泥浆固化技术应用的探讨

泥浆固化技术应用的探讨
摘要：随着当代科技水平不断提高，人们对物质及精神家园的不断探索也逐步
加深。

而建筑业由于受到劳动力和生产力的制约与影响，为确保在房屋建筑的过
程中，不受传统生产方式的影响，加强科学发展、环保优先等理念共同促进建筑
业转型升级。

本课题通过实际经验，阐述不同地质环境下的桩基础工程阶段泥浆
固化处理方式来说明适当的生产方式能极大推动工程项目发展。

关键词：建筑施工；泥浆固化；环境保护
引言
近年来高层建筑及地铁、管廊等地下工程日益增多，且工程体态普遍增大，
导致基坑开挖量大增。

在如此大规模的建筑及地下工程建设过程中，不可避免地
产生了大量的高含水废泥浆。

由于工艺不成熟以及环保意识薄弱、市场监管短缺，很多项目的泥浆处理措
施都缺少有效合理科学的处置方式，大量建筑泥浆存在偷排、乱排的现象。

在运
输过程中经常出现“滴、洒、漏”等现象，造成水质污染、河道淤塞等环境问题。

同时如果采用传统的堆积、填埋的泥浆处置方式，会产生诸多弊病和后患，因为
废泥浆成分复杂，其中含有的重金属等有害物质，对生态存在二次污染的隐患。

针对建筑垃圾污染环境的发展现状，有关部门出台了相应的文件要求合理利
用和处置易产生污染的建筑材料，提倡使用新型环保材料，建议各参建单位积极
创新新技术新应用，通过科技研发有效的减少建筑污染，保护环境。

例如浙江省
台州市“五水共治”工作领导小组于2017年5月发文《关于加强建筑泥浆处置管理的意见》中明确要求加强建筑现场泥浆中转暂存的监管以及加强建筑泥浆固化技
术的市场化应用。

针对此类情况，本文通过记述泥浆固化技术的应用，旨在探索一种符合类似
施工条件下的实用泥浆固化处理方法。

1、泥浆固化的应用背景与案例介绍
1.1泥浆固化的背景与意义
近半个世纪以来，随着我国基建规模的井喷式扩展、科学生产力的不断加强，房屋建筑的密度与规模也日趋饱和。

然而，一个工程项目的交付，往往也伴随着
大量建筑垃圾的产生。

在传统建筑生产的桩基础阶段中，以泥浆护壁成孔灌注桩
而言，项目所产生的泥浆量在钻孔桩体积的3~5倍之间。

这么大的废弃泥浆体量，对建筑群周边的环境造成了很大的污染。

当前处理这一问题的方法主要有以下4种：第1种是直接将废泥浆排放出去，但是这种方法无疑是对环境影响最大的，诸如台州等地区均明文禁止此类处置方式；第2种方法是将其排放到安全地层中，在安全地层中，废泥浆要想完全消失
需要长时间的过程，当然这是对环境影响最小的一种方法；第3种方法是直接将
废泥浆回填起来；最后一种方法是采用密封技术将其密封至坑内。

上述的四种方法是当前处理废泥浆最常见的方法，此外还有一些其他的方式
有待于进一步的发展与研究。

但是这些方法都不足以完全消除废泥浆对环境造成
的不良影响。

目前虽然多地部门针对泥浆直接排放等污染环境的一些做法采取了一定的控
制措施，但如果不能从施工现场的源头将该问题转移或消化掉，此类隐患就无法
根除。

废弃泥浆的问题造成了施工环境的恶化。

一方面，其造成不利后果会对项
目交付使用产生一定的影响；另一方面，消极地处理废泥浆问题，还会堵塞城市
排水管道。

污水不能得到及时的排放，就会造成河流的污染，间接的损害也是无
法估量的。

在此大背景下，改进施工的生产工艺与废材置换机制就成为了众多企业的探
索目标。

1.2泥浆固化实例项目介绍
A项目为北京师范大学台州实验学校工程，位于浙江省台州市黄岩区王林洋
岛内，地块西至环岛路，东至王林洋二路，北至王林洋一路。

该项目是集幼儿园、小学、初中、宿舍楼等单体的综合建筑群体。

建安投资5.8亿元，总占地面积112207平方米，总建筑面积 138568平方米，基坑开挖深度6米，应用泥浆护壁
钻孔灌注桩（指在工程现场以泥浆为介质，通过机械钻孔等手段在地基土中形成
桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土，同时置换出孔内泥浆而做成的桩）对
地下室区域进行建筑物桩的基础设计，通过核算，A项目桩基施工泥浆总量约为50000 立方米，由此可见，泥浆处理是一项巨大的工程量。

