大斷面砂層中地下連續(xù)墻泥漿使用及質(zhì)量控制

趙民,劉衛(wèi)衛(wèi),付艷青

(濟(jì)南市勘察測繪研究院,山東 濟(jì)南 250000)

0 引 言

地下連續(xù)墻具有墻體剛度大、整體性好,基坑開挖過程安全性高,支護(hù)結(jié)構(gòu)變形較小;墻身具有良好的抗?jié)B能力等優(yōu)點,因此成為大型深基坑工程維護(hù)的首選工藝[1]。地下連續(xù)墻在施工過程中,優(yōu)質(zhì)的泥漿性能是保證地下連續(xù)墻成槽穩(wěn)定的關(guān)鍵,在泥漿性能指標(biāo)中,比重、漏斗黏度、失水量、泥皮厚度等指標(biāo)對地下連續(xù)墻槽壁穩(wěn)定起著最關(guān)鍵的作用。因此,科學(xué)控制泥漿質(zhì)量是保證成槽的關(guān)鍵。

某盾構(gòu)工作井基坑開挖深度約 40 m,采用地下連續(xù)墻作圍護(hù)結(jié)構(gòu)。地下連續(xù)墻厚 1.5 m,最大墻深 59 m,場地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件極為復(fù)雜,基坑穿越粉土、黏性土、粉砂層、粉細(xì)砂層及中粗砂層,其中粉細(xì)砂層最大厚度達(dá) 42 m,土體穩(wěn)定性差;場地地下水位高,基坑開挖需穿越兩層承壓水,承壓水與長江、漢江水力聯(lián)系密切,呈互補(bǔ)關(guān)系,地下水位季節(jié)性變化規(guī)律明顯,水量較為豐富。

穿越如此大厚度砂層的超深地下連續(xù)墻施工在國內(nèi)比較罕見,大斷面的砂層極易產(chǎn)生槽體塌方,因此非常有必要對地下連續(xù)墻施工中泥漿質(zhì)量控制進(jìn)行專門研究。

1 泥漿制備

1.1 泥漿系統(tǒng)設(shè)置

該工程泥漿系統(tǒng)由泥漿處理系統(tǒng)、泥漿分離系統(tǒng)、泥漿箱、泥漿筒以及泥漿攪拌機(jī)組成。在黏性土、砂性土等非入巖地層成槽時,使用的是金泰SG60成槽機(jī),非入巖地層成槽時,成槽后的泥漿經(jīng)過黑旋風(fēng)泥漿處理系統(tǒng)即可進(jìn)入循環(huán)泥漿箱作為循環(huán)漿繼續(xù)應(yīng)用。入巖地層采用德國寶峨BC40液壓銑槽機(jī)進(jìn)行成槽,泥漿要經(jīng)過泥漿分離系統(tǒng)才能作為循環(huán)漿繼續(xù)使用。該工程方量最大的地下連續(xù)墻為 500 m3,配置12個泥漿儲存筒和30個鋼制泥漿箱。泥漿存儲量為12×70+30×25=1 590 m3,滿足單幅地下連續(xù)墻3倍泥漿存儲量。泥漿系統(tǒng)平面布置如圖1所示。

圖1 泥漿系統(tǒng)平面布置示意圖

1.2 配漿材料及配比

根據(jù)技術(shù)規(guī)范[2]、本工程的地質(zhì)情況及以往地下連續(xù)墻的施工經(jīng)驗,確定成槽過程中易發(fā)生坍塌的砂層泥漿性能指標(biāo)如表1[3]。

表1 砂層泥漿性能指標(biāo)

本項目地下連續(xù)墻現(xiàn)場泥漿配方為:4%優(yōu)鉆100土+0.8‰純堿,能夠滿足以上指標(biāo)。

1.3 現(xiàn)場泥漿配備

現(xiàn)場配漿流程如圖2所示,膨潤土等材料測試合格后,按照已經(jīng)確定的配合比進(jìn)行稱量;在泥漿攪拌桶中加入水后,開啟攪拌機(jī),邊攪拌邊加入膨潤土和其他材料;現(xiàn)場用的攪拌機(jī)為噴射型混合射流式,攪拌能力較差,充分?jǐn)嚢璧臅r間為15～20 min;泥漿攪拌完成后,進(jìn)行性能測試,達(dá)到預(yù)期指標(biāo)后,在泥漿池中貯存3小時以上;排入泥漿箱或者泥漿筒倉以備成槽施工。

圖2 現(xiàn)場配漿流程

尤其要重視的是現(xiàn)場制備泥漿時,投放順序一般為水、膨潤土、CMC、分散劑等其他外加劑,由于CMC溶液可能會妨礙膨潤土溶脹,所以應(yīng)在膨潤土溶解之后加入CMC時,先將其用清水溶解成1%～4%的溶液,然后再加入泥漿中效果最佳。

現(xiàn)場配漿流程如圖2所示。

2 泥漿使用性能

2.1 泥漿循環(huán)

現(xiàn)場泥漿循環(huán)如圖3所示,利用泥漿泵、消防水帶、球閥開關(guān)等,將攪拌桶配好的泥漿分別輸送到供漿箱、儲漿箱、回漿箱以及正在施工的槽段。施工中置換出來的泥漿經(jīng)過除砂設(shè)備,根據(jù)性能再生使用或廢棄。

