公路施工：建筑泥浆脱水固化土路基施工工法

1 建筑泥浆脱水固化土路基施工工法建筑泥浆脱水固化土路基施工工法 GGG（浙）A1130-2021 陈海圣 1、胡云峰1、王战国2、王忠伟1、金之昂1 1.宁波交通工程建设集团有限公司；2.宁波杭州湾新区开发建设有限公司） 1 1 前言前言 建筑泥浆统称为在建设施工过程中废弃的，由粘性土、粉质土、砂性土、岩屑等以及其 他添加剂与水组成的混合物，且不属于国家危险废物名录2021 年版规定的危险废物。 目前， 对于建筑泥浆的处理主要为外运堆填， 需要采用专业的泥浆车进行运输， 运输成本高、 占地量大且容易对周围环境造成污染。 随着建设项目体量的增大， 单一建设项目的建筑泥浆 运输处理所产生的费用即可高达数千万元甚至上亿元。随着我国生态文明建设的大力推进， 加强建筑泥浆处置，实施废物的减量化、资源化、无害化，研究适用于工程建设的建筑泥浆 规模化处治及资源化综合利用成套技术，实现“生态型绿色公路建设”品质提升迫在眉睫。 建筑泥浆具有高含水率、 高孔隙比、 低强度等特点， 需要进行一定的处理才能加以利用。 通过向建筑泥浆中添加固化材料，泥浆中的水、矿物与固化材料进行一系列的反应，从而改 善了泥浆的工程性质，经脱水等工序处理后的泥浆具有高强度、低渗透的性质，可用于填筑 路基，既能有效消纳大量建筑泥浆，又解决了部分地区工程填料短缺的困难。但由于不同建 筑泥浆的性质由于其化学成分及物理组成的不同， 其力学性质及固化材料的适用性也大有不 同，虽然国内外已经作了大量的科学研究，并有了许多有益的应用尝试，但缺乏系统深入的 综合性研究，在道路中的应用实例较为少见。 杭甬复线宁波一期工程在力争创建全国“品质工程”示范工程的总体部署下，宁波交通 工程建设集团有限公司承建的杭甬复线宁波一期 S5 合同段（K0000-K15315.357 段），全 长 15.319 公里， 其中共有约 40 万方的建筑泥浆， 经过规模化高效处治后形成固化土取代部 分道路建设用材，从而实现内部平衡消化和节能环保，并系统性降低施工成本。在工程实践 的基础上，授权了一种制备路基填料用固化剂的生产设备及其生产方法（专利号 ZL202010686578.2）、一种利用泥浆渣土制备路基填料的生产设备及其生产方法（专利 号ZL202010687440.4）发明专利，研发了一套建筑泥浆脱水固化土路基施工技术，编制了 施工工法。 2 2 特点特点 （1）采用自主研发技术改进现有的制备建筑泥浆脱水固化土用固化剂的生产设备及生 第 1 页 共 20 页 2 产方法，固化剂反应物料苯磺酸等通过整体结构、循环结构、推动结构、搅拌结构、出水结 构、 导流结构等工序制备路基填料用固化剂， 固化剂具有产品质量稳定、 生产效率高的优点。 （2）采用自主研发技术改进现有的建筑泥浆脱水固化土制备路基填料的生产设备及生 产方法，可解决不同地区建筑泥浆情况差异的技术问题，使原料与固化材料混合均匀，流水 线生产自动化程度高， 使建筑泥浆脱水固化土的强度、 水稳性和弯沉性能适用于填筑各等级 道路路基。 （3）试验研究建筑泥浆脱水固化土的动态回弹模量、剪切强度和变形特征，优化固化 材料组成及配合比，适应于摊铺机摊铺改良土，摊铺机摊铺施工速度快、机械化、自动化程 度高，路基摊铺平整度好，提高了路基填筑质量。 3 3 适用范围适用范围 本工法适用于路基高度 H≤8m 的各等级公路路基建筑泥浆脱水固化土填筑施工， 也适用 于市政及其他道路路基建筑泥浆脱水固化土填筑施工。 