鐵路橋梁施工廢棄泥漿處理的實用技術(shù)研究

席 社

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司環(huán)工院，北京 100055)

1 綜述

鐵路橋梁建設(shè)大量采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，施工過程中需要大量使用泥漿［1，2］，施工后產(chǎn)生的廢棄泥漿若直接排放，或處置不得當(dāng)會給周邊環(huán)境帶來較大的危害，甚至引發(fā)環(huán)境糾紛事件。目前鐵路橋梁施工廢棄泥漿的處理多采用就地排放、簡易沉淀等處置方式，不能滿足環(huán)境保護(hù)的基本要求，而代價昂貴的處理方法也不符合我國鐵路建設(shè)的具體情況。筆者通過文獻(xiàn)資料和部分鐵路建設(shè)工程現(xiàn)場調(diào)研，結(jié)合相關(guān)法規(guī)及建設(shè)環(huán)境友好型和諧鐵路的有關(guān)要求，提出了目前鐵路建設(shè)施工廢棄泥漿處理的原則措施、實用技術(shù)及廢棄泥漿處理有關(guān)設(shè)計參數(shù)或指標(biāo)，僅供從事鐵路建設(shè)施工廢棄泥漿處理的工程設(shè)計、施工管理等技術(shù)人員參考。

2 鐵路橋梁施工廢棄泥漿的性質(zhì)特征、產(chǎn)生數(shù)量和環(huán)境危害性

2.1 廢棄泥漿的性質(zhì)特征

采用鉆孔灌注樁施工的泥漿是細(xì)黏土與液體的混合物，一般采用水(或油)、黏土(或膨潤土)和添加劑(燒堿、純堿、羧甲基纖維素、石灰、石膏、氯化鈣、聚丙烯酰胺等)按適當(dāng)比例配置而成，應(yīng)滿足密度、黏度、含沙率和膠體率等指標(biāo)要求。以連續(xù)相的不同分為水基泥漿和油基泥漿，鐵路橋梁鉆孔施工使用的的泥漿主要是細(xì)分散水基泥漿。

鐵路施工廢棄泥漿具有兩大性質(zhì)特征，其一是:污染成分單一，處理難度小。鐵路施工泥漿因配制過程中不添加有毒有害試劑，施工過程中，也不改變泥漿的理化性質(zhì)，因而，施工廢棄泥漿的處理主要是泥水分離，降低泥漿廢水的渾濁度。鐵道科學(xué)研究院在京滬高速鐵路廢棄泥漿處理現(xiàn)場試驗測試結(jié)果［2］也表明:鐵路廢棄泥漿中污染物及含量與土壤的本底值基本一致。其二是膠體穩(wěn)定性，難以自然沉淀分離。水基泥漿主要是由直徑小于20 μm的超細(xì)顆粒與水組成了膠體分散體系，具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性，而施工產(chǎn)生的廢泥漿膠體性質(zhì)仍未改變，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定度，在自然狀態(tài)下沉淀分離，所需的沉淀池面積大，占地多，沉淀分離周期長，后期恢復(fù)難度大。

2.2 廢棄泥漿產(chǎn)生數(shù)量估算

廢棄泥漿產(chǎn)生于鉆孔過程和鉆孔完成后，產(chǎn)生數(shù)量與鉆孔直徑、鉆孔深度以及處理方式等有關(guān)，一般為成孔體積的3～5倍［1，2］，據(jù)部分鐵路建設(shè)工程現(xiàn)場調(diào)查，鐵路施工廢棄泥漿產(chǎn)生數(shù)量大致在此范圍。

