120m超特深地墻泥漿的控制研究

茅翌敏

（上海建工集團(tuán)股份有限公司，上海 200000）

隨著城市化的進(jìn)程不斷推進(jìn)，城市的開發(fā)逐漸由向地上建筑發(fā)展轉(zhuǎn)向地下空間的開發(fā)利用，基坑開挖的深度越來越深，這就不可避免地造成深基坑開挖的圍護(hù)深度亦越來越深。特別是隨著海綿城市理念的引入，深邃工程的基坑開挖達(dá)到60m，而圍護(hù)結(jié)構(gòu)要求的深度更是達(dá)到110～120m。某工程位于上海市黃浦區(qū)董家渡路、王家碼頭路，靠近黃浦江，項(xiàng)目對(duì)地下空間的發(fā)展利用提出了更為嚴(yán)苛的要求。根據(jù)上海市的地層條件，如果圍護(hù)深度達(dá)到120m，則需要穿越軟土地基包含的粉土層、黏土層，并且需要穿越3個(gè)承壓水層，即第⑦、第⑨、第?承壓含水砂性土層，施工技術(shù)難度非常大。

由于該項(xiàng)目地層環(huán)境及條件與深邃項(xiàng)目接近，特進(jìn)行120m超深地墻的試驗(yàn)項(xiàng)目。通過對(duì)該試驗(yàn)過程中地墻泥漿的數(shù)據(jù)采集分析研究，為超特深地下連續(xù)墻施工時(shí)泥漿的控制提供技術(shù)參考，為同類型地墻泥漿配置提供建議。

1 試驗(yàn)概況

載體項(xiàng)目位于上海市黃浦區(qū)董家渡地區(qū)，北至王家碼頭，東至中山南路，南至董家渡路，西至外倉橋街。項(xiàng)目基坑總面積為14.1萬m2，其中北塊基坑總面積為74089m2?；訃o(hù)形式采用1200mm地下連續(xù)墻，試驗(yàn)段選取該類型地下連續(xù)墻中的直線幅，墻成槽深度達(dá)120m。

在施工時(shí)面臨的難點(diǎn)為試驗(yàn)墻深度方向需穿越12個(gè)地質(zhì)層，根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告揭示，④和⑤1層軟黏性土具有明顯觸變、流變特性，在動(dòng)力作用下土體結(jié)構(gòu)極易被破壞，導(dǎo)致地墻槽壁發(fā)生塌方，嚴(yán)重影響后續(xù)深度的垂直度。另外，⑥、⑦1、粉性土層具有強(qiáng)度高、含水量高、滲透性好的特點(diǎn)，⑦1層土體顆粒71%處于0.075～0.005mm；⑦2層土體顆粒60%左右處于0.25～0.075mm，⑦2標(biāo)準(zhǔn)貫入度值N平均達(dá)52.2，比貫入阻力達(dá)21.06MPa，地層較硬，并且隨著深度的增加，地層逐漸變硬，影響成槽的施工工效。

對(duì)于以上存在的問題，在試驗(yàn)槽段前及施工過程中需要采取一定的對(duì)策。

（1）合理配置槽段泥漿，確保泥漿性能能夠滿足120m槽段施工要求。同時(shí)，為了防止地下連續(xù)墻槽段位于④和⑤1-1層土層內(nèi)發(fā)生坍塌，施工過程中需嚴(yán)格控制泥漿比重，如發(fā)生輕微塌方，可適當(dāng)增加泥漿比重來維持槽壁穩(wěn)定性。

（2）地下連續(xù)墻施工采用優(yōu)質(zhì)人造泥漿進(jìn)行成槽護(hù)壁，施工前通過試成槽確定施工參數(shù)、優(yōu)化泥漿配合比。對(duì)于可以重復(fù)利用的泥漿，經(jīng)過泥漿處理系統(tǒng)沉淀、除砂處理后經(jīng)調(diào)整可重新利用；對(duì)于參數(shù)不滿足施工要求的廢漿必須廢棄，嚴(yán)禁再次使用。施工過程中嚴(yán)格控制泥漿參數(shù)，每進(jìn)尺20m對(duì)槽段內(nèi)泥漿性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。

2 泥漿性能及泥漿系統(tǒng)

2.1 泥漿性能指標(biāo)確定

此次試驗(yàn)槽段由于槽段深度特別深，采用銑槽純銑工藝時(shí)，單幅槽段銑槽時(shí)間預(yù)估在72h左右。為確保槽段長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性，在實(shí)施前，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告中土層的不同特性，選取不同型號(hào)的復(fù)合土配置泥漿進(jìn)行試驗(yàn)。選擇穩(wěn)定性能最好、各項(xiàng)指標(biāo)都能滿足規(guī)范要求的復(fù)合土施工。

針對(duì)以上要求，采用市場(chǎng)上常見的4種不同品牌的復(fù)合膨潤(rùn)土，以每1000g的泥漿中摻入100g作為評(píng)判依據(jù)。

通過泥漿性能配置試驗(yàn)，在72h后通過對(duì)于4種泥漿的性能測(cè)試，結(jié)果如表1所示。1號(hào)泥漿性能能夠符合此次超深地墻試驗(yàn)的要求，因此選用1號(hào)復(fù)合膨潤(rùn)土作為新配制護(hù)壁泥漿的主要原料。

表1 新配泥漿性能匯總表

2.2 泥漿系統(tǒng)

