鉆孔灌注樁泥漿固化填料化利用技術(shù)研究

葉會峰，王 明，錢海磊，施涵譯，陸俊杰，汪 恒，于志權(quán)（中國二十二冶集團(tuán)有限公司華東分公司，上海 200120）

鉆孔灌注樁所排出的泥漿是道路工程所使用的廢棄土來源之一，目前對這些泥漿通常是就地征收做堆放處理，作自然蒸干。但因?yàn)橘A存泥漿的泥漿池面積較大，同時泥漿具有良好的保水性，因此實(shí)際處理過程中經(jīng)常會出現(xiàn)表層水分蒸發(fā)龜裂，但下部含水量依然較高的情況，這一定程度上加大了后續(xù)運(yùn)輸費(fèi)用和管理風(fēng)險[1]。近年來采用固化方法處理廢棄土得到了越來越廣泛的應(yīng)用，不僅可以實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)利用，而且可以最大限度減少宕渣等路基填料的消耗量，有良好的應(yīng)用市場。因此，為進(jìn)一步推動固化方法在鉆孔灌注樁泥漿處理中的應(yīng)用力度，對鉆孔灌注樁泥漿固化填料化利用技術(shù)作系統(tǒng)的分析探討十分必要。

1 固化處理技術(shù)在鉆孔灌注樁泥漿中的應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來隨著國家對開山采石的限制，宕渣填料的開采量大大減少，導(dǎo)致路基填料出現(xiàn)了供不應(yīng)求的情況。這也讓工程廢棄土的利用得到了重視。固化方法是經(jīng)常被用來處理廢棄土的技術(shù)，通過固化方式處理所得到的路基填料具有良好的力學(xué)性能。比如通過粉煤灰處理膨脹土，可以最大限度減小黏粒的數(shù)量；再比如通過應(yīng)用?；郀t礦渣粉處理硫酸鹽污染的石灰土，可以起到良好的抑制作用。為了更好地滿足廢棄土的資源化利用，越來越多的施工企業(yè)開始通過各種技術(shù)開展廢棄土的固化處理，一些經(jīng)過改良的土體可以代替砂石和土料，應(yīng)用到道路工程和堤防加固工程中，以充當(dāng)?shù)缆坊谆鶎犹钪牧献顬槌Ｒ?。鉆孔灌注樁所排出的泥漿有較高的含水率，如何對其進(jìn)行固化處理存在較大的難度。傳統(tǒng)的施工采用挖機(jī)和路拌機(jī)對廢棄泥漿進(jìn)行拌合處理，無論是均勻度還是施工效率均不高，對于含水量高的廢棄泥漿拌合設(shè)備無法直接操作，實(shí)際開展效率與質(zhì)量不高[2]。近年來所使用的一系列改良措施可以最大限度增強(qiáng)廢棄泥漿的力學(xué)性質(zhì)，比如通過應(yīng)用就地泥漿固化設(shè)備可以有效克服傳統(tǒng)處理方式的缺陷，不僅可以節(jié)約堆土和泥漿池所占用的土地，而且可以減少對生態(tài)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)了廢棄泥漿的二次利用，有良好的應(yīng)用效果。

2 確定泥漿土樣固化配合比

本次試驗(yàn)所使用的廢棄泥漿由網(wǎng)營物聯(lián)倉儲物流項(xiàng)目工程提供，所選廢棄泥漿均來自泥漿池水面以下 20 cm 位置，泥漿沉淀池表面水膜的厚度達(dá)到 3～6 cm。廢棄泥漿含有少量的細(xì)砂，顏色為黃色，呈流動狀態(tài)。具體的物理性質(zhì)為：自然含水率達(dá)到 110%～130%；天然密度達(dá)到1.44 g/cm3；土料相對密度達(dá)到 1.556 g/cm3；最優(yōu)含水率達(dá)到 17.33%；最大干密度達(dá)到 1.66 g/cm3。通過對廢棄泥漿固化性質(zhì)進(jìn)行研究，最終決定將現(xiàn)場施工的泥漿土樣固化配合比設(shè)定為水泥 6%，粉煤灰 5%。

3 廢棄泥漿固化處理要點(diǎn)

