高压旋喷桩冒浆废液收集处理及再利用研究与工程应用

高压旋喷桩冒浆废液收集处理及再利用研究与工程应用

何旭明 薛旭涛 刘尚  张志勇 苏伟 邓亮 徐杰  刘强  郑杰

中国建筑第四工程局有限公司  中建四局第一建设有限公司 广东 广州 510665

摘要：本文以高新路（南山路-江睦路）新建工程项目为实例，通过剖析在高压旋喷桩施工过程中存在的环境污染风险及资源利用低效的薄弱环节，结合已有的研究资料，详细阐述了一种创新的冒浆废液收集处理装置及使用方法、冒浆废液固结再利用等技术，及在实际工程施工中的应用效果。

关键词：高压旋喷桩，冒浆废液，资源再利用

引言

高压旋喷桩作为复合地基加固处理方法的一种，经常应用于软土地基处理施工，特别是在区域地质特征表现为冲海积平原区，存在较深厚软弱土层的沿海地区。无论是在道路路基、建筑地基还是基坑支护等工程领域中都有广泛使用。但传统的施工缺少对冒浆废液的收集、处理、统计分析及资源再利用研究，不仅环境污染风险高、资源浪费严重且处理成本较高，不符合国家“环境友好型”、“资源节约型”和“技术创新型”的高质量中国特色社会主义建设理念（冒浆是指高压旋喷桩施工过程中因水泥浆液加压注入土层时导致部分泥浆沿着注浆管管壁周围向上冒出喷射在施工地面，由于地质土层及施工因素影响，冒浆量不固定。但根据规范图集《城镇道路-软土路基处理》15MR301的施工说明，正常高压旋喷桩的冒浆量不应超过注浆量的20%，一般为10%～20%）。本技术研究从高压旋喷桩冒浆废液难收集、环境污染风险高、处理运输费用较高、未进行资源再利用研究角度出发，通过深入剖析并结合既有文献资料，创新研发了一种创新的冒浆废液收集处理装置及使用方法、冒浆废液固结再利用等技术，并详细介绍了其在实际工程施工中的应用。

1工程概况

高新路（南山路-江睦路）新建工程项目位于广东省江门市江海区东南部，规划为城市次干路，西起于南山路，交龙溪路，东止于江睦路。道路全长约2.11km，设计速度为40km/h，规划红线宽40m；双向六车道，呈东西走向。道路软基处理分别采用了清淤回填、水泥搅拌桩、PHC预应力管桩和高压旋喷桩。其中高压旋喷桩处理范围为1.2万m2，单根桩长平均约18m，总桩长为8.5万m。

2 冒浆废液收集处理及再利用

2.1背景技术

近年来，随着我国经济和城市建设的快速发展，尤其是粤港澳大湾区等众多国家重点战略规划发展中心的建设，各类房屋市政、公路铁路等基础设施建设正持续高速发展中，其中，高压旋喷桩施工，在基础复合地基处理的领域内，占据了较大的比重。

但是传统的高压旋喷桩施工容易产生大量的冒浆废液，施工中未做处理或处理较麻烦，以往施工一般是通过专用泥浆车运输至指定填埋场进行消纳处理，或挖设泥浆池进行长期静置晾晒，待固结后通过普通自卸车辆进行转移消纳处理。不仅极易污染周边水土环境，存在较大的环保隐患，且处理费用较高，未考虑对冒浆废液的二次利用，不符合我国环境友好型、资源节约型的高质量发展理念，同时现有冒浆废液处理设备整体结构简单，无法高效进行废液的收集处理，同时无法根据实际废液排量进行旋喷桩运行状况的判断，导致现有冒浆废液处理设备实际使用效果欠佳。

2.2装置概述

为解决以上问题，创新研发了一种冒浆废液收集处理装置及使用方法，旨在能够高效进行废液的收集处理，方便进行废液的二次利用，同时能够根据实际废液排量进行旋喷桩运行状态的判断的一种高压旋喷桩冒浆废液处理装置及其使用方法。本装置主要由三种功能机构组成。

（1）第一功能机构主要包括连接轴、阻液框和旋转部件。连接轴的设立方便进行防护框的安装设置，同时方便进行防护框的使用角度。连接轴插设于调节框和固定框内部之间，连接轴外表面滑动套设有两个防护框。防护框的设置方便进行设备其他功能部件的安装设置，两个防护框相对内表壁之间插设有储液框。储液框的设立配合防护框和阻液框能够有效进行废液液位的限制，两个储液框外表面滑动套设有两个限位条，限位条的设立能够有效限制旋转管的旋转位置。两个储液框内部设置有旋转管，旋转管的设立能够有效将较低位废液注入导液框内部。旋转管一端插设于两个限位条之间，每个防护框一侧外表面均插设有导液框，导液框的设立能够有效将废液集中注入第一连接管。阻液框共设置有两个，两个阻液框均设置于两个防护框内部，旋转部件设置于防护框上。

