化學(xué)泥漿與黏土泥漿在松散地層防滲墻施工中聯(lián)合應(yīng)用的技術(shù)研究

何 國(guó) 勤， 趙 啟 強(qiáng)， 鄭 印

(1.大唐鄉(xiāng)城水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 甘孜 627850；2.中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

我國(guó)混凝土防滲墻施工主要使用的固壁泥漿有黏土泥漿、膨潤(rùn)土泥漿和化學(xué)泥漿。黏土泥漿具有可就地取材、造價(jià)低等優(yōu)勢(shì)，適用于砂夾卵石地層；膨潤(rùn)土泥漿具有懸浮、攜帶鉆渣、提高鉆進(jìn)效率等優(yōu)勢(shì)，適用于砂層、礫卵石地層；化學(xué)泥漿具有用量少、黏度大等優(yōu)勢(shì)，適用于易塌孔、易產(chǎn)生沉渣的粉土、粉質(zhì)黏土及粉砂等地層。

古瓦水電站位于四川省甘孜藏族自治州鄉(xiāng)城縣境內(nèi)，大壩上游圍堰采用混凝土防滲墻結(jié)合帷幕灌漿防滲，地層以砂礫石及孤石為主。圍堰防滲墻施工軸線長(zhǎng)約50 m,設(shè)計(jì)墻頂高程為3 286 m，防滲墻設(shè)計(jì)墻厚80 cm，預(yù)估工程量為1 210 m2。本課題以古瓦水電站上游防滲墻施工為依托進(jìn)行研究，通過(guò)在施工過(guò)程中將化學(xué)泥漿與黏土泥漿混合使用，解決了在砂礫石層與孤石地層條件下黏土泥漿護(hù)壁存在的泥漿制備繁瑣、穩(wěn)定性差、回收率低且難度大、廢漿多、易塌孔、處理成本高、孔底沉渣厚、清孔質(zhì)量較難保證等難題。介紹了課題的研究與應(yīng)用過(guò)程。

2 研究課題

(1)課題目標(biāo)。在保證工程施工質(zhì)量的前提下，尋找最適宜該地層施工的泥漿配比及使用方法，加快施工進(jìn)度，降低施工成本。

(2)研究方法。通過(guò)室內(nèi)對(duì)比試驗(yàn)，得出化學(xué)泥漿與黏土泥漿的最佳配合比，再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)后經(jīng)檢驗(yàn)驗(yàn)證該方法的合理性和可靠性，同時(shí)對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的一些問(wèn)題加以改進(jìn)和完善。

3 課題的實(shí)施及取得的成果

3.1 試驗(yàn)材料的選取

試驗(yàn)選取的化學(xué)泥漿為高分子聚合物，呈白色粉狀，無(wú)毒、無(wú)味，對(duì)環(huán)境無(wú)危害。根據(jù)不同地層，推薦泥漿粉在水中的添加比例：0.01%～0.1%(表1)。

表1 化學(xué)泥漿粉使用說(shuō)明表

試驗(yàn)直接選取施工現(xiàn)場(chǎng)的黏土配置黏土泥漿。新制黏土泥漿性能指標(biāo)需滿足以下條件：密度為1.15～1.25 g/cm3、漏斗黏度為18～25 s、含砂量≤5%。

3.2 化學(xué)泥漿和黏土泥漿的室內(nèi)配比試驗(yàn)及取得的結(jié)果

(1)黏土泥漿基漿配比試驗(yàn)。

配置黏土含量為10%、15%、20%、25%、50%的黏土泥漿，靜置24 h后進(jìn)行性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

試驗(yàn)觀察以及對(duì)表2進(jìn)行的數(shù)據(jù)分析：

直接取用施工現(xiàn)場(chǎng)的黏土，該黏土的塑性指數(shù)為25.6，配制的黏土泥漿黏度低，含沙量大，失水量大，攪拌后靜置很短的時(shí)間即出現(xiàn)了分層現(xiàn)象，隨著黏土量的增加，失水量下降明顯，初步判斷施工現(xiàn)場(chǎng)的黏土無(wú)造漿能力。

(2)化學(xué)泥漿基漿配比試驗(yàn)。

表2 黏土泥漿性能測(cè)試結(jié)果表

試驗(yàn)選取的化學(xué)泥漿粉按0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.1%加量配制各1 L泥漿，配制好的泥漿靜置24 h后進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 化學(xué)泥漿性能測(cè)試結(jié)果表

通過(guò)試驗(yàn)觀察和對(duì)表3的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得知：

