長(zhǎng)沙機(jī)場(chǎng)GTC項(xiàng)目大面積裸土快速抑塵綠色施工技術(shù)*

朱正榮，程 林，陳鏡丞，楊益文，范俊洋

(1.長(zhǎng)沙市建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，湖南 長(zhǎng)沙 410016；2.中建五局第三建設(shè)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410114)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和人民需求的日益發(fā)展，建筑物規(guī)模越來(lái)越大，施工占地面積越來(lái)越廣闊，不可避免地對(duì)周?chē)鷳B(tài)環(huán)境造成一定影響。其中，地面揚(yáng)塵是一種常見(jiàn)又頑固的環(huán)境污染問(wèn)題，嚴(yán)重影響了周邊空氣和人民生活質(zhì)量，這也與現(xiàn)行的發(fā)展環(huán)保理念不符[1]。為此，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)塵進(jìn)行有效治理受到技術(shù)人員及科研人員的廣泛關(guān)注。

研究表明，粉塵土體的臨界起動(dòng)風(fēng)速與土體含水率密切相關(guān)，含水率越大土體的臨界啟動(dòng)風(fēng)速越大，土體揚(yáng)塵的可能性越低[2]。因此，通過(guò)灑水增大裸土表面粉塵的含水率，使其具有一定的水化膜以增大土顆粒間的膠結(jié)力，從而抵抗外部風(fēng)力的作用，實(shí)現(xiàn)抑塵效果[3]。然而，隨著技術(shù)的發(fā)展，灑水抑塵的缺點(diǎn)也逐漸暴露：①提高土體含水率需大量水資源，在缺水地區(qū)難以實(shí)現(xiàn)；②高溫條件下，土體水分蒸發(fā)過(guò)快，灑水難以使土體含水率長(zhǎng)時(shí)間維持在一定水平[4]。因此，開(kāi)始選用其他方法抑制裸土揚(yáng)塵，如防風(fēng)網(wǎng)、生態(tài)種植、化學(xué)試劑固土等方法[5-7]。其中，防塵網(wǎng)和生態(tài)種植均通過(guò)在裸露的土體表面覆蓋不同網(wǎng)狀材料織物或植被，降低風(fēng)力對(duì)粉塵的直接作用，但現(xiàn)有防塵網(wǎng)多采用塑料制品，成本較高且難以降解，易造成二次污染[8]，同時(shí)，植被的生長(zhǎng)和維護(hù)周期漫長(zhǎng)，不適合一般臨時(shí)性工程施工[9]?；瘜W(xué)固土材料主要有水泥基類(lèi)、水玻璃、油產(chǎn)品、高分子等，這類(lèi)材料雖具有一定的耐候性和持久性，但也存在原材料制作高耗能和高成本的缺點(diǎn)[10]。為此，亟待研究一種快速、高效、低成本且綠色環(huán)保的揚(yáng)塵治理技術(shù)。

本文介紹一種以自行研發(fā)的復(fù)合型植物提取物基質(zhì)抑塵劑為核心，通過(guò)控制“分析→試驗(yàn)→調(diào)整→實(shí)施”四大關(guān)鍵流程的復(fù)雜地形大面積裸土快速抑塵綠色施工技術(shù)。該技術(shù)從源頭解決了裸土揚(yáng)塵的問(wèn)題，為施工現(xiàn)場(chǎng)的揚(yáng)塵治理提供快速持久、綠色低價(jià)的解決方案。

1 前期試驗(yàn)

1.1 材料

1)抑塵劑 抑塵劑使用自行研發(fā)的復(fù)合型植物提取物基質(zhì)抑塵劑，為白色或淡黃色粉末狀固體，無(wú)味，黏度為58mPa·s，pH值為7，主要由變性淀粉、木槿植物膠、脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸鈉、鈣源等按一定比例配合而成。

