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        鉆孔灌注樁泥水分離技術(shù)的應(yīng)用

        2021-03-09 00:48:20王健青李奉南吳恒博
        建筑施工 2021年10期
        關(guān)鍵詞:濾板壓濾機(jī)泥水

        鄭 超 王健青 李奉南 吳恒博

        中建八局第三建設(shè)有限公司 江蘇 南京 210046

        1 廢棄泥漿處理的必要性

        在基礎(chǔ)工程施工過程中會產(chǎn)生大量泥漿,若處理方法不當(dāng),會產(chǎn)生很大的負(fù)面影響。泥漿中含有大量水,若不進(jìn)行回收處理,會浪費(fèi)大量水資源,未經(jīng)處理的泥漿流入河流,會污染地表、地下水或損壞市政設(shè)施。目前蘇州航運(yùn)管控力度加強(qiáng),航道運(yùn)輸泥漿困難。車運(yùn)方式受交管部門限制,車流高峰期基本無法滿足泥漿外運(yùn)需求。若采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧?,分離出的水分和回收的干泥漿可以循環(huán)使用,對節(jié)約水資源、減少環(huán)境污染、節(jié)約成本并提高施工效率具有重要意義。因此,采取有效的泥漿固化措施是非常有必要的[1-5]。

        2 工程概況

        2.1 工程建設(shè)概況

        蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院總院二期工程位于蘇州市姑蘇區(qū),東起于齊溪街,西止于江蓮路,平海路(錦蓮河)以南,平瀧路以北。本工程分為東區(qū)和西區(qū),中間為在運(yùn)營的蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院一期。本工程樁基主要為鉆孔灌注樁,樁徑多為700 mm,樁長多為41.5 m,總計4 468根。

        2.2 鉆孔灌注樁施工難點(diǎn)

        工期緊張,場地?fù)頂D。東區(qū)樁基施工工期149 d,西區(qū)樁基施工工期60 d,在此時間內(nèi)完成4 668根鉆孔灌注樁的同時,現(xiàn)場還要安排雙軸攪拌樁、三軸攪拌樁、高壓旋噴樁、拉森鋼板樁的施工。周轉(zhuǎn)空間狹小,協(xié)調(diào)困難。

        廢棄泥漿的產(chǎn)量很大,處理困難,且當(dāng)?shù)亟涤觐l繁,地下水位較高,泥漿含水量普遍偏大。

        工程現(xiàn)場位于蘇州市姑蘇區(qū)中心,鄰近河流和蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院一期,對環(huán)境保護(hù)要求極高,泥漿處理不當(dāng)會導(dǎo)致難以挽回的污染。

        3 傳統(tǒng)的泥漿處理方式

        傳統(tǒng)的泥漿處理方式大致分為以下2種:第1種為運(yùn)輸出場后在指定的地點(diǎn)排放、堆積,自然靜置干化處理。這種方法對環(huán)境破壞最大。第2種方法可以將廢棄泥漿注入特定地層中,但要注意避免對土層和地下水的污染,而且泥漿中有害物質(zhì)的降解仍需很長時間,成本偏高。除此之外,傳統(tǒng)泥漿處理方式采用車運(yùn)或船運(yùn),還會受到交管、航運(yùn)限制。傳統(tǒng)泥漿處理方式?jīng)]有從根本上解決泥漿污染問題,只是對污染進(jìn)行了轉(zhuǎn)移,且受到諸多因素的限制,明顯無法達(dá)到理想效果。

        采取大方量泥漿外運(yùn)的處理辦法難以達(dá)到理想效果,因此施工現(xiàn)場為防止泥漿池外溢,經(jīng)常采取增設(shè)泥漿池、外擴(kuò)泥漿池、加高泥漿池圍壩等臨時措施。這類方法會增加施工措施費(fèi)用,且一旦泥漿池外溢,泥漿流入施工場地,處理難度大,費(fèi)用高,且易產(chǎn)生窩工現(xiàn)象,影響工期,增加成本。

