1 工程概况

　　国家会展中心(天津)一期工程位于天津市津南区，总建筑面积47.86万m²，主要由16个展厅、中央大厅、交通连廊、室外展场、垃圾站、能源站组成，地下为钢筋混凝土结构、劲性结构，基础为桩基承台、桩筏基础，地上为钢结构。展馆区展厅地面加固采用400高强预应力混凝土管桩，共19 868根，单根长约23m，共计约45.7万m;展厅人字柱基础及其他部位采用钻孔灌注桩基础，桩径为600,800mm，桩长为28.7～40.5m，共8 338根，总混凝土浇筑量约14.2万m³，泥浆排放量约40万m³。

　　2 施工重难点

　　1)工期紧桩基施工工期仅45d，须在45d内完成19 868根管桩和8 338根灌注桩，同时受工艺穿插制约影响，桩基工程工期紧张。

　　2)泥浆外排量大，处理困难桩基施工阶段日均泥浆产出量大于1万m³，但泥浆卸地限额排放，运输困难，泥浆处理直接制约工程进度。

　　利用泥浆分离技术，可减少水资源的投入，进而减少废弃泥浆外运，消除废弃泥浆对环境的影响，同时满足现场回填土方的需求。

　　3)土方资源严重匮乏本工程场地原为水塘、耕地，经初步填垫形成，场地标高比设计标高低1.400m，在桩基施工后期需回填展厅部位的灰土，缺土量达7.2万m³，土方资源严重匮乏。

　　3 泥浆分离技术

　　3.1 泥浆振动筛分技术

　　传统桩基施工多采用回转钻机进行原土造浆正反循环钻进施工，施工过程中消耗2～3倍钻孔量的自来水，产生约3倍钻孔量的泥浆，泥浆难以被循环利用，处理不当会给环境造成负担，且极浪费水资源。旋挖钻机施工桩基，具备成孔质量好、施工速度快的优势，但需人工造浆进行护壁，需采购大量膨润土。结合两种工艺既能充分利用回转钻机成孔原土造浆，又可减少旋挖钻机成孔护壁所需的人工造浆。通过振动筛分处理劣化泥浆，添加调整剂后，制成稳定液供旋挖钻机成孔护壁使用，实现泥浆的循环利用，工艺流程如图1所示。

　　图1 振动筛分技术工艺流程  

　　泥浆振动筛分技术极大地减少了废弃泥浆的最终产生量，可作为泥浆减量化技术在工程中优先采用。

　　3.2 泥浆离心分离技术

　　该工艺在泥浆振动筛分技术的基础上，进行了泥浆循环利用，对废弃的泥浆进行无害化处理。

　　泥浆经过振动筛进行一级分离，筛分出砂性大颗粒;将筛分后的泥浆输入泥浆循环池，供钻机成孔施工使用。

　　废弃的泥浆经振动筛清除大颗粒后，输入中转箱，加入一定配合比的絮凝剂，使处于悬浮状态的细土颗粒絮凝，再通过离心设备二次分离泥浆中的黏性细颗粒，实现泥水分离，工艺流程如图2所示。

　　图2 泥浆二次分离流程  

　　泥浆离心分离技术设备集成化程度高，但工效较低，每台设备处理泥浆量仅30～50m³/h。

　　3.3 泥浆压滤分离技术

　　泥浆压滤分离工艺的泥水分离效率较高，固体分离物的含水率可调，施工效率可控。

　　1)带式压滤机工作原理泥浆经输送泵进入混合器后，加入絮凝剂，使泥浆中的微小固体颗粒(或悬浮物)絮凝成絮状团块，然后将混合器输送至滤网，在重力作用下，混合器随网带移动通过楔形区、低压区、中压区、高压区和强力对辊挤压区，因此，自由水透过滤网背面而渗出分离，包裹在土体中的水经过逐级增压挤压被排出，从而实现泥水分离，工艺流程如图3所示。

　　图3 泥浆压滤分离工艺流程 

　　该设备处理量大、处理周期短，但滤布易损坏、易堵塞，工作结束后需用大量清水冲洗，较为不便。

　　2)板框式压滤机工作原理板框式压滤机的滤室由交替排列的滤板和滤框构成。滤板表面有沟槽，凸出部位用以支撑滤布。滤框和滤板边角上有通孔，组装后构成完整的通道，能通入悬浮液、洗涤水，引出滤液。由供料泵将悬浮液压入滤室，在滤布上形成滤渣，直至悬浮液充满滤室，滤液穿过滤布，沿滤板沟槽流至板框边角通道后集中排出，过滤完毕，即可通入清水洗涤滤渣。

