田亚洲 ，刘俊杰 ，杨 琴 ，吴建福 ，赵士超 ，杨旭东

（1.深圳中铁二局有限公司，广东 深圳 518034；2.西华大学 土木建筑与环境学院，四川 成都 610039）

1 概述

近年来，随着我国基础建设规模迅速扩大，灌注桩被大量运用到高层、超高层建筑物和道路桥梁工程中，由此也不可避免地产生了大量废弃工程泥浆。党的十九大报告强调“加快生态文明体制改革，建设美丽中国”。在此背景下，绿色施工技术的研究受到社会各界的广泛关注，废弃工程泥浆的处理问题愈发的突出[1]。

目前，对废弃工程泥浆处理方法主要有外运排放、化学絮凝固液分离、化学固化、机械脱水、制作新型材料几种。直接外运排放的传统方法需使用槽罐车将废弃工程泥浆运送到特定场所集中处理，由此产生高昂的运输、处理费用，也存在一定的环保隐患。张钦喜等[3]根据室内试验结果认为聚丙烯酰胺（阴离子）为最佳絮凝试剂并确定其最佳用量。魏雁冰等[4]在使用化学药剂的基础上引进了芬兰的固化设备，直接对废弃泥浆池进行脱水加固，提高地基承载能力。然而，不同工程地质下产生的废弃泥浆具有不同的化学性质，单一的化学药剂无法满足对废弃工程泥浆复杂成分的处理要求，且存在一定的环保隐患。卢琦淮等[5]在废弃工程泥浆中掺入增强剂，将其加工为烧结砖，一定程度上实现了对废弃泥浆的回收利用，但废弃泥浆组成成分的不均匀性，必然导致成品砖承载能力的不确定性，无法形成标准化产品。机械脱水方法[6，7]虽然避免了对化学药剂的使用，但也增加了施工中对大型器械的依赖，进而会提高了施工过程中对专业技术人员的要求，增加了工程成本。此外，大型器械引入还会占据大面积的施工产地，提高施工平面布置的难度。

综上所述，开发一套操作简便、成本低廉、对施工环境要求低且能够对废弃泥浆进行有效分离的建筑泥浆处理系统，对推进绿色施工技术的发展具有重要意义。

2 泥浆处理系统原理

2.1 工艺路线

本次研究依托于深圳中铁二局工程有限公司承建的广佛江快速通道江门段工程项目进行。该项目共需施工混凝土灌注桩748 根，桩径为1～1.6m，埋深达40m，由此产生的建筑泥浆数量预计可达36000m3。且埋深范围内土质成分复杂，分布第四系全新统填土、粉质黏土、淤泥质土、中砂、粗砂、砾砂、残基砂质黏性土，下部基岩为燕山期花岗岩。施工时还需保证行车通道的畅通，施工场地受限。

图1 泥浆分离系统

针对施工现场上述情况，为方便处理系统的搭设和生产，将泥浆处理系统分为3 大子系统：泥砂分离系统，通过清洗过滤，对泥、砂、水进行分离分类；水循环系统，主要包含80m3的清、浊水罐各一只，对含微量泥沙的浊水进行沉淀回收；成品回收系统，对处理的砂石进行回收晾晒及筛选分类，按其性质进行回收再利用。系统间自由组合的方式，能够有效适应施工现场复杂的场地环境，降低平面布置难度。

2.2 泥沙分离系统

泥浆分离系统主要包含储浆池、冲洗槽、洗沙斗与高压水泵，如图1 所示。

将灌注桩施工现场产生的建筑泥浆统一运输到储浆池中进行均质处理，通过挖掘机将泥浆投入冲洗槽后，以高压水柱冲击半固态的泥浆膏。冲洗槽自槽底1m 高处，沿入料方向设置坡度为0.35 的10mm 方格网筛；至冲洗槽1.9m 处向左设置坡度为0.5 的10mm 方格网筛，与入料方向方格网连接在一起，接冲洗槽左侧的粗料出口以排出泥浆中无法冲洗的杂物和较大颗粒。粒径较小的泥沙颗粒经过冲洗槽网格下方，流入洗沙斗中。

洗沙斗宽为1.7m、高1.42m、长3.5m，呈倒梯形。斗中叶轮直径为2.8m、宽为1.2m，主要由左右两侧工片的齿形叶片、齿下隔板、中间的环形挡板和轮内侧孔板组成，轮斗右侧高1.33m，距出料口25cm、85cm 处分别预设DN100、DN250 塑料水管接口各一处作为溢流口。电动机、减速机及其安装平台设置在轮斗右侧，电动机带动减速机，通过传送皮带动转轴转动叶轮。叶轮转动形成水波，使洗沙斗中的沙粒得到清洗，较轻的泥土微粒随着水流上涌浮在水层上部，形成一种密度较低的泥土微粒悬浮层，而砂粒则沉淀在离心筛沙水槽底部，由叶轮筛分回收。离心筛沙水槽顶部侧壁上设置有溢流口，PVC 管与溢流口相连，泥浆水通过溢流口排出；含细颗粒的泥浆水经过水循环系统，分离出泥浆膏体经晾晒固结后安全排放，清水回到分离系统进行循环利用；叶轮上的铲砂斗铲砂，通过水轮转动产生离心力，实现泥砂的分离。

