CN106866056A - 一种用于地下连续墙施工的泥浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于卵石层地下连续墙施工的泥浆，其特征在于，所述泥浆包括以下重量份的原料：钠基膨润土120‑130份、玄武岩纤维3‑4份、CMC为40‑50份，以及适量的盐水。通过对泥浆的组分和配比进行设计，得到了一种尤其适合西南地区砂卵石层地下连续墙成槽护壁的泥浆，其密度适宜，易沉淀并且泥皮厚度合适，能够悬浮渣屑，又能使渣屑在泥浆中循环时迅速下沉，取得了现有泥浆所达不到的技术效果。

Description

一种用于地下连续墙施工的泥浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及地下连续墙施工领域，特别涉及一种用于卵石层地下连续墙施工的泥浆及其制备方法。

背景技术

地下连续墙开挖技术起源于欧洲，20世纪50年代该项技术在西方发达国家及前苏联得到推广，成为地下工程和深基础中有效的技术。经过几十年的发展，地下连续墙的技术已经相对成熟，其中日本在此项技术上最为发达。从我国水电部门首次在青岛丹子口水库用此技术修建水坝防渗墙到现在，地下连续墙施工工艺在我国已经得到了很好的应用，主要在上海、广州等地区。

在连续墙成槽施工中，控制槽壁的稳定性除严格控制工作时空效应外，泥浆护壁成为主要方法，而泥浆护壁的关键就是比重（综合性能指标）和泥皮厚度，要求分子团（泥浆为分子胶体）形成致密的表面薄层即泥皮，而泥皮的致密程度和厚薄与泥浆的PH值相关。由此，泥浆的好坏关乎着地连墙成槽的质量，属于地连墙成槽过程中重点控制的目标之一。在国内，现有使用的泥浆的粘度、比重、悬浮沉渣能力等性能都是针对上海、广州等地区的地质构造而设计的，由于地下连续墙施工技术尚未在西南地区普及（例如四川、重庆等地），甚至尚未采用，没有可以参考的实例，对于不同的地质构造，显然现有的泥浆配方需要作出调整才行。

施工用的泥浆具有护壁、携渣、冷却和润滑的作用，然而，由于现有的泥浆并没有针对砂卵石层施工的实例，特别是针对成槽深度深，施工周边环境复杂，地下水位较高的情况，国内外也未给出相关的技术研究资料，以本申请人承办的成都车站扩能改造行包房工程为例，施工地临近国铁12线，靠近市政地铁1号线，距离地铁盾构最近距离仅10.4m，影响长度28.4m，安全等级均为一级，地下连续墙总长389m，深度32m，厚度1000mm，施工地质情况主要为砂卵石层，底部嵌入中风化岩大于1m，形成封闭环形维护止水帷幕，近距离临近运营既有线和成都市政地铁线施工均是国内首次，由此，泥浆的性能关乎着连续墙成槽施工的质量，进而关乎着整个工程的成败。鉴于此，设计和开发出一种适合西南地区砂卵石层施工的泥浆，将会为整个施工工程提供可靠地保障，并填补我国施工技术所存在的空白。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用于地下连续墙施工的泥浆及其制备方法，使得用于护壁的泥浆达到性能要求指标，实现制成的泥浆对临近既有线的地下连续墙开挖内壁进行护保。

本发明采用的技术方案如下：一种用于卵石层地下连续墙施工的泥浆，其特征在于，所述泥浆包括以下重量份的原料：钠基膨润土120-130份、玄武岩纤维3-4份、CMC为40-50份，以及适量的盐水。

