泥浆固化及固化土改良技术在地铁车辆段的实际应用

张 锐

(中铁上海工程局集团华海工程有限公司，上海 201101)

1 工程概况

宁波轨道交通4号线是线网中西北至东南的一条重要径向线，根据车辆检修的需要，设车辆段、停车场各一处。本工程项目为车辆段工程，设置于线路南段，位于东钱湖大道、玉泉南路、长山江以及规划紫金中路围合区域(长约1 130 m，宽约400 m，用地面积31.49×104m2)，定位为定修段，承担4号线全部配属列车的定、临修、镟轮任务以及部分配属列车的周、月检和停放任务。

本工程采用“地铁+物业”上盖开发模式，(地上一层为车辆段的库房，层高9 m，地上二层为车库层，层高5.8 m，地上三层为车辆段上盖别墅层)。项目盖体建筑为框架结构，采用灌注桩基础，房屋总建筑面积17.22×104m2，施工主要内容包括整体上盖及盖内机电安装、道路、轨道、桥梁及绿化工程、综合管线工程、综合楼工程、河道改移工程。

2 基础工程重难点

本项目主体结构基础采用柱下钻孔灌注桩+承台基础，道床及设备基础下采用整体筏板+预应力混凝土竹节桩。钻孔灌注桩基础4 464根，桩长在60 m～75 m不等，按照相关经验，施工过程中将产生约70×104m2的建筑泥浆。建筑泥浆的处理成为该项目施工前期面临最大的难题[1-2]。

此外，该车辆段占地面积31.49×104m2，设计场坪标高比现状原地面平均高2.1 m，共需要填筑材料约65×104m2。填筑材料的选择和填筑成为该项目施工前期面临的另一个难题。

3 主要技术措施

3.1 泥浆固化及固化土改良技术原理

泥浆固化即利用多种专业设备有机整合，进行密闭自动连续运行，高效脱水是其中最关键的技术[3]，经过处理后得到含水率15%～25%的泥饼，体积比泥浆减少2/3左右，可以从根本上取代泥浆路上长距离运输，可提高处理效率、降低处理费用、保护城市环境；泥浆高效脱水后，经处理的水大部分回用于桩机施工用水，小部分达标排放；分离固化后的泥饼用于施工场地回填或绿化用料。

固化土改良是将分离固化后的泥饼掺加固化剂进行改良。一般采用水泥或者生石灰作为固化剂，并按照一定配合比充分拌和。经过拌和的改良土具有良好的板结性，强度会随着龄期增长，碾压密实后能抵抗动载及土压力，还能起到防水止渗的作用。

3.2 技术优势

3.2.1 泥浆固化技术特点

(1)泥浆高效处理工艺和设备得到整合最优化，提高了固液分离效果，降低了劳动强度，改善了施工环境。

(2)设备采用模块式、可拆卸、可移动设备，便于工地内移动和转场；根据场地大小和工期要求，多套设备可同时运行。

(3)通过脱水处理分离了泥浆中大部分自由水和结合水，通过机械挤压使泥饼固化，提高了效率。

(4)脱水泥饼体积较泥浆减量2/3以上，含水率低，强度高，易堆放，外运方便。

(5)可24 h全天候连续运行，生产效率大幅提升；自动化程度高，减少了人工操作影响。

(6)处理过程无粉尘、噪声污染，固化物易于运输，有效杜绝跑滴漏等安全隐患。

3.2.2 固化土改良再利用技术特点

(1)固化改良土采用水泥或生石灰作为固化剂，具有良好的力学性能、板体性、水稳性和一定抗冻性。

(2)固化改良土采用水泥或生石灰作为固化剂时，其拌合物填筑压实后初期强度低，其强度随着龄期增长。

(3)选用固化改良土可作为场地填料，可有效地减少泥浆固化处理后的土方外弃。

3.3 工艺要点

3.3.1 泥浆固化工艺

(1)现场钻孔灌注桩施工产生的泥浆集中输送到场地内泥浆中转池内，然后泵送至固化处理系统泥浆池储存等待固化处理。

(2)固化处理系统泥浆池中的泥浆通过泵送至泥浆固化设备中，经过该泥浆固化处理设备工艺分离净化泥浆，把细砂泥浆从泥浆中分离出来。

(3)分离后的清水排入到清水池内，作为桩机施工的用水水源。分离固态泥浆(土)作为后续深加工的原材料，从而实现节约循环利用水资源，避免污水外溢对生活环境造成污染，同时解决了工地泥浆池占地面积大、工地桩基大量用水等问题。经过固化后的土，含水量控制在一定范围内并掺加固化剂，达到作为场地回填材料的技术要求，可以作为填料使用。如图1所示。

