膨脹巖地層地下連續(xù)墻泥漿處理技術(shù)

童 耀 羅會東

（葛洲壩集團(tuán)基礎(chǔ)工程有限公司，湖北 宜昌 443002）

膨脹巖地層地下連續(xù)墻泥漿處理技術(shù)

童 耀 羅會東

（葛洲壩集團(tuán)基礎(chǔ)工程有限公司，湖北 宜昌 443002）

大岳高速洞庭湖大橋錨定區(qū)施工地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，覆蓋層為淤泥和淤泥質(zhì)粘土，下伏基巖為砂質(zhì)板巖，夾泥質(zhì)板巖，巖層陡立。巖性以粉質(zhì)粘土，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土及粉細(xì)砂層、卵礫石層為主。在施工過程中，極易發(fā)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(hù)壁的性能要求。通過對膨脹巖巖性及液壓銑槽機(jī)配套的泥漿處理設(shè)備的研究，總結(jié)了一套膨脹巖地層地下連續(xù)墻泥漿處理技術(shù)，有效的解決了泥漿問題。

地下連續(xù)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(wǎng)規(guī)劃》中的第12條橫線——杭州至瑞麗國家高速公路在湖南省內(nèi)的重要組成部分，也是構(gòu)成湖南省五縱七橫高速公路網(wǎng)絡(luò)主骨架組成部分，它的建設(shè)將促進(jìn)環(huán)洞庭湖經(jīng)濟(jì)圈和岳陽市社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，促進(jìn)區(qū)域旅游資源的開發(fā)利用，是洞庭湖區(qū)防洪減災(zāi)的需要，是交通量增長的需要。

大岳高速洞庭湖大橋錨區(qū)工程所在地地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，覆蓋層為淤泥和淤泥質(zhì)粘土，下伏基巖為砂質(zhì)板巖，夾泥質(zhì)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(fā)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(hù)壁的性能要求。

洞庭湖大橋岳陽側(cè)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(shè)置一道隔墻，由隔墻將基礎(chǔ)分割成前、后倉兩大部分。

地下連續(xù)墻基礎(chǔ)頂標(biāo)高為+26.000m，墻底標(biāo)高 0.000～-9.000m，墻高 26～35m，設(shè)計(jì)要求地連墻嵌入中風(fēng)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(jìn)行注漿加固，成槽設(shè)備主要采用銑槽機(jī)，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(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀

地下連續(xù)墻技術(shù)起源于歐洲，并于20世紀(jì)50年代，地下連續(xù)墻技術(shù)取得了驚人的發(fā)展，包括挖槽機(jī)械、施工工藝和膨潤土泥漿在基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用。20世紀(jì)90年代地下連續(xù)墻開始應(yīng)用于中國橋梁深基礎(chǔ)工程中，并先后成功實(shí)施了潤揚(yáng)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(chǔ)施工[1-3]。

在地連墻施工中，雙輪液壓銑槽機(jī)及其配套的泥漿處理系統(tǒng)是現(xiàn)在世界上最先進(jìn)的成槽設(shè)備，可用于銑削人工填筑層、粉細(xì)砂層、砂層和強(qiáng)風(fēng)化基巖層，自帶糾偏系統(tǒng)，具有銑削效率高，成槽精度高、成槽孔形規(guī)則等明顯的優(yōu)點(diǎn)。但在本工程中，由于地層多屬于粉質(zhì)粘土層，其泥漿處理系統(tǒng)無法滿足泥漿處理的要求[1]。通過不斷試驗(yàn)和改進(jìn)，總結(jié)出了一套適合粉質(zhì)粘土層防滲墻施工的泥漿處理技術(shù)。

3 地質(zhì)條件

岳陽錨碇地連墻區(qū)域內(nèi)覆蓋土層主要為第四紀(jì)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(zhì)板巖為主，夾泥質(zhì)板巖。巖性以粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土以及粉細(xì)砂層、卵礫石層為主，上部的粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉細(xì)砂層工程地質(zhì)條件較差、卵礫石層工程地質(zhì)條件雖然較好，但其厚度較小，一般1m左右，第四紀(jì)松散沉積均不適宜作為錨碇基礎(chǔ)持力層；下伏的基巖風(fēng)化層中，全、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)板巖承載力較高，工程地質(zhì)條件較好；下伏中風(fēng)化、微風(fēng)化泥質(zhì)板巖、砂質(zhì)板巖承載力高，工程地質(zhì)條件較好，基巖強(qiáng)風(fēng)化層、中~微風(fēng)化層均可以作為錨碇基礎(chǔ)持力層。見下圖2。

圖2 開挖圖層

4 粉質(zhì)粘土層防滲墻施工泥漿處理技術(shù)

與液壓銑配套設(shè)備BE500型泥漿凈化系統(tǒng)，由二臺BE250型細(xì)篩除砂裝置和一臺 GS500型粗篩及分流機(jī)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(zhì)粘土層防滲墻施工的泥漿處理要求。我公司根據(jù)施工地層條件，仔細(xì)研究護(hù)壁泥漿應(yīng)具備的性能，根據(jù)施工工藝流程和規(guī)范要求的檢驗(yàn)指標(biāo)，通過不斷試驗(yàn)和改進(jìn)泥漿處理設(shè)備，在原有的 BE500型泥漿凈化系統(tǒng)中加入臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)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(diào)節(jié)泥漿的性能。