在上述中，膨润土是以蒙脱石为主的含水粘土矿，它具有膨润性、粘结性、吸附性、催化性、触变性、悬浮性以及阳离子交换性等性质。钠基膨润土较之钙基膨润土的物理化学性质和工艺技术性能优越，主要表现在：吸水速度慢，但吸水率和膨胀倍数大，阳离子交换量高，在水介质中分散性好，胶质价高；它的胶体悬浮液触变性、粘度、润滑性好，pH 值高；热稳定性好；有较高的可塑性和较强的粘结性；热湿拉强度和干压强度高。且膨润土制浆能力较强，制造的泥浆含沙量极低（0～0.3%），即几乎全部土颗粒陡变成胶体，没有废余料（1t膨润土可造10-15m³泥浆），这是普通粘土所做不到的。膨润土的原浆密度小（1.02-1.04g/cm³），故能携带的渣屑就多，固相的含砂率可由2%提升到4%。基于上述性能特点，本发明涉及的地下连续墙施工所用泥浆将钠基膨润土作为首选材料。玄武岩纤维用于控制泥浆内的悬浮物，能够在泥浆中起到类似网状的作用，大幅提高泥浆的悬浮渣屑，并使渣屑在泥浆中循环时迅速下沉。CMC作为有助于提高泥浆的粘度、悬浮等特性，提高泥浆的综合性能，盐水用于调节泥浆的PH值，以使泥浆的PH达到设计要求，更具体地说，所述盐水中的盐为钠盐，包括NaCl盐水。

泥浆的主要性能有泥浆密度、黏度、静切力、含砂率、胶体率、失水率、酸碱度和塑性指数等。泥浆的性能指标是成槽施工的重要工艺指标，每一个性能指标的变化都直接影响到机械成槽速度、槽壁稳定、槽内净化及预防孔内事故等一系列的成孔工艺问题，直接影响槽体尺寸、垂直度、泥皮厚度和槽底沉渣厚度等，特别对长槽段施工影响更显著。要充分发挥泥浆的作用，其性能指标的选取非常重要。

因此，作为优选，所述泥浆包括以下重量份的原料：钠基膨润土124.3份、玄武岩纤维3.46份、CMC为47.66份和盐水1000份，按照此比例配置得到的泥浆的性能指标如下：在半离地面静止24h以后，密度1.12g/cm³，粘度28s，含砂率是＜4%，泥皮厚度2.21 mm/min，稳定性是≤0.02g/cm³，胶体率＞98% 和PH值为10，在该指标下的泥浆尤其适合作为卵石层地下连续墙施工的护壁泥浆，其能够对临近既有线的地下连续墙开挖内壁进行护保。

进一步，泥浆中加有分散剂，所述分散剂为纯碱，分散剂的掺量一般为0-0.5%（%表示泥浆总质量分数），在地下水丰富的砂砾层中挖槽，有时不用分散剂，为使泥浆能形成良好的泥皮而掺加分散剂时，对于泥浆粘度的减少，可用增加钠基膨润土或CMC的掺量来调节，另外，为提高泥浆的相对密度，增大其维护槽壁稳定能力，在泥浆中还可掺加加重剂。

进一步，泥浆中还掺有防漏剂，所述防漏剂的掺量为泥浆总质量的0.5-5%。至于防漏剂的掺量，不是一开始配制泥浆时就确定的，通常是根据挖槽过程中泥浆的漏失情况而逐渐掺加，防漏剂一般掺量为0.5%-1.0%，如遇漏失很大，掺量可能增大到5%，或将不同的防漏剂混合使用。

对泥浆主要性能指标的说明：

密度，泥浆的密度是泥浆的重量与规定体积水的重量之比，泥浆相对密度越大，对槽壁的压力也越大，槽壁也越稳固，但如泥浆相对密度过大，泥浆中的水因受压而渗失增多，使附着于槽壁上的泥皮增厚而疏松，不利固壁；同时也影响混凝土浇筑质量；而且由于流动性差而使泥浆循环设备的功率消耗增大。由此，对于本发明所涉及的地下连续墙施工的环境，设计泥浆的相对密度为1.05—1.25。

粘度，粘度大，悬浮土渣、钻屑的能力强，但对成槽开挖的阻力大，生产的泥皮也厚；粘度小，悬浮土渣、钻屑的能力弱，防止泥浆漏失和流砂不利。

含砂量，含砂量大，相对密度增大，粘度降低，悬浮土渣、钻屑的能力减弱，土渣等易沉落槽底，增加机械的磨损。

失水量和泥皮厚度，失水量表示泥浆在地层中失去水分的性能，在泥浆渗透失水的同时，其中不能透过土层的颗粒就粘附在槽壁上形成泥皮，泥皮反过来又可阻止或减少泥浆中水分的漏失，薄而密实的泥皮，有利于槽壁稳固和挖槽机具（钻具、爪斗）的升降，厚而疏松的泥皮，对槽壁稳固不利，且亦形成泥塞使挖槽机具不畅。

