聚丙烯酰胺在超深地下連續(xù)墻施工中的研究與應(yīng)用

路三平

上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002

隨著施工條件日趨復(fù)雜，傳統(tǒng)的地下連續(xù)墻施工工藝存在砂質(zhì)硬土層成槽困難、超深垂直度無法保證、難以保證較深處接縫的可靠性等缺陷。套銑接頭工藝作為一種新的地下連續(xù)墻施工方法，具有施工工序簡單、無懼硬土層、成槽深度大、垂直度高、清基效果好、接縫牢靠、抗?jié)B性能優(yōu)良等優(yōu)勢，在工程中的應(yīng)用日益普遍[1-2]。

地下連續(xù)墻套銑工藝是一種基于雙輪銑槽機(jī)的施工工藝，是目前世界上最為先進(jìn)的地下連續(xù)墻施工工藝。地下連續(xù)墻施工不可避免地會(huì)涉及泥漿問題，二期槽段施工銑槽機(jī)銑削成槽過程中切削的混凝土碎渣浮在泥漿中，直接影響泥漿的性能。泥漿在套銑工藝[3-5]中起著護(hù)壁、攜渣和冷卻銑輪三大作用，從某種意義上說，泥漿性能的優(yōu)劣也是決定地下連續(xù)墻套銑工藝能否順利實(shí)施的關(guān)鍵之一。

1 工程概況

上海市蘇州河段深層排水調(diào)蓄管道系統(tǒng)工程試驗(yàn)段SS1.2標(biāo)，位于規(guī)劃真光路以東、光復(fù)西路以南規(guī)劃綠地內(nèi)，工程包括云嶺西路綜合設(shè)施土建部分以及云嶺西路綜合設(shè)施內(nèi)臨時(shí)供水、供電，其中豎井（深59.1 m基坑）距離南側(cè)蘇州河約45 m，距東側(cè)待建云嶺泵站約21 m，距西側(cè)在建真光路橋（北橫通道項(xiàng)目）約126 m。

本工程豎井地下連續(xù)墻深達(dá)105 m，墻厚1.2 m，地下連續(xù)墻采用一刀成槽方式，單幅槽段寬度2.8m，套銑厚度300 mm。墻底位于⑩黏土層。成槽過程中穿越十多種不同的土層，更有約15 m穿越了⑨1層粉細(xì)砂和⑨2層中砂，綜合設(shè)施部分地下連續(xù)墻深度也達(dá)到了80 m，均屬于超深地下連續(xù)墻施工，成槽施工難度大，成槽精度要求高。

2 膨潤土中聚丙烯酰胺的配比研究

二期槽段施工過程中銑槽機(jī)套銑300 mm成槽，切削掉落的混凝土渣混入循環(huán)漿中，細(xì)碎的水泥粉末使泥漿變得更加稠密，此時(shí)銑頭的浮力增加，會(huì)增加x、y向糾偏難度。地下連續(xù)墻施工時(shí)，除去首開幅槽段外，后續(xù)槽段往往使用經(jīng)過處理的循環(huán)泥漿，這些泥漿本身指標(biāo)相比新漿更高。因此，二期槽施工時(shí)對泥漿質(zhì)量的控制顯得更為 重要。

根據(jù)背景工程的地質(zhì)條件，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研情況，采用聚丙烯酰胺（PAM）[6]材料對膨潤土泥漿性能進(jìn)行調(diào)節(jié)。膨潤土泥漿通常是由膨潤土、羧甲基纖維素鈉（CMC）和水按一定比例攪拌制得。膨潤土是一種以蒙脫石礦物為主的2∶1型膨脹性層狀黏土礦物，通常占5%左右。膨潤土泥漿性能的穩(wěn)定性直接影響槽壁的穩(wěn)定性。PAM是由丙烯酰胺（AM）單體經(jīng)自由基引發(fā)聚合而成的水溶性線形高分子聚合物，具有良好的絮凝性。添加PAM溶液可將混凝土渣沉降下來，保證循環(huán)漿性能的穩(wěn)定性[7]。

3 配比試驗(yàn)研究

3.1 室內(nèi)試驗(yàn)