圖3 現(xiàn)場泥漿循環(huán)示意圖

2.2 清孔和換漿

本工程地下連續(xù)墻在完成銑槽后用銑槽機(jī)及配套的寶峨泥漿分離系統(tǒng)進(jìn)行清孔換漿。槽孔終孔并驗收合格后,即采用液壓銑槽機(jī)進(jìn)行泵吸法清孔換漿。將銑削頭置入孔底并保持銑輪旋轉(zhuǎn),銑頭中的泥漿泵將孔底的泥漿輸送至地面上的泥漿分離器,由振動篩除去大顆粒鉆渣后,進(jìn)入旋流器分離泥漿中的粉細(xì)砂。經(jīng)凈化后的泥漿流回到槽孔內(nèi),如此循環(huán)往復(fù),盡可能地將泥漿中的泥沙分離干凈后開始置換槽內(nèi)泥漿。

在清孔完成后,利用銑槽機(jī)強(qiáng)大的吸漿能力,將槽段內(nèi)的成槽用的循環(huán)泥漿全部置換成新鮮泥漿,以確保混凝土澆灌質(zhì)量和接頭防滲漏要求,清孔、換漿工藝如圖4所示。換漿回收泥漿過程中,必須用泥漿分離系統(tǒng)對回收泥漿進(jìn)行分離,分離后泥漿應(yīng)經(jīng)過檢測,合格的泥漿繼續(xù)循環(huán)使用,不合格的作廢棄處理[4]。

圖4 清孔換漿示意圖

2.3 泥漿使用性能

在整套地下連續(xù)墻施工過程中,選取N1-01、N2-03、N3-04、P-15、P-26等五幅地下連續(xù)墻,對在成槽深度為 10 m、20 m、30 m、40 m、50 m位置時,進(jìn)行泥漿性能參數(shù)的檢測,檢測的性能指標(biāo)包括:泥漿比重、含砂率、黏度、中壓濾失量等。泥漿性能指標(biāo)隨成槽深度的變化曲線如圖5～圖8所示。

圖5 泥漿比重隨成槽深度變化曲線

圖6 濾失量隨成槽深度變化曲線

圖7 漏斗黏度隨成槽深度變化曲線

圖8 含砂率隨成槽深度變化曲線

通過以上曲線可知,成槽過程中,比重、濾失量、漏斗黏度、含砂率會隨著深度增加而增大,但性能基本在控制范圍內(nèi),濾失量和漏斗黏度稍低于性能要求。此外還可以看出,成槽至砂層時(深度約15～20 m),泥漿的比重和含砂率會明顯增大。

2.4 泥漿質(zhì)量保證措施

該盾構(gòu)工作井地下連續(xù)墻地質(zhì)情況復(fù)雜、工期緊,泥漿使用量大,泥漿各項指標(biāo)極易變化,因此施工過程中在制備泥漿的同時,應(yīng)該配備重晶石粉、CMC以及純堿[5]。當(dāng)泥漿池泥漿比重低于1.05不滿足規(guī)范要求時,應(yīng)在每方新漿加 1 kg左右的重晶石粉并攪拌均勻,泥漿池的泥漿比重會在2～4 h內(nèi)增加約0.02～0.04 g/cm3;當(dāng)泥漿池內(nèi)泥漿黏度不足 18 s時,在制備新漿的混漿漏斗中,每方新漿加 3 kg左右的CMC,泥漿池內(nèi)的泥漿黏度會在2～4 h內(nèi)增加2～4 s。

該盾構(gòu)工作經(jīng)地下連續(xù)墻需穿越粉砂層和粉細(xì)砂層,成槽至砂層時,泥漿中含砂量會迅速增加,需采取必要措施進(jìn)行處理[6]。為此,在循環(huán)使用泥漿時,對含砂率大于5%的泥漿,在制備新漿的混漿漏斗中,每方新漿加 l kg純堿,泥漿中的砂會逐漸沉淀。此外,要對泥漿池進(jìn)行定期7天左右的清理,含砂量較大的泥漿經(jīng)過處理后方可循環(huán)使用[7]。

3 結(jié) 語

根據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)范和同類工程經(jīng)驗,確定了本工程地下連續(xù)墻成槽過程中易發(fā)生坍塌的砂層泥漿性能指標(biāo),對泥漿比重、含砂率、黏度、中壓濾失量等性能指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測,采取措施對泥漿質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制,有效地保證了地下連續(xù)墻施工工藝的進(jìn)行,有關(guān)結(jié)論如下:

(1)嚴(yán)格控制新配置泥漿質(zhì)量,能夠有效保持槽壁穩(wěn)定。

(2)使用重晶石粉、CMC以及純堿可短期內(nèi)改善泥漿性能。

(3)本工程地下連續(xù)墻成槽至砂層時(深度約15～20 m),泥漿的比重和含砂率會明顯增大。

(4)現(xiàn)場制備泥漿加入CMC時,先將其用清水溶解成1%～4%的溶液,然后再加入泥漿中效果更佳。