稳定性，膨润土泥浆呈弱碱性，PH值一般为7-9,PH值＞11泥浆会产生分层现象，失去护壁作用。

本发明的用于卵石层地下连续墙施工的泥浆的制备方法包括以下步骤：

步骤1、对制备泥浆前的周围环境和条件进行调查，确定合适的制浆环境；

步骤2、根据槽壁稳定性所需的粘度确定钠基膨润土、玄武岩纤维和CMC的掺量，根据施工情况，酌情选用分散剂并确定其掺量，另外，根据挖槽过程中泥浆的漏失情况确定掺漏剂的掺量；

步骤3、将水和钠基膨润土混合搅拌均匀，得到膨润土泥浆，将膨润土泥浆静置24h以后，按照确定的掺量加入玄武岩纤维、CMC、分散剂和防漏剂，搅拌混合均匀后，加入适量的盐水调节PH值为10即可。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、通过对泥浆的组分和配比进行设计，得到了一种适合西南地区砂卵石层施工的用于地下连续墙成槽护壁的泥浆，其密度适宜，易沉淀并且泥皮厚度合适，能够悬浮渣屑，又能使渣屑在泥浆中循环时迅速下沉；

2、本发明的泥浆施工方便，并减少了泥浆对承载力性能的不利影响；

3、经设计研究和现场测验，确定了尤其适合作为卵石层地下连续墙施工的护壁泥浆的最佳配比量和指标参数，在该配比量和指标参数下得到的泥浆，能够对临近既有线的地下连续墙开挖内壁进行护保，这是现有泥浆所达不到的技术效果。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种用于卵石层地下连续墙施工的泥浆的制备方法，其包括以下步骤：

步骤1、制备泥浆前的准备工作，制备泥浆前，需对地基土、地下水和施工条件等进行调查；对于土的调查，包括土层的分布和土质的种类；有无坍塌性较大的土层；有无裂缝、空洞、透水性大易于产生漏浆的土层；有无有机质土层等；对于地下水的调查，要了解地下水位及其变化情况，能否保证泥浆液面高出地下水位1m以上；了解潜水层、承压水层分布和地下水流速；测定地下水中盐分和钙离子等有害离子的含量；了解有无化工厂的排水流入；测定地下水的PH值；对于施工条件的调查，要了解槽深和槽宽；最大单元槽段长度和可能空置的时间；适合采用的挖槽机械和挖槽方法；泥浆循环方法、泥浆处理的可能性、能否在短时间内供应大量泥浆等；

步骤2、根据槽壁稳定性所需的粘度确定钠基膨润土、玄武岩纤维和CMC的掺量，根据施工情况，酌情选用分散剂并确定其掺量，另外，根据挖槽过程中泥浆的漏失情况确定掺漏剂的掺量；确定泥浆配合比时，首先根据为保持槽壁稳定所需的粘度来确定钠基膨润土的掺量、玄武岩纤维的掺量、增粘剂CMC的掺量；对于分散剂，在地下水丰富的砂砾层中挖槽，有时不用分散剂，为使泥浆能形成良好的泥皮而掺加分散剂时，对于泥浆粘度的减少，可用增加膨润土或CMC的掺量来调节；至于防漏剂的掺量，根据挖槽过程中泥浆的漏失情况而逐渐掺加；

步骤3、将水和钠基膨润土用高速回转式搅拌机混合搅拌均匀，得到膨润土泥浆，将膨润土泥浆静置24h钠基膨润土溶胀后，按照确定的掺量加入玄武岩纤维、CMC、分散剂和防漏剂，搅拌混合均匀后，加入适量的盐水调节PH值为10即可。