2)色漿 色漿為環(huán)保水性色漿，有紅、藍(lán)、綠3種顏色。

3)土體 試驗(yàn)分別對(duì)含砂量多、顆粒粗糙、滲水速度快、保水性能差、通氣性能好的砂質(zhì)土，含砂量一般、顆粒一般、滲水速度一般、保水性能一般、通氣性能一般的壤土，含砂量少、顆粒細(xì)膩、滲水速度慢、保水性能好、通氣性能差的黏質(zhì)土開(kāi)展抑塵效果驗(yàn)證。

1.2 試驗(yàn)步驟

1.2.1抑塵劑的配制

為適應(yīng)施工所在地土壤類(lèi)別及水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)最佳抑塵效果，需進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)配合比抑塵溶液試配，初步確定抑塵溶液配合比和攪拌方式，砂質(zhì)土標(biāo)準(zhǔn)抑塵溶液濃度ηa0=抑塵劑∶水=1∶90，壤土ηb0=1∶100，黏質(zhì)土ηc0=1∶110。主要配制步驟為：①采用玻璃燒杯量取1L施工用水，用精度為0.01g的高精度天秤稱(chēng)取相應(yīng)質(zhì)量的抑塵劑粉末；②在攪拌容器中加入500mL水，然后加入全部抑塵劑粉末，用玻璃攪拌棒以60r/min的速率進(jìn)行人工攪拌，同時(shí)緩緩加入剩余500mL水，再勻速人工攪拌5min，然后靜置5min；③溶液靜置后觀察狀態(tài)，若溶液中存在未溶解顆粒沉淀，則繼續(xù)攪拌1min后靜置觀察；當(dāng)溶液澄清、無(wú)未溶解顆粒后記錄總?cè)斯嚢钑r(shí)長(zhǎng)T1(T1/2即為后續(xù)噴灑車(chē)機(jī)械攪拌時(shí)長(zhǎng))，攪拌完成后將抑塵溶液裝入壓力噴壺中。

1.2.2試噴

在天氣晴朗無(wú)雨時(shí)，選擇一塊代表性的待施工區(qū)域進(jìn)行試噴作業(yè)。試噴區(qū)尺寸為0.5m×0.5m，每種土壤類(lèi)型和顏色設(shè)置3個(gè)試噴區(qū)，共計(jì)9個(gè)試噴區(qū)域并排設(shè)置，用竹簽標(biāo)出各區(qū)域角點(diǎn)。試噴設(shè)備采用壓力噴壺，將配置好的標(biāo)準(zhǔn)抑塵溶液轉(zhuǎn)移至壓力噴壺中。根據(jù)色彩方案，按δ0=色漿∶溶液=2∶1 000 的初始質(zhì)量比加入相應(yīng)水溶性環(huán)保色漿，色漿攪拌均勻后即可試噴，砂質(zhì)土、壤土、黏質(zhì)土試噴的標(biāo)準(zhǔn)密度ρ0分別為3.0，2.5，2.0L/m2。

抑塵溶液噴灑分初噴、復(fù)噴2次進(jìn)行，先初噴ρ0/2溶液，噴灑過(guò)程中保持連續(xù)、噴頭移動(dòng)平緩，保證抑塵溶液被均勻噴灑至試噴區(qū)。初噴后觀察并記錄溶液完全滲入地下、地表無(wú)積水的時(shí)間T2，T2≤5min 記為5min，5min10min，則應(yīng)重新試配抑塵溶液，且每超出1min(向上取整)溶液濃度應(yīng)按η的分母加5進(jìn)行調(diào)整，以減小入滲時(shí)間，如某黏質(zhì)土溶液入滲時(shí)間為11min13s，則應(yīng)調(diào)整溶液濃度為ηc1=1∶(110+2×5)=1∶120，并在試配后重新試噴并記錄T2；T2記錄完畢且滿足要求后開(kāi)始復(fù)噴剩余ρ0/2溶液，復(fù)噴要求與初噴一致，復(fù)噴完成后立即留存試噴區(qū)影像資料。

1.3 效果檢測(cè)