2.3 廢棄泥漿的環(huán)境危害性［1］

盡管鐵路施工廢棄泥漿污染成分單一，但若直接排放，或處置不得當(dāng)會給周邊環(huán)境帶來較大的危害。如:廢泥漿排入水體，會造成水體泥沙量增加，引發(fā)河道淤積，影響河道行洪，加重洪澇災(zāi)害;如果流入農(nóng)田中或直接填埋，會對土壤的透氣性等理化性質(zhì)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響作物生長，并且有可能造成周邊地區(qū)土壤板結(jié)，使土地失去使用價值;如果排放到魚塘等養(yǎng)殖場，會造成水體渾濁、缺氧，影響魚類等的生長;如果排放到城鎮(zhèn)環(huán)境，將影響城市環(huán)境衛(wèi)生、公共設(shè)施安全及居民出行等。

2.4 鐵路施工廢棄泥漿處理的必要性

保護(hù)環(huán)境是鐵路建設(shè)的基本方針，強(qiáng)化對鐵路施工現(xiàn)場廢棄泥漿處置的管理，開發(fā)應(yīng)用廢棄泥漿處理技術(shù)，對保護(hù)良好的生態(tài)環(huán)境，創(chuàng)造和諧的建設(shè)環(huán)境，建設(shè)環(huán)境友好型鐵路具有重要意義。

3 廢棄泥漿處理技術(shù)的實用性分析

近年來國內(nèi)外對廢棄泥漿處理技術(shù)、方法的研究較多，但有些處理方法不適合鐵路施工廢棄泥漿的處置，如:化學(xué)固化法［1，4，5］、機(jī)械濃縮、脫水處理法等較適合石油鉆井廢棄泥漿的處理，對鐵路施工廢棄泥漿的處置，成本太高，不具可行性。比較可行的且較具實用性的處置方法主要有以下幾種。

3.1 土地耕作法［6，7］

土地耕作法是將廢棄泥漿撒在土壤表層，用機(jī)械耕作將其混勻，利用土壤的微生物將泥漿中的有害物質(zhì)吸收利用后使之降解的方法。

該處理方法的優(yōu)點(diǎn)是如就近有土壤結(jié)構(gòu)適宜、土地資源豐富的場地，經(jīng)濟(jì)上最省，操作方便，處理周期短。缺點(diǎn)是如土壤結(jié)構(gòu)不適宜，或泥漿一次投放量過大，過于集中有可能會使土壤的透氣性能下降，甚至造成土地板結(jié)和鹽堿化。

如前所述，鐵路施工廢棄泥漿中，沒有造成土地污染的污染物，鐵路施工點(diǎn)多線長，土地資源豐富，多數(shù)區(qū)段適用土地耕作法。應(yīng)進(jìn)一步深化研究對不同土壤結(jié)構(gòu)的土地廢泥漿投放量，研究與草木灰等農(nóng)家肥協(xié)同投放，改善土壤透氣性能及土地肥力。

3.2 自然沉淀法［1］

自然沉淀法利用低洼地或簡易沉淀池存放廢棄泥漿，靜置一段時間待泥漿沉淀后，排去上清液，施工完畢后對沉淀底泥進(jìn)行填埋復(fù)墾。在環(huán)境敏感區(qū)(如水源保護(hù)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)等)和社會關(guān)注區(qū)(城市區(qū)域、河道、農(nóng)田等)施工的廢棄泥漿經(jīng)自然沉淀減量后，用槽車運(yùn)至環(huán)衛(wèi)部門指定的固體廢物填埋場填埋，并交納費(fèi)用。

該處理方法的優(yōu)點(diǎn)是簡單易行、成本低廉。目前，多數(shù)鐵路施工單位采用此法。但該處理方法也存在問題，如:因廢泥漿仍具有膠體穩(wěn)定性，依靠自然沉淀實現(xiàn)固液分離非常困難，所需沉淀時間長，有效容積大，臨時占地面積大，期間遇到降雨等情況，易造成沉淀池內(nèi)的泥漿外溢污染環(huán)境;靜置期間仍需對沉淀池進(jìn)行管理，采取攔擋等措施，防止人畜掉入池內(nèi);外運(yùn)至固體廢物填埋場運(yùn)輸費(fèi)用巨大。

