板樁碼頭地連墻成槽施工泥漿配制研究

董 川，田杰芳

(1.華北理工大學 建筑工程學院，河北 唐山 063210；2.唐山港集團股份有限公司，河北 唐山 063611)

0 前 言

在地連墻板樁碼頭主體結構中，地連墻前墻除了起到擋土、擋水的常規功能，還要承載碼頭上面各類荷載。因此，前墻的施工質量將直接關系到板樁碼頭的安全與耐久性。在前墻施工中，成槽是其關鍵施工工序。由于唐山港京唐港區擬建碼頭區域原始海底面以下多為粉細砂和砂性土，原始海底面以上均為吹填海砂，屬易滲漏、易坍塌土層。地下水位較高，水質接近海水。在該種土層中成槽施工容易出現塌槽情況。為確保成槽質量，保證成槽過程中槽壁的穩定及成槽設備的安全，合理的泥漿配制對于成槽護壁是十分重要的。也是決定成槽成功與否的關鍵因素。

1 泥漿在板樁碼頭地連墻成槽施工中的作用

1.1 攜帶并懸浮土渣

這是泥漿最基本的功能。通過其本身循環，將槽底的土渣攜至地面，保持槽內清潔。在挖機下抓斗或因事故停止開挖時，能將槽內的土屑懸浮在泥漿中，使土屑不會很快下沉，避免抓斗被埋等事故的發生。

1.2 保護槽壁，平衡地層壓力

槽壁穩定是保證槽快速掘進的基本條件。泥漿的靜壓力可對抗作用在槽壁上的水壓力和土壓力，還可阻止地下水的滲透槽內；泥漿從槽壁表面向地層內滲透到一定的范圍就粘附在土顆粒上，通過這種粘附作用可使槽壁減少坍塌性和透水性；性能優良的泥漿具有良好的造壁和護壁作用，在槽壁上形成薄而韌的泥皮，穩定已開挖的地層并阻止液相侵入地層，減弱遇水膨脹地層的水化膨脹和分散的程度。

1.3 沖洗槽底

液壓抓斗挖槽機通過泥漿的循環，使抓斗在槽底始終接觸和破碎新土層，確保穩定、有效開挖。

1.4 鉆具的冷卻和潤滑作用

孔內液壓抓斗切削地層，會產生一些熱量，通過泥漿不斷循環使用，將這些熱量不斷吸收，然后將熱量帶到地上并釋放出去，從而對斗具的降溫，保證斗具正常使用。

1.5 抗污染能力

優質泥漿具有良好的抗混凝土和地下水的污染能力，可以長時間保持流動狀態，在澆筑過程中能被混凝土順利地置換到槽外。

2 板樁碼頭地連墻成槽泥漿配制原則

2.1 土層分布、地下水水質

唐山港京唐港區擬建碼頭區域原始海底面以下多為粉細砂和砂性土，原始海底面以上均為吹填海砂，屬易滲漏、易坍塌土層。地下水位較高，水質接近海水。因此配制泥漿時，應充分考慮泥漿的重度、粘度等指標對成槽效果的影響，同時應具有一定的耐鹽性能。

2.2 成槽工藝及設備

液壓抓斗作為近些年板樁碼頭地連墻成槽施工流行設備，適用于軟土地質，可以邊挖槽邊修槽，泥漿的重度要求適當，不宜過大。

2.3 經濟性

在成槽施工過程中，泥漿的消耗量很大，成本較高。因此配制泥漿時，在保證泥漿具有優良性能的同時，應盡可能采用價格相對便宜的原材料，以降低成本。

2.4 指標原則

《港口工程地下連續墻結構設計與施工規程》(JTJ303—2003)規定，新配制的泥漿應滿足表1的要求。此表規定性能指標是泛指在一般土層中成槽時對泥漿性能的基本要求。但各項指標僅給出了一個范圍值，具體指標應根據唐山港京唐港區的土層分布及地下水情況，結合工程實踐試配確定。

表1 新配制泥漿性能指標

3 泥漿配制選擇

3.1 水的選擇

水是最便宜的成槽材料，在泥漿中水的用量最大，也是最重要的材料之一。理想的用來配置泥漿的水應是中性的(pH值為7)，不含Ca2+、Na+、Mg2+等陽離子，無固體雜質，一般采用飲用水即能滿足要求。如使用其他水源時應進行水質檢驗，符合要求后方可使用。