        這些原始、低效率的處理方法,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足日益增長的泥漿處理需要,并且政府管控和環(huán)保要求越來越嚴(yán)格,泥漿處置成本將進(jìn)一步上升,成為困擾工程正常施工的難題。因此尋找新的泥漿處理方式,立足長遠(yuǎn),成為現(xiàn)實(shí)的需要。

        4 泥水分離和泥漿再利用

        4.1 建筑泥漿的特點(diǎn)

        泥漿是一種水中含有一定量的微細(xì)泥顆粒的懸浮液體,一般有如下特性:

        1)外觀呈土黃色,均勻有黏性,長時間靜止不分層;相對密度為1.20~1.46(其中黃砂相對密度1.6),含泥量20%~30%,pH為6~7。

        2)建筑泥漿的組成成分以無機(jī)物為主,主要包括水分、黏性土顆粒、粉砂等,其化學(xué)成分有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等礦物質(zhì),還有少量氮、磷的化合物和有機(jī)化合物以及重金屬。其主要特征表現(xiàn)在:無機(jī)物含量大,成分較為固定,含水率低,相對密度較市政污泥大,快速沉淀困難;建筑泥漿中含有的固體顆粒粒徑較小,外觀一般呈黏稠流體或半流體狀態(tài),色度大,顆粒細(xì)小,級配差,形成的膠體穩(wěn)定性較好,難以自然沉淀分離;建筑廢棄泥漿的化學(xué)成分與土壤類似,若處理不當(dāng),形成的溶膠懸浮體混合液將對環(huán)境造成威脅。

        4.2 泥漿壓濾分離技術(shù)

        4.2.1 壓濾機(jī)的組成結(jié)構(gòu)

        泥漿壓濾設(shè)備主要由主機(jī)部分(機(jī)架部分、濾室部分)、濾板移動裝置、液壓部分及電氣控制部分組成。結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

        圖1 壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)組成簡圖

        機(jī)架系統(tǒng)是機(jī)構(gòu)的主體受力結(jié)構(gòu),包括油缸、主梁、壓緊板等,需較高的強(qiáng)度和韌性以滿足受力要求。濾室部分是主要功能部分,由耐磨性好的鋼制濾板和透水性好的濾布組成,泥漿在其中被壓榨,水通過水嘴和濾布流出,泥餅留在濾板之間。濾板移動裝置與液壓部分相配合,為濾板壓榨泥漿提供壓力,并實(shí)現(xiàn)濾板在導(dǎo)軌中的自由移動。壓濾機(jī)液壓電氣控制部分如圖2所示,施工現(xiàn)場照片如圖3所示。

        圖2 壓濾機(jī)液壓電氣控制部分

        圖3 現(xiàn)場照片

        4.2.2 壓濾機(jī)的工作原理

        壓濾分離原理為先用濾布進(jìn)行過濾,再物理擠壓。

        廢棄泥漿集中注入廢漿池后,將需處理的廢棄泥漿從廢漿池通過管道泵送至儲漿桶,在儲漿桶中加添加絮凝劑并充分?jǐn)嚢?,進(jìn)行絮凝處理。絮凝處理后泥漿經(jīng)進(jìn)料孔進(jìn)入濾室內(nèi),準(zhǔn)備進(jìn)行壓濾處理。

        液壓缸活塞壓緊濾板,將幾十對濾板夾在止推板和壓緊板之間,濾板之間是承受壓力的泥漿。使用液壓缸活塞持續(xù)加壓,達(dá)到液壓工作壓力后持續(xù)進(jìn)行壓濾作業(yè),此時泥漿中的水可以從濾布中流下,濾布和濾板中的泥漿含水量不斷下降。

        壓濾過程中,止推板及壓緊板上部左右兩孔可注入洗滌水沖洗濾渣,并吹入壓縮氣體吹干濾餅,進(jìn)一步減少泥餅的含水率。濾板下方左右兩孔為濾液排出孔,下側(cè)面裝有旋塞,將濾液輸出至儲液盤,后經(jīng)清水管進(jìn)入清水池。