2、泥浆固化技术应用现状
2.1泥浆的性能与特点
在土木工程建设中产生的各种高含水率泥浆称为建设污泥，比如钻孔灌注桩
泥浆、水盾构废弃泥浆、地下连续墙泥浆，而实际产生的废弃泥浆根据当地土质
不同其物理性质也有很大区别，但总量在建设工程废弃物中占百分之十左右。

常规项目的废弃泥浆处理是直接排放或者自然蒸干作为填土使用。

直接排放
对环境会产生极大污染，特别某些泥浆中含有污染物，这会对环境产生很大的破坏。

而由于泥浆一般性质比较稳定，自然蒸干需要很长的时间。

因而废弃泥浆如
得不到妥善处理，将会影响土壤结构，危害植物生长，妨碍水生生物正常生长，
污染地下水。

当前，钻孔灌注桩施工时通常采用膨润土造浆，造浆土在水中分解为极细颗
粒并形成胶体，表现为悬浮液和胶体溶液的混合体，其组成为水、泥沙、钻渣和
一些化学物质，一般具有如下的特点：①黏度比较大，呈流体或者半流体状态，组成的颗粒细小并且颗粒级配不良，色度大，水分含量超高并非常难脱去，自然
风干过程缓慢，干结生成物遇水浸湿后易再度恢复为原状态，自然流动或排放后，对周围的土壤和植被造成非常大的伤害；②由于在造浆时加入了大量膨润土或粘土，并在钻孔过程中携带了泥砂及表层土等，导致废弃泥浆固体物质含量较高；
③泥浆制造过程中可能加入的处理剂，包含多种有机和无机成分，导致废弃泥浆中的CODcr含量、表面化学活性剂及多种重金属等有害物质含量严重超出了国家
允许排放的标准要求。

2.2普遍现状调查分析
国外开始注重并加强对废弃泥浆的处理是在1950年左右，随着经验的发展逐步完善了废弃泥浆处理技术。

同时，对各种废弃泥浆体系和用于废弃泥浆处理药
剂进行一系列的环境相容性的试验研究，积极探索废弃泥浆对环境造成的污染和
相应的治理办法。

1982年，美国环境保护署（EPA）就针对墨西哥海湾上水基泥
浆制定出了严格的排放标准（NPDES），为排放和处理废弃泥浆提供了法律基础。

国外废弃泥浆处理技术主要包括：高速离心脱水回收、化学强化固液分离技术、MTC转化技术、注入安全地层或环形空间。

我国对废弃泥浆的处理研究较比国外要晚了很多，通过引进国外技术和自主
创新，在废弃泥浆处理技术方面也取得不少研究成果，并应用于实践。

国内废弃
泥浆处理技术主要包括：坑内填埋、再回收利用、化学固化处理等处理方法[1]。

3、泥浆固化应用的现状
3.1不同项目的工艺选择
在本文所列举的两个项目中，因为地质条件的不同，A项目属第四系湖沼积
平原地貌，其上层地质中淤泥质土含量较多，相应在施工过程中所形成的废弃泥
浆亦会受此影响。

而B项目的地貌属冲海积平原区，其上层地质中的砂质粉土含
量较多，且在地勘过程中，发现有部分的溶洞现象。

通过对上述两个项目的实地调研，在结合项目既定的节能环保目标后，两个
项目均决定采用泥浆固化技术对桩基阶段产生的废弃泥浆进行处理。

但根据两个
项目泥浆产生的存量与泥浆的含砂率等数据的差异性，具体实施中，均有不同的
部署调整，但核心的固化工艺是相同的。

如泥浆固化的操作原理、絮凝剂的选择、泥浆固化的工艺流程等方面
3.2工艺核心问题分析
操作不当：压滤机械设备操作相对简易，无严格的程序工艺要求，对操作者
进行简要培训即可满足要求，不会对设备寿命及泥浆固化产生过多影响。

设备效果不理想：泥浆初始自然沉淀处理不到位，会导致固体大颗粒含量过多，影响化学沉淀的效果，增大絮凝剂的使用量，并对物理压滤分离产生不利影响。

在添加药剂进行化学沉淀时，未进行充分搅拌，也影响化学沉淀的效果。

同时，絮凝剂品质不佳或者品种选择不当，均会对化学沉淀结果产生较大影响固化成本较高：固化材料消耗主要为水及絮凝剂，且不同种类的絮凝剂价差
较大，对固化的总成本影响较大。

