泥浆转移横向排水带真空固结再利用施工工法

孙 威 付学朋 梁玉龙

(中翀建设有限公司，江苏 南京 211800)

淤泥的改良利用，首先要将淤泥中的水分排出，传统的淤泥处理方法中，自然晾晒具有场地需求大、固结时间长等缺点；机械固结具有成本高、效率低等缺点，不能满足大量淤泥处理需求。针对以上淤泥固结方法的缺点，基于淤泥的快速排水及回收再利用这一理念，开发出泥浆转移横向排水带真空固结再利用施工工法，该工法将清理出的淤泥用塑料排水带排出，并应用真空射流泵抽真空辅助，快速排出淤泥中的水分，将淤泥转运或改良后再利用。

1 项目概况

某工程位于南京浦口经济开发区大黄社区，北至新星大道、南至步月路、西至沿山大道、东至云杉路的范围内分布有18个不同大小的砂坑，砂坑最大面积70035m2，淤泥最深26m，单个砂坑最大清淤量64万m3，泥浆呈流塑状，且坑内均有一定深度的水。不同砂坑位置后期的建筑规划各不相同，其中延陵路分布有1～4号、17号5个砂坑，5号砂坑有丁香路通过，6号砂坑有沿山大道通过，10号砂坑有双峰路、丁香路通过，11号砂坑有双峰路通过，13号砂坑有丁香路通过，14号、15号砂坑有朱石路通过，16号砂坑有云杉路通过，18号砂坑有丁香路、延陵路通过，7号、8号、9号、12号砂坑为场地。12号砂坑水深7m，清淤总量7000m3，依据砂坑地基处理的技术要求，场地范围内，处理后地基承载力特征值不小于60kPa。

本工程中要求将砂坑中清理出的淤泥经现场处理充分降低含水率后，将砂、素土或水泥、石灰与处理后淤泥按比例进行拌和回填再利用。

采用淤泥转移+排水带+真空固结的检索策略在多个数据库服务平台进行查新，发现国内外尚无淤泥转移真空固结排水处理淤泥的成功经验。泥浆池+排水带真空固结处理借鉴查新汇总情况见表1。

图1 砂坑平面布置

表1 泥浆池+排水带真空固结处理借鉴查新汇总

2 工艺原理及特点

2.1 工艺原理

本工法利用砂袋或土围堰将泥浆池围筑完成后，利用中粗砂沿泥浆池一侧池壁堆积，表面覆盖一层土工布，并在砂埂底部布设排水管，堆积坡度与围堰池壁相同，在池壁的一侧形成反滤层。

然后将淤泥注入泥浆池，当淤泥达到一定高度后沿堆砂反滤层池壁垂直方向铺贴塑料排水带，排水带一头埋入砂埂，在排水带上满铺一层透水土工布，然后在土工布上再次注入泥浆，当注入一定高度后再次铺排水带和土工布，如此重复，注入泥浆结束后在泥浆上层铺贴密封薄膜层，并在砂埂底部设置排水管，然后利用真空射流泵对排水管抽真空，淤泥中的水分渗透到塑料排水带中，水分通过塑料排水带进入砂埂，砂埂中的真空排水管将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，最后将低含水量淤泥转运或拌和再利用,图2为该排水系统平面示意图。

图2 排水系统平面示意图

2.2 本工法的特点

本工法利用塑料排水带辅以抽真空排水，能快速排出淤泥空隙中的水分，排水效率高，适合大体量淤泥处置；本工法处理淤泥成本较低；利用横向排水带排水，可以根据淤泥性质和层厚布置排水带位置，排水效果优越。

2.3 适用范围

本工法适用于范围：在建工程淤泥含量较大，需对淤泥进行处理再利用或处理后外运的工程以及钻孔灌注桩泥浆的处理。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 施工操作流程

施工操作流程见图3。

图3 施工工艺流程

3.2 操作要点

3.2.1 施工准备

施工前，对施工过程中可能需要的机械设备、建筑材料及人员全部安排就位。选择一块地势平坦、四周空旷的高地，根据工程特点、设备投入情况及生产能力等特点，选用合适的挖掘机和平地机设备清除堤坝区地表块石、杂草、树根及其他杂物，场地呈一侧向另一侧单向坡度走势，坡度宜为0.5%～2%。根据泥浆池的大小，用经纬仪测设出泥浆池边线位置，并设置控制桩，用石灰画线标出泥浆池填筑区域。

3.2.2 泥浆池围筑

泥浆池填筑可以采用土袋围堰及土围堰等，本工法选用素土围堰填筑，素土应优选黏性土、粉质黏土或砂质黏土，围堰填筑时应分层填筑，分层压实，每层松铺厚度不宜超过30cm，压实度不小于85%。

