將大的泥砂排除,處理的泥漿再循環(huán)利用,降低泥漿的損耗,剩余的廢漿通過外運(yùn)處理。
2)現(xiàn)場圍堰蓄漿,待泥漿沉淀后,抽除清水,加入石灰和水泥等固化材料,等固化土方達(dá)到外運(yùn)的程度后組織外運(yùn)。
3)利用泥漿分離技術(shù),通過絮凝劑和泥漿充分混合攪拌后進(jìn)行絮凝,傳送至濾布進(jìn)一步過濾泥漿,最后通過滾壓將泥漿分別變成泥塊和水排出。
以上3種處置方式,第1種雖然對原純粹外運(yùn)方式進(jìn)行了改進(jìn),緩解了一部分外運(yùn)壓力,但是由于泥漿反復(fù)回收利用后,水泥的含量相對增加,給施工質(zhì)量帶來影響,另外相對于總的處置量,通過調(diào)整仍有大量泥漿需要外運(yùn)。
第2種方案中,雖通過泥漿固結(jié),將泥漿變成土方,解決了廢漿排放的問題,但摻入固化用的石灰、水泥等材料的土方對土壤、水源污染嚴(yán)重,破壞自然植被,影響以后再生利用,另外,現(xiàn)場必須大面積開挖蓄漿池,并存放相當(dāng)一段時(shí)間才能進(jìn)行土方外運(yùn)。
第3種方案,利用泥漿分離技術(shù),將泥漿轉(zhuǎn)化為能夠外運(yùn)的土方,以及可再循環(huán)利用清水,避開了目前泥漿外運(yùn)遇到的瓶頸問題,同時(shí)場地占用不大,能源消耗有限,單機(jī)的泥漿日處置能力相當(dāng)可觀。
綜上所述,從現(xiàn)場實(shí)際情況出發(fā),使用泥漿分離的方案較為適合。
基于泥漿分離器開發(fā)的分離技術(shù),主要分為絮凝攪拌部分、濾布脫水部分、壓濾部分、排泥部分,除絮凝攪拌部分外,其他幾項(xiàng)集合成一個(gè)整體(圖1)。
圖1 泥漿分離器
1)廢漿經(jīng)過濾網(wǎng)過濾泵送至臨時(shí)儲存箱進(jìn)行攪拌后,加入到設(shè)備勻質(zhì)箱。
2)勻質(zhì)后自動進(jìn)入自動絮凝裝置,加入絮凝劑(聚丙烯酰胺)進(jìn)行絮凝。
3)泥漿絮凝后,濃縮裝置采用地心引力的原理進(jìn)行脫水,將水排入接水盤,將泥送入下層壓濾裝置。
4)濃縮后的泥進(jìn)入壓濾裝置后自動進(jìn)行漸進(jìn)式蠕動工藝,再次將水?dāng)D出。
5)擠出后的泥進(jìn)入高壓壓濾裝置,再次脫水。
6)最后把泥壓成泥餅后進(jìn)入排泥口吐出,用皮帶輸送機(jī)輸送到指定的集土坑(圖2)。
圖2 工藝流程
設(shè)備總占地面積約200 m2,設(shè)備總質(zhì)量約60t,地基壓實(shí)或硬地坪場地;設(shè)備總耗電90~100 kW/h,須配置50 mm2以上電纜;現(xiàn)場周邊設(shè)有截面積不低于40 cm×30 cm排水系統(tǒng),方便分離水的收集及排放;設(shè)備周邊可按照施工產(chǎn)量設(shè)置集土坑,單臺設(shè)備對應(yīng)的集土坑容量不低于300 m3,如采用地面堆放,采用傳送帶輸送,單臺設(shè)備堆場面積不低于350 m2。
設(shè)備的日常維護(hù)主要體現(xiàn)在對傳動機(jī)構(gòu)的保養(yǎng)、易損部件的更新、管路等的及時(shí)疏通等。
除了上述工作,濾布的偏移,導(dǎo)致濾布張緊度發(fā)生變化,對泥漿分離影響概率較高,日常需要經(jīng)常調(diào)整濾布糾偏裝置及濾布張緊裝置。
其次,施工間歇期,須對濾布進(jìn)行高壓清洗,防止泥漿風(fēng)干后影響濾布泥漿分離效果。設(shè)備裝有自動高壓清洗裝置,使用簡便。
當(dāng)前,上海超高層建筑、城市綜合體、隧道、地鐵、海綿城市等工程建設(shè)如火如荼,施工過程中不可避免地產(chǎn)生大量的廢漿,相對應(yīng)的城市周邊土地資源越來越有限,環(huán)境保護(hù)的要求越來越高,兩者之間的矛盾越來越尖銳。因此,如何做好廢漿的處理已成為城市建設(shè)過程中亟待解決的問題。
