膨脹巖地層地下連續墻泥漿處理技術

童 耀 羅會東

（葛洲壩集團基礎工程有限公司，湖北 宜昌 443002）

膨脹巖地層地下連續墻泥漿處理技術

童 耀 羅會東

（葛洲壩集團基礎工程有限公司，湖北 宜昌 443002）

大岳高速洞庭湖大橋錨定區施工地質環境復雜，覆蓋層為淤泥和淤泥質粘土，下伏基巖為砂質板巖，夾泥質板巖，巖層陡立。巖性以粉質粘土，淤泥質粉質粘土及粉細砂層、卵礫石層為主。在施工過程中，極易發生蠕變、墻體傾斜、突沉、垮孔與塌孔等問題，大大提高了在地連墻施工過程中泥漿護壁的性能要求。通過對膨脹巖巖性及液壓銑槽機配套的泥漿處理設備的研究，總結了一套膨脹巖地層地下連續墻泥漿處理技術，有效的解決了泥漿問題。

地下連續墻；膨脹巖；泥漿處理

1 工程概況

擬建的湖南省臨湘（湘鄂界）至岳陽高速公路是《國家高速公路網規劃》中的第12條橫線——杭州至瑞麗國家高速公路在湖南省內的重要組成部分，也是構成湖南省五縱七橫高速公路網絡主骨架組成部分，它的建設將促進環洞庭湖經濟圈和岳陽市社會經濟的發展，促進區域旅游資源的開發利用，是洞庭湖區防洪減災的需要，是交通量增長的需要。

大岳高速洞庭湖大橋錨區工程所在地地質環境復雜，覆蓋層為淤泥和淤泥質粘土，下伏基巖為砂質板巖，夾泥質板巖，巖層陡立。大直徑樁基鉆孔面臨傾角70度陡立且破碎的巖層，極易發生斜孔與塌孔問題。這大大提高了在地連墻施工過程中泥漿護壁的性能要求。

洞庭湖大橋岳陽側地連墻平面布置采用與錨體相匹配的葫蘆形，由兩個半徑不相等的圓弧組成，小圓半徑為28 m，大圓半徑為 32m，墻厚 1.2m，中間設置一道隔墻，由隔墻將基礎分割成前、后倉兩大部分。

地下連續墻基礎頂標高為+26.000m，墻底標高 0.000～-9.000m，墻高 26～35m，設計要求地連墻嵌入中風化巖層 3米。地連墻共67幅槽，混凝土總方量約11031m3，墻底要求進行注漿加固，成槽設備主要采用銑槽機，接頭采用銑接法施工工藝，墻體采用水下 C35混凝土澆筑。其錨碇地連墻平面布置見圖1。

圖1 錨碇地連墻平面圖

2 國內外技術現狀

地下連續墻技術起源于歐洲，并于20世紀50年代，地下連續墻技術取得了驚人的發展，包括挖槽機械、施工工藝和膨潤土泥漿在基礎工程中的應用。20世紀90年代地下連續墻開始應用于中國橋梁深基礎工程中，并先后成功實施了潤揚長江公路大橋、武漢陽邏大橋、珠江黃埔大橋、南京第四長江大橋等錨碇深基礎施工[1-3]。

在地連墻施工中，雙輪液壓銑槽機及其配套的泥漿處理系統是現在世界上最先進的成槽設備，可用于銑削人工填筑層、粉細砂層、砂層和強風化基巖層，自帶糾偏系統，具有銑削效率高，成槽精度高、成槽孔形規則等明顯的優點。但在本工程中，由于地層多屬于粉質粘土層，其泥漿處理系統無法滿足泥漿處理的要求[1]。通過不斷試驗和改進，總結出了一套適合粉質粘土層防滲墻施工的泥漿處理技術。

3 地質條件

岳陽錨碇地連墻區域內覆蓋土層主要為第四紀晚更新世殘積粘土，下伏基巖為元古界冷家溪群板巖，以砂質板巖為主，夾泥質板巖。巖性以粉質粘土、淤泥質粉質粘土以及粉細砂層、卵礫石層為主，上部的粉質粘土、淤泥質粉質粘土、粉細砂層工程地質條件較差、卵礫石層工程地質條件雖然較好，但其厚度較小，一般1m左右，第四紀松散沉積均不適宜作為錨碇基礎持力層；下伏的基巖風化層中，全、強風化泥質板巖承載力較高，工程地質條件較好；下伏中風化、微風化泥質板巖、砂質板巖承載力高，工程地質條件較好，基巖強風化層、中~微風化層均可以作為錨碇基礎持力層。見下圖2。

