浅谈地下连续墙成槽施工泥浆性能及护壁原理

浅谈地下连续墙成槽施工泥浆性能及护壁原理

【摘要】随着南宁轨道交通的发展，大部分地铁车站建于地下，地下水位较高的地段采用地下连续墙围护结构，当在细砂层或圆砾层等软弱地层施工地下墙时，稍有不慎，成槽过程往往会引起槽壁的失稳坍塌，采用性能好的泥浆可以平衡地层对槽壁的侧向压力，即对槽壁有个液力支撑作用，防止槽壁的失稳坍塌。同时，泥浆能起到润滑钻具等作用。用工程实例讨论泥浆护壁原理，对刚起步南宁轨道交通建设很有价值和意义。

【关键词】泥浆护壁；泥浆配置；成槽；泥浆性能指标；泥浆再生利用

0.引言

南宁轨道交通1号线试验段广西大学站全长465m，深约17米。地质为回填土、粘土、粉质粘土、圆砾、强风化泥岩。围护结构采用800mm厚钢筋混泥土地下连续墙，连续墙总长996.2m， C30S8水下混泥土浇筑，按照设计要求分成200幅，幅宽3.2m~5m，地下连续墙深度为19.4m~25.45m不等，嵌入泥岩深度不小于2m。本工程地下连续墙施工，采用槽壁机液压抓斗成槽，水下混凝土灌注方法。

在连续墙成槽施工过程中，槽壁稳定是保证连续墙成槽质量的关键。目前，地下连续墙施工中保证槽壁稳定的有效措施是采用泥浆护壁技术。因此，泥浆质量的好坏直接影响连续墙的质量及施工安全，故严格控制护壁泥浆的各项技术性能指标是保证连续墙质量的一大关键因素。

1.泥浆的配置

泥浆配置是地下连续墙施工中的一个重要环节，其性能的优劣将直接影响到槽壁的稳定性，新泥浆必须经过实验确定，本工程泥浆采用性能优良的粘土、纯碱、高浓度CMC和自来水做原料。新拌制泥浆应贮存24小时以上或加分散剂使粘土充分水化后方可使用。

1.1泥浆的性能指标

护壁泥浆性能指标应严格按表1-1所列指标控制。

表1-1护壁泥浆性能指标控制

注：施工中根据槽壁稳定情况，及时对泥浆指标进行试验调整。

1.2泥浆的质量控制

泥浆在重复使用过程中，由于有下述各种原因会使其性质恶化：

（1）由于形成泥皮消耗了泥浆材料。

（2）由于雨水或地下水使泥浆稀释。

（3）粉土或粘土等细颗粒土混入泥浆。

直接使用恶化了的泥浆，不仅会给各种施工带来不良影响，而且会造成施工精度降低或引起槽壁坍塌，结果将使工程受到重大损失。泥浆质量的控制就是要制备适合地基条件和施工条件的泥浆，而且通过控制，使泥浆在施工过程中保持它的性能。

在适当的时间用适当位置的泥浆试样检验泥浆的质量，根据试验结果采取对泥浆的舍弃、再生和修正配合比等适当的措施，以提高施工精度、安全性和经济性。

泥浆指标检测

2.泥浆的护壁原理

泥浆护壁就是在充满水和粘土以及CMC等其他外加剂的混合液的情况下,对于地下连续墙成槽，泥浆对槽壁的静压力和泥浆在槽壁上形成的泥皮可以有效地防止槽、孔壁坍塌。除此之外，泥浆还具有携渣和冷却、润滑机具作用，具有一定粘度的泥浆可以携同泥渣一起排出。

根据地质勘查资料，本工程广西大学站位于邕江北岸，场区土层为二元结构，上为回填、粘土，下为粉土和圆砾层，属于邕江Ⅱ级阶地的河流堆积物，覆盖层厚度17.50-26.2m。下伏基岩为第三系泥岩、粉砂质泥岩为主。不同的土层对泥浆的性能指标要求有所差异，以下分别以砂砾层、土层、泥岩为例说明它们各自对泥浆性能指标的要求：