填筑过程中尽可能保证靠近泥浆池一侧边缘平整，堰内迎泥浆面保证坡度1∶2～1∶3，堰顶宽度在1～2m，堰高根据工程特点、工期要求、淤泥量等确定。若采用其他形式的围堰，则堰体迎水侧与背水侧的坡度根据相关规范严格执行。

沿堰顶中线四周挖一条环形闭合的压膜沟，压膜沟的截面尺寸视具体情况而定，塑料薄膜沿压膜沟铺贴，加固区四周应开挖压膜沟，压膜沟至少应挖至不透水、不透气层顶面以下0.5m，以保证密封膜周边足够的覆土厚度和良好的密封性能。

3.2.3 填筑砂埂

在地势较低的一侧土围堰内侧堆积中粗砂，砂埂的坡度与围堰内边迎泥浆池一侧坡度相同，砂埂厚度不宜小于0.5m，宜采用含泥量不大于5%、渗透系数不小于5×10-3cm/s的中砂或粗砂填筑；砂埂表面铺一层透水土工布，土工布的渗透系数应大于5×10-4cm/s。

在砂埂底部埋设PVC塑料管道作为滤管，管径根据淤泥的含水量及渗透性选择，本工法选用直径为110mm的PVC塑料管，管与管之间用橡胶圈连接，应牢固，且环向刚度和强度能承受住砂土沿管道径向所产生的挤压。

管道表面开孔处理，孔径6～8mm，宜按间距10cm梅花布置,在管表面裹一层透水无纺土工布，防止砂从滤管流到主管，造成不必要的损失，土工布渗透系数应大于5×10-4cm/s，管道一端与真空泵的主管密封连接，另一端用无纺土工布密封。

3.2.4 冲填泥浆

设备由泥浆泵、高压水枪、水泵、输送泥浆管、配电箱等组成，泥浆泵的压力和排量根据现场基坑的淤泥量、工期要求及泥浆池与基坑的距离等情况综合确定，本工法选用NL65-16型泥浆泵，扬程15～18m，流量50～60m3/h；将装有流量计的泥浆泵置于基坑地势最低处，泥浆管道将基坑与泥浆池连接，出泥口采用活动支撑，便于移动出泥口，更能有效确保泥浆池中淤泥填筑高程保持在同一平面，提高施工效率。

输浆管道应保证表面无裂纹和损伤，接头应密实牢固。接头可采用法兰连接或焊接等，管道应采用专用的泥浆管。整个抽泥浆过程中不得出现漏泥及漏水等现象。否则，及时关闭泥浆泵电源，进行维修。

泥浆泵清淤泥过程中，利用水准仪测量泥浆填筑高度，当泥浆高度增量在0.7～1.3m时，停止注入泥浆，并间隔0.7～1.3m布置第一层横向排水带，对于高灵敏度黏性土宜取大值。在砂埂表面的土工布相应位置，用小刀割与排水带宽度一致的缺口，并将排水带一端从缺口穿入砂埂20～40cm深，另一端距围堰边0.7～1.3m。

在已铺好的排水带上方满铺一层透水土工布，以防止后期抽泥浆过程中扰动第一层排水带，影响排水效果。

3.2.5 表层覆盖及真空排水

泥浆池注满泥浆后应密封其表面，密封效果是保证预压排水成功的关键，因此薄膜的技术要求应予以高度重视，主要体现在以下几个方面：ⓐ密封膜的材料应抗老化能力强，韧性好，强度高，层数宜为2～3层，单层厚度宜为0.12～0.16mm，本工法选用厚度为0.16mm的聚氯乙烯薄膜覆盖泥浆池，以起隔绝空气作用；ⓑ根据现场泥浆池的大小，应联系厂家定制或加工薄膜，大小易超出泥浆池每边至少400cm；ⓒ现场铺薄膜时，采用人工铺贴，铺贴时膜应足够松弛，不能用力张拉，薄膜四周缓慢埋入事先挖好的密封沟内，回填黏土密封压实。根据真空射流泵的工作压强及压强范围选用合适功率的真空泵，以能最快最经济地排出泥浆池中的空气为目的，本工法选用2台7.5kW的射流泵，大概需要2天时间，可使泥浆池内达到85kPa以上的真空度；泥浆池中铺设三个真空度测头，实时观察泥浆池中的真空度是否有下降。泥浆池中的空气被抽出，泥浆池内外形成压差，淤泥受到挤压，其空隙水不断从排水带排出，从而起到固结土体的作用。