該處理方法通過優(yōu)化，合理選擇沉淀池位置及容積、沉淀時間、排液周期等技術(shù)參數(shù)，加強(qiáng)監(jiān)管、及時填埋復(fù)墾，仍是當(dāng)前鐵路施工廢棄泥漿處置的實用技術(shù)。

3.3 化學(xué)絮凝沉淀法［3，8］

為克服自然沉淀法的缺點(diǎn)，縮短廢泥漿處理周期，減少臨時占地面積，通過向泥漿中加入絮凝劑，破壞泥漿體系的化學(xué)穩(wěn)定性，使水與固相顆?？焖俜蛛x。上清液排除使廢棄泥漿減量、干化，便于清運(yùn)或就地填埋、復(fù)墾。這就是化學(xué)絮凝沉淀法。

該方法的優(yōu)點(diǎn)是廢泥漿處理周期短，臨時占地省，分離后的底泥含水率低。缺點(diǎn)是操作較麻煩，處理成本較高，絮凝劑的選用及投量要求高，既要保證沉淀效率高，又要保證絮凝劑無毒或低毒性，沉淀底泥對土壤不會造成污染。

該處理方法適合于環(huán)境敏感區(qū)(如水源保護(hù)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)等)和社會關(guān)注度高的區(qū)域(如城鎮(zhèn))，或可利用的土地資源緊張的鐵路施工現(xiàn)場，該處理方法在鐵路施工中有試驗應(yīng)用，通過優(yōu)化設(shè)計，合理選擇絮凝劑，合理確定投加量、投加方式、沉淀池容積、沉淀時間、排液周期等技術(shù)參數(shù)，加強(qiáng)監(jiān)管、及時填埋復(fù)墾，也是當(dāng)前鐵路施工廢泥漿處置可選用的技術(shù)。

4 鐵路橋梁施工廢棄泥漿處理的一般原則及技術(shù)要點(diǎn)

鐵路橋梁施工廢棄泥漿處理應(yīng)首先做到技術(shù)有效，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的，其次，要做到簡便易行，經(jīng)濟(jì)適宜。

4.1 一般原則

鐵路鉆孔樁基施工廢棄泥漿處理應(yīng)遵照以下基本原則:

(1)鉆孔施工應(yīng)優(yōu)先采用泥漿循環(huán)利用工藝，減少鉆屑、廢泥漿體積;

(2)應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場的環(huán)境要求、地形、水文、土壤條件等相關(guān)情況，合理選擇廢泥漿儲存池、沉淀池的位置，裂隙、溶洞發(fā)育地帶應(yīng)采取防滲漏、防流失措施，避開沖溝等;

(3)合理確定廢泥漿儲存池、沉淀池的容積，確保所有的廢棄泥漿被收集起來，避免直接排入環(huán)境中;

(4)廢棄泥漿處理方法宜根據(jù)施工現(xiàn)場的環(huán)境敏感性及其要求、水文、氣象、土壤條件及廢棄泥漿產(chǎn)量等因素確定。

4.2 鐵路鉆孔樁基施工廢棄泥漿處理技術(shù)選用

鐵路橋梁鉆孔樁基施工廢棄泥漿處理技術(shù)選用可參考下列建議:

(1)對于就近有土壤結(jié)構(gòu)適宜、土地資源豐富的場地，在充分論證的情況下，可采用土地耕作法;

(2)對于一般地區(qū)，可優(yōu)先采用自然沉淀法。即利用低洼地或簡易沉淀池存放廢棄泥漿，經(jīng)自然沉淀后，排除上清液，施工完畢后對沉淀底泥進(jìn)行填埋復(fù)墾;

(3)對于特殊區(qū)域，如水源保護(hù)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)等環(huán)境敏感區(qū)和城市區(qū)域等社會關(guān)注區(qū)，廢棄泥漿量較大，土地資源緊張時可采用化學(xué)絮凝沉淀法，經(jīng)化學(xué)絮凝沉淀，達(dá)到有效濃縮減量后，再進(jìn)行后續(xù)處理;

