工程泥浆现场处理技术研究

王 振，吴新萍，陆秋生，彭国斌，江 海，张 辉，刘 燕，冯小冬

（1.山东正元建设工程有限责任公司，山东济南250100；2.山东铁正工程试验检测中心有限公司，山东济南250014；3.煤炭工业济南设计研究院有限公司，山东济南250031）

1 概述

泥浆作为钻孔灌注桩、地下连续墙、盾构掘进施工作业不可缺少的介质，具有悬浮土渣、防止孔壁坍塌等作用。然而，随着基础工程、桥梁工程、市政工程等的增多，施工过程中产生了大量废弃泥浆，由于泥浆储存占用宝贵的施工场地和导致现场施工环境恶劣，泥浆的处理一直是困扰工程施工的一个难题[1]。另外，废弃泥浆的处理受到建筑部门和环保部门越来越大的关注，寻找一种高效率、低能耗，而且环保的废弃泥浆处理方式变得刻不容缓[2]。

针对以上问题，本文采用劣化泥浆再生处理后循环利用，同时对尾渣进行脱水固化处理的方法，实现方法简单、高效环保、费用低廉的目的。

2 泥浆处理相关机理[3]

（1）机械旋流分离机理。利用离心沉降和密度差原理，当泥浆在一定的压力下，从除砂器进口以切向进入设备后，产生强烈的旋转运动，由于砂和泥浆密度不同，在离心力、向心浮力、流体拽力作用下，密度较低的泥浆上升，由溢流口排出，密度大的砂沉至底部，从而达到分离的目的。

（2）化学絮凝机理。高分子絮凝剂溶解后一般呈链状和网状结构，链间机械的缠结和氢键共同形成网状节点，浓度较高时，由于溶液含有许多链—链接触点，使溶液呈凝胶状。这些链状和网状结构上众多的化学基团可以吸附泥浆中的胶体颗粒，将胶粒连接在一起形成絮团，起到了架桥连接作用。同时，在絮团下沉过程中还可以继续捕获更多的土颗粒一直下沉，从而达到絮凝的目的。

（3）化学固化机理。泥浆中加入某些药剂后会发生水解、水化反应，生成某些凝胶物质，这些凝胶物质与原土颗粒共同形成具有一定强度的“空间结构”，凝胶物质充当骨架作用，起到了加固土体的作用。同时药剂加入后会消耗土中的大量水，并使自身体积膨胀，挤压周围土体，从而达到加固土体的效果。

目前，对于泥浆的处理主要是采用2种以上的机理，以达到有效解决现场泥浆的难题。本技术综合运用以上各种机理，即利用机械旋流机理达到泥浆循环利用的目的，利用化学絮凝达到泥水快速分离的目的，利用化学固化机理达到尾渣固化目的。图1为泥浆固化处理流程，其中泥浆分离室与螺旋搅拌器处于同一工作平台。

3 泥浆循环利用处理

泥浆循环利用处理的核心设备为泥浆分离设备，泥浆高速泵入泥浆分离室内，比重小的泥浆经溢流口重新进入泥浆池内，比重大的泥浆储存于泥浆分离室的下部。

4 泥浆絮凝处理

4.1 絮凝剂选择和用量

絮凝剂在泥浆泥水快速分离中发挥了重要作用，研究[2,5-6]表明，阴离子型聚丙烯酰胺（APAM）是处理泥水分离性价比最好的絮凝剂。针对现场泥浆特性，采用沉降柱试验，确定合理的聚丙烯酰胺（APAM,分子量1200×104）用量为200～500mg/L。

图1 泥浆处理工艺流程

4.2 泥浆、絮凝剂混合

为均匀混合泥浆、絮凝剂，设置螺旋搅拌装置，装置与分离室连接处安装絮凝剂入口，入口处设置控制阀，控制阀根据絮凝剂浓度和泥浆流速进行调整，泥浆经螺旋搅拌器搅拌后，流入沉淀池。

5 尾渣固化处理

搅拌均匀后的泥浆和絮凝剂在沉淀池内静置分离，由于添加了絮凝剂，固液分离速度明显提高，经过1～2h分离后抽离上层清液，由于上层清液内含有絮凝剂，可以回收利用。下层尾浆中首先添加微量纯碱，采用伸缩搅拌器搅拌均匀后，均匀添加生石灰，添加量5～10g/L，尾浆随搅拌逐渐变为粘稠固体，呈流塑状态。将混合物从沉淀池中挖出，采用晾晒或者烘烤措施，使其进一步脱水，达到与施工现场其他土体一同运输的目的。

6 主要技术特点

（1）处理效率高，如配备配备90L泥浆分离设备，处理泥浆能力为4m3/h；药剂添加后明显缩短固液分离时间和降低了含水率，如图2所示。

（2）处理过程中，药剂用量小，成本较低，处理泥浆加渣土外运成本约20元/m3左右，相比泥浆外运具有价格优势。

（3）设备集中程度高，占用场地小，可以节省施工空间，同时设备简单易操作，适宜规模化生产。

7 结论

通过几种泥浆处理机理的综合运用，可以达到泥浆固化处理的目的，具体如下：

（1）通过聚丙烯酰胺（APAM）和生石灰的组合使用，可以达到泥浆固化处理的效果，并且药剂用量较少。

图2 经不同药剂处理后土体含水率

（2）泥浆分离设备、絮凝剂与泥浆混合设备可以集成于同一平台，节省施工空间。

（3）设备操作简单，便于规模化生产。

（4）较小的药剂用量，简单的处理方式，较高的处理效率，较好的处理效果，可以有效节省施工成本。

[1] 张忠苗，房凯，王智杰，等.泥浆零排放处理技术及分离土的工程特性研究[J].岩土工程学报，2011（9）：1457-1461.

[2] 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）S1：40-45.

[3] 洪蔚.铁路桥梁施工废弃泥浆处理技术试验研究[D].中国铁道科学研究院，2011.

[4] 梁止水，杨才千，高海鹰，等.建筑工程废弃泥浆快速泥水分离试验研究[J].东南大学学报，2016（3）：427-433.

[5] 冷凡，庄迎春，刘世明，等.泥浆快速化学脱稳与固液分离试验研究[J].哈尔滨工程大学学报，2014（3）：280-284.

[6] 楼明浩，汪炎法，孔奥.桩基施工泥浆固化处理新技术在某工程中的应用[J].施工技术，2015（44）：97-100.