        壓濾作業(yè)完成后,拉板小車逐個拉開濾板,使每對濾板之間形成的干泥餅逐個落入下部的干泥堆或皮帶輸送機(jī),經(jīng)小推車或皮帶傳送落入尾部渣土坑。往復(fù)循環(huán)此過程。濾板及濾室如圖4所示,壓濾得到的干泥餅如圖5所示,壓濾分離泥水循環(huán)的建立如圖6所示。

        圖4 濾板及濾室

        圖5 壓濾得到的干泥餅

        圖6 壓濾分離泥水循環(huán)的建立

        4.2.3 壓濾分離的特點(diǎn)

        泥漿的壓濾無需對泥漿進(jìn)行過多預(yù)處理,特別是無需進(jìn)行耗時長、占用場地大的沉淀工序,可以隨時開始或結(jié)束對泥漿的處理,處理時間靈活,而且處理效率較高。傳統(tǒng)的處理方式需要經(jīng)過幾天的沉淀預(yù)處理,在占地面積和處理成本上均不如進(jìn)行壓濾分離的方法。

        本做法所需機(jī)械設(shè)備在市場上有成熟的供應(yīng)和維護(hù)渠道,設(shè)備整合為一體,自動化程度很高,只需幾人即可對整套機(jī)械進(jìn)行操作,節(jié)省了人力資源,而且為現(xiàn)場管理減輕了負(fù)擔(dān)。壓濾分離所得的水和干泥餅均可重復(fù)利用,可實(shí)現(xiàn)變廢為寶的目標(biāo)。結(jié)合以上原因,本工程最終選用了泥漿壓濾分離技術(shù)。

        4.3 泥漿離心分離技術(shù)

        4.3.1 離心分離工藝的組成結(jié)構(gòu)

        整套處理流程需經(jīng)過振動篩、中轉(zhuǎn)箱、離心設(shè)備等。

        振動篩對泥漿進(jìn)行初步處理,對待處理的泥漿進(jìn)行初步篩分,去除較大的砂性顆粒。中轉(zhuǎn)箱用于混合絮凝劑和廢泥漿,離心設(shè)備可實(shí)現(xiàn)泥水的最終分離。

        4.3.2 離心分離的原理

        本離心分離技術(shù)需要經(jīng)過振動、絮凝和離心3個步驟分別去除較大、較小的砂礫和細(xì)小的黏粒。

        待處理的廢棄泥漿經(jīng)振動篩去除顆粒較大的砂性顆粒,去除大顆粒之后的泥漿可以重新用于灌注樁施工,也可以進(jìn)行下一步處理工序,將其注入中轉(zhuǎn)箱中,加入絮凝劑,使泥漿中細(xì)小的砂粒絮凝,最后利用離心設(shè)備分離出泥漿的黏性細(xì)顆粒,實(shí)現(xiàn)泥水分離的效果。離心分離泥水循環(huán)的建立見圖7。

        圖7 離心分離泥水循環(huán)的建立

        4.3.3 離心分離的特點(diǎn)

        本技術(shù)可以針對性地分離出泥漿中不同性質(zhì)的土粒,初步振動篩分可以分離出較大的砂粒,絮凝處理可以分離出較細(xì)小的砂粒,離心設(shè)備可以分離出較小的黏性顆粒。可實(shí)現(xiàn)對不同類型土的分類回收利用,這是其他分離方式不具有的。但是離心分離所需設(shè)備整體性差,需分別進(jìn)行安裝,再通過管道相互連接,不便于維護(hù)和實(shí)際操作。

        由于離心分離設(shè)備操作煩瑣,人力、設(shè)備、時間和能源成本偏高,且本工程無需對干泥進(jìn)行分類回收,所以其復(fù)雜的分離工序?qū)Ρ竟こ桃饬x不大,并未采用。