(4)項目環(huán)境影響評價報告或地方環(huán)保、環(huán)衛(wèi)部門提出特殊要求時，可按要求用槽車將濃縮減量后的廢棄泥漿運(yùn)至地方環(huán)衛(wèi)部門指定的固體廢物填埋場填埋。

4.3 相關(guān)設(shè)計參數(shù)及指標(biāo)選用

鐵路橋梁鉆孔樁基施工廢棄泥漿處理可參考選用如下相關(guān)設(shè)計參數(shù)及指標(biāo)。

(1)自然沉淀法:儲泥池宜與沉淀池分開并聯(lián)設(shè)置，儲泥池溢流進(jìn)入沉淀池，儲泥池的容積按泥漿循環(huán)利用工藝的需要設(shè)置，容積可按成孔體積的1～2倍估算，沉淀池的容積按成孔體積的2～3倍估算，有效深度不宜大于3.0 m，超高不宜小于0.5 m。儲泥池兼作沉淀池時，容積按成孔體積的3～5倍估算。因泥漿本身就是防滲材料，池底不需作防滲處理。

(2)化學(xué)絮凝沉淀法:施工完畢一次性處理時，儲泥池可兼作沉淀池，容積按成孔體積的3～5倍估算，有效深度不宜大于3.5 m，超高不宜小于0.5 m。施工過程即時處理時，儲泥池應(yīng)與沉淀池分開設(shè)置，沉淀池容積按成孔體積的1～2倍估算，有效深度可大于3.0 m，超高不宜小于0.5 m;

絮凝劑可采用陰離子聚丙烯酰胺，加藥量應(yīng)根據(jù)絮凝試驗確定;宜采用機(jī)械攪拌，GT值控制在1 700～2 000為宜。濃縮減量后底泥容積應(yīng)不大于處理前總體積的45%。及時覆土填埋底泥，并應(yīng)分層填埋，每層填埋厚度不大于1 m，下層填粗顆粒骨料，上層填耕植土，留超高0.3 m以上。

(3)土壤耕作法:采用該法處置施工廢泥漿時，應(yīng)根據(jù)土壤結(jié)構(gòu)特性，經(jīng)充分論證、試驗，確定土壤表面的廢泥漿均勻投放量、翻耕深度等參數(shù)，可研究與草木灰等農(nóng)家肥協(xié)同投放，改善土壤透氣性能，增加土地肥力等措施。

5 廢棄泥漿處理研究探討方向及建議

鐵路橋梁鉆孔樁基施工廢棄泥漿是一種低危害性的有較好防滲、固沙功能的材料，如能變廢為寶，合理利用，將是一種好的處置途徑，如:利用廢棄泥漿較好的防滲、粘滯固沙功能，將廢泥漿撒在沙化土地、鐵路路基風(fēng)沙路段邊坡表層，有助于地表“結(jié)皮”的形成或增加地表“結(jié)皮”的堅固性，從而起到防風(fēng)固沙、水土保持的作用。建議下一步對鐵路施工廢棄泥漿用于荒漠化、沙化土地治理等及用于鐵路路基風(fēng)沙路段邊坡防護(hù)、水土保持工程等方面深化研究探討。

6 結(jié)語

鐵路橋梁鉆孔樁基施工廢棄泥漿的無害化處理是保護(hù)環(huán)境，依法合規(guī)建設(shè)環(huán)境友好型和諧鐵路的基本要求，提出了目前鐵路建設(shè)施工廢棄泥漿處理及優(yōu)化的基本原則、實用技術(shù)及廢棄泥漿處理可供參考的設(shè)計參數(shù)或指標(biāo)，提出了今后鐵路建設(shè)施工廢棄泥漿處理研究方向和建議，以期對鐵路建設(shè)施工廢棄泥漿處理的工程設(shè)計、施工管理及后續(xù)研究有所助益。

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