图1 泥浆固化工艺流程图

3.3.2 固化土处理再利用工艺

(1)材料与拌和。①石灰、水泥、土、固化液等原材料进行检验，进场后抽检复试，见证取样，经过有资质的试验检测机构检测符合要求后方可使用，并按照规范要求进行材料配合比设计；②一般城区施工采用集中拌和，郊外施工使用路拌，以保证配合比准确且达到文明施工要求；③应根据原材料含水量的变化、施工温度的变化、运输距离及时调整拌合用水量；④宜用强制拌合设备进行拌和，拌和应均匀。

(2)运输与填筑。①拌和成的改良的固化土混合料应及时运送到铺筑现场，改良土自拌合至摊铺完成，不应超过3 h；②运输过程中应采取防止水分蒸发和防扬尘措施；③宜在春末和气温较高季节施工，施工最低气温为5℃；④施工时，填筑的基坑或者场地内不得有积水，如遇有积水应及时排水；⑤雨期施工应防止水泥、石灰、固化液和拌和料淋雨；降雨时应停止施工，已施工的应尽快碾压密实。

(3)压实与养护。①压实系数应由试验确定；②填筑好的固化改良土应当天碾压成型，碾压时的含水量宜在最佳含水量的±2%范围内；③碾压时应由场地四周向中心进行碾压，纵横接缝(槎)均应设置直槎；④固化土压实成活后应立即洒水(或覆盖)养护，保持湿润，直至上部结构施工为止，填筑时应分层填筑，每层最大压实厚度为300 mm，且不宜小于100 mm；⑤碾压时应采用先轻型、后重型压路机碾压；⑥碾压时应控制碾压速度，碾压至轮迹不大于5 mm，表面平整、坚实；⑦禁止用薄层贴补的方法进行找平；⑧改良土的养护采用湿养，始终保持表面潮湿，养护期视季节而定，常温下不宜小于7 d。

4 实施效果

4.1 经济效益

建筑泥浆固化处理是改善和保护环境的必要条件，经过固化之后，建筑泥浆总量大大削减，减少运输成本和处理，大幅节约后续土的处理费用。固化土改良为泥浆固化后续处置工艺，改良后的土用于场地填料大大降低泥浆最终处置成本。同时泥浆处理后的水资源可循环利用，可利用工地打桩用水，减少了水资源的浪费。根据以上内容，对本车辆段项目相关经济成本进行分析对比如下：

(1)泥浆外运：根据宁波市市场价格，外运泥浆单价为146元/m2，该项目钻孔桩施工共产生约70×104m3建筑泥浆，如果全部按照传统方式进行处理，该项支出费用为10 220万元。

(2)泥浆固化处理：按照合同，泥浆固化处理单价为160元/m3(该单价为固化土)及外运合价，其中外运费75元/m3)，根据实际泥浆与处理后土方比例为3∶1，处理后土方约为23.4×104m3，则该项支出费用为3 744万元。

(3)改良土作为填筑材料：由于环保政策收紧，土方外运困难，考虑对固化土进行改良，固化土改良费用为75元/m3，与固化土外运费用持平，即固化土就地改良，不进行外运。计划对所有固化土进行改良，然后进行路基填筑，改良土共计23.4×104m3，比对塘渣采购单价100元/m3，该项节省塘渣费用为1 755万元。

通过上述数据对比，本项目采用泥浆固化处理建筑泥浆节省了支出6 476万元；固化土改良再利用节省了填筑材料1 755万元；由此可见，该项目泥浆固化及固化土改良再利用技术的应用为该项目节省了大量的成本支出，为实现项目的经济效益提供了基础。

4.2 社会效益

基础设施的建设会产生大量的建筑泥浆，建筑泥浆外排处理的数量大，会严重污染身边的水资源。使用泥浆固化处理设备可大大减少城市环境压力，从而使环境质量得到较大程度的改善，提高了环境卫生水平，对保持生态环保环境、改善城市面貌和居住环境，提高城市人民身体健康具有重要的意义。

该项目采用泥浆固化及固化土改良技术实现了对周边居民的工作、生活影响最小化，同时得到了业主、监理及外部单位的一致好评，对今后类似工程施工提供了宝贵的经验，具有很大的借鉴意义。

4.3 环保效益

(1)泥浆固化减少了泥浆排放对河海湖泊的影响，减少了对水生态破坏。

(2)泥浆固化减少了泥浆向城市管道排放，增加了城市管道的通畅性，改善了人们的生活条件。

(3)采用固化改良土作为场地填料，减少了对填筑材料料源地的生态破坏。

(4)泥浆固化和固化土改良再利用，减少了泥浆的外运和土方的外运，减轻了因泥浆和土方外运对城市道路造成污染。

5 结束语

综上所述，通过本车辆段项目的实际应用，发现在面对大体量基础工程施工过程产生的泥浆处理上，采用“泥浆固化+土体改良”的方式，在文明施工、经济效益、社会效益等方面具有非常大的优势，“绿水青山就是金山银山”，在环保要求如此之高的当下不失为一种更优的选择。