取項(xiàng)目所用原材料，進(jìn)行小樣試驗(yàn)。試驗(yàn)步驟如下：

1）稱取PAM粉末1 g溶于1 000 mL水中，200 r/min攪拌10 min，靜置24 h令其充分溶解，靜置過程中對燒杯上部進(jìn)行封蓋防止水分蒸發(fā)，充分溶解備用。

2）取二期槽段施工期間不同位置的循環(huán)漿進(jìn)行初始性能測試，記錄數(shù)據(jù)。

3）分別取同一位置的循環(huán)漿1 000 mL置于量筒中，標(biāo)記為1#、2#、3#、4#、5#。

4）用移液管分別移取5、10、15、20、25 mL的PAM水溶液加入循環(huán)漿中。

5）300 r/min攪拌10 min，使其充分接觸，靜置5 min，測試并記錄數(shù)據(jù)。

6）24 h后進(jìn)行復(fù)測。

7）取不同位置的循環(huán)漿重復(fù)上述步驟進(jìn)行試驗(yàn)。

通過小樣配比試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合循環(huán)漿性能控制標(biāo)準(zhǔn)（相對密度1.1～1.3、黏度22～35 s、含砂率≤7%、pH為8～11、膠體率95%），初步確定按每立方米的水中加入2 kg的PAM的配比進(jìn)行PAM溶液制備，并在背景工程現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)。

3.2 現(xiàn)場試驗(yàn)

1）檢測二期槽段不同位置的循環(huán)漿性能：黏度、相對密度、pH、含砂率、膠體率、失水量和泥皮厚度等，檢測結(jié)果如表1所示。

表1 不同位置循環(huán)漿泥漿性能

2）取75 m處循環(huán)漿進(jìn)行試驗(yàn)，1000 mL循環(huán)漿中分別加入5、10、15 、20、25 mL預(yù)先溶解的PAM水溶液。攪拌30 s后靜置5 min，測試其混合液性能。24 h后檢測混合液的黏度變化和固定顆粒沉降量，結(jié)果如表2所示。

表2 不同PAM添加量泥漿性能

3）不同位置循環(huán)漿添加15 mL的PAM水溶液后，測得含砂率和相對密度的變化如表3所示。

表3 初始和24 h后泥漿相對密度、含砂率

4 數(shù)據(jù)分析

1）75 m處循環(huán)漿添加PAM溶液后測得初始和24 h后泥漿的黏度，可以發(fā)現(xiàn)隨著PAM溶液添加量的增加，泥漿初始黏度也隨之增加，24 h泥漿黏度隨著PAM溶液添加量的增加先增大后減小，如圖1所示。泥漿膠體率如圖2所示，當(dāng)PAM溶液添加量增加到一定量后膠體率顯著降低，破壞泥漿性能。

圖1 不同PAM添加量泥漿黏度變化

圖2 循環(huán)漿膠體率

2）測得不同位置循環(huán)漿的初始相對密度和含砂率，添加PAM溶液后，含砂率和相對密度變化如圖3、圖4所示。由圖可知，泥漿的相對密度和含砂率均有不同程度的降低。

3）靜置24 h后測量底部沉降固體顆粒含量：添加5、10 mL的PAM溶液以后，固體顆粒沉降較少；添加20、25 mL的PAM溶液以后，出現(xiàn)絮凝現(xiàn)象，導(dǎo)致泥漿中有效成分也被沉降析出（圖5）。

圖3 添加PAM溶液后的循環(huán)漿 相對密度變化

圖4 添加PAM溶液后的循環(huán)漿含砂率變化

圖5 固體顆粒沉降量

4）加入PAM溶液以后，泥漿黏度增大，隨著添加量的增加，PAM分子之間的作用力也隨之增大，泥漿透過濾網(wǎng)也越來越困難。

5 結(jié)語

綜合分析上述數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，PAM添加量為15 mL時(shí)泥漿性能達(dá)到最優(yōu)，不僅可以有效去除雜質(zhì)顆粒，還可以保證泥漿性能。

PAM添加量對泥漿性能的具體影響效果還有待后續(xù)對材料性能的進(jìn)一步研究。本文通過對背景工程中產(chǎn)生的泥漿進(jìn)行大量試驗(yàn)，尋找出一個(gè)優(yōu)質(zhì)的配比，為有效解決混凝土渣污染泥漿的問題提供一種可能。