該試驗(yàn)段泥漿系統(tǒng)由泥漿制作及儲(chǔ)存系統(tǒng)、泥漿循環(huán)系統(tǒng)、泥漿處理系統(tǒng)3部分組成。

（1）泥漿制作及存儲(chǔ)系統(tǒng)。試驗(yàn)?zāi)酀{制作及存儲(chǔ)系統(tǒng)采用泥漿箱，外圍搭設(shè)定型化彩鋼板圍護(hù)，形成一個(gè)封閉式、集中式的泥漿工廠。此次泥漿儲(chǔ)存量為槽段方量的3倍，超深試驗(yàn)墻單幅泥漿最大方量為403m3，因此考慮到后續(xù)的清底換漿及施工過程補(bǔ)充的泥漿，此次泥漿存儲(chǔ)量為1200m3。

（2）泥漿循環(huán)系統(tǒng)。試驗(yàn)中投入德國(guó)寶峨振動(dòng)篩和旋流器組合的泥漿過濾系統(tǒng)，處理能力400m3/h，能夠分離最小粒徑0.026mm的顆粒。槽段內(nèi)隨著銑槽的深度越深，新鮮的泥漿通過泥漿存儲(chǔ)系統(tǒng)補(bǔ)充輸送進(jìn)入槽段，而槽段內(nèi)的泥土拌合著泥漿由銑槽機(jī)銑輪上的吸漿泵吸出，從而進(jìn)入泥漿循環(huán)系統(tǒng)，通過過濾將泥塊、碎石、較細(xì)顆粒的砂粒去除，槽段內(nèi)的漿液再與新鮮泥漿拌合再次循環(huán)至槽段內(nèi)。在循環(huán)漿中加入定量純堿，改善泥漿品質(zhì)，定時(shí)檢測(cè)泥漿性能，及時(shí)處理不達(dá)標(biāo)的循環(huán)泥漿。

2.3 泥漿指標(biāo)檢測(cè)方法

（1）泥漿比重。采用泥漿比重計(jì)測(cè)定。泥漿比重指標(biāo)控制范圍為1.05～1.2。在施工過程中對(duì)于新配漿液、循環(huán)漿液均做泥漿比重測(cè)定，并且槽段內(nèi)漿液每施工20m測(cè)定一次。

（2）黏度。泥漿的黏度采用漏斗黏度計(jì)測(cè)定。黏度指標(biāo)控制范圍為19～30s。測(cè)定范圍及頻率與泥漿比重相同。

（3）含砂量。采用含砂量測(cè)定器測(cè)定。含砂量指標(biāo)控制范圍＜7%，在施工過程中對(duì)槽段內(nèi)泥漿每間隔20m做一次含砂率測(cè)定。

（4）失水量和泥皮性質(zhì)。對(duì)槽段中的泥漿，失水量和泥皮厚度要求控制在30mL/30min以下及1～3mm。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

在實(shí)際施工過程中，現(xiàn)場(chǎng)以每20m槽內(nèi)成槽深度作為一個(gè)泥漿檢測(cè)段，安排日、夜班檢測(cè)技術(shù)人員對(duì)泥漿性能（泥漿比重、pH、含砂率、失水量、泥皮厚度）及顆粒物粒度進(jìn)行檢測(cè)。

3.1 泥漿性能檢測(cè)結(jié)果

3幅試驗(yàn)墻測(cè)試數(shù)據(jù)取平均值后，得出槽段內(nèi)泥漿比重在每個(gè)深度（0～120m）呈現(xiàn)平穩(wěn)趨勢(shì)，如圖1所示。泥漿比重在1.05～1.3波動(dòng)，較規(guī)范循環(huán)泥漿漿液比重1.05～1.20略有增加。

圖1 泥漿比重折線圖

黏度變化折線圖如圖2所示。槽段內(nèi)的清槽后泥漿黏度在20～25s波動(dòng)，其中，槽段深度進(jìn)入第12層黏性土層中出現(xiàn)個(gè)別偏差值為25s，滿足規(guī)范值20～30s的要求。經(jīng)過分析，施工過程中工藝的選擇及設(shè)備的因素對(duì)黏度會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

圖2 黏度變化折線圖

此次試驗(yàn)中投入德國(guó)寶峨振動(dòng)篩和旋流器組合的泥漿過濾系統(tǒng)，處理能力為400m3/h，能夠分離最小粒徑0.026mm的顆粒。因此，含砂率均能夠控制在4%～5%，滿足規(guī)范要求。經(jīng)過失水量?jī)x檢測(cè)泥皮厚度控制在4mm左右，較規(guī)范值略大，新配置的泥漿泥皮厚度小于1mm。

3.2 顆粒度檢測(cè)結(jié)果

該幅地墻槽段92m顆粒物分析如圖3所示。檢測(cè)后，3幅試驗(yàn)墻測(cè)定的數(shù)值經(jīng)過比對(duì)分析，泥漿比重均在每個(gè)階段深度呈現(xiàn)平穩(wěn)趨勢(shì)，顆粒度逐漸減小，說明此時(shí)槽段已穩(wěn)定。因此，可以得出該泥漿的配置及實(shí)際應(yīng)用的性能對(duì)槽段的內(nèi)壁能夠起到穩(wěn)定的作用。

圖3 該幅地墻槽段92m顆粒物分析

4 結(jié)束語

泥漿控制是超深地下連續(xù)墻施工時(shí)槽壁的穩(wěn)定性的關(guān)鍵。只有選擇適用于不同土層深度的泥漿性能，才能將成槽時(shí)帶來的不利影響消除。通過此次試驗(yàn)及后續(xù)的各類檢測(cè)分析情況能有效得出，在120m以上的超深地墻施工時(shí)，試驗(yàn)選用的泥漿配比的性能能夠滿足實(shí)際需求，并且能夠達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)。通過對(duì)泥漿檢測(cè)的控制手段的研究與實(shí)踐，說明方法在超深地墻中能夠有效運(yùn)用。此次在120m超深地下墻中的泥漿控制研究很好地為同類型的施工提供思路及有效的參考。