工程泥漿現(xiàn)場處理技術(shù)研究

王 振，吳新萍，陸秋生，彭國斌，江 海，張 輝，劉 燕，馮小冬

（1.山東正元建設(shè)工程有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南250100；2.山東鐵正工程試驗(yàn)檢測中心有限公司，山東濟(jì)南250014；3.煤炭工業(yè)濟(jì)南設(shè)計(jì)研究院有限公司，山東濟(jì)南250031）

1 概述

泥漿作為鉆孔灌注樁、地下連續(xù)墻、盾構(gòu)掘進(jìn)施工作業(yè)不可缺少的介質(zhì)，具有懸浮土渣、防止孔壁坍塌等作用。然而，隨著基礎(chǔ)工程、橋梁工程、市政工程等的增多，施工過程中產(chǎn)生了大量廢棄泥漿，由于泥漿儲存占用寶貴的施工場地和導(dǎo)致現(xiàn)場施工環(huán)境惡劣，泥漿的處理一直是困擾工程施工的一個難題[1]。另外，廢棄泥漿的處理受到建筑部門和環(huán)保部門越來越大的關(guān)注，尋找一種高效率、低能耗，而且環(huán)保的廢棄泥漿處理方式變得刻不容緩[2]。

針對以上問題，本文采用劣化泥漿再生處理后循環(huán)利用，同時(shí)對尾渣進(jìn)行脫水固化處理的方法，實(shí)現(xiàn)方法簡單、高效環(huán)保、費(fèi)用低廉的目的。

2 泥漿處理相關(guān)機(jī)理[3]

（1）機(jī)械旋流分離機(jī)理。利用離心沉降和密度差原理，當(dāng)泥漿在一定的壓力下，從除砂器進(jìn)口以切向進(jìn)入設(shè)備后，產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，由于砂和泥漿密度不同，在離心力、向心浮力、流體拽力作用下，密度較低的泥漿上升，由溢流口排出，密度大的砂沉至底部，從而達(dá)到分離的目的。

（2）化學(xué)絮凝機(jī)理。高分子絮凝劑溶解后一般呈鏈狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，鏈間機(jī)械的纏結(jié)和氫鍵共同形成網(wǎng)狀節(jié)點(diǎn)，濃度較高時(shí)，由于溶液含有許多鏈—鏈接觸點(diǎn)，使溶液呈凝膠狀。這些鏈狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上眾多的化學(xué)基團(tuán)可以吸附泥漿中的膠體顆粒，將膠粒連接在一起形成絮團(tuán)，起到了架橋連接作用。同時(shí)，在絮團(tuán)下沉過程中還可以繼續(xù)捕獲更多的土顆粒一直下沉，從而達(dá)到絮凝的目的。

（3）化學(xué)固化機(jī)理。泥漿中加入某些藥劑后會發(fā)生水解、水化反應(yīng)，生成某些凝膠物質(zhì)，這些凝膠物質(zhì)與原土顆粒共同形成具有一定強(qiáng)度的“空間結(jié)構(gòu)”，凝膠物質(zhì)充當(dāng)骨架作用，起到了加固土體的作用。同時(shí)藥劑加入后會消耗土中的大量水，并使自身體積膨脹，擠壓周圍土體，從而達(dá)到加固土體的效果。

目前，對于泥漿的處理主要是采用2種以上的機(jī)理，以達(dá)到有效解決現(xiàn)場泥漿的難題。本技術(shù)綜合運(yùn)用以上各種機(jī)理，即利用機(jī)械旋流機(jī)理達(dá)到泥漿循環(huán)利用的目的，利用化學(xué)絮凝達(dá)到泥水快速分離的目的，利用化學(xué)固化機(jī)理達(dá)到尾渣固化目的。圖1為泥漿固化處理流程，其中泥漿分離室與螺旋攪拌器處于同一工作平臺。

3 泥漿循環(huán)利用處理

泥漿循環(huán)利用處理的核心設(shè)備為泥漿分離設(shè)備，泥漿高速泵入泥漿分離室內(nèi)，比重小的泥漿經(jīng)溢流口重新進(jìn)入泥漿池內(nèi)，比重大的泥漿儲存于泥漿分離室的下部。

