長沙機場GTC項目大面積裸土快速抑塵綠色施工技術*

朱正榮，程 林，陳鏡丞，楊益文，范俊洋

(1.長沙市建設工程質量安全監督站，湖南 長沙 410016；2.中建五局第三建設有限公司，湖南 長沙 410114)

0 引言

隨著我國經濟和人民需求的日益發展，建筑物規模越來越大，施工占地面積越來越廣闊，不可避免地對周圍生態環境造成一定影響。其中，地面揚塵是一種常見又頑固的環境污染問題，嚴重影響了周邊空氣和人民生活質量，這也與現行的發展環保理念不符[1]。為此，對施工現場揚塵進行有效治理受到技術人員及科研人員的廣泛關注。

研究表明，粉塵土體的臨界起動風速與土體含水率密切相關，含水率越大土體的臨界啟動風速越大，土體揚塵的可能性越低[2]。因此，通過灑水增大裸土表面粉塵的含水率，使其具有一定的水化膜以增大土顆粒間的膠結力，從而抵抗外部風力的作用，實現抑塵效果[3]。然而，隨著技術的發展，灑水抑塵的缺點也逐漸暴露：①提高土體含水率需大量水資源，在缺水地區難以實現；②高溫條件下，土體水分蒸發過快，灑水難以使土體含水率長時間維持在一定水平[4]。因此，開始選用其他方法抑制裸土揚塵，如防風網、生態種植、化學試劑固土等方法[5-7]。其中，防塵網和生態種植均通過在裸露的土體表面覆蓋不同網狀材料織物或植被，降低風力對粉塵的直接作用，但現有防塵網多采用塑料制品，成本較高且難以降解，易造成二次污染[8]，同時，植被的生長和維護周期漫長，不適合一般臨時性工程施工[9]。化學固土材料主要有水泥基類、水玻璃、油產品、高分子等，這類材料雖具有一定的耐候性和持久性，但也存在原材料制作高耗能和高成本的缺點[10]。為此，亟待研究一種快速、高效、低成本且綠色環保的揚塵治理技術。

本文介紹一種以自行研發的復合型植物提取物基質抑塵劑為核心，通過控制“分析→試驗→調整→實施”四大關鍵流程的復雜地形大面積裸土快速抑塵綠色施工技術。該技術從源頭解決了裸土揚塵的問題，為施工現場的揚塵治理提供快速持久、綠色低價的解決方案。

1 前期試驗

1.1 材料

1)抑塵劑 抑塵劑使用自行研發的復合型植物提取物基質抑塵劑，為白色或淡黃色粉末狀固體，無味，黏度為58mPa·s，pH值為7，主要由變性淀粉、木槿植物膠、脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸鈉、鈣源等按一定比例配合而成。

2)色漿 色漿為環保水性色漿，有紅、藍、綠3種顏色。

3)土體 試驗分別對含砂量多、顆粒粗糙、滲水速度快、保水性能差、通氣性能好的砂質土，含砂量一般、顆粒一般、滲水速度一般、保水性能一般、通氣性能一般的壤土，含砂量少、顆粒細膩、滲水速度慢、保水性能好、通氣性能差的黏質土開展抑塵效果驗證。

1.2 試驗步驟

1.2.1抑塵劑的配制

為適應施工所在地土壤類別及水質，實現最佳抑塵效果，需進行標準配合比抑塵溶液試配，初步確定抑塵溶液配合比和攪拌方式，砂質土標準抑塵溶液濃度ηa0=抑塵劑∶水=1∶90，壤土ηb0=1∶100，黏質土ηc0=1∶110。主要配制步驟為：①采用玻璃燒杯量取1L施工用水，用精度為0.01g的高精度天秤稱取相應質量的抑塵劑粉末；②在攪拌容器中加入500mL水，然后加入全部抑塵劑粉末，用玻璃攪拌棒以60r/min的速率進行人工攪拌，同時緩緩加入剩余500mL水，再勻速人工攪拌5min，然后靜置5min；③溶液靜置后觀察狀態，若溶液中存在未溶解顆粒沉淀，則繼續攪拌1min后靜置觀察；當溶液澄清、無未溶解顆粒后記錄總人工攪拌時長T1(T1/2即為后續噴灑車機械攪拌時長)，攪拌完成后將抑塵溶液裝入壓力噴壺中。

1.2.2試噴

在天氣晴朗無雨時，選擇一塊代表性的待施工區域進行試噴作業。試噴區尺寸為0.5m×0.5m，每種土壤類型和顏色設置3個試噴區，共計9個試噴區域并排設置，用竹簽標出各區域角點。試噴設備采用壓力噴壺，將配置好的標準抑塵溶液轉移至壓力噴壺中。根據色彩方案，按δ0=色漿∶溶液=2∶1 000 的初始質量比加入相應水溶性環保色漿，色漿攪拌均勻后即可試噴，砂質土、壤土、黏質土試噴的標準密度ρ0分別為3.0，2.5，2.0L/m2。