较高的成本将对固化技术的推行产生不利影响。

4、解决难点的途径
4.1初始沉淀处理
因废泥浆中含有较多钻渣，为提高后续固化的效果，需对废泥浆进行初始重
力沉淀处理，使泥浆中的钻渣沉淀。

为使沉淀更具效果，需保证足够的沉淀池面
积及沉淀时间。

现场设置一处容量约2000 m3的泥浆收集储存区，施工产生的废泥浆均输送
至此做临时储存，并进行自然沉淀，以去除部分钻渣。

4.2加药搅拌工序加强控制
加药搅拌是整个固化过程中较为重要的化学步骤。

本工程选用有机絮凝剂
（聚丙烯酰胺），可溶于水，通过药液提升设备与废泥浆一起送入搅拌桶内。

为
发挥效用，控制溶解和搅拌时间为0.5～1小时，通过药液提升设备将聚丙烯酰胺等泥沙聚沉剂加入泥浆并持续搅拌，对泥浆中淀，随后压入大沉淀桶。

5、项目经济效益分析
5.1直接外弃
在江、浙、沪、皖地区平均外运费用为60元/m3，运距20km，城市弃土场5元/m3管理费。

合计65元/m3。

5.2固化处理
废泥浆固化处理的成本主要包括处理材料和施工两部分。

当前材料的市面价格如下：
絮凝剂PAM：
常用的PAM型号为阴离子型聚丙烯酰胺380A，其市场价为26元/kg。

每处
理lL密度为1.2 g/cm3的废泥浆需要PAMO.249，那么每处理1 m3废泥浆需要
0.24kg的PAM，单项成本为6.24元/m3。

破胶剂
常用的破胶剂为三氯化铝（AlCl3），市面上出售的三氯化铝有固态的、溶液
态的。

由于固体运输方便，固化施工多采用固态的三氯化铝，价格是2.6~3元/kg
不等。

每处理1 m3废弃泥浆要用0.88kg三氯化铝，单项成本为2.3~2.7元/m3。

固化材料
1）灰渣：每处理1m3废弃泥浆需要100kg的灰渣，目前灰渣主要是电厂的
废弃渣，灰渣出厂基本无成本，主要是运输费用，处理1m3泥浆单项成本约5元； 2）水泥：每处理1m3弃泥浆需要25kg的水泥，固化材料用的是32.5复合硅酸盐水泥，价格约为350元/吨，处理l m3泥浆单项成本约8.75元：
3）石灰：每处理1 m3废弃泥浆需要25kg的石灰，目前石灰价格约为300元/吨，处理1 m3泥浆单项成本约7.5元；
4）河砂：每处理1 m3废弃泥浆需要50kg的河砂，目前河砂价格约为100元/吨，处理l m3泥浆单项成本约5元；
所以，综合计算每处理1 m3废弃泥浆的成本在34.79元到35.29元之间，低
于其他泥浆处理方法的成本。

5.3施工成本
因为就地掩埋，故挖机回填费用为2.6元/m3。

以上合计费用为37.75元/m3。

综上所述，采用化学絮凝固液分离处理和固化处理废弃泥浆，成本较低，废
水可直接排放，泥浆池占地可以复耕，环境污染最小，经济效益显著。

6、效益评价
6.1工艺的可行性研究
本项目通过一系列的管理活动，在工程桩基施工阶段成功应用了泥浆固化成
套技术，取得了良好的经济效益和社会效益，以本文的A项目桩基础废弃泥浆为
研究对象，采用絮凝剂对泥浆进行的现场处理，证实方案的可行性，通过不断调
试和产量的变化、验证了理论的泥浆最佳处理密度、处理剂使用量、搅拌时间和
沉淀时间等数据。

7、结语：
通过本项目的研究活动，A、B两个项目的泥浆固化成套技术均得到了很好的
应用，取得了良好的经济效益及社会效益。

在解决问题的过程中，我们通过详细
走访调查，选用最适合的工艺与资源来优化工艺技术，推动该项目泥浆固化的施行，为项目的建设做出了极大的促进作用。

参考文献：
[1] 张勇. 地下工程基坑围护泥浆固化施工工艺[A].建筑施工，2017.8：1152-1153
[2] 任城钰，等. 探讨桩基施工泥浆固化处理新技术在某工程中的应用.神州，2017，35：193
[3] 陈亮. 建筑桩基工程泥浆处理技术. 重庆交通大学：建筑与土木工程学位论文，2016：56-57。