經(jīng)過泥漿分離技術(shù)處理后的土方含水率在40%以下(砂性土含水量可進(jìn)一步降低),解決了城市建設(shè)施工項(xiàng)目中廢漿需要外運(yùn),處置堆放等問題。分離后的土方可進(jìn)一步用來填海、回填樁孔等,大大減少了外運(yùn)的壓力(圖3、圖4)。
分離后的水,可以回用于施工用水,節(jié)約大量的水源(表1)。
由于泥漿外運(yùn)受卸點(diǎn)、航運(yùn)及地面交通運(yùn)輸制約,處置能力有限且極不穩(wěn)定,對項(xiàng)目生產(chǎn)施工造成很大困擾。采用泥漿分離技術(shù)后,系統(tǒng)處理能力穩(wěn)定,通過設(shè)備組合能滿足施工現(xiàn)場對處置量的需求,為建設(shè)施工提供了保障(圖5)。
另外,單臺泥漿分離機(jī)的裝機(jī)功率相對低,效率高,現(xiàn)場一般都能滿足其供電。
圖3 泥漿水土分離比例
圖4 分離土處置去向比例
表1 泥漿分離前后用水對比
圖5 泥漿分離前后項(xiàng)目產(chǎn)量對比
該工藝為城市建設(shè)中廢漿排放及環(huán)境污染問題提供了徹底的解決方案。
使用泥漿分離技術(shù)后的成本主要為分離技術(shù)本身的機(jī)械租賃費(fèi)、人工費(fèi)、材料費(fèi)、電費(fèi)、土方外運(yùn)費(fèi)(含挖機(jī)配合費(fèi))等,其中土方外運(yùn)費(fèi)用占到60%。
對成本的主要不利影響因素是:
1)土方外運(yùn)單價(jià)目前相對較高,土方外運(yùn)成本占總成本比例高。
2)由于目前市場正在轉(zhuǎn)型期,廢漿外運(yùn)仍有一定市場,低價(jià)無序的競爭仍存在,導(dǎo)致廢漿外運(yùn)的單價(jià)目前雖有一定幅度上漲,但尚未達(dá)到通過市場競爭機(jī)制退出市場的程度。
對成本的主要有利因素是:
1)由于廢漿外運(yùn)極易受交通管制時(shí)間、碼頭關(guān)閉、卸點(diǎn)關(guān)閉等因素影響,對施工進(jìn)度影響很大,一旦受影響被迫停工,建設(shè)方的開發(fā)成本,施工方人員、設(shè)備待工等的損失是無法估量的。以目前市場狀況,廢漿外運(yùn)影響現(xiàn)場施工是大概率事件。
2)使用泥漿分離技術(shù)后的水可重復(fù)利用,節(jié)約水費(fèi)。
3)使用泥漿分離技術(shù)后的土方可部分用于現(xiàn)場樁孔回填、路基回填等,可進(jìn)一步降低土方外運(yùn)成本。
通過本工程實(shí)踐,從最初使用廢漿外運(yùn)的方案,無法保證現(xiàn)場的工期要求,到最后采用泥漿分離技術(shù)解決了難題,證明該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)施工和環(huán)境保護(hù)雙贏,給企業(yè)帶來推廣該技術(shù)的動力。
這一技術(shù)對其他城市軟土地基地區(qū)的類似灌注樁施工也有借鑒意義。
基于過程中對該工藝的了解,今后可以在以下幾方面做一些改進(jìn)[4-7]:
1)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì),提高設(shè)備的穩(wěn)定性。提高耗材的耐久性,降低一些關(guān)鍵部位和易損傷部位的故障率。
2)提高自動化水平,降低人工成本,為工藝的推廣積累成本優(yōu)勢。
3)提高單臺設(shè)備的處置能力和集約化程度,盡可能地少占用施工現(xiàn)場空間。