4.1 技術(shù)特點(diǎn)

（1）整個泥漿處理過程實(shí)現(xiàn)了泥漿封閉式管理，標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)的循環(huán)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(jī)可分離大于0.03mm固相顆粒（最小顆?？蛇_(dá)5μm），不僅有效的降低漿液比重、粘度、含砂量等指標(biāo)，還有效降低銑頭和凈化設(shè)備的工作負(fù)荷、減少磨損和能源消耗；泥漿通過凈化，更容易控制漿液質(zhì)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(hù)壁成份，在實(shí)現(xiàn)廢漿回收利用的同時，保證回收泥漿質(zhì)量和護(hù)壁效果。

（5）泥漿存儲池由三層大小逐層遞減的鋼箱組成，內(nèi)設(shè)有泥漿循環(huán)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(shí)現(xiàn)單獨(dú)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(huán)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(yùn)輸極其方便。

4.1.1 施工工藝流程

泥漿處理技術(shù)過程為：槽孔內(nèi)造孔泥漿由銑頭中的泥漿泵輸送至 GS500除沙機(jī)，通過振動粗網(wǎng)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(xì)砂；處理后的泥漿根據(jù)不同地層回收泥漿的性能指標(biāo)，可控性選擇泥漿進(jìn)行臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)進(jìn)行處理，利用離心力的作用分離泥漿中大于0.03mm的粉細(xì)粘粒（最小顆粒可達(dá)5μm），處理后泥漿回到槽孔內(nèi)。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(shè)備

泥漿處理技術(shù)包括制漿系統(tǒng)、泥漿儲存箱系統(tǒng)、泥漿凈化系統(tǒng)和循環(huán)管道等輔助系統(tǒng)。其中泥漿凈化系統(tǒng)包括液壓銑吸漿泵（功率為 75KW），GS500除沙機(jī)振動粗篩網(wǎng)（功率為2KW，過流量為500m3/h，振動電機(jī)轉(zhuǎn)速為1800rpm，網(wǎng)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(jī)（功率為55KW，轉(zhuǎn)鼓長度為1900mm，直徑為550mm，轉(zhuǎn)速設(shè)為2650rpm），鋼性泥漿箱以及集渣坑（詳細(xì)見下圖4）。

在施工過程中，要根據(jù)銑削鉆孔成槽速度和施工效率來確定和調(diào)整設(shè)備的搭配情況和使用功率，保證漿液的輸送量，使槽內(nèi)泥漿高于地下水位和地表水位1.5m，確保槽段內(nèi)壓力平衡。為確保地下連續(xù)墻造孔泥漿凈化處理的快速、高效，各級凈化設(shè)備的泥漿處理量應(yīng)與銑頭中的泥漿泵排量相匹配，并據(jù)此可采用單元裝置配套運(yùn)行，對槽孔內(nèi)鉆孔泥漿隨鉆連續(xù)處理，與正常的銑削鉆孔成槽同步進(jìn)行，使成槽過程中的漿液比重、粘度等性能參數(shù)始終滿足施工要求。當(dāng)泥漿性能穩(wěn)定時，可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)減少（關(guān)閉）泥漿凈化系統(tǒng)中離心機(jī)的工作單元，以降低設(shè)備損耗。

圖4 泥漿處理系統(tǒng)設(shè)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(nèi)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(jìn)速度導(dǎo)致漿液性能參數(shù)波動較大）；含土泥漿通過凈化器進(jìn)料管輸送到振動粗篩網(wǎng)，由于網(wǎng)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(wǎng)篩區(qū)域，而不會出現(xiàn)泥漿的大量損失。

小于 5mm的泥漿顆粒進(jìn)入到流量分配器，然后通過連接管由分配器流入各自對應(yīng)的除砂機(jī)的主罐，泥漿通過泵吸至旋流分離器，當(dāng)泥漿在一定的壓力下，從除砂器進(jìn)口以切向進(jìn)入設(shè)備后，產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)運(yùn)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(xì)砂（大于0.06mm顆粒）從旋流器底孔（軟管）落到振動脫水網(wǎng)篩，處理過后的泥漿經(jīng)旋流器溢流孔匯集到中間罐中，然后由此轉(zhuǎn)移到外罐，此時處理過后的泥漿中仍然含有大量的粉細(xì)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(jī)，泥漿通過進(jìn)料管加入螺旋內(nèi)，再經(jīng)過螺旋筒體內(nèi)的出料孔進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓，在離心力的作用下，比重較大的固相顆粒沉附在轉(zhuǎn)鼓壁上，形成一個環(huán)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(zhuǎn)鼓的出渣口推出，比重較輕的泥漿從溢流口溢出，如此連續(xù)不斷的工作，達(dá)到連續(xù)分離泥漿中粉細(xì)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(shù)對比