1.3.1保水效果測(cè)定

保水效果是保持土壤含水量變化能力的體現(xiàn)，保水效率越高抑塵效果越好。使用SC-701型含水量快速測(cè)定儀分別對(duì)試噴后1，7，28d不同土壤類(lèi)型的土樣進(jìn)行含水量測(cè)定，保水率計(jì)算如下：

(1)

式中：I為保水率；ω1為測(cè)量初始含水量；ω2為達(dá)到齡期后的含水量。

1.3.2抗風(fēng)蝕效果測(cè)定

抗風(fēng)蝕性能是反映抑制揚(yáng)塵的重要指標(biāo)?？癸L(fēng)蝕效果主要通過(guò)在模擬自然風(fēng)吹的情況下，測(cè)量1，7，28d試噴區(qū)域土樣質(zhì)量損失率的大小來(lái)反映，其計(jì)算如下：

(2)

式中：M為質(zhì)量損失率；m1為測(cè)量初始土樣質(zhì)量；m2為達(dá)到齡期后的土樣質(zhì)量。

1.3.3結(jié)殼厚度檢測(cè)

試噴完成可檢測(cè)1，7，28d土壤的結(jié)殼厚度，將試噴區(qū)十字剖開(kāi)，用鋼尺分別檢測(cè)4個(gè)剖切面的結(jié)殼厚度，每個(gè)試噴區(qū)共檢測(cè)4個(gè)點(diǎn)，記錄并計(jì)算中位數(shù)作為結(jié)殼厚度代表值。若結(jié)殼厚度代表值為10～15cm，則該次溶液的噴灑密度ρ0符合要求，可作為實(shí)際噴灑密度ρ；若結(jié)殼厚度代表值<10cm，則每3cm差值(向上取整)需在ρ0基礎(chǔ)上增加0.5L/m2，且≤4.0L/m2；若結(jié)殼厚度代表值>15cm，則每3cm差值(向上取整)需在ρ0基礎(chǔ)上減小0.5L/m2，且≥1.5L/m2。

1.4 抑塵效果分析

通過(guò)前期試驗(yàn)得到標(biāo)準(zhǔn)濃度和噴灑密度下不同土壤類(lèi)型的保水率、質(zhì)量損失率、結(jié)殼厚度，如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)結(jié)果

由圖1可知，7，14，28d 3種不同類(lèi)型土的保水率均分別大于90%，85%，70%；自然風(fēng)吹條件下質(zhì)量損失率均分別小于1.2%，3.9%，10.2%；土壤結(jié)殼厚度均為10～15cm，滿足一般要求。其中，3類(lèi)土壤中黏質(zhì)土的保濕和抗風(fēng)蝕效果最佳，后期28d保濕率達(dá)86%，抗風(fēng)質(zhì)量損失率僅4.9%；砂質(zhì)土的結(jié)殼厚度最大，主要是由于砂土顆粒粗糙，孔隙率大，抑塵劑滲透深度更大。綜上所述，可根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的濃度和噴灑密度對(duì)3種土壤進(jìn)行抑塵劑施工。

2 抑塵綠色施工技術(shù)

2.1 配制生產(chǎn)濃度抑塵溶液

根據(jù)試配確定的溶液濃度η及噴灑車(chē)罐體容量L，計(jì)算每車(chē)需添加的抑塵劑質(zhì)量m=Lη，抑塵劑標(biāo)準(zhǔn)包裝為25kg，不足25kg的尾料用不銹鋼桶稱(chēng)量裝取。向噴灑車(chē)的罐體內(nèi)注入L/2的水，然后暫停，開(kāi)動(dòng)噴灑車(chē)罐體內(nèi)的攪拌裝置，以120r/min的轉(zhuǎn)速攪拌噴灑車(chē)罐體內(nèi)的水；攪拌裝置啟動(dòng)后，逐包加入抑塵劑至計(jì)算質(zhì)量m，同步注水至噴灑車(chē)罐體約90%后再次暫停注水，保持120r/min的轉(zhuǎn)速攪拌T1/2時(shí)長(zhǎng)后停止，然后繼續(xù)注水至罐體滿，合上封蓋；靜置10min確保抑塵劑充分溶解，且溶液混合均勻，完成生產(chǎn)濃度抑塵溶液配制。抑塵溶液配制完成后需盡快使用，最長(zhǎng)可放置7d。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)噴灑