抑塵溶液噴灑分初噴、復噴2次進行，先初噴ρ0/2溶液，噴灑過程中保持連續、噴頭移動平緩，保證抑塵溶液被均勻噴灑至試噴區。初噴后觀察并記錄溶液完全滲入地下、地表無積水的時間T2，T2≤5min 記為5min，5min10min，則應重新試配抑塵溶液，且每超出1min(向上取整)溶液濃度應按η的分母加5進行調整，以減小入滲時間，如某黏質土溶液入滲時間為11min13s，則應調整溶液濃度為ηc1=1∶(110+2×5)=1∶120，并在試配后重新試噴并記錄T2；T2記錄完畢且滿足要求后開始復噴剩余ρ0/2溶液，復噴要求與初噴一致，復噴完成后立即留存試噴區影像資料。

1.3 效果檢測

1.3.1保水效果測定

保水效果是保持土壤含水量變化能力的體現，保水效率越高抑塵效果越好。使用SC-701型含水量快速測定儀分別對試噴后1，7，28d不同土壤類型的土樣進行含水量測定，保水率計算如下：

(1)

式中：I為保水率；ω1為測量初始含水量；ω2為達到齡期后的含水量。

1.3.2抗風蝕效果測定

抗風蝕性能是反映抑制揚塵的重要指標。抗風蝕效果主要通過在模擬自然風吹的情況下，測量1，7，28d試噴區域土樣質量損失率的大小來反映，其計算如下：

(2)

式中：M為質量損失率；m1為測量初始土樣質量；m2為達到齡期后的土樣質量。

1.3.3結殼厚度檢測

試噴完成可檢測1，7，28d土壤的結殼厚度，將試噴區十字剖開，用鋼尺分別檢測4個剖切面的結殼厚度，每個試噴區共檢測4個點，記錄并計算中位數作為結殼厚度代表值。若結殼厚度代表值為10～15cm，則該次溶液的噴灑密度ρ0符合要求，可作為實際噴灑密度ρ；若結殼厚度代表值<10cm，則每3cm差值(向上取整)需在ρ0基礎上增加0.5L/m2，且≤4.0L/m2；若結殼厚度代表值>15cm，則每3cm差值(向上取整)需在ρ0基礎上減小0.5L/m2，且≥1.5L/m2。

1.4 抑塵效果分析

通過前期試驗得到標準濃度和噴灑密度下不同土壤類型的保水率、質量損失率、結殼厚度，如圖1所示。

圖1 試驗結果

由圖1可知，7，14，28d 3種不同類型土的保水率均分別大于90%，85%，70%；自然風吹條件下質量損失率均分別小于1.2%，3.9%，10.2%；土壤結殼厚度均為10～15cm，滿足一般要求。其中，3類土壤中黏質土的保濕和抗風蝕效果最佳，后期28d保濕率達86%，抗風質量損失率僅4.9%；砂質土的結殼厚度最大，主要是由于砂土顆粒粗糙，孔隙率大，抑塵劑滲透深度更大。綜上所述，可根據試驗標準的濃度和噴灑密度對3種土壤進行抑塵劑施工。

2 抑塵綠色施工技術

2.1 配制生產濃度抑塵溶液

根據試配確定的溶液濃度η及噴灑車罐體容量L，計算每車需添加的抑塵劑質量m=Lη，抑塵劑標準包裝為25kg，不足25kg的尾料用不銹鋼桶稱量裝取。向噴灑車的罐體內注入L/2的水，然后暫停，開動噴灑車罐體內的攪拌裝置，以120r/min的轉速攪拌噴灑車罐體內的水；攪拌裝置啟動后，逐包加入抑塵劑至計算質量m，同步注水至噴灑車罐體約90%后再次暫停注水，保持120r/min的轉速攪拌T1/2時長后停止，然后繼續注水至罐體滿，合上封蓋；靜置10min確保抑塵劑充分溶解，且溶液混合均勻，完成生產濃度抑塵溶液配制。抑塵溶液配制完成后需盡快使用，最長可放置7d。

2.2 現場噴灑

抑塵溶液正式噴灑作業前，可根據項目需要在待抑塵作業區播撒綠化草籽。草籽種類根據現場原狀土壤性質、當地氣候條件、施工季節，并結合各種植物生長特性選擇，優先選用生長快、根系發達的品種。抑塵溶液正式噴灑時需避開雨水天氣。使用多功能綠化噴灑車噴灑，主要使用車輛尾部的灑水高炮和車輛兩側的側噴頭。其中灑水高炮采用q1=120L/min的噴頭，有效噴灑半徑為32m；側噴頭采用q2=60L/min的鴨嘴式噴頭，有效噴灑半徑為12m。灑水高炮和鴨嘴側噴不得同時啟動作業，避免水壓過低影響抑塵溶液噴灑密度。