本次現(xiàn)場施工針對路堤 120 cm 高度開展，由施工人員預(yù)先對原有地面進(jìn)行處理，試驗(yàn)所選用的廢棄泥漿土樣均由鉆孔灌注樁排出，試驗(yàn)段落樁號 A2-251 至 A2-332，泥漿池的長度為 25 m，寬度為 12 m，深度為 2.2～3.1 m。在施工前除了做好常規(guī)的準(zhǔn)備工作外，還針對固化處理的相關(guān)規(guī)范要求預(yù)先準(zhǔn)備好水泥、粉煤灰等固化劑及泥漿固化設(shè)備的準(zhǔn)備工作。根據(jù)本次固化處理的方案設(shè)計，預(yù)先設(shè)置好拌合機(jī)械進(jìn)出場便道，并在機(jī)械不遠(yuǎn)處準(zhǔn)備好水泥罐和粉煤灰罐。除此之外，在水泥罐和輸送平臺均設(shè)置了 12 m×8 m 的場地，確?？梢猿袚?dān)水泥罐與后臺輸料設(shè)備。所準(zhǔn)備的設(shè)備主要包括填筑和拌合所需要的機(jī)具、裝載機(jī)、壓路機(jī)、平地機(jī)、推土機(jī)、運(yùn)輸車輛等相關(guān)機(jī)械設(shè)備，提前根據(jù)所設(shè)計的泥漿土樣固化配合比，開展拌合機(jī)的標(biāo)定和調(diào)試工作。

本次試驗(yàn)?zāi)酀{池的深度達(dá)到 2.3～3.1 m，由技術(shù)人員通過設(shè)備攪拌頭使用掛線畫出 3 m×5 m 的網(wǎng)格。本次攪拌機(jī)械主要采用單點(diǎn)打設(shè)，每一個點(diǎn)的打設(shè)范圍控制在 1.0 m×1.5 m，進(jìn)而對每一個打設(shè)點(diǎn)的水泥和粉煤灰用量進(jìn)行計算，通過固化劑自動定量供料系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定好水泥和粉煤灰的用量。選用邊伸入邊攪拌的方式開展固化劑的拌噴，待達(dá)到設(shè)計深度后緩慢上提并繼續(xù)攪拌固化劑，確保攪拌均勻。為了防止出現(xiàn)漏攪的情況，需要在各個區(qū)塊之間設(shè)置搭接寬度，搭接寬度控制在 10 cm 以上，待每一個網(wǎng)格拌合結(jié)束后再繼續(xù)進(jìn)行整體的拌合工作。實(shí)際操作時先將泥漿池帶有承載能力的地面作為打設(shè)平臺，而后嚴(yán)格按照預(yù)先制定的施工方案沿著泥漿池外圈開展打設(shè)工作，整平分區(qū)塊內(nèi)的泥漿，確保改良后的泥漿各項(xiàng)力學(xué)性質(zhì)達(dá)到要求后即可以鋪設(shè)鋼板，鋼板的長度與寬度均控制為 5 m。最后將攪拌設(shè)備放置于已經(jīng)固化完成的分區(qū)塊上方，作為固化平臺，逐一推進(jìn)施工，完成整個廢棄泥漿的固化處理工作。

待所有的廢棄泥漿固化處理工作完成后，需要置放到泥漿池中養(yǎng)護(hù) 28 d，而后挖出堆放至事先準(zhǔn)備好的場地，準(zhǔn)備隨時開展填筑工作。填筑碾壓過程中，施工人員要嚴(yán)格按照相關(guān)的路基規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)開展碾壓工作，質(zhì)量監(jiān)督小組及時對碾壓后的路基壓實(shí)度與路面彎沉進(jìn)行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)檢測質(zhì)量與設(shè)計要求不相符合，立即組織人員對路基質(zhì)量問題進(jìn)行分析，并作針對性的處理。將施工現(xiàn)場已經(jīng)處理完成的廢棄泥漿放置到泥漿池進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間分為 1 d、3 d、7 d，養(yǎng)護(hù)結(jié)束后取出泥漿土樣，測量擊實(shí)特性，與原裝泥漿進(jìn)行比對。測量養(yǎng)護(hù) 3 d、7 d、14 d、28 d 的泥漿改良土承載比，同時對泥漿 1 d、3 d、7 d 的含水量變化進(jìn)行檢測比較，以此更加合理的控制填筑時間。