4 泥漿絮凝處理

4.1 絮凝劑選擇和用量

絮凝劑在泥漿泥水快速分離中發(fā)揮了重要作用，研究[2,5-6]表明，陰離子型聚丙烯酰胺（APAM）是處理泥水分離性價(jià)比最好的絮凝劑。針對現(xiàn)場泥漿特性，采用沉降柱試驗(yàn)，確定合理的聚丙烯酰胺（APAM,分子量1200×104）用量為200～500mg/L。

圖1 泥漿處理工藝流程

4.2 泥漿、絮凝劑混合

為均勻混合泥漿、絮凝劑，設(shè)置螺旋攪拌裝置，裝置與分離室連接處安裝絮凝劑入口，入口處設(shè)置控制閥，控制閥根據(jù)絮凝劑濃度和泥漿流速進(jìn)行調(diào)整，泥漿經(jīng)螺旋攪拌器攪拌后，流入沉淀池。

5 尾渣固化處理

攪拌均勻后的泥漿和絮凝劑在沉淀池內(nèi)靜置分離，由于添加了絮凝劑，固液分離速度明顯提高，經(jīng)過1～2h分離后抽離上層清液，由于上層清液內(nèi)含有絮凝劑，可以回收利用。下層尾漿中首先添加微量純堿，采用伸縮攪拌器攪拌均勻后，均勻添加生石灰，添加量5～10g/L，尾漿隨攪拌逐漸變?yōu)檎吵砉腆w，呈流塑狀態(tài)。將混合物從沉淀池中挖出，采用晾曬或者烘烤措施，使其進(jìn)一步脫水，達(dá)到與施工現(xiàn)場其他土體一同運(yùn)輸?shù)哪康摹?/p>

6 主要技術(shù)特點(diǎn)

（1）處理效率高，如配備配備90L泥漿分離設(shè)備，處理泥漿能力為4m3/h；藥劑添加后明顯縮短固液分離時(shí)間和降低了含水率，如圖2所示。

（2）處理過程中，藥劑用量小，成本較低，處理泥漿加渣土外運(yùn)成本約20元/m3左右，相比泥漿外運(yùn)具有價(jià)格優(yōu)勢。

（3）設(shè)備集中程度高，占用場地小，可以節(jié)省施工空間，同時(shí)設(shè)備簡單易操作，適宜規(guī)?；a(chǎn)。

7 結(jié)論

通過幾種泥漿處理機(jī)理的綜合運(yùn)用，可以達(dá)到泥漿固化處理的目的，具體如下：

（1）通過聚丙烯酰胺（APAM）和生石灰的組合使用，可以達(dá)到泥漿固化處理的效果，并且藥劑用量較少。

圖2 經(jīng)不同藥劑處理后土體含水率

（2）泥漿分離設(shè)備、絮凝劑與泥漿混合設(shè)備可以集成于同一平臺，節(jié)省施工空間。

（3）設(shè)備操作簡單，便于規(guī)?；a(chǎn)。

（4）較小的藥劑用量，簡單的處理方式，較高的處理效率，較好的處理效果，可以有效節(jié)省施工成本。

[1] 張忠苗，房凱，王智杰，等.泥漿零排放處理技術(shù)及分離土的工程特性研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2011（9）：1457-1461.

[2] 張欽喜，陶韜，王曉杰，等.鉆孔灌注樁廢棄泥漿處理的試驗(yàn)研究[J].水利學(xué)報(bào)，2015（46）S1：40-45.

[3] 洪蔚.鐵路橋梁施工廢棄泥漿處理技術(shù)試驗(yàn)研究[D].中國鐵道科學(xué)研究院，2011.

[4] 梁止水，楊才千，高海鷹，等.建筑工程廢棄泥漿快速泥水分離試驗(yàn)研究[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)，2016（3）：427-433.

[5] 冷凡，莊迎春，劉世明，等.泥漿快速化學(xué)脫穩(wěn)與固液分離試驗(yàn)研究[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（3）：280-284.

[6] 樓明浩，汪炎法，孔奧.樁基施工泥漿固化處理新技術(shù)在某工程中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2015（44）：97-100.