钻孔灌注桩废弃泥浆循环利用试验研究

穆立春 于佃博 蔡宗鹏

(1.山东德建集团有限公司，山东 德州 253003； 2.青岛理工大学，山东 青岛 266033)

钻孔灌注桩废弃泥浆循环利用试验研究

穆立春1,2于佃博1蔡宗鹏1

(1.山东德建集团有限公司，山东 德州 253003； 2.青岛理工大学，山东 青岛 266033)

针对钻孔灌注桩施工产生的废弃泥浆，以水泥作为固化材料，在水泥掺入量不同的条件下将固化后的泥浆制成边长为100 mm的标准立方体试块进行无侧限抗压强度试验，对比分析了不同掺入比情况下水泥基固化废弃泥浆的强度发展变化情况。试验结果表明：水泥固化后的泥浆具有一定的强度，可做基础垫层使用，也可作为一种处理废弃泥浆的方法。

泥浆，水泥，固化，强度

0 引言

钻孔灌注桩施工过程中，为平衡地层压力、护壁、冷却钻头、清孔、润滑钻具，会产生大量的泥浆，这些泥浆为粘稠流体或半流体状，其具有颗粒细小、级配差别不大、粘度高、含水率高和不易脱水等特性。其自然干燥缓慢，干燥状态下遇风易形成扬尘，遇水后又恢复成泥浆状态。如处置不当，则占用施工场地，影响施工进度与施工文明、安全，给企业效益造成一定损失。

怎样将废弃泥浆进行有效处理，为工程泥浆找到一种经济环保的处理方式，显得尤为重要[1]。现行的废弃泥浆处理有自然干化、就地填埋、固液分离、化学固化等方式[2-8]。自然干化这种处理方式原始落后、效率低，在运输过程中容易造成泥浆的漏洒而污染城市环境；就地填埋的处理方式处理时间长，影响工期，污染环境及地下水，而且因废弃泥浆承载力低，填埋于地下，可能会造成地面塌陷；固液分离的通常做法是通过在废弃泥浆中添加物理或化学添加剂，加速固液态分离速度，分离后再进行处理；化学固化处理是一种比较实用的处理方式，一般是通过在废弃泥浆中掺入适量水泥，使其发生物理化学反应，提高固化泥浆的强度，简单实用。

根据施工现场实际情况，利用钻孔灌注桩施工产生的废弃泥浆为研究对象，以掺入不同比例水泥对其固化为手段，分析水泥掺入量与固化废弃泥浆抗压强度之间的关系，达到废弃泥浆回收再利用、变废为宝的目的，为施工企业处理废弃泥浆、提高企业经济效益提供参考。

1 试验方法

1.1 试验材料

试验项目为一新建工业厂区，因上部荷载较大，建筑物采用钻孔灌注桩作为下部受力结构，在桩基施工过程中产生了大量的废弃泥浆。本次试验所用的泥浆即为现场钻孔灌注桩施工过程中产生的废弃泥浆。

施工产生的废弃泥浆临时存放于现场泥浆池中，试验前，将废弃泥浆沉淀完毕后，滤掉上层清水，取下层泥浆沉渣作为试验材料。试验泥浆含水率w=45%左右，在固化拌和过程中不再加水。

试验泥浆土颗粒细小均匀，含水量大，具有流动性。试验所用水泥为P.O42.5水泥，物理性质见表1。

1.2 试验仪器

表1 水泥物理性能

称重器械为电子台秤。

试块成型模具为三联装100 mm×100 mm×100 mm塑料材质的混凝土试模。

压力机为TYE-3000B型压力试验机，如图1所示。最大试验力为3 000 kN，活塞行程为0 mm～100 mm，承压板间最大净距为360 mm，承压板尺寸为320 mm×320 mm，净重1 650 kg。

1.3 试验方案

固化泥浆按水泥与泥浆沉渣质量比进行配比。

试验试块根据水泥掺入比例分为五组，每组三件，试块尺寸为100 mm×100 mm×100 mm立方体。水泥与泥浆的质量比分别为12%,15%,18%,25%,35%。

试块在施工现场办公室内进行制作，当天平均气温15 ℃。制作方法是先将称量好的泥浆沉渣倒入塑料盆中，边撒边搅拌称量好的水泥粉，拌和均匀后，倒入100 mm×100 mm×100 mm的三联混凝土试模中，振捣密实，在室内自然养护24 h后试件脱模成型，并根据配合比进行编号，然后，将试块送入标养室进行7 d和28 d标准养护。固化泥浆制作时，因泥浆沉渣含水率较高，拌和过程中不再加水。养护完成后，对不同龄期的试块在压力试验机上进行无侧限抗压强度试验，并记录数据。具体试验方案见表2。

表2 试验方案

2 试验结果及分析

通过对试件进行无侧限抗压强度测试，取每组试块强度平均值，相关试验数据列于表3。

表3 试验结果

通过表3中数据可以发现，在相同龄期下，随着水泥掺入比例的逐步增加，试件强度也逐渐增大。其原因是由于水泥与泥浆搅拌后，吸收泥浆中的水分而发生物理化学反应，产生凝胶状水化物。水化物按照一定的方式靠多种引力相互搭接和联结，而形成具有一定强度的水泥固土体。试样中水泥含量越多，生成的水化物就越多，当水泥含量达到某一程度时，不仅将土颗粒包裹起来，还会填充土颗粒之间的孔隙，使松散的土颗粒胶结为一体，形成一定的强度[9]。