4 廢棄泥漿經(jīng)固化處理后的相關(guān)指標(biāo)分析

4.1 擊實(shí)特性結(jié)果分析

本次試驗(yàn)所采用的擊實(shí)功均相同，對原狀泥漿和悶料在 3 d、14 d、28 d 的固化泥漿擊實(shí)特性分別作了測量對比。研究結(jié)果顯示，處理后的泥漿與未處理的泥漿相比，存在較大的差異，其中處理后的泥漿最優(yōu)含水率明顯增大，而最大干密度則減少。更為重要的一點(diǎn)是，在固化操作初期，泥漿處理的最優(yōu)含水率出現(xiàn)了大幅度的增大，而最大干密度也出現(xiàn)了較大程度的減小，分析原因可能是泥漿的最大干密度與固化劑密度之間并不存在密切的關(guān)系，待加入固化劑后泥漿會與土體發(fā)生一系列的反應(yīng)，尤其是土體級配和土顆粒之間的間隙發(fā)生了變化，繼而對最大干密度產(chǎn)生了影響。另外，固化劑在土體中所發(fā)生的一系列反應(yīng)均需要有水的參與，因而最優(yōu)含水率會出現(xiàn)明顯的增加。當(dāng)固化劑在土體中所發(fā)生的物理反應(yīng)越充分，活性減弱時，會生成越來越多的水化產(chǎn)物和聚合物，最終導(dǎo)致最大干密度可以隨著悶料天數(shù)的增加而不斷增大。在悶料 3 d時最大干密度可以達(dá)到 1.35 g/cm3，到 28 d 時可以增大至1.55 g/cm3，最優(yōu)含水率呈減小趨勢。具體的比較數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 擊實(shí)特性結(jié)果比較

4.2 含水率試驗(yàn)結(jié)果分析

通過對不同悶料天數(shù)的泥漿改良土含水率進(jìn)行測定后發(fā)現(xiàn)，固化后的泥漿含水率在初拌與結(jié)束時含水率發(fā)生了較大的變化，初拌的含水率為 120%，結(jié)束時的含水率降低至 84.7%。當(dāng)悶料天數(shù)達(dá)到 28 d 時，含水率的下降程度更大，降低至 20.8%，此時可以從泥漿池中將改良土挖出，用于填筑碾壓施工。

4.3 泥漿改良土承載比試驗(yàn)結(jié)果分析

承載比是用來衡量路基填料的常用指標(biāo)，本次試驗(yàn)所獲得的泥漿改良土均用于路床的填筑施工，需要確保承載比≥ 4%。通過對泥漿改良土的承載比進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)泥漿改良土的承載比會隨著悶料天數(shù)的延長而不斷增長，在悶料開展到第 7 d 時泥漿改良土的承載比已經(jīng)滿足≥ 4%的質(zhì)量需求，但此時泥漿改良土的含水率只達(dá)到 58.7%，與最優(yōu)含水率還有一定的差異，因而并不能將承載比作為路基填筑的唯一指標(biāo)，這一點(diǎn)需要特別注意。

4.4 路基段檢測數(shù)據(jù)分析

待完成拌合悶料工作后，由施工人員將已經(jīng)完成的改良泥漿土體運(yùn)輸至施工現(xiàn)場開展填筑碾壓工作，填筑碾壓工作結(jié)束后組織技術(shù)人員對路基段的壓實(shí)密度和彎沉兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測定。結(jié)果顯示，A2-266、A2-275、A2-288、A2-294 四個樁號的路基壓實(shí)度均滿足一級公路堤壓實(shí)度≥ 93% 的規(guī)定，因而本次檢測路段的路基壓實(shí)度滿足規(guī)范要求，具體的測定數(shù)據(jù)如表 2 所示。

表2 路基段檢測數(shù)據(jù)單位：%

4.5 注意事項(xiàng)

總的來說，在利用固化技術(shù)開展鉆孔灌注樁廢棄泥漿處理時，需要重點(diǎn)注意以下幾點(diǎn)：①通過本次試驗(yàn)結(jié)果可以看出，固化后的廢棄泥漿最優(yōu)含水率可以得到明顯的增加，最大干密度減小，隨著悶料天數(shù)的增加，最優(yōu)含水率會出現(xiàn)減小趨勢，而最大干密度則可以呈增大趨勢。由此可以得出，最大干密度的影響因素主要是土體間所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。②隨著悶料天數(shù)的增加，泥漿改良土的含水率會發(fā)生較大的變化，具體表現(xiàn)為含水率減小，當(dāng)悶料時間達(dá)到 28 d 時即可以將泥漿涂料挖出使用。③施工過程中不能將承載比作為是否可以填筑碾壓的評定指標(biāo)之一，應(yīng)該在承載比的基礎(chǔ)上對含水率變化進(jìn)行考慮，最優(yōu)含水率附近的泥漿土樣可以實(shí)現(xiàn)最大的壓實(shí)度，對提升填筑碾壓質(zhì)量具有十分重要的意義[3]。

5 結(jié) 語

本次試驗(yàn)通過采用水泥和粉煤灰作為固化材料，使用泥漿就地固化設(shè)備開展泥漿固化處理取得了良好的成效，具有良好的應(yīng)用效果，克服了傳統(tǒng)的泥漿土樣處理缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了廢棄泥漿的二次回收利用，值得在類似的項(xiàng)目中加以推廣應(yīng)用。