2.3 水循环系统

水循环系统主要由1 口台阶式折流沉淀池、2 只水罐及3 口水泵及各部分连接水管组成。

2 只水罐设置在泥浆处理系统后部，分别称作二级沉淀罐和一级沉淀罐。台阶式折流沉淀池通过设置5 级台阶减缓流入泥浆水的冲击力，泥浆经过逐渐变密的3道筛网过滤不同粒径区间的泥土微粒，水流出入口对角设置形成折流，提高过滤效果，具体情况如图2 所示。

图2 台阶式折流沉淀池

在泥浆冲洗的过程中，经泥沙分离系统产生的泥浆浊液经台阶式折流沉淀池分析出其中大部分泥土微粒形成泥膏，含泥较少的浊液由1 号水泵抽入到一级沉淀罐储存，经过静置、沉淀以后，通过两水罐中上部的连接管将较清的水输入到二级沉淀罐中以备后用。二级沉淀罐储存的循环水不足时，通过2 号清水泵的补充清水，保证泥沙分离系统正常运转。二级沉淀罐中的清水通过3 号水泵输入到泥沙分离系统中，通过高压水泵对泥浆进行冲洗，并最终经由折流式沉淀池与1 号水泵从冲洗槽中回到2 只沉淀罐，完成整个系统用水循环。

为确保成沙质量，二级沉淀罐中储存水的含泥率不能大于5%时，含泥率过高时，暂时停止将一级沉淀罐里的循环水加入其中，待多次添加清水含泥率下降之后，再重新进行用水循环。

2.4 成品回收系统

在泥沙分离系统洗沙斗出沙口下架设一台皮带传送卷扬机，将完成清洗的沙粒，运输至晾晒筛分场地。严格按照《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》进行试验，合格沙料投入到工程中继续使用，降低工程成本。

骨料粒径大于150mm 的应弃置，粒径小于150mm的可用作路堤中上、下路堤的填料，粒径小于100mm 的可用作路堤中上、下路床或其他路基的填料。禁止将大粒径填料混入其中。本研究系统得到的沙石均在验证合格后，用于地基的换填处理中。

多余的清水可以就近利用市政排水系统排出，也可以接入非接触性的生活用水系统中进行使用，如施工现场的公共厕所等。

3 处理效果

泥浆处理后除大块石、腐败树枝、烟头等杂物外无其他有害垃圾，可以直接弃置；剩余泥浆膏块级配可控、质地均匀，在泥浆护壁中具有更好的效果；产出的沙石经检验可回收运用到相应工程当中，因本研究选择的项目对应地质中含有大量沙石，灌注桩超灌时也会有部分沙石混入泥浆中。2019年记录的部分现场数据显示，系统产出沙石较为可观，消耗电力资源少，具体记录如表1 所示，投料及产出为施工人员预估。

表1 泥浆处理系统产耗记录表

4 讨论

模块化的建筑泥浆处理系统具有结构简单、便于装拆、使用方便、筛分效果好、环境适应性强的特点，各部分配件互换性好，可以在现有的市场上找到，无需定制。当场地平面布置困难时，可以考虑将各子系统模块拆解后安装在卡车上随施工现场移动处理泥浆。采用配套设备易于操作，便于普通工人学习及使用，不会产生额外的人工费用。经系统处理后，可对泥浆中分离出来的沙、水等资源回收利用，减少资源的浪费，达到绿色施工的目的。

针对不同施工环境，可以增加或减少部分子系统模块功能，如：在待处理泥浆量大时，可以并联多组泥沙分离系统，而在泥浆中含沙量较低时，可以放弃成品回收系统，避免资源的浪费。

5 结论

（1）绿色处理系统对建筑泥浆的分离效果良好，经过分离得到的泥膏体质地均匀、微粒的粒径区分后更方便用于调配护壁泥浆，泥膏中无其他有害杂物，不会对环境造成污染，可以有效提高绿色施工水平。

（2）模块化的建筑泥浆处理系统能够适应复杂的施工场地，配合资源循环利用的设计，减少对施工环境的依赖性，降低平面布置难度，且具有施工技术简单、操作难度低、能源消耗少的优势。

（3）通过绿色处理系统处理建筑废弃泥浆具有明显优势，分离得到的沙石骨料回收到工程中再次利用，能够节约资源、有效降低工程成本，具有显著的经济效益和社会效益。