圖2 開挖圖層

4 粉質粘土層防滲墻施工泥漿處理技術

與液壓銑配套設備BE500型泥漿凈化系統，由二臺BE250型細篩除砂裝置和一臺 GS500型粗篩及分流機組成，只能分離大于0.06mm的粘土顆粒，這套除沙器無法滿足粉質粘土層防滲墻施工的泥漿處理要求。我公司根據施工地層條件，仔細研究護壁泥漿應具備的性能，根據施工工藝流程和規范要求的檢驗指標，通過不斷試驗和改進泥漿處理設備，在原有的 BE500型泥漿凈化系統中加入臥式螺旋卸料沉降離心機及由三層大小逐層遞減的鋼箱組成的泥漿存儲池，不僅有效的減少施工用地，且能隨時可控調節泥漿的性能。

4.1 技術特點

（1）整個泥漿處理過程實現了泥漿封閉式管理，標準化和文明施工程度高。

（2）在銑削鉆孔成槽過程中，直接通過銑頭中的泥漿泵將混合巖體和土體的泥漿輸送到泥漿存儲池，有效的簡化了泥漿處理系統的循環管道。

（3）減少了成本投入和能源消耗，還加速了泥漿處理過程，有效的縮短了處理時間。

（4）采用的臥式螺旋卸料沉降離心機可分離大于0.03mm固相顆粒（最小顆粒可達5μm），不僅有效的降低漿液比重、粘度、含砂量等指標，還有效降低銑頭和凈化設備的工作負荷、減少磨損和能源消耗；泥漿通過凈化，更容易控制漿液質量，針對不同的地層，可選擇性篩除造孔泥漿中多余有害的固相顆粒，保留泥漿中有用護壁成份，在實現廢漿回收利用的同時，保證回收泥漿質量和護壁效果。

（5）泥漿存儲池由三層大小逐層遞減的鋼箱組成，內設有泥漿循環管道，可避免泥漿靜置沉淀；泥漿箱之間由管道和閘閥連接，可實現單獨或分組使用，將三者堆疊放置，大大減少了對施工場地的要求，不僅把對周圍居民和環境的影響降到最低，而且泥漿箱拆卸和組裝方便，拆卸后可將上層小箱逐個套入底層大箱中，運輸極其方便。

4.1.1 施工工藝流程

泥漿處理技術過程為：槽孔內造孔泥漿由銑頭中的泥漿泵輸送至 GS500除沙機，通過振動粗網篩將泥漿中大于 5mm的鉆屑顆粒篩除；處理后的泥漿輸送至 BE250除砂器，分離泥漿中大于0.06mm的粉細砂；處理后的泥漿根據不同地層回收泥漿的性能指標，可控性選擇泥漿進行臥式螺旋卸料沉降離心機進行處理，利用離心力的作用分離泥漿中大于0.03mm的粉細粘粒（最小顆粒可達5μm），處理后泥漿回到槽孔內。其具體工藝流程見下圖3。

圖3 泥漿處理流程圖

4.1.2 泥漿處理設備

泥漿處理技術包括制漿系統、泥漿儲存箱系統、泥漿凈化系統和循環管道等輔助系統。其中泥漿凈化系統包括液壓銑吸漿泵（功率為 75KW），GS500除沙機振動粗篩網（功率為2KW，過流量為500m3/h，振動電機轉速為1800rpm，網篩的篩孔寬度為 5*50mm，篩板面積為 2.4m2，篩板斜度為 25度），BE250除砂器（功率為2KW），臥式螺旋卸料沉降離心機（功率為55KW，轉鼓長度為1900mm，直徑為550mm，轉速設為2650rpm），鋼性泥漿箱以及集渣坑（詳細見下圖4）。

