泥水盾構廢棄泥漿絮凝脫水機理及影響因素分析

李 培，方若全，顧斌兵，陳 焱，方 勇

(1.中鐵十四局大盾構公司，濟南 250014；2.江蘇省交通工程建設局，南京 210000； 3.華設設計集團有限公司，南京 210005；4.西南交通大學 土木工程學院，成都 610031)

序 言

隨著城市地下空間開發規模不斷擴大，泥漿由于具有優良的護壁、攜渣等作用，故被廣泛用于地下連續墻、鉆孔灌注樁、頂管、盾構等地下工程[1～6]。然而，此類工程的施工勢必會產生大量的廢棄泥漿(圖1)[7～9]。一般來說，工程廢漿主要由水和固體顆粒(砂粒、粉粒和黏粒)組成。其中，砂粒(>0.075mm)和粉粒(0.005～0.075mm)粒徑較大，且砂粒和粉粒在稍濕時顆粒間的聯結力比較微弱，在干時或完全浸沒于水中時幾乎沒有聯結力，易進行脫水分離。而黏土顆粒(<0.005mm)表面攜帶負電荷，其周圍會形成一個電場，在電場的作用下，水中的陽離子被吸引分布在顆粒周圍，形成雙電層結構(圖2)。正是由于這種雙電層結構，使得黏土和水形成的懸浮液比較穩定，在靜置狀態下能長時間保持懸浮而不沉淀，給廢漿處理帶來極大的困難[10]。以往廢棄泥漿的處理方式主要是利用槽罐車將廢漿運至郊外，使其自然沉降干化。由于該處理方式落后，效率低且費用高，在運輸過程中引起的滲漏會影響城市環境；同時，還可能造成板結土壤、阻塞河流、加劇水土流失等一系列嚴重環境問題[11]。因此，建筑工程廢棄泥漿的無害化和減量化處理已成為當前工程界亟待解決的環境問題和社會問題[12]。目前，針對廢棄泥漿的無害化和減量化處理，國內外主要采用化學絮凝與機械脫水相結合的方法。該法主要是通過化學絮凝的作用改變黏土顆粒表面性質，讓細顆粒之間產生聚結，進而破壞泥漿的整體穩定性，最后在機械輔助分離的條件下實現廢棄泥漿的水土分離。對于這種處理方式而言，化學絮凝是其中重要的一個環節。因此，選擇一種合適的絮凝劑及處理條件，能極大的提高廢棄泥漿固液分離效率，實現廢棄泥漿的無害化和減量化處理。

有關廢棄泥漿的絮凝處理，國內外學者已經進行了一些研究，并取得了一定的研究成果。劉娟等[13]、王冬星等[14]研究了有機絮凝劑作用下漿液絮體的宏微觀變化，揭示了絮凝劑的絮凝機理；梁止水等[15]、張欽喜等[16]通過試驗研究了無機絮凝劑和有機絮凝劑對工程泥漿的快速泥水分離性能的影響，得出有機絮凝劑對泥漿具有較好的快速泥水分離效果。冷凡等[17]、武亞軍等[18-19]、劉勇健[20]等通過室內試驗，研究了絮凝劑種類、摻量及濃度對漿脫水效率的影響，確定了絮凝劑的最佳種類、摻量和濃度；He等[21]研究了不同電荷類型及電荷密度的PAM對泥漿脫水效率的影響。鄭愛榮等[22]通過室內試驗，對比分析了疏水劑和高分子絮凝劑對吹填土沉積過程的影響，得出加入高分子絮凝劑后，泥漿前期沉降速度明顯提高。