3.2 膨潤土的選擇

膨潤土是以蒙脫石為主礦物成分的黏土，水化能力強，造漿率高，所造泥漿是一種帶有電荷的親水膠體，通過顆粒靜電斥力保持穩定的懸浮狀態，具有相對密度低、粘度低、含砂量少、失水量少、泥皮薄、穩定性強、固壁能力高、抓斗進尺率高、造漿能力大等優點。膨潤土根據蒙脫石所含的可交換陽離子種類、含量及結晶化學性質的不同，分為鈉基、鈣基等膨潤土。通過對鈣基膨潤土、鈉基膨潤土的各種指標的比較，筆者發現鈉基膨潤土的指標最好。但由于我國鈉基膨潤土較少、價格較貴，而鈣基膨潤土資源豐富。考慮工程成本因素，首選鈣基膨潤土，為提高鈣基膨潤土的造漿率，通過添加堿粉(Na2CO3)，用Na+去交換鈣土層中的Ca2+,以提高土中的分散度和造漿率。鈣基膨潤土、鈉基膨潤土物理、化學及質量指標見表2。

表2 膨潤土物理、化學及質量指標

3.3 泥漿處理劑的選擇

為了使泥漿適應不同性質的地基土和不同的施工條件下的護壁要求，要在泥漿中加入泥漿處理劑以改善泥漿性能。常用的泥漿處理劑按目的分為分散劑和增粘劑等。

3.3.1 分散劑的選擇

分散劑吸附在膨潤土顆粒的表面，提高其負電荷，增大排斥力，使泥漿出現分散狀態。分散劑主要有堿類和木質素磺酸鹽類。堿類主要是碳酸鈉(Na2CO3)和碳酸氫鈉(NaHCO3)，易溶于水,呈強堿性,能提供Na+離子和碳酸根離子，調整泥漿pH值，使黏土顆粒分散、表面負電荷增加，更好地吸收外界的正離子，增加水化膜的厚度，提高了泥漿的交替率和穩定性，降低失水率，并且使鋼筋處于弱堿性環境中，對鋼筋的銹蝕起到保護作用。摻入量為膨潤土的0.3%～0.5%。用純堿處理后的水更適合膨潤土水化，筆者選用優質純堿，改善膨潤土的性能，使泥漿更能發揮好的性能。木質素磺酸鹽類一般采用鐵鉻木質素磺酸鹽類，易溶于水或鹽水，對于防止鹽分污染泥漿有較好的效果。

3.3.2 羥丙基甲基纖維素(HPMC)

是以天然高分子材料纖維素為原料，經一系列化學加工而制得的非離子型纖維素醚。能溶解于冷水，形成透明的粘稠溶液。具有增稠、粘合、分散、乳化、成膜、懸浮、吸附、膠凝、表面活性、保持水分和保護膠體等特性。可以改善泥漿的膠體性質，提高對渣土的懸浮能力，并降低泥漿的失水量，改善其固壁性能。

3.4 試配及配合比的選定

通過對原材料的篩選，通過對唐山港京唐港區板樁碼頭地連墻成槽泥漿進行配合比實驗,對基準配合比做了5組試驗，檢測各指標結果如表3。

表3 基準配合比

通過對上述配合比的對比分析，不難發現，最后一組泥漿的配合比，不僅其性能指標滿足施工要求，且用料最省，因此初定為施工用配合比。隨后通過試驗槽段的試成槽施工，對泥漿性能指標作了驗證，證明泥漿性能完全符合成槽施工需要，最終確定其為施工用配合比。

4 結束語

在板樁碼頭地連墻成槽施工中，泥漿起著排出沉渣、平衡槽內外地下水壓力、保持槽壁穩定的關鍵作用，通過上述對唐山港京唐港區碼頭建設區域的地連墻成槽泥漿配制原則及泥漿配制選擇進行分析研究，并通過大量數據的對比分析，得出合理的泥漿配制比例，對今后同類工程有著一定的借鑒作用。

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