在施工過程中，要根據銑削鉆孔成槽速度和施工效率來確定和調整設備的搭配情況和使用功率，保證漿液的輸送量，使槽內泥漿高于地下水位和地表水位1.5m，確保槽段內壓力平衡。為確保地下連續墻造孔泥漿凈化處理的快速、高效，各級凈化設備的泥漿處理量應與銑頭中的泥漿泵排量相匹配，并據此可采用單元裝置配套運行，對槽孔內鉆孔泥漿隨鉆連續處理，與正常的銑削鉆孔成槽同步進行，使成槽過程中的漿液比重、粘度等性能參數始終滿足施工要求。當泥漿性能穩定時，可根據實際情況適當減少（關閉）泥漿凈化系統中離心機的工作單元，以降低設備損耗。

圖4 泥漿處理系統設備

4.1.3 泥漿處理性能對比

銑削鉆孔成槽過程中，通過銑輪將土體破碎，破碎的土塊由孔內泥漿攜帶至泥漿凈化器，此時泥漿比重在 1.35～1.45g/cm3，粘度在40～50秒，含砂量在8%～20%（不同的地層和銑進速度導致漿液性能參數波動較大）；含土泥漿通過凈化器進料管輸送到振動粗篩網，由于網篩距離較長且具有一定的斜度，加上振動的幫助，大于 5mm的土粒被過濾掉，泥漿可快速從固體顆粒中脫離，離開網篩區域，而不會出現泥漿的大量損失。

小于 5mm的泥漿顆粒進入到流量分配器，然后通過連接管由分配器流入各自對應的除砂機的主罐，泥漿通過泵吸至旋流分離器，當泥漿在一定的壓力下，從除砂器進口以切向進入設備后，產生強烈的旋轉運動，由于砂水密度不同，在離心力、向心浮力、流體曳力的作用下，因受力不同，從而使密度低的清水上升，由溢流口流出，存儲在泥漿箱中，而分離的細砂（大于0.06mm顆粒）從旋流器底孔（軟管）落到振動脫水網篩，處理過后的泥漿經旋流器溢流孔匯集到中間罐中，然后由此轉移到外罐，此時處理過后的泥漿中仍然含有大量的粉細顆粒，漿液比重任維持在 1.35 g/cm3以上，粘度（馬氏）維持在37秒以上，含砂量維持在4%。

外罐中的部分泥漿通過泵送至臥式螺旋卸料沉降離心機，泥漿通過進料管加入螺旋內，再經過螺旋筒體內的出料孔進入轉鼓，在離心力的作用下，比重較大的固相顆粒沉附在轉鼓壁上，形成一個環形的固相層，螺旋輸送器在差速器的作用下，將脫水后的固相沉渣（大于5μm顆粒）從圓錐轉鼓的出渣口推出，比重較輕的泥漿從溢流口溢出，如此連續不斷的工作，達到連續分離泥漿中粉細顆粒的目的，其泥漿處理前后如表1。

表1 泥漿處理前后參數對比

4.2 護壁泥漿及清孔換漿

泥漿護壁技術是地下連續墻工程的基礎技術之一，其質量好壞直接影響到地下連續墻的施工質量和安全，本工程地連墻成槽全部采用優質膨潤土泥漿護壁。

地下連續墻槽段開挖過程中，液壓銑槽機要依靠泥漿將切割的碎小巖塊和土體通過反循環帶出槽外，因此要連續不斷地向溝槽中供給新鮮泥漿，在水下砼澆筑過程中，有大量的泥漿排放出來，需要認真做好泥漿管理，及時制備新漿，調整回漿性能指標，及時將廢漿外運處理，以確保安全、優質、高效完成連續墻的施工。

泥漿的循環使用與回收處理：

（1）泥漿循環

銑削鉆孔時，銑頭中的泥漿泵將孔底的泥漿輸送至地面上的泥漿凈化機，由振動篩除去大顆粒鉆碴后，進入旋流器分離泥漿中的粉細砂，最后經臥式泥漿沉降離心機分離粉細粘粒，凈化后的泥漿流回到槽孔內，泥漿循環系統見圖5。

圖5 液壓銑槽機泥漿循環系統流程圖

（2）泥漿回收處理

經較長時間使用，如果泥漿粘度指標降低，適當摻加新漿進行調整；如果粘度指標太高，則加入分散劑調整，經處理后仍達不到標準的泥漿廢棄。

澆注砼時，自孔內置換出的泥漿用泥漿泵直接輸送至回收漿池中，用于其它槽段成槽施工。砼頂面以上5m左右的泥漿一般會受水泥漿的影響而劣化，作廢漿處理。廢漿排至廢漿池臨時存放，采用改裝后的運輸車(帶封閉料斗)將廢漿運至指定排放點排棄，并在排放點采取環保措施，達到減少環境污染的目的。