抑塵溶液正式噴灑作業(yè)前，可根據(jù)項(xiàng)目需要在待抑塵作業(yè)區(qū)播撒綠化草籽。草籽種類(lèi)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原狀土壤性質(zhì)、當(dāng)?shù)貧夂驐l件、施工季節(jié)，并結(jié)合各種植物生長(zhǎng)特性選擇，優(yōu)先選用生長(zhǎng)快、根系發(fā)達(dá)的品種。抑塵溶液正式噴灑時(shí)需避開(kāi)雨水天氣。使用多功能綠化噴灑車(chē)噴灑，主要使用車(chē)輛尾部的灑水高炮和車(chē)輛兩側(cè)的側(cè)噴頭。其中灑水高炮采用q1=120L/min的噴頭，有效噴灑半徑為32m；側(cè)噴頭采用q2=60L/min的鴨嘴式噴頭，有效噴灑半徑為12m。灑水高炮和鴨嘴側(cè)噴不得同時(shí)啟動(dòng)作業(yè)，避免水壓過(guò)低影響抑塵溶液噴灑密度。

2.3 噴施路徑選擇

施工區(qū)域按距道路(含硬化道路與臨時(shí)便道)的距離分為近噴區(qū)和遠(yuǎn)噴區(qū)。抑塵溶液噴灑時(shí)遵循“分塊噴灑、先初噴再?gòu)?fù)噴”的原則。

1)近噴區(qū)作業(yè)

道路兩側(cè)10m，在車(chē)輛兩側(cè)的鴨嘴式噴頭有效半徑內(nèi)為近噴區(qū)。由噴灑車(chē)單次作業(yè)面積S計(jì)算出單次近噴區(qū)作業(yè)長(zhǎng)度L2=S/5，據(jù)此科學(xué)規(guī)劃噴灑車(chē)行駛路線。初噴時(shí)，較寬硬化路段靠右采用單側(cè)側(cè)噴，較窄臨時(shí)路段居中采用雙側(cè)同時(shí)側(cè)噴，車(chē)輛行駛速度v2=3.5～4km/h≈1m/s，單次初噴時(shí)間應(yīng)略大于溶液入滲時(shí)間T2；初噴完成后車(chē)輛原路返回，從本次初噴起點(diǎn)開(kāi)始按初噴標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展復(fù)噴作業(yè)。近噴區(qū)的具體噴灑方式、分塊及順序如圖2所示。

圖2 近噴區(qū)的具體噴灑方式、分塊及順序

2)遠(yuǎn)噴區(qū)作業(yè)

道路兩側(cè)10～25m為遠(yuǎn)噴區(qū)，車(chē)輛尾部的灑水高炮遠(yuǎn)距離噴灑開(kāi)展抑塵作業(yè)。遠(yuǎn)噴區(qū)作業(yè)前須科學(xué)規(guī)劃，將遠(yuǎn)噴區(qū)沿道路縱向劃分為若干20m×15m的矩形區(qū)塊，噴灑車(chē)在道路上的定點(diǎn)位置可有效覆蓋左、右2個(gè)區(qū)塊；每個(gè)矩形區(qū)塊劃分為6個(gè)10m×5m的噴灑單元(見(jiàn)圖3a)；每個(gè)噴灑單元沿短邊方向分為5個(gè)10m×1m寬條塊(見(jiàn)圖3b)。作業(yè)時(shí)噴灑車(chē)固定不動(dòng)，其灑水高炮在10～25m的有效噴灑范圍內(nèi)可近似視為0.5m×0.5m的正方形。在各噴灑單元內(nèi)沿長(zhǎng)邊方向C形依次噴灑①→②→③→④→⑤條塊，各條塊噴灑用時(shí)控制在10s左右，50s即完成該單元的初噴或復(fù)噴作業(yè)。在各區(qū)塊內(nèi)也按C形依次噴灑I→II→III→IV→V→VI單元，若T2=5min，則完成單個(gè)區(qū)塊的初噴后即可對(duì)該區(qū)塊進(jìn)行復(fù)噴；若T2=10min，則需先完成一個(gè)停車(chē)位置處的左、右2個(gè)區(qū)塊的初噴后方可進(jìn)行復(fù)噴。一個(gè)停車(chē)位置處的左、右2個(gè)區(qū)塊均完成復(fù)噴后，噴灑車(chē)沿道路縱向移動(dòng)20m，進(jìn)行下2個(gè)區(qū)塊的噴灑作業(yè)。

