泥漿固化及固化土改良技術在地鐵車輛段的實際應用

張 銳

(中鐵上海工程局集團華海工程有限公司，上海 201101)

1 工程概況

寧波軌道交通4號線是線網中西北至東南的一條重要徑向線，根據車輛檢修的需要，設車輛段、停車場各一處。本工程項目為車輛段工程，設置于線路南段，位于東錢湖大道、玉泉南路、長山江以及規劃紫金中路圍合區域(長約1 130 m，寬約400 m，用地面積31.49×104m2)，定位為定修段，承擔4號線全部配屬列車的定、臨修、鏇輪任務以及部分配屬列車的周、月檢和停放任務。

本工程采用“地鐵+物業”上蓋開發模式，(地上一層為車輛段的庫房，層高9 m，地上二層為車庫層，層高5.8 m，地上三層為車輛段上蓋別墅層)。項目蓋體建筑為框架結構，采用灌注樁基礎，房屋總建筑面積17.22×104m2，施工主要內容包括整體上蓋及蓋內機電安裝、道路、軌道、橋梁及綠化工程、綜合管線工程、綜合樓工程、河道改移工程。

2 基礎工程重難點

本項目主體結構基礎采用柱下鉆孔灌注樁+承臺基礎，道床及設備基礎下采用整體筏板+預應力混凝土竹節樁。鉆孔灌注樁基礎4 464根，樁長在60 m～75 m不等，按照相關經驗，施工過程中將產生約70×104m2的建筑泥漿。建筑泥漿的處理成為該項目施工前期面臨最大的難題[1-2]。

此外，該車輛段占地面積31.49×104m2，設計場坪標高比現狀原地面平均高2.1 m，共需要填筑材料約65×104m2。填筑材料的選擇和填筑成為該項目施工前期面臨的另一個難題。

3 主要技術措施

3.1 泥漿固化及固化土改良技術原理

泥漿固化即利用多種專業設備有機整合，進行密閉自動連續運行，高效脫水是其中最關鍵的技術[3]，經過處理后得到含水率15%～25%的泥餅，體積比泥漿減少2/3左右，可以從根本上取代泥漿路上長距離運輸，可提高處理效率、降低處理費用、保護城市環境；泥漿高效脫水后，經處理的水大部分回用于樁機施工用水，小部分達標排放；分離固化后的泥餅用于施工場地回填或綠化用料。

固化土改良是將分離固化后的泥餅摻加固化劑進行改良。一般采用水泥或者生石灰作為固化劑，并按照一定配合比充分拌和。經過拌和的改良土具有良好的板結性，強度會隨著齡期增長，碾壓密實后能抵抗動載及土壓力，還能起到防水止滲的作用。

3.2 技術優勢

3.2.1 泥漿固化技術特點

(1)泥漿高效處理工藝和設備得到整合最優化，提高了固液分離效果，降低了勞動強度，改善了施工環境。

(2)設備采用模塊式、可拆卸、可移動設備，便于工地內移動和轉場；根據場地大小和工期要求，多套設備可同時運行。

(3)通過脫水處理分離了泥漿中大部分自由水和結合水，通過機械擠壓使泥餅固化，提高了效率。

(4)脫水泥餅體積較泥漿減量2/3以上，含水率低，強度高，易堆放，外運方便。

(5)可24 h全天候連續運行，生產效率大幅提升；自動化程度高，減少了人工操作影響。

(6)處理過程無粉塵、噪聲污染，固化物易于運輸，有效杜絕跑滴漏等安全隱患。

3.2.2 固化土改良再利用技術特點

(1)固化改良土采用水泥或生石灰作為固化劑，具有良好的力學性能、板體性、水穩性和一定抗凍性。

(2)固化改良土采用水泥或生石灰作為固化劑時，其拌合物填筑壓實后初期強度低，其強度隨著齡期增長。

(3)選用固化改良土可作為場地填料，可有效地減少泥漿固化處理后的土方外棄。

3.3 工藝要點

3.3.1 泥漿固化工藝

(1)現場鉆孔灌注樁施工產生的泥漿集中輸送到場地內泥漿中轉池內，然后泵送至固化處理系統泥漿池儲存等待固化處理。

(2)固化處理系統泥漿池中的泥漿通過泵送至泥漿固化設備中，經過該泥漿固化處理設備工藝分離凈化泥漿，把細砂泥漿從泥漿中分離出來。

(3)分離后的清水排入到清水池內，作為樁機施工的用水水源。分離固態泥漿(土)作為后續深加工的原材料，從而實現節約循環利用水資源，避免污水外溢對生活環境造成污染，同時解決了工地泥漿池占地面積大、工地樁基大量用水等問題。經過固化后的土，含水量控制在一定范圍內并摻加固化劑，達到作為場地回填材料的技術要求，可以作為填料使用。如圖1所示。

