泥漿轉移橫向排水帶真空固結再利用施工工法

孫 威 付學朋 梁玉龍

(中翀建設有限公司，江蘇 南京 211800)

淤泥的改良利用，首先要將淤泥中的水分排出，傳統(tǒng)的淤泥處理方法中，自然晾曬具有場地需求大、固結時間長等缺點；機械固結具有成本高、效率低等缺點，不能滿足大量淤泥處理需求。針對以上淤泥固結方法的缺點，基于淤泥的快速排水及回收再利用這一理念，開發(fā)出泥漿轉移橫向排水帶真空固結再利用施工工法，該工法將清理出的淤泥用塑料排水帶排出，并應用真空射流泵抽真空輔助，快速排出淤泥中的水分，將淤泥轉運或改良后再利用。

1 項目概況

某工程位于南京浦口經(jīng)濟開發(fā)區(qū)大黃社區(qū)，北至新星大道、南至步月路、西至沿山大道、東至云杉路的范圍內分布有18個不同大小的砂坑，砂坑最大面積70035m2，淤泥最深26m，單個砂坑最大清淤量64萬m3，泥漿呈流塑狀，且坑內均有一定深度的水。不同砂坑位置后期的建筑規(guī)劃各不相同，其中延陵路分布有1～4號、17號5個砂坑，5號砂坑有丁香路通過，6號砂坑有沿山大道通過，10號砂坑有雙峰路、丁香路通過，11號砂坑有雙峰路通過，13號砂坑有丁香路通過，14號、15號砂坑有朱石路通過，16號砂坑有云杉路通過，18號砂坑有丁香路、延陵路通過，7號、8號、9號、12號砂坑為場地。12號砂坑水深7m，清淤總量7000m3，依據(jù)砂坑地基處理的技術要求，場地范圍內，處理后地基承載力特征值不小于60kPa。

本工程中要求將砂坑中清理出的淤泥經(jīng)現(xiàn)場處理充分降低含水率后，將砂、素土或水泥、石灰與處理后淤泥按比例進行拌和回填再利用。

采用淤泥轉移+排水帶+真空固結的檢索策略在多個數(shù)據(jù)庫服務平臺進行查新，發(fā)現(xiàn)國內外尚無淤泥轉移真空固結排水處理淤泥的成功經(jīng)驗。泥漿池+排水帶真空固結處理借鑒查新匯總情況見表1。

圖1 砂坑平面布置

表1 泥漿池+排水帶真空固結處理借鑒查新匯總

2 工藝原理及特點

2.1 工藝原理

本工法利用砂袋或土圍堰將泥漿池圍筑完成后，利用中粗砂沿泥漿池一側池壁堆積，表面覆蓋一層土工布，并在砂埂底部布設排水管，堆積坡度與圍堰池壁相同，在池壁的一側形成反濾層。

然后將淤泥注入泥漿池，當淤泥達到一定高度后沿堆砂反濾層池壁垂直方向鋪貼塑料排水帶，排水帶一頭埋入砂埂，在排水帶上滿鋪一層透水土工布，然后在土工布上再次注入泥漿，當注入一定高度后再次鋪排水帶和土工布，如此重復，注入泥漿結束后在泥漿上層鋪貼密封薄膜層，并在砂埂底部設置排水管，然后利用真空射流泵對排水管抽真空，淤泥中的水分滲透到塑料排水帶中，水分通過塑料排水帶進入砂埂，砂埂中的真空排水管將水分吸入排水管排出砂埂，起到快速排出淤泥中水分的作用，最后將低含水量淤泥轉運或拌和再利用,圖2為該排水系統(tǒng)平面示意圖。

圖2 排水系統(tǒng)平面示意圖

2.2 本工法的特點

本工法利用塑料排水帶輔以抽真空排水，能快速排出淤泥空隙中的水分，排水效率高，適合大體量淤泥處置；本工法處理淤泥成本較低；利用橫向排水帶排水，可以根據(jù)淤泥性質和層厚布置排水帶位置，排水效果優(yōu)越。

2.3 適用范圍

本工法適用于范圍：在建工程淤泥含量較大，需對淤泥進行處理再利用或處理后外運的工程以及鉆孔灌注樁泥漿的處理。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工操作流程

施工操作流程見圖3。

圖3 施工工藝流程

3.2 操作要點

3.2.1 施工準備

施工前，對施工過程中可能需要的機械設備、建筑材料及人員全部安排就位。選擇一塊地勢平坦、四周空曠的高地，根據(jù)工程特點、設備投入情況及生產能力等特點，選用合適的挖掘機和平地機設備清除堤壩區(qū)地表塊石、雜草、樹根及其他雜物，場地呈一側向另一側單向坡度走勢，坡度宜為0.5%～2%。根據(jù)泥漿池的大小，用經(jīng)緯儀測設出泥漿池邊線位置，并設置控制樁，用石灰畫線標出泥漿池填筑區(qū)域。