圖3 遠(yuǎn)噴區(qū)具體噴灑方式、分塊及順序(單位：m)

2.4 補(bǔ)噴及成品保護(hù)

采用多功能綠化噴灑車(chē)完成抑塵溶液的正式噴灑后，不可避免地存在少量死角。由操作人員攜帶裝滿抑塵溶液的背負(fù)式電動(dòng)噴霧器，步行進(jìn)入作業(yè)區(qū)進(jìn)行補(bǔ)噴，根據(jù)該區(qū)域地表的顏色深淺確定死角區(qū)域的補(bǔ)噴量。采用裝配式欄桿封閉的方法對(duì)補(bǔ)噴完成后已完成的抑塵作業(yè)區(qū)域進(jìn)行成品保護(hù)，防止行人踩踏或機(jī)械碾壓縮短抑塵有效期。

3 工程應(yīng)用及效果評(píng)價(jià)

復(fù)雜地形大面積裸土快速抑塵綠色施工技術(shù)分別于2018年4月—2019年9月在株洲恒大林溪郡一期工程、2019年9月—2020年9月在寧鄉(xiāng)市岳寧大道鳳凰山—南田坪公路工程、2021年7月—2021年12月在長(zhǎng)沙機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建工程綜合交通樞紐工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行揚(yáng)塵治理，處理面積共計(jì)95萬(wàn)m2，處理后一個(gè)月內(nèi)對(duì)施工區(qū)域大氣總懸浮顆粒物濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如表1所示。與施工前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，各項(xiàng)指標(biāo)符合GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，極大地保護(hù)了施工現(xiàn)場(chǎng)生態(tài)環(huán)境，獲得了監(jiān)理、業(yè)主的高度認(rèn)可，取得了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

表1 抑塵前、后各工程現(xiàn)場(chǎng)大氣總懸浮顆粒物濃度

對(duì)比覆蓋綠網(wǎng)抑塵，該技術(shù)抑塵效果更好，節(jié)省了施工費(fèi)用及降塵措施費(fèi)用。以長(zhǎng)沙機(jī)場(chǎng)改擴(kuò)建工程綜合交通樞紐工程為例，采用此工法環(huán)保抑塵溶液材料費(fèi)為0.28元/m2，人工費(fèi)用為0.08元/m2；采用傳統(tǒng)密目綠網(wǎng)材料費(fèi)約0.45元/m2，人工費(fèi)用約0.11元/m2。按總施工面積345 241.3m2計(jì)算，采用噴灑抑塵溶液施工可節(jié)省費(fèi)用總計(jì)6.9萬(wàn)元，達(dá)36.37%。

4 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用抑塵溶液進(jìn)行抑塵施工，配合施工區(qū)域分區(qū)分塊、科學(xué)規(guī)劃施工順序，以人工配合機(jī)械的方式噴灑至待處理裸土地面，達(dá)到計(jì)算噴灑量后無(wú)需額外養(yǎng)護(hù)，既實(shí)現(xiàn)了揚(yáng)塵的快速控制，又保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)綠色施工、操作安全、質(zhì)量保證、綠色環(huán)保、降低成本的目標(biāo)。