4.3 施工中解決重難點

按照設計泥漿性能指標，在實際施工過程中，無法滿足銑槽的要求。根據地層的適應性，對各泥漿指標生產性試驗后，進行了相應的優化調整：當槽孔內漿液比重大于1.4g/cm3時，液壓銑的泥漿泵無法將泥漿抽送出槽孔；當槽孔內漿液比重大于1.15g/cm3，小于1.4g/cm3時，槽壁比較穩定；當在清孔換漿階段孔內泥漿比重降低到 1.15g/cm3以下時，在換漿后不久槽孔就會出現垮塌。垮塌見下圖6所示。

原因：

（1）全風化板巖遇水崩解、軟化、膨脹，極易造成槽壁內縮和坍塌；

（2）強風化板巖砂質板巖質軟，節理裂隙發育，巖石塊體積大，質量重，當清孔換漿時，孔內漿液比重陡然減小，對孔壁支護力降低，巖石塊易沿裂隙面脫落，造成垮孔和埋鉆。

圖6 全風化地層垮孔強風化地層垮孔

針對槽孔出現的垮塌所采取的處理措施：

（1）將導墻頂標高提高到+29.0m，確保槽內泥漿高于地下水位和地表水位1.5m以上。

（2）縮短槽孔成槽周期，減少槽壁暴露時間。

（3）加強新制泥漿質量控制，從材料、計量、攪拌、膨化等各個工序嚴格把關，確保新制泥漿的性能指標滿足規范要求。

（4）通過泥漿系統適當提高清孔換漿漿液比重和粘度比重控制在1.32g/cm3左右，粘度34s左右，含沙量小于1%。

（5）合理優化了清孔換漿工序，在造孔過程的后期，提前進行漿液性能調整，使槽孔內漿液性能參數在造孔結束時基本滿足驗收要求，通過適當延長漿液循環時間，使漿液性能達到驗收標準，整個換漿過程漿液比重和粘度改變速率較小，槽壁應力不會出現陡然變化的情況，槽壁穩定性增加。

（6）在鋼筋籠下設前，采用液壓銑進行二次清孔。

（7）液壓銑施工中，時刻關注槽口鋼絲繩和漿管情況，如出現不明原因的劇烈擺動，說明孔內出現垮孔，應及時提鉆檢查油管情況，避免漏油、埋鉆等事故發生。

5 結語

粉質粘土層防滲墻施工泥漿處理涉及地下連續墻和樁基造孔過程中泥漿處理的施工領域，特別涉及一種高粉細粘粒含量地層地下連續墻造孔泥漿性能的無害化達標處理控制方法，適合施工場地小、標準化和文明施工要求高的市政工程建設。對于適用工程的工程進度、經濟效益、文明施工程度都有提高，具有良好的社會效益。

[1] 叢靄森.地下連續墻的設計施工與應用[M].北京:中國水利水電出版社,2001.

[2] 劉志華,周山.地下連續墻施工技術難點的分析及處理措施[J].葛洲壩集團科技,2007,(3):18-20.

[3] 徐國平,李健清.圓形地下連續墻在懸索橋錨碇基礎中的應用[J].公路,2004,(11):47-51.

Swelling rock formation of underground continuous wall mud treatment technology

Yue expressway construction complex geological environment of dongting lake bridge anchoring zone, covering for silt and silt clay, underlying bedrock for sandy SLATE, argillaceous SLATE, vertical rock.The lithology in silty clay, silt mass silty clay and silty sand layer, gravel layer. Creep was easily happened in the process of construction, wall body tilt, sudden heavy, down hole and hole collapse, greatly improving the in the construction process of the slurry-supported wall performance requirements.By means of swelling rock lithology and hydraulic slotting machine supporting the study of the sludge treatment equipment, summarizes a set of swelling rock strata of the underground continuous wall mud treatment technology, effectively solves the problem of mud.

The underground continuous wall; swelling rock; mud treatment

TU4

A

1008-1151(2015)02-0044-04

2015-01-12

童耀（1974－）男，湖北谷城人，葛洲壩集團基礎工程有限公司高級工程師，一級建造師，從事地基與基礎工程方向研究。