3.2.6 土体固结

泥浆池中的空气被抽出，泥浆池内外形成压差，淤泥受到挤压，其空隙水不断从排水带排出，从而起到固结土体的作用。

淤泥含水量采用酒精燃烧法测试，当含水量达到设计值时，停止真空排水；若未达到设计值，继续进行真空排水。

含水量达到施工要求时，可以在泥浆池中掺入一定比例的素土和砂或水泥和石灰(宜按25%砂+40%素土+35%处理拌和淤泥或2%水泥+4%石灰+94%疏干晾晒、脱水处理后的淤泥、浮泥)，与固结后的淤泥进行拌和。翻拌均匀后装入卸汽车运至砂坑中进行回填，回填应从远离泥浆泵端向泥浆泵一端进行，遵循分层回填，分层压实，每层松铺厚度不超过30cm；可以直接将固结后的淤泥外运至指定的弃土场。

4 关键技术及经济数据

4.1 反滤层材料选择

a.查阅施工图纸，要求按25%砂+40%素土+35%处理拌和淤泥的配合比形成拌和料进行回填。

b.从附近砂厂购置含泥量小于5%的中粗砂。

c.紧贴泥浆池池壁堆筑中粗砂，厚度50cm，坡度控制在1∶2～1∶3。

d.堆筑反滤层的过程中，加适量水，使砂壁保持稳定不滑塌。

效果验证：根据现场实际实施情况可知，现场严格按照要求进行实施，且堆筑中粗砂反滤层前，在泥浆池底20cm处铺一道滤管，滤管接出池外，反滤层厚度50cm，表面覆盖一层透水土工布，反滤层的坡度与泥浆池壁的坡度一致，达到预期的效果。

4.2 排水带布置

a.根据泥浆池的尺寸，排水带长度为39m，排水带一端伸入反滤层30cm，另一端距池壁50cm。

b.泥浆高度每增加0.7m，沿泥浆面横向铺设一层排水带，排水带水平间距0.7m，上下层排水带呈三角形布置。

c.防止在冲填泥浆过程中，泥浆对下层已铺好的排水带产生扰动，在每层排水带上铺一层土工布。

d.当最后一层泥浆高度达到设计标高时，停止抽淤工作，并开始密封覆盖处理。

效果验证：从现场测量结果可知，淤泥厚度0.7m、水平间距0.7m布置一层排水带，排水带上覆盖一层透水土工布，上下层相邻排水带呈三角形布置，施工过程中，且有小组成员现场指导，达到预期效果。

4.3 采用水力冲填转移泥浆

施工过程中将泥浆泵放入砂坑的最低位置后安装管道及电线，泥浆管一端伸入已处理好的泥浆池中；采用高压水枪对淤泥进行冲释再用泥浆泵将稀释后的泥浆吹填至泥浆池中。

效果验证：砂坑中的淤泥通过高压水枪进行稀释，由泥浆泵将淤泥转运至泥浆池中。表面密封处理后开始抽真空，从现场作业调查可以看出，达到预期效果。

5 结 语

12号砂坑淤泥采用本方法进行施工后，经第三方检测机构对回填后地基的承载力、压实度进行测试，均能达到设计要求。此外，为了排除偶然性，通过有限差分软件FLAC3D建立地基的三维计算模型，再随机从现场取土样做土工试验，利用回填土的力学参数进行数值模拟计算。计算结果表明，淤泥经新方法处理后进行回填，地基承载力大于60kPa,达到设计要求，从设备进场到回填至设计标高，耗时30天，比计划工期节约10天。

该技术采用泥浆转移横向排水带真空固结的施工工艺，转移基坑(槽)中淤泥，并可以快速高效地将淤泥的含水量降低至设计要求，可以将砂埂中的砂与泥浆池中的泥浆及一定比例的素土进行拌和，节约一部分素土的用量，也可以直接做为次要道路、洼地等的回填材料，节约外购回填材料的费用。在排出基坑中的淤泥进行固结排水的同时，可以对基坑进行处理，提高工作效率，缩短工期，提高人、才、机等资源的利用率，减少其闲置产生的费用，从而节约施工成本。

该项技术的成功应用，为充分利用淤泥或将淤泥变成有利用价值的潜在资源提供了可以借鉴与参考的经验。淤泥无害化处理的淤泥固化处理技术和淤泥轻量化处理技术,可以解决基础设施建设过程中产生的大量废弃淤泥的处理问题；解决了因抛弃淤泥而造成的环境污染问题和工程建设用土的问题。因此,废弃淤泥的资源化再利用技术是节约资源、保护环境的创新技术,具有广阔的应用前景。