3.2.2 泥漿池圍筑

泥漿池填筑可以采用土袋圍堰及土圍堰等，本工法選用素土圍堰填筑，素土應優(yōu)選黏性土、粉質黏土或砂質黏土，圍堰填筑時應分層填筑，分層壓實，每層松鋪厚度不宜超過30cm，壓實度不小于85%。

填筑過程中盡可能保證靠近泥漿池一側邊緣平整，堰內迎泥漿面保證坡度1∶2～1∶3，堰頂寬度在1～2m，堰高根據(jù)工程特點、工期要求、淤泥量等確定。若采用其他形式的圍堰，則堰體迎水側與背水側的坡度根據(jù)相關規(guī)范嚴格執(zhí)行。

沿堰頂中線四周挖一條環(huán)形閉合的壓膜溝，壓膜溝的截面尺寸視具體情況而定，塑料薄膜沿壓膜溝鋪貼，加固區(qū)四周應開挖壓膜溝，壓膜溝至少應挖至不透水、不透氣層頂面以下0.5m，以保證密封膜周邊足夠的覆土厚度和良好的密封性能。

3.2.3 填筑砂埂

在地勢較低的一側土圍堰內側堆積中粗砂，砂埂的坡度與圍堰內邊迎泥漿池一側坡度相同，砂埂厚度不宜小于0.5m，宜采用含泥量不大于5%、滲透系數(shù)不小于5×10-3cm/s的中砂或粗砂填筑；砂埂表面鋪一層透水土工布，土工布的滲透系數(shù)應大于5×10-4cm/s。

在砂埂底部埋設PVC塑料管道作為濾管，管徑根據(jù)淤泥的含水量及滲透性選擇，本工法選用直徑為110mm的PVC塑料管，管與管之間用橡膠圈連接，應牢固，且環(huán)向剛度和強度能承受住砂土沿管道徑向所產生的擠壓。

管道表面開孔處理，孔徑6～8mm，宜按間距10cm梅花布置,在管表面裹一層透水無紡土工布，防止砂從濾管流到主管，造成不必要的損失，土工布滲透系數(shù)應大于5×10-4cm/s，管道一端與真空泵的主管密封連接，另一端用無紡土工布密封。

3.2.4 沖填泥漿

設備由泥漿泵、高壓水槍、水泵、輸送泥漿管、配電箱等組成，泥漿泵的壓力和排量根據(jù)現(xiàn)場基坑的淤泥量、工期要求及泥漿池與基坑的距離等情況綜合確定，本工法選用NL65-16型泥漿泵，揚程15～18m，流量50～60m3/h；將裝有流量計的泥漿泵置于基坑地勢最低處，泥漿管道將基坑與泥漿池連接，出泥口采用活動支撐，便于移動出泥口，更能有效確保泥漿池中淤泥填筑高程保持在同一平面，提高施工效率。

輸漿管道應保證表面無裂紋和損傷，接頭應密實牢固。接頭可采用法蘭連接或焊接等，管道應采用專用的泥漿管。整個抽泥漿過程中不得出現(xiàn)漏泥及漏水等現(xiàn)象。否則，及時關閉泥漿泵電源，進行維修。

泥漿泵清淤泥過程中，利用水準儀測量泥漿填筑高度，當泥漿高度增量在0.7～1.3m時，停止注入泥漿，并間隔0.7～1.3m布置第一層橫向排水帶，對于高靈敏度黏性土宜取大值。在砂埂表面的土工布相應位置，用小刀割與排水帶寬度一致的缺口，并將排水帶一端從缺口穿入砂埂20～40cm深，另一端距圍堰邊0.7～1.3m。

在已鋪好的排水帶上方滿鋪一層透水土工布，以防止后期抽泥漿過程中擾動第一層排水帶，影響排水效果。

3.2.5 表層覆蓋及真空排水

泥漿池注滿泥漿后應密封其表面，密封效果是保證預壓排水成功的關鍵，因此薄膜的技術要求應予以高度重視，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：?密封膜的材料應抗老化能力強，韌性好，強度高，層數(shù)宜為2～3層，單層厚度宜為0.12～0.16mm，本工法選用厚度為0.16mm的聚氯乙烯薄膜覆蓋泥漿池，以起隔絕空氣作用；?根據(jù)現(xiàn)場泥漿池的大小，應聯(lián)系廠家定制或加工薄膜，大小易超出泥漿池每邊至少400cm；?現(xiàn)場鋪薄膜時，采用人工鋪貼，鋪貼時膜應足夠松弛，不能用力張拉，薄膜四周緩慢埋入事先挖好的密封溝內，回填黏土密封壓實。根據(jù)真空射流泵的工作壓強及壓強范圍選用合適功率的真空泵，以能最快最經(jīng)濟地排出泥漿池中的空氣為目的，本工法選用2臺7.5kW的射流泵，大概需要2天時間，可使泥漿池內達到85kPa以上的真空度；泥漿池中鋪設三個真空度測頭，實時觀察泥漿池中的真空度是否有下降。泥漿池中的空氣被抽出，泥漿池內外形成壓差，淤泥受到擠壓，其空隙水不斷從排水帶排出，從而起到固結土體的作用。