4 4 工艺原理工艺原理 将桩基钻孔建筑泥浆运送至泥浆池静置、沉淀一段时间，蒸发部分水分，并去除上层自 由水，提取建筑泥浆的固体沉淀物，添加适量石灰经脱水、破碎成原状脱水土；根据原状脱 水土的物理和化学性质， 添加固化剂和水泥等固化材料， 经过多掺试验的试验参数确定固化 土的最优配比，在原状脱水土中产生水化物质，其空隙逐渐被水化物质填充形成密实结构， 从而改善原状脱水土的内部微观结构， 增强土体强度， 形成满足路基填料性能要求和适用摊 铺机械摊铺的改良固化土； 改良固化土运入施工现场后经摊铺机平整摊铺， 再用重型压路机 分层碾压，经养护使其成为达到路基承载功能的路基结构。 建筑泥浆脱水固化机理分析如下 采用扫描电镜 SEM 及 XRD 进行微观分析发现（图 4-1），未固化的脱水土中含有板状氢 氧化钙（CH），主要来源于脱水时添加的石灰。添加水泥后，土体的微观形态发生了明显的 改变（图 4-1a 和图 4-1b）。进一步放大图 4-1b 发现土体中分布大量针状及蜂窝状物质（图 4-1c）。该图中针状物质为钙矾石（AFt），其中亦有少量针状物质可能为 I 型水化硅酸钙 凝胶 CSH，而蜂窝状的物质为 II 型水化硅酸钙凝胶 CSH。因此，加入水泥产生水化物质，这 些物质填充于土体的空隙当中，从而改善土的内部微观结构，增强土体强度。此外，对比图 4-1b 和 4-1e 可知，养护龄期对于固化土内部微观结构也有着明显的影响。养护 7 天后的固 化土不仅存在板状、针状、蜂窝状物质，而且存在很多孔隙（图 4-1 b-d），针状钙矾石穿 插其中；而养护 270 天后的固化土表面无明显孔隙，仅见浅坑（图 4-1e），表明随着养护 第 2 页 共 20 页 3 龄期的增长，固化土中的孔隙逐渐被水化物质填充，形成密实结构，使得固化土的强度进一 步提高。 a原状脱水土（2000）b添加 6水泥，养护 7 天（1000） c添加 6水泥，养护 7 天（2000）d添加 6水泥，养护 7 天（5000） e添加 6水泥，养护 270 天（1000）f XRD 图谱 图 4-1建筑泥浆脱水泥渣固化机理图 第 3 页 共 20 页 4 5 5 工艺流程及操作要点工艺流程及操作要点 5.1 工艺流程 建筑泥浆集中泥浆池静置 原状脱水土破碎 固化土集中厂拌 固化材料配比选择 路基施工准备 滤液 固化土运输与摊铺 室内试验 质量检测 碾压 养护 固体沉淀物脱水 添加固化材料 路基质量检测 工程用水 测量放样 人员、设备 图 5-1工艺流程图 5.2 操作要点 5.2.1 建筑泥浆集中泥浆池静置 5.2.1.1 建筑泥浆池静置沉淀 （1）将桩基钻孔建筑泥浆运送至泥浆池静置、沉淀一段时间，蒸发部分水分，并去除 上层自由水，提取建筑泥浆的固体沉淀物经过振动筛初次过滤进入汇总池。 （2）固体沉淀物与石灰等材料充分搅拌，使泥浆变得更为细腻。 图 5-2建筑泥浆集中泥浆池静置 第 4 页 共 20 页 5 5.2.2 固体沉淀物脱水 （1）选用国内先进的板框压滤脱水设备，并按自主研发技术进行改进以提高产品质量 稳定、生产效率。 （2）固体沉淀物经过搅拌池充分搅拌后，泥浆充分发生化学反应由自由流管输送至压 滤车间，使用变更柱筛泵以 0.8MPa 的压力输送至压滤机，再以 1.2～1.6MPa 的压力压滤不 少于 10min。 （3）板框压滤脱水机则通过将固体沉淀物送进各滤室，各滤室施加过滤压力，使得过 滤介质滤布将固体和液体分离，从而得到含水量较低的泥饼以及滤液（图 5-3）。 （4）滤液穿过滤