4.2 護(hù)壁泥漿及清孔換漿

泥漿護(hù)壁技術(shù)是地下連續(xù)墻工程的基礎(chǔ)技術(shù)之一，其質(zhì)量好壞直接影響到地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量和安全，本工程地連墻成槽全部采用優(yōu)質(zhì)膨潤土泥漿護(hù)壁。

地下連續(xù)墻槽段開挖過程中，液壓銑槽機(jī)要依靠泥漿將切割的碎小巖塊和土體通過反循環(huán)帶出槽外，因此要連續(xù)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(rèn)真做好泥漿管理，及時制備新漿，調(diào)整回漿性能指標(biāo)，及時將廢漿外運(yùn)處理，以確保安全、優(yōu)質(zhì)、高效完成連續(xù)墻的施工。

泥漿的循環(huán)使用與回收處理：

（1）泥漿循環(huán)

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(jī)，由振動篩除去大顆粒鉆碴后，進(jìn)入旋流器分離泥漿中的粉細(xì)砂，最后經(jīng)臥式泥漿沉降離心機(jī)分離粉細(xì)粘粒，凈化后的泥漿流回到槽孔內(nèi)，泥漿循環(huán)系統(tǒng)見圖5。

圖5 液壓銑槽機(jī)泥漿循環(huán)系統(tǒng)流程圖

（2）泥漿回收處理

經(jīng)較長時間使用，如果泥漿粘度指標(biāo)降低，適當(dāng)摻加新漿進(jìn)行調(diào)整；如果粘度指標(biāo)太高，則加入分散劑調(diào)整，經(jīng)處理后仍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的泥漿廢棄。

澆注砼時，自孔內(nèi)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(yùn)輸車(帶封閉料斗)將廢漿運(yùn)至指定排放點(diǎn)排棄，并在排放點(diǎn)采取環(huán)保措施，達(dá)到減少環(huán)境污染的目的。

4.3 施工中解決重難點(diǎn)

按照設(shè)計(jì)泥漿性能指標(biāo)，在實(shí)際施工過程中，無法滿足銑槽的要求。根據(jù)地層的適應(yīng)性，對各泥漿指標(biāo)生產(chǎn)性試驗(yàn)后，進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整：當(dāng)槽孔內(nèi)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(dāng)槽孔內(nèi)漿液比重大于1.15g/cm3，小于1.4g/cm3時，槽壁比較穩(wěn)定；當(dāng)在清孔換漿階段孔內(nèi)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(xiàn)垮塌?？逅娤聢D6所示。

原因：

（1）全風(fēng)化板巖遇水崩解、軟化、膨脹，極易造成槽壁內(nèi)縮和坍塌；

（2）強(qiáng)風(fēng)化板巖砂質(zhì)板巖質(zhì)軟，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石塊體積大，質(zhì)量重，當(dāng)清孔換漿時，孔內(nèi)漿液比重陡然減小，對孔壁支護(hù)力降低，巖石塊易沿裂隙面脫落，造成垮孔和埋鉆。

圖6 全風(fēng)化地層垮孔強(qiáng)風(fēng)化地層垮孔

針對槽孔出現(xiàn)的垮塌所采取的處理措施：

（1）將導(dǎo)墻頂標(biāo)高提高到+29.0m，確保槽內(nèi)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(qiáng)新制泥漿質(zhì)量控制，從材料、計(jì)量、攪拌、膨化等各個工序嚴(yán)格把關(guān)，確保新制泥漿的性能指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

（4）通過泥漿系統(tǒng)適當(dāng)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(yōu)化了清孔換漿工序，在造孔過程的后期，提前進(jìn)行漿液性能調(diào)整，使槽孔內(nèi)漿液性能參數(shù)在造孔結(jié)束時基本滿足驗(yàn)收要求，通過適當(dāng)延長漿液循環(huán)時間，使?jié){液性能達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，整個換漿過程漿液比重和粘度改變速率較小，槽壁應(yīng)力不會出現(xiàn)陡然變化的情況，槽壁穩(wěn)定性增加。

（6）在鋼筋籠下設(shè)前，采用液壓銑進(jìn)行二次清孔。

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

5 結(jié)語

粉質(zhì)粘土層防滲墻施工泥漿處理涉及地下連續(xù)墻和樁基造孔過程中泥漿處理的施工領(lǐng)域，特別涉及一種高粉細(xì)粘粒含量地層地下連續(xù)墻造孔泥漿性能的無害化達(dá)標(biāo)處理控制方法，適合施工場地小、標(biāo)準(zhǔn)化和文明施工要求高的市政工程建設(shè)。對于適用工程的工程進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)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(xù)墻的設(shè)計(jì)施工與應(yīng)用[M].北京:中國水利水電出版社,2001.

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

[3] 徐國平,李健清.圓形地下連續(xù)墻在懸索橋錨碇基礎(chǔ)中的應(yīng)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(tuán)基礎(chǔ)工程有限公司高級工程師，一級建造師，從事地基與基礎(chǔ)工程方向研究。