該試驗(yàn)選用的化學(xué)泥漿粉加入清水中能快速水化分散，形成的膠體溶液黏度大、摻量?。浑S著化學(xué)泥漿粉的增加，漿液漏斗黏度增加，表觀黏度、塑性黏度和動(dòng)切力有規(guī)律增大。

(3)化學(xué)泥漿與黏土泥漿的兼容性試驗(yàn)。

取配方為水+50%黏土的黏土泥漿與化學(xué)泥漿粉含量0.1%的化學(xué)泥漿按照1∶0.4、1∶0.6、1∶0.8、1∶1的比例混合，配制4組混合泥漿，每組1 L，攪拌30 min后進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

通過(guò)試驗(yàn)觀察和對(duì)表4中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析

表4 黏土泥漿與化學(xué)泥漿混合漿液測(cè)試結(jié)果表

得知：

黏土泥漿和化學(xué)泥漿在沒(méi)有攪拌的情況下出現(xiàn)了明顯的分層現(xiàn)象；高速攪拌(30 min)漿液體系穩(wěn)定后，沒(méi)有出現(xiàn)分層現(xiàn)象，但混溶后的漿液出現(xiàn)了明顯的絮凝；黏土漿性能發(fā)生了很大改善，漏斗黏度大幅度增加，表觀黏度、塑性黏度和動(dòng)切力也大幅度增加；失水情況得到了有效控制，下降至35～40 mL/30 min左右，PH值也下降至12左右，泥餅厚度減薄至2～3 mm且變得更致密。

(4)化學(xué)泥漿與黏土泥漿的室內(nèi)配比試驗(yàn)結(jié)果。

該試驗(yàn)選用的化學(xué)泥漿與采用施工現(xiàn)場(chǎng)的黏土配制的黏土泥漿具有兼容性，同時(shí)能極大地改善黏土泥漿的性能。

3.3 化學(xué)泥漿與黏土泥漿的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及取得的效果

在施工中選取兩個(gè)一期槽段進(jìn)行了對(duì)比施工，以9#槽、11#槽為例，其中11#槽選用傳統(tǒng)的黏土泥漿造孔；9#槽施工時(shí)在傳統(tǒng)黏土泥漿造孔施工的基礎(chǔ)上摻加了千分之一的化學(xué)泥漿進(jìn)行造孔施工，在施工過(guò)程中記錄了主要施工工時(shí)、孔內(nèi)特殊情況發(fā)生的次數(shù)及影響程度，檢查并測(cè)量了槽內(nèi)泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)。

通過(guò)對(duì)兩個(gè)槽段的施工情況進(jìn)行分析可知：在同樣的地層中，配置相同數(shù)量的施工機(jī)械設(shè)備、人員等，9#槽段造孔施工的工效明顯優(yōu)于11#槽段的施工工效(9#槽段造孔工效為13.1 m2/d，11#槽段造孔的工效為10.9 m2/d)；添加化學(xué)泥漿的槽段在造孔過(guò)程中孔內(nèi)事故發(fā)生的幾率明顯低于純黏土泥漿造孔的槽段，處理孔內(nèi)事故的簡(jiǎn)易程度優(yōu)于純黏土泥漿的槽段。在采取添加化學(xué)泥漿的措施后，利用其本身可以降低懸浮顆粒物的特性，使得在清孔過(guò)程中幾乎所有的鉆渣已沉淀到孔底，清孔時(shí)可一次性清理至合格標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，由于其本身不懸浮鉆渣，自然不會(huì)發(fā)生二次沉淀，因此，只需在清孔過(guò)程中適當(dāng)加入新鮮的化學(xué)泥漿漿液即可保持造孔施工過(guò)程中泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)。

4 結(jié)論及建議

該研究課題通過(guò)在古瓦水電站防滲墻中的探討研究與應(yīng)用，成功地解決了砂礫石地層條件下黏土泥漿護(hù)壁存在的泥漿制備繁瑣、穩(wěn)定性差、回收率低且難度大、廢漿多、易塌孔、易漏漿、處理成本高、孔底沉渣多、清孔質(zhì)量較難保證等難題，確保了工程質(zhì)量、縮短了施工工期，節(jié)約了成本，取得了良好的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。研究成果為中國(guó)水電十局在砂礫石地層施工防滲墻方面提供了科學(xué)的理論及實(shí)踐依據(jù)，對(duì)今后復(fù)雜地層的防滲墻施工具有重要的指導(dǎo)意義及推廣應(yīng)用價(jià)值。

由于該研究課題針對(duì)的是砂礫石地層，對(duì)于化學(xué)泥漿的使用推廣仍具有一定的局限性，因此，其它地層條件若采用化學(xué)泥漿必須進(jìn)行相關(guān)的泥漿性能試驗(yàn)以確定采取與否。