值得提出的是，为了充分发挥泥浆在地下连续墙施工中的作用，最好在泥浆充分溶胀之后再使用，所有泥浆搅拌后宜贮存3h以上。贮存泥浆宜用钢的贮浆罐或地下、半地下式贮浆池、其容积应适应施工的需要、如用立式储罐或离地一定高度的卧式贮浆罐，则可自流送浆或补浆，无需使用泵送，如用地下或半地下式贮浆池，要防止地面水和地下水流入池内。

同时，泥浆在处理时，在地下连续墙施工过程中，泥浆要与地下水、砂、土、混凝土接触，膨润土、掺合料等成分会有所消耗，而且也混入一下土渣和电解质离子等，使泥浆受到污染而质量恶化。被污染后性质恶化了的泥浆，经处理后仍可重复使用，如污染严重难以处理或处理不经济者则舍弃。

通过上述方法制得的泥浆，其确定的配方参数如下表所示（数字表示重量份）：

为检测制得的泥浆的质量，以测定其具备物理和化学的稳定性、合适的流动性、良好的泥皮形成能力以及适当的相对密度，对通过上述制备方法得到的泥浆利用专用仪器进行质量检测，检测指标如下：

（1）相对密度，密度称测定；

（2）粘度，漏斗粘度计或粘度-比重计测定；

（3）含砂量，ZNH型泥浆含砂量测定仪测定；

（4）泥皮厚度，失水量仪测定；

（5）PH值，石蕊试纸的比色法或酸度计测定；

（6）稳定性，相对密度差试验确定，即将泥浆静置24h，经过沉淀后，测定上、下层的相对密度差；

（7）胶体率，将泥浆静置24h后，其呈悬浮状态的固体颗粒与水分离的程度，即测定泥浆部分体积与总体积之比。

经测验，通过上述制得的泥浆在半离地面静止24h以后，其密度达到1.05-1.25g/cm²，粘度达到20-28S，含砂率＜4%，泥皮厚度达到1-3mm/min，稳定性≤0.02g/cm²，胶体率＞98%，PH值达到10。其中，当原料配比关系为：钠基膨润土124.3份、玄武岩纤维3.46份、CMC为47.66份和盐水1000份时，制得的泥浆的性能指标如下：在半离地面静止24h以后，密度1.12g/cm³，粘度28s，含砂率是＜4%，泥皮厚度2.21 mm/min，稳定性是≤0.02g/cm³，胶体率＞98% 和PH值为10，在该指标下的泥浆尤其适合作为卵石层地下连续墙施工的护壁泥浆，能够对临近既有线的地下连续墙开挖内壁进行护保。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于卵石层地下连续墙施工的泥浆，其特征在于，所述泥浆包括以下重量份的原料：钠基膨润土120-130份、玄武岩纤维3-4份、CMC为40-50份，以及适量的盐水。

2.如权利要求1所述的用于卵石层地下连续墙施工的泥浆，其特征在于，所述泥浆包括以下重量份的原料：钠基膨润土124.3份、玄武岩纤维3.46份、CMC为47.66份和盐水1000份。

3.如权利要求1或2所述的用于卵石层地下连续墙施工的泥浆，其特征在于，所述盐水中的盐为钠盐，泥浆中加有分散剂，所述分散剂为纯碱。

4.如权利要求1或2或3所述的用于卵石层地下连续墙施工的泥浆，其特征在于，泥浆中还掺有防漏剂，所述防漏剂的掺量为泥浆总质量的0.5-5%。

5.如权利要求4所述的用于卵石层地下连续墙施工的泥浆，其特征在于，所述泥浆的制备方法包括以下步骤：

步骤1、对制备泥浆前的周围环境和条件进行调查，确定合适的制浆环境；

步骤2、根据槽壁稳定性所需的粘度确定钠基膨润土、玄武岩纤维和CMC的掺量，根据施工情况，酌情选用分散剂并确定其掺量，另外，根据挖槽过程中泥浆的漏失情况确定掺漏剂的掺量；

步骤3、将水和钠基膨润土混合搅拌均匀，得到膨润土泥浆，将膨润土泥浆静置24h以后，按照确定的掺量加入玄武岩纤维、CMC、分散剂和防漏剂，搅拌混合均匀后，加入适量的盐水调节PH值为10即可。