圖1 泥漿固化工藝流程圖

3.3.2 固化土處理再利用工藝

(1)材料與拌和。①石灰、水泥、土、固化液等原材料進行檢驗，進場后抽檢復試，見證取樣，經過有資質的試驗檢測機構檢測符合要求后方可使用，并按照規范要求進行材料配合比設計；②一般城區施工采用集中拌和，郊外施工使用路拌，以保證配合比準確且達到文明施工要求；③應根據原材料含水量的變化、施工溫度的變化、運輸距離及時調整拌合用水量；④宜用強制拌合設備進行拌和，拌和應均勻。

(2)運輸與填筑。①拌和成的改良的固化土混合料應及時運送到鋪筑現場，改良土自拌合至攤鋪完成，不應超過3 h；②運輸過程中應采取防止水分蒸發和防揚塵措施；③宜在春末和氣溫較高季節施工，施工最低氣溫為5℃；④施工時，填筑的基坑或者場地內不得有積水，如遇有積水應及時排水；⑤雨期施工應防止水泥、石灰、固化液和拌和料淋雨；降雨時應停止施工，已施工的應盡快碾壓密實。

(3)壓實與養護。①壓實系數應由試驗確定；②填筑好的固化改良土應當天碾壓成型，碾壓時的含水量宜在最佳含水量的±2%范圍內；③碾壓時應由場地四周向中心進行碾壓，縱橫接縫(槎)均應設置直槎；④固化土壓實成活后應立即灑水(或覆蓋)養護，保持濕潤，直至上部結構施工為止，填筑時應分層填筑，每層最大壓實厚度為300 mm，且不宜小于100 mm；⑤碾壓時應采用先輕型、后重型壓路機碾壓；⑥碾壓時應控制碾壓速度，碾壓至輪跡不大于5 mm，表面平整、堅實；⑦禁止用薄層貼補的方法進行找平；⑧改良土的養護采用濕養，始終保持表面潮濕，養護期視季節而定，常溫下不宜小于7 d。

4 實施效果

4.1 經濟效益

建筑泥漿固化處理是改善和保護環境的必要條件，經過固化之后，建筑泥漿總量大大削減，減少運輸成本和處理，大幅節約后續土的處理費用。固化土改良為泥漿固化后續處置工藝，改良后的土用于場地填料大大降低泥漿最終處置成本。同時泥漿處理后的水資源可循環利用，可利用工地打樁用水，減少了水資源的浪費。根據以上內容，對本車輛段項目相關經濟成本進行分析對比如下：

(1)泥漿外運：根據寧波市市場價格，外運泥漿單價為146元/m2，該項目鉆孔樁施工共產生約70×104m3建筑泥漿，如果全部按照傳統方式進行處理，該項支出費用為10 220萬元。

(2)泥漿固化處理：按照合同，泥漿固化處理單價為160元/m3(該單價為固化土)及外運合價，其中外運費75元/m3)，根據實際泥漿與處理后土方比例為3∶1，處理后土方約為23.4×104m3，則該項支出費用為3 744萬元。

(3)改良土作為填筑材料：由于環保政策收緊，土方外運困難，考慮對固化土進行改良，固化土改良費用為75元/m3，與固化土外運費用持平，即固化土就地改良，不進行外運。計劃對所有固化土進行改良，然后進行路基填筑，改良土共計23.4×104m3，比對塘渣采購單價100元/m3，該項節省塘渣費用為1 755萬元。

通過上述數據對比，本項目采用泥漿固化處理建筑泥漿節省了支出6 476萬元；固化土改良再利用節省了填筑材料1 755萬元；由此可見，該項目泥漿固化及固化土改良再利用技術的應用為該項目節省了大量的成本支出，為實現項目的經濟效益提供了基礎。

4.2 社會效益

基礎設施的建設會產生大量的建筑泥漿，建筑泥漿外排處理的數量大，會嚴重污染身邊的水資源。使用泥漿固化處理設備可大大減少城市環境壓力，從而使環境質量得到較大程度的改善，提高了環境衛生水平，對保持生態環保環境、改善城市面貌和居住環境，提高城市人民身體健康具有重要的意義。

該項目采用泥漿固化及固化土改良技術實現了對周邊居民的工作、生活影響最小化，同時得到了業主、監理及外部單位的一致好評，對今后類似工程施工提供了寶貴的經驗，具有很大的借鑒意義。

4.3 環保效益

(1)泥漿固化減少了泥漿排放對河海湖泊的影響，減少了對水生態破壞。

(2)泥漿固化減少了泥漿向城市管道排放，增加了城市管道的通暢性，改善了人們的生活條件。

(3)采用固化改良土作為場地填料，減少了對填筑材料料源地的生態破壞。

(4)泥漿固化和固化土改良再利用，減少了泥漿的外運和土方的外運，減輕了因泥漿和土方外運對城市道路造成污染。

5 結束語

綜上所述，通過本車輛段項目的實際應用，發現在面對大體量基礎工程施工過程產生的泥漿處理上，采用“泥漿固化+土體改良”的方式，在文明施工、經濟效益、社會效益等方面具有非常大的優勢，“綠水青山就是金山銀山”，在環保要求如此之高的當下不失為一種更優的選擇。