（2）第二功能机构，主要可活动底板和侧板组成。底板的设立方便进行设备其他功能部件的安装设置，同时方便进行废液凝块的移动转移，底板外表面滑动套设有两个第一连接柱和两个第二连接柱，第二连接柱的设立配合第一连接柱方便进行设备其他功能部件的安装设置，每个第一连接柱和对应第二连接柱内部之间均插设有第一侧板，第一侧板的设立配合第二侧板和底板能够形成有效的存储空间，两个第二连接柱内部之间插设有第二侧板。

（3）第三功能机构包括底架，底架的设立提供设备其他功能部件设置的安装基础，底架共设置有两个，每个底架一侧内表壁均螺纹连接有一组定位螺栓，每组定位螺栓外表面之间均滑动套设有安装板，安装板的设立配合定位螺栓能够进行移动框的安装设置，两个底架内部之间滑动插设有移动框，移动框的设立方便进行调节框的安装设置，移动框外表面滑动套设有调节框，调节框的设立配合固定框能够有效进行连接轴的位置限制，调节框一侧外表面通过螺栓固定连接有固定框。

2.3施工步骤

（1）废液收集

将两个阻液框拼接后插入旋喷桩本体的钻孔内部，通过底架将设备稳固设置于旋喷桩本体一侧。当旋喷桩本体正常运行时，废液将通过阻液框注入储液框内部。通过控制启动驱动电机，使驱动电机通过连动蜗杆能够带动连动蜗轮进行旋转，进而使连动蜗轮配合旋转杆能够带动连动齿轮进行旋转。旋转的连动齿轮能够带动连动齿圈进行旋转，进而使旋转连动齿圈通过限位槽能够带动连动杆进行旋转，在限位条的位置限制下，使连动杆能够带动旋转管进行旋转，旋转过程中的旋转管能够将废液输送注入导液框内部。

（2）固结处理

废液通过导液框、第一连接管、输送管和第二连接管注入第二功能机构内部，通过向第二功能机构内部注入适量的水泥速凝剂，并搅拌混合进而使废液能够快速进行凝结成块。通过抽离替换底板，能快速进行废凝块的移动转移。同时根据实际第二功能机构废液填满时间，以及第二功能机构注满时，根据储液框、防护框和阻液框之间废液液位高度判断废液排量是否达到正常排量，进而能够时刻进行旋喷桩本体运行状态的质量预警及控制。

（3）资源再利用

已经固结成型的水泥浆凝结块，转移堆码方便，可就地找一块堆放场地进行放置和养护，不再需要额外设置泥浆池和运输填埋处理，减少了施工成本，并且杜绝了其对周边水土环境的污染风险。由于高压旋喷桩施工采用的42.5硅酸盐水泥，水泥用量为200kg/m，其水泥浆水灰配合比为1:1；待其冒浆废液凝结块养护达到28d龄期后，其化学及物理性质稳定且强度较高，可将其破碎后用于路基填土中，进行资源再利用，替代了传统购买土方成本，同时节约了堆放、外运及处理的费用，节省了施工成本。

3 经济效益分析

3.1计算方式如下：

（1）冒浆废液处理传统技术处理费用：主要包括冒浆废液堆放场地租赁费用+外运处理费用+场地恢复费用

①堆放场地租赁费用=占地×租赁月数×单价=2*3*2400=1.44万元；

②外运处理费用=冒浆废液方量×外运处理单价=4517*129=58.27万元；

注浆量=总米数*（单位水泥重量+单位水重量）/泥浆比重/；

冒浆废液方量=注浆量*20%

=85263*（200+200）/1510*20%=4517（m3）

③场地恢复费用=数量×单价=2*3200=0.64万元。

（2）冒浆废液收集处理再利用技术处理费用：主要包括收集处理装置费用+水泥速凝剂费用+节约外购土方费用

①收集处理装置费用=数量*单价=4*5000=2万元

②水泥速凝剂费用=数量×单价=33*700=2.31万元

（3）节约外购土方费用=数量×单价=4517*24=10.84万元

3.2经济效益

经济收益=传统技术费用-新技术费用+节约成本=（1.44+58.27+0.64）-（2+2.31）+10.84=66.88万元。

4 结论

通过在高压旋喷桩施工中对冒浆废液收集、处理及再利用环节进行剖析、研究，进行创新研发的一种冒浆废液收集处理装置及使用方法、冒浆废液固结再利用等技术，能极大的解决冒浆废液收集、处理、环境污染风险高、资源浪费严重且处理成本较高等难题。

其不仅保证了施工质量，实现对资源的二次回收利用，满足了环保、绿色施工要求，更节约了经济成本。响应了国家“环境友好型”、“资源节约型”和“技术创新型”的高质量中国特色社会主义建设发展理念。

参考文献：

[1]《城镇道路-软土路基处理》15MR301.

[2]严军.高压旋喷桩返浆浆液回收再利用方法及再利用冒浆浆液,202210683529.2.

[3]中国水利水电第八工程局有限公司一种高压旋喷桩冒浆收集与监测装置,202123047238.4.

[4]闫世豪 黄土地基旋喷冒浆浆液注浆再利用方法研究 长安大学2020硕士论文.