2.1砂、砾层中使用的泥浆

槽壁机在砂层、砾石、卵石以及破碎带地层中抓进，成槽的难度很大。这类地层称为机械分散地层。由于颗粒之间缺乏胶结，槽壁机抓进时槽壁很容易坍塌。

对于这类地层用泥浆护壁，解决问题的关键是增加槽壁颗粒之间的胶结力。粘性较大的泥浆适当渗入槽壁地层中，可以明显增强砂、砾之间的胶结力，以此使槽壁的稳定性增强。

提高泥浆粘度，主要通过使用高分散度泥浆（细分散泥浆）、增加泥浆中的粘土含量、加入有机或无机增粘剂等措施来实现。细分散泥浆是含盐量小于1%，含钙量小于120ppm，不含抑制性高聚物的分散型泥浆。其组成除粘土、Na2CO3和水外，为了满足槽壁需要，往往加有提粘剂、降失水剂和防絮凝剂（稀释剂）。

依所加处理剂的不同，可有不同种类，如钠羧甲基纤维素泥浆、铁铬盐泥浆、木质素磺酸盐泥浆和腐植酸泥浆等。

2.2土层、泥岩中使用的泥浆

在粘土、泥岩中成槽，突出问题之一是槽壁的遇水膨胀、缩径，甚至流散、垮孔。其原因是粘土、泥页岩中存在着大量的粘土矿物，尤其是蒙脱石粘土矿物的存在，使槽壁粘土接触到槽中泥浆的水时，即发生粘土的吸水、膨胀、分散。这样的地层又称之为水敏性地层。

显然，对于水敏性地层，应尽量减少槽中泥浆对地层的渗水，也就是降低泥浆的失水量以及增强槽壁岩土的抗水敏性，抑制分散是最为关键的问题。以下是针对水敏性地层配制泥浆时的几个要点：

（1）选优质土。由于水化效果好，粘土颗粒吸附了较厚的水化膜，泥浆体系中的自由水量大大减少，所以优质土泥浆的失水量远低于劣质土的。

（2）采取“粗分散”方法。使粘土颗粒适度絮凝，而非高度分散，从而使槽壁岩土的分散性减弱，保持一定的稳定性。

（3）添加降失水剂。Na-CMC、PAM等降失水剂通过增加水化膜厚度，增大渗透阻力、槽壁网架隔膜作用，可使失水量明显减少。

（4）提高基液粘度。泥浆中的“自由水”实际上是滤向地层的基液，其粘度愈高，向地层中渗滤的速率就愈低。

（5）调整泥浆比重，平衡地层压力。井眼中液体压力与地层中流体的压力差是泥浆失水的动力，尽可能减少压力差，维持平衡槽壁机抓进是降失水的有效措施。

（6）利用特殊离子对地层的“钝化”作用。一些特殊离子的嵌合作用可以加强粘土颗粒之间的结合力，从而使槽壁稳定性提高。

（7）利用大分子链网在槽壁上的隔膜作用。泥浆中的大分子物质相互桥接，滤余后附着在槽壁上形成阻碍自由水继续向地层渗漏的隔膜。

（8）利用微颗粒的堵塞作用。在泥浆中添加与地层空隙尺寸相配伍的微小颗粒，可以堵塞渗漏通道，降低泥浆的失水量。

（9）活度平衡。

3.泥浆再生处里

泥浆生产循环工序流程：

新鲜泥浆拌制→新鲜泥浆储备→施工槽段护壁→粗筛去土渣→泥浆沉淀池→泥浆净化处理→泥浆调整和储备。

科技日新月异，资源亦日益短缺，资源的循环使用不仅能减少我们的建设成本，更能节约我们的建设资源，各项性能指标达到规范要求的泥浆予以循环利用，而性能指标不能满足规范要求的对建筑物、构建物存在质量威胁的坚决给予废弃处理。

4.施工效果

基坑开挖后清楚看出附着在墙面上泥皮平均厚度30mm，在圆砾地层段墙面上泥皮较其它地层段的厚，每幅地下连续墙围护结构平整度小于20mm，结果表明了施工过程中很好地把控泥浆质量，对带来良好连续墙施工质量起到关键作用。

平整的墙面墙面泥皮清理

5.结束语

通过本工程实践，采用良好的粘土代替膨润土，同样能配置出性能良好的泥浆，而性能良好的泥浆对成槽施工起到很好作用和效果；同时积累了针对南宁地质情况的相关经验数据，为本地区今后的类似工程提供参考。[科]

【参考文献】

［1］中华人民共和国国家标准.地下铁道工程施工及验收规范.北京：中国计划出版社，2003.

［2］乌效鸣.槽壁液与岩土工程浆液.武汉：中国地质大学出版社，2002.