大斷面砂層中地下連續墻泥漿使用及質量控制

趙民,劉衛衛,付艷青

(濟南市勘察測繪研究院,山東 濟南 250000)

0 引 言

地下連續墻具有墻體剛度大、整體性好,基坑開挖過程安全性高,支護結構變形較小;墻身具有良好的抗滲能力等優點,因此成為大型深基坑工程維護的首選工藝[1]。地下連續墻在施工過程中,優質的泥漿性能是保證地下連續墻成槽穩定的關鍵,在泥漿性能指標中,比重、漏斗黏度、失水量、泥皮厚度等指標對地下連續墻槽壁穩定起著最關鍵的作用。因此,科學控制泥漿質量是保證成槽的關鍵。

某盾構工作井基坑開挖深度約 40 m,采用地下連續墻作圍護結構。地下連續墻厚 1.5 m,最大墻深 59 m,場地工程地質及水文地質條件極為復雜,基坑穿越粉土、黏性土、粉砂層、粉細砂層及中粗砂層,其中粉細砂層最大厚度達 42 m,土體穩定性差;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、漢江水力聯系密切,呈互補關系,地下水位季節性變化規律明顯,水量較為豐富。

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

1 泥漿制備

1.1 泥漿系統設置

該工程泥漿系統由泥漿處理系統、泥漿分離系統、泥漿箱、泥漿筒以及泥漿攪拌機組成。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,非入巖地層成槽時,成槽后的泥漿經過黑旋風泥漿處理系統即可進入循環泥漿箱作為循環漿繼續應用。入巖地層采用德國寶峨BC40液壓銑槽機進行成槽,泥漿要經過泥漿分離系統才能作為循環漿繼續使用。該工程方量最大的地下連續墻為 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,滿足單幅地下連續墻3倍泥漿存儲量。泥漿系統平面布置如圖1所示。

圖1 泥漿系統平面布置示意圖

1.2 配漿材料及配比

根據技術規范[2]、本工程的地質情況及以往地下連續墻的施工經驗,確定成槽過程中易發生坍塌的砂層泥漿性能指標如表1[3]。

表1 砂層泥漿性能指標

本項目地下連續墻現場泥漿配方為:4%優鉆100土+0.8‰純堿,能夠滿足以上指標。

1.3 現場泥漿配備

現場配漿流程如圖2所示,膨潤土等材料測試合格后,按照已經確定的配合比進行稱量;在泥漿攪拌桶中加入水后,開啟攪拌機,邊攪拌邊加入膨潤土和其他材料;現場用的攪拌機為噴射型混合射流式,攪拌能力較差,充分攪拌的時間為15～20 min;泥漿攪拌完成后,進行性能測試,達到預期指標后,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 現場配漿流程

尤其要重視的是現場制備泥漿時,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。

現場配漿流程如圖2所示。

2 泥漿使用性能

2.1 泥漿循環

現場泥漿循環如圖3所示,利用泥漿泵、消防水帶、球閥開關等,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過除砂設備,根據性能再生使用或廢棄。

圖3 現場泥漿循環示意圖

2.2 清孔和換漿

本工程地下連續墻在完成銑槽后用銑槽機及配套的寶峨泥漿分離系統進行清孔換漿。槽孔終孔并驗收合格后,即采用液壓銑槽機進行泵吸法清孔換漿。將銑削頭置入孔底并保持銑輪旋轉,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,進入旋流器分離泥漿中的粉細砂。經凈化后的泥漿流回到槽孔內,如此循環往復,盡可能地將泥漿中的泥沙分離干凈后開始置換槽內泥漿。

在清孔完成后,利用銑槽機強大的吸漿能力,將槽段內的成槽用的循環泥漿全部置換成新鮮泥漿,以確?；炷翝补噘|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對回收泥漿進行分離,分離后泥漿應經過檢測,合格的泥漿繼續循環使用,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等五幅地下連續墻,對在成槽深度為 10 m、20 m、30 m、40 m、50 m位置時,進行泥漿性能參數的檢測,檢測的性能指標包括:泥漿比重、含砂率、黏度、中壓濾失量等。泥漿性能指標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,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 泥漿質量保證措施

該盾構工作井地下連續墻地質情況復雜、工期緊,泥漿使用量大,泥漿各項指標極易變化,因此施工過程中在制備泥漿的同時,應該配備重晶石粉、CMC以及純堿[5]。當泥漿池泥漿比重低于1.05不滿足規范要求時,應在每方新漿加 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內增加約0.02～0.04 g/cm3;當泥漿池內泥漿黏度不足 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,泥漿池內的泥漿黏度會在2～4 h內增加2～4 s。

該盾構工作經地下連續墻需穿越粉砂層和粉細砂層,成槽至砂層時,泥漿中含砂量會迅速增加,需采取必要措施進行處理[6]。為此,在循環使用泥漿時,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,要對泥漿池進行定期7天左右的清理,含砂量較大的泥漿經過處理后方可循環使用[7]。

3 結 語

根據有關技術規范和同類工程經驗,確定了本工程地下連續墻成槽過程中易發生坍塌的砂層泥漿性能指標,對泥漿比重、含砂率、黏度、中壓濾失量等性能指標進行監測,采取措施對泥漿質量進行嚴格控制,有效地保證了地下連續墻施工工藝的進行,有關結論如下:

(1)嚴格控制新配置泥漿質量,能夠有效保持槽壁穩定。

(2)使用重晶石粉、CMC以及純堿可短期內改善泥漿性能。

(3)本工程地下連續墻成槽至砂層時(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。