将12%,15%,18%,25%,35%配比下试样28 d龄期强度与7 d龄期强度进行对比。可以发现，12%,15%,18%,25%,35%配比下试样强度分别平均增加为0.09 MPa,0.47 MPa,0.65 MPa,0.76 MPa和2.96 MPa。当水泥含量不大于25%时，由于水泥含量较少，水化反应在早期较为充分，试样7 d,28 d龄期下强度变化不大；当水泥含量增大到大于25%时，由于水泥含量的增大，7 d龄期的试块水化反应未完全释放，从而导致28 d龄期强度相比于7 d龄期强度有较大提高。

由表3可知，当水泥含量达到35%时，试块强度超过10 MPa，已经可以达到烧结粘土砖的强度，块体可以用于室内非承重隔墙。图2～图4为12%,18%,25%水泥配比情况下试样无侧限抗压强度试验后的破坏情况。

3 结论及建议

本文通过对水泥掺入量分别为12%,15%,18%,25%,35%五种不同水泥基固化废弃泥浆试块进行无侧限抗压强度试验和分析，得出试块强度随着水泥掺量增加而增大，当水泥含量超过20%以后，试块强度明显提高，但仍不能达到建筑工程相关设计规范的要求。但是，可以在如下一些特殊工程中应用：

1)可利用固化泥浆凝结前的流动性充填狭小空间、路基空隙及地下管道工程的周边空隙，解决不易压实的难题。

2)利用固化土的节水、节材的特点，应用于矿坑、采空区、溶洞等回填。

3)固化后块体可用于砌筑现场临时绿化围墙、作为建筑物基础模板或用于室外排水管网的垫层，灌注碎石路基层的缝隙。

4 展望

本文中对废弃泥浆的固化只添加了水泥这一种添加剂，固化方法单一，对泥浆固化效果有限。根据目前对泥浆固化的研究结果，以后再做进一步研究时，可从以下两个方面考虑：

1)在水泥固化土中加入纤维。

由于纤维具有一定的柔韧性、抗拉强度、质量轻等特点，在水泥固化泥浆时能够起到联结的作用，提高水泥土的抗压和剪切强度，可以应用于公路护坡、填筑路基、建筑物的非承重填充墙。

2)在水泥固化土中加入其他添加剂，例如生石灰、砂子或其他复合材料等。

通过几种不同添加剂与水泥固化土进行配比，可以更有效地发挥添加剂的作用，增强固化泥浆的强度，以达到废弃泥浆再利用的目的。

[1] 胡承熊,马华滨.京沪高速铁路废弃泥浆处理现场试验[Z].

[2] 马 娟,屈撑囤,李 珊,等.废弃泥浆无害化处理的研究与展望[J].辽宁化工,2014,43(9):1190-1191.

[3] 彭 园,杨 旭,孙长健.废弃泥浆无害化处理方法研究[J].环境科学与管理,2007,32(4):102-104.

[4] 席 社.铁路桥梁施工废弃泥浆处理的实用技术研究[J].环境工程,2012(7):132-134.

[5] 张钦喜,陶 韬,王晓杰,等.钻孔灌注桩废弃泥浆处理的试验研究[J].水利学报,2015,46(6):40-45.

[6] 房 凯,张忠苗,刘兴旺,等.工程废弃泥浆污染及其防治措施研究[J].岩土工程学报,2011,33(10):238-241.

[7] 江建斌,祝宏文,张云达.上海地区钻孔灌注桩废弃泥浆处理工艺研究[J].建筑施工,2016,33(6):770-772.

[8] 蒋玉坤,郭 飞,丁 烨,等.废弃泥浆处理方法的总结与展望[J].西部探矿工程,2010(3):53-54.

[9] 黄 新,宁建国,郭 晔,等.水泥含量对固化土结构形成的影响研究[J].岩土工程学报,2006,28(4):436-441.

Experimentalstudyonreuseofwasteslurryofboredpile

MuLichun1,2YuDianbo1CaiZongpeng1

(1.ShandongDejianGroupCo.,Ltd，Dezhou253003,China； 2.QingdaoTechnologicalUniversity，Qingdao266033,China)

In view of fhe waste slurry produced by bored pile construction, take cement as curing material, under the condition of different cement content, a standard cube specimen with a side length of 100 mm is used to carry out unconfined compressive strength test. The strength development of cement stabilized waste slurry under different mixing ratio is analyzed and compared. The test results show that the cement solidified slurry has a certain strength and can be used as foundation cushion. The utility model can be used as a method for treating waste mud.

slurry, cement, solidify, strength

TU473.1

：A

1009-6825(2017)24-0176-02

2017-06-14

穆立春(1979- )，男，高级工程师，一级结构工程师，在读工程硕士