　　该设备适用于中小型工程的泥浆脱水处理，但处理过程易发生堵塞，需使用高压泵，难以实现连续自动运行。

　　3.4 泥浆固化分离技术确定

　　上述泥浆分离技术可有效实现泥浆的减量化及固化处理，但处理效率较低，不能满足本工程需要。本工程在泥浆循环利用的基础上，对废弃泥浆采用免压滤直接分离固化技术，以实现大体量废弃泥浆的处理。

　　4 废弃泥浆免压滤直接固化分离技术

　　4.1 工艺原理及流程

　　利用规划的室外展场区域布置固化系统，通过设备组合，将固化剂充分搅拌成溶液，与废弃泥浆充分融合，在固化池内养护3～7d，待强度满足回填要求后挖出转运至待回填场地;也可根据回填需要，直接将融合了废浆和固化剂的混合液泵送至回填场地，形成自密实回填土。

　　固化剂的主要成分为水泥、硫酸铝、石膏粉和氯化钙。通过室内试验试配和现场调整，将上述成分按照一定比例混合均匀，制成固化剂溶液，液体状的固化剂经静态处理后可与泥浆充分融合反应。

　　废弃泥浆的处理流程如图4所示。

　　图4 泥浆固化分离工艺流程  

　　通过泥浆固化分离工艺，将废弃泥浆转化为轻质土复合物，用于场地回填;析出清水回流继续用作桩基施工或现场降尘。

　　4.2 固化系统

　　固化系统包括固化剂储存系统、固化剂搅拌系统、废浆储存系统、废浆固化拌合系统、废浆固化养护系统，如图5所示。

　　图5 泥浆固化系统 

　　通过泥浆的减量化循环利用，废弃泥浆日产生量约5 000m³，采用免压滤直接固化工艺，设置2套固化剂储存系统、2套固化剂搅拌系统、2处下沉式废浆池、21处固化养生池，按7d一个循环，实现日处理废浆4 500m³，最大单循环固化能力3.15万m³，基本满足本工程对废弃泥浆的处理需要。

　　4.3 技术实施要点

　　1)按设计方案，确定所需回填土强度后进行配合比试验，选择合适场地布置泥浆处理系统。本工程选择前期施工不受影响的室外展场区域。

　　2)废弃泥浆储备系统选用下沉式泥浆池，固化剂搅拌系统选用集成式拌合系统，可有效保证现场文明施工。

　　3)静态混合系统选用三通连接装置，循环管内设置螺旋片，可使固化剂溶液与废弃泥浆充分融合，如图6所示。

　　4)将混合后的溶液泵送至养护池内自然养护，根据不同的使用需求，养护3～7d。

　　图6 静态混合系统工作示意 

　　5)将泥浆固化形成的轻质土复合物替代灰土，用于展厅部位场地回填，可实现废弃泥浆的资源化利用，固化过程中析出的水可循环利用。

　　废浆直接进行固化处理的效率高，资源化利用程度高，但需占用较大场地，适用于大型公共建筑或分期开发项目;用地紧张的建设工程项目则不满足该技术的实施条件。

　　5 结语

　　1)泥浆振动筛分技术可实现泥浆循环利用与泥浆减量化，适用于所有桩基施工项目。

　　2)泥浆离心分离技术脱水效率高，能实现泥水深度分离，但处理效率低，适用于小规模桩基施工项目。

　　3)泥浆压滤分离技术的设备集成化程度高、占用场地小、安装快捷、工效较高，但无法连续运转，不适用于大方量废弃泥浆连续脱水处理。

　　4)泥浆直接固化分离技术处理效率高，对于大方量废弃泥浆处理适应性强，可根据工程需要调整产物强度，但设备占用场地大，适用于场地宽敞的桩基施工项目。

　　5)在国家会展中心(天津)一期工程中，废弃泥浆免压滤直接固化分离工艺的应用，减少了水资源投入，消除了泥浆卸地受限的影响、泥浆外运对环境的影响，同时加快了桩基施工进度。固化后的产物完全满足场地回填需要，实现了废弃泥浆的资源化利用。