2.3 噴施路徑選擇

施工區域按距道路(含硬化道路與臨時便道)的距離分為近噴區和遠噴區。抑塵溶液噴灑時遵循“分塊噴灑、先初噴再復噴”的原則。

1)近噴區作業

道路兩側10m，在車輛兩側的鴨嘴式噴頭有效半徑內為近噴區。由噴灑車單次作業面積S計算出單次近噴區作業長度L2=S/5，據此科學規劃噴灑車行駛路線。初噴時，較寬硬化路段靠右采用單側側噴，較窄臨時路段居中采用雙側同時側噴，車輛行駛速度v2=3.5～4km/h≈1m/s，單次初噴時間應略大于溶液入滲時間T2；初噴完成后車輛原路返回，從本次初噴起點開始按初噴標準開展復噴作業。近噴區的具體噴灑方式、分塊及順序如圖2所示。

圖2 近噴區的具體噴灑方式、分塊及順序

2)遠噴區作業

道路兩側10～25m為遠噴區，車輛尾部的灑水高炮遠距離噴灑開展抑塵作業。遠噴區作業前須科學規劃，將遠噴區沿道路縱向劃分為若干20m×15m的矩形區塊，噴灑車在道路上的定點位置可有效覆蓋左、右2個區塊；每個矩形區塊劃分為6個10m×5m的噴灑單元(見圖3a)；每個噴灑單元沿短邊方向分為5個10m×1m寬條塊(見圖3b)。作業時噴灑車固定不動，其灑水高炮在10～25m的有效噴灑范圍內可近似視為0.5m×0.5m的正方形。在各噴灑單元內沿長邊方向C形依次噴灑①→②→③→④→⑤條塊，各條塊噴灑用時控制在10s左右，50s即完成該單元的初噴或復噴作業。在各區塊內也按C形依次噴灑I→II→III→IV→V→VI單元，若T2=5min，則完成單個區塊的初噴后即可對該區塊進行復噴；若T2=10min，則需先完成一個停車位置處的左、右2個區塊的初噴后方可進行復噴。一個停車位置處的左、右2個區塊均完成復噴后，噴灑車沿道路縱向移動20m，進行下2個區塊的噴灑作業。

圖3 遠噴區具體噴灑方式、分塊及順序(單位：m)

2.4 補噴及成品保護

采用多功能綠化噴灑車完成抑塵溶液的正式噴灑后，不可避免地存在少量死角。由操作人員攜帶裝滿抑塵溶液的背負式電動噴霧器，步行進入作業區進行補噴，根據該區域地表的顏色深淺確定死角區域的補噴量。采用裝配式欄桿封閉的方法對補噴完成后已完成的抑塵作業區域進行成品保護，防止行人踩踏或機械碾壓縮短抑塵有效期。

3 工程應用及效果評價

復雜地形大面積裸土快速抑塵綠色施工技術分別于2018年4月—2019年9月在株洲恒大林溪郡一期工程、2019年9月—2020年9月在寧鄉市岳寧大道鳳凰山—南田坪公路工程、2021年7月—2021年12月在長沙機場改擴建工程綜合交通樞紐工程現場進行揚塵治理，處理面積共計95萬m2，處理后一個月內對施工區域大氣總懸浮顆粒物濃度進行監測，監測結果如表1所示。與施工前監測數據進行對比，各項指標符合GB 3095—2012《環境空氣質量標準》，極大地保護了施工現場生態環境，獲得了監理、業主的高度認可，取得了較好的社會和經濟效益。

表1 抑塵前、后各工程現場大氣總懸浮顆粒物濃度

對比覆蓋綠網抑塵，該技術抑塵效果更好，節省了施工費用及降塵措施費用。以長沙機場改擴建工程綜合交通樞紐工程為例，采用此工法環保抑塵溶液材料費為0.28元/m2，人工費用為0.08元/m2；采用傳統密目綠網材料費約0.45元/m2，人工費用約0.11元/m2。按總施工面積345 241.3m2計算，采用噴灑抑塵溶液施工可節省費用總計6.9萬元，達36.37%。

4 結語

應用抑塵溶液進行抑塵施工，配合施工區域分區分塊、科學規劃施工順序，以人工配合機械的方式噴灑至待處理裸土地面，達到計算噴灑量后無需額外養護，既實現了揚塵的快速控制，又保護了生態環境，實現綠色施工、操作安全、質量保證、綠色環保、降低成本的目標。