3.2.6 土體固結

泥漿池中的空氣被抽出，泥漿池內外形成壓差，淤泥受到擠壓，其空隙水不斷從排水帶排出，從而起到固結土體的作用。

淤泥含水量采用酒精燃燒法測試，當含水量達到設計值時，停止真空排水；若未達到設計值，繼續(xù)進行真空排水。

含水量達到施工要求時，可以在泥漿池中摻入一定比例的素土和砂或水泥和石灰(宜按25%砂+40%素土+35%處理拌和淤泥或2%水泥+4%石灰+94%疏干晾曬、脫水處理后的淤泥、浮泥)，與固結后的淤泥進行拌和。翻拌均勻后裝入卸汽車運至砂坑中進行回填，回填應從遠離泥漿泵端向泥漿泵一端進行，遵循分層回填，分層壓實，每層松鋪厚度不超過30cm；可以直接將固結后的淤泥外運至指定的棄土場。

4 關鍵技術及經(jīng)濟數(shù)據(jù)

4.1 反濾層材料選擇

a.查閱施工圖紙，要求按25%砂+40%素土+35%處理拌和淤泥的配合比形成拌和料進行回填。

b.從附近砂廠購置含泥量小于5%的中粗砂。

c.緊貼泥漿池池壁堆筑中粗砂，厚度50cm，坡度控制在1∶2～1∶3。

d.堆筑反濾層的過程中，加適量水，使砂壁保持穩(wěn)定不滑塌。

效果驗證：根據(jù)現(xiàn)場實際實施情況可知，現(xiàn)場嚴格按照要求進行實施，且堆筑中粗砂反濾層前，在泥漿池底20cm處鋪一道濾管，濾管接出池外，反濾層厚度50cm，表面覆蓋一層透水土工布，反濾層的坡度與泥漿池壁的坡度一致，達到預期的效果。

4.2 排水帶布置

a.根據(jù)泥漿池的尺寸，排水帶長度為39m，排水帶一端伸入反濾層30cm，另一端距池壁50cm。

b.泥漿高度每增加0.7m，沿泥漿面橫向鋪設一層排水帶，排水帶水平間距0.7m，上下層排水帶呈三角形布置。

c.防止在沖填泥漿過程中，泥漿對下層已鋪好的排水帶產生擾動，在每層排水帶上鋪一層土工布。

d.當最后一層泥漿高度達到設計標高時，停止抽淤工作，并開始密封覆蓋處理。

效果驗證：從現(xiàn)場測量結果可知，淤泥厚度0.7m、水平間距0.7m布置一層排水帶，排水帶上覆蓋一層透水土工布，上下層相鄰排水帶呈三角形布置，施工過程中，且有小組成員現(xiàn)場指導，達到預期效果。

4.3 采用水力沖填轉移泥漿

施工過程中將泥漿泵放入砂坑的最低位置后安裝管道及電線，泥漿管一端伸入已處理好的泥漿池中；采用高壓水槍對淤泥進行沖釋再用泥漿泵將稀釋后的泥漿吹填至泥漿池中。

效果驗證：砂坑中的淤泥通過高壓水槍進行稀釋，由泥漿泵將淤泥轉運至泥漿池中。表面密封處理后開始抽真空，從現(xiàn)場作業(yè)調查可以看出，達到預期效果。

5 結 語

12號砂坑淤泥采用本方法進行施工后，經(jīng)第三方檢測機構對回填后地基的承載力、壓實度進行測試，均能達到設計要求。此外，為了排除偶然性，通過有限差分軟件FLAC3D建立地基的三維計算模型，再隨機從現(xiàn)場取土樣做土工試驗，利用回填土的力學參數(shù)進行數(shù)值模擬計算。計算結果表明，淤泥經(jīng)新方法處理后進行回填，地基承載力大于60kPa,達到設計要求，從設備進場到回填至設計標高，耗時30天，比計劃工期節(jié)約10天。

該技術采用泥漿轉移橫向排水帶真空固結的施工工藝，轉移基坑(槽)中淤泥，并可以快速高效地將淤泥的含水量降低至設計要求，可以將砂埂中的砂與泥漿池中的泥漿及一定比例的素土進行拌和，節(jié)約一部分素土的用量，也可以直接做為次要道路、洼地等的回填材料，節(jié)約外購回填材料的費用。在排出基坑中的淤泥進行固結排水的同時，可以對基坑進行處理，提高工作效率，縮短工期，提高人、才、機等資源的利用率，減少其閑置產生的費用，從而節(jié)約施工成本。

該項技術的成功應用，為充分利用淤泥或將淤泥變成有利用價值的潛在資源提供了可以借鑒與參考的經(jīng)驗。淤泥無害化處理的淤泥固化處理技術和淤泥輕量化處理技術,可以解決基礎設施建設過程中產生的大量廢棄淤泥的處理問題；解決了因拋棄淤泥而造成的環(huán)境污染問題和工程建設用土的問題。因此,廢棄淤泥的資源化再利用技術是節(jié)約資源、保護環(huán)境的創(chuàng)新技術,具有廣闊的應用前景。