        4.4 泥漿再利用

        對于分離出的泥,可根據(jù)泥的性質(zhì),用于地基土的回填、建筑材料的加工原材或經(jīng)進(jìn)一步處理后用于市政綠化用土,節(jié)約了施工現(xiàn)場的部分工作面和土方運(yùn)輸成本。

        4.5 水的再利用

        壓濾之后即可以得到泥漿中的水,泥漿壓濾分離步驟的泥水分離度非常高,分離出的水也可以導(dǎo)入清水池中待用。但由于回收得到的清水池中的水仍含有大量絮凝劑,所以也可將其用于稀釋待處理的泥漿,可以節(jié)約絮凝劑的用量,進(jìn)一步節(jié)約成本。

        5 綠色施工的控制措施

        本工程采取的泥漿壓濾分離技術(shù)相比傳統(tǒng)方法,在降低成本和環(huán)境保護(hù)上具有明顯優(yōu)勢,隨著綠色施工的要求越來越高,本文所述方法相對較好。

        鉆孔灌注樁施工過程中,為達(dá)到綠色施工的標(biāo)準(zhǔn),施工單位應(yīng)采取細(xì)致嚴(yán)格的管理,并采取相應(yīng)技術(shù)措施。施工中所有的水資源,應(yīng)通過相應(yīng)的處理措施實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用,并對廢水和循環(huán)水的水質(zhì)做簡單處理。施工中的固體廢料應(yīng)統(tǒng)一堆放,泥餅應(yīng)確?;厥绽茫坏秒S意丟棄。所用機(jī)械設(shè)備應(yīng)做好揚(yáng)塵控制,盡量減少大氣污染和噪聲污染。

        建立與工程體量相匹配的泥水循環(huán)系統(tǒng),是在實(shí)現(xiàn)綠色施工的同時保證經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。

        6 結(jié)語

        本工程利用泥漿壓濾分離技術(shù)對鉆孔灌注樁施工過程中產(chǎn)生的廢棄泥漿進(jìn)行處理,避免了傳統(tǒng)處理方法容易造成污染、成本高、耗時長等缺點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了泥水分離和泥水循環(huán),為未來類似的施工積累了重要經(jīng)驗(yàn),經(jīng)總結(jié),得出如下結(jié)論:

        1)灌注樁由于泥漿護(hù)壁的工藝需求,會產(chǎn)生大量廢棄泥漿,未經(jīng)處理的泥漿容易對環(huán)境造成污染,且有損施工形象。本技術(shù)用成熟的泥漿壓濾機(jī),將廢棄泥漿分離為較為純凈的工程用水和含水率較低的泥餅。所分離出的水質(zhì)完全滿足施工要求,且可以節(jié)約很多水資源。干泥餅力學(xué)性能較為良好,用作地基填土或其他建筑材料,可實(shí)現(xiàn)廢物利用,經(jīng)濟(jì)效益明顯,且意義重大。

        2)泥漿壓濾分離技術(shù)在市場上已經(jīng)有了較為成熟的技術(shù)和設(shè)備,且集成化、自動化程度較高,能滿足施工現(xiàn)場安裝部署快、移動方便、便于維護(hù)和操作簡單等要求,應(yīng)總結(jié)為成熟的施工范例加以推廣。

        3)現(xiàn)階段,我國在確保施工質(zhì)量的同時,大力推廣綠色施工的理念。樁基工程廢棄泥漿的泥水分離和泥水循環(huán)技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用,這一技術(shù)對經(jīng)濟(jì)效益有明顯促進(jìn)作用,且與綠色施工理念相契合,但這并不是最好的方法,技術(shù)的進(jìn)一步完善與發(fā)展不會終止。施工單位應(yīng)繼續(xù)探索廢棄泥漿的處理措施,新工藝的探索與實(shí)踐是土建行業(yè)發(fā)展的最大動力。

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