楊富元,李 偉,高大起

(1.甘肅省疏勒河流域水資源管理局，甘肅 玉門 735211；2.中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 武清 301700)

雙塔水庫(kù)位于甘肅省瓜州縣城東49km處，始建于1958年，1960年2月建成蓄水，是一座以灌溉為主兼顧防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游開發(fā)、生態(tài)輸水等綜合效益的大(2)型水庫(kù)，是河西走廊西端生態(tài)屏障建設(shè)重要的水源地。建庫(kù)初期，由于當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件制約，雙塔水庫(kù)建成后存在一些工程質(zhì)量缺陷。2015年12月，甘肅省疏勒河流域水資源管理局決定對(duì)雙塔水庫(kù)進(jìn)行第4次除險(xiǎn)加固，工程最主要的建設(shè)內(nèi)容為對(duì)主壩、副壩進(jìn)行防滲墻施工，建立水庫(kù)完備的防滲體系。在該工程防滲墻建設(shè)過(guò)程中，廣泛應(yīng)用了泥漿固壁施工方法，保證了工程質(zhì)量和進(jìn)度。本文從泥漿制備到工程應(yīng)用及廢漿處理角度，總結(jié)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，希望對(duì)以后的同類工程建設(shè)有較好的借鑒作用。

1 泥漿在防滲墻施工中的作用

1.1 泥漿的定義

泥漿是把黏土或膨潤(rùn)土按一定比例加水，并摻入要求比例的外加劑攪拌后形成的具有良好流變性能、物理性能及穩(wěn)定性能的懸浮液。由于具有密度大于水及防滲作用的特性，施工中可利用該液體側(cè)向壓力作為臨時(shí)性固定土壁、防止坍塌的特殊液體工具，廣泛應(yīng)用于開挖或開槽后需要在泥漿中作業(yè)的工序。

1.2 固壁泥漿應(yīng)具備的性質(zhì)

(1)物理穩(wěn)定性要求。泥漿在制備好后，靜置一段時(shí)間，期間泥漿的粘土顆粒不會(huì)發(fā)生分層析水和沉淀，這是對(duì)固壁泥漿的最基本要求。

(2)化學(xué)穩(wěn)定性要求。在泥漿的使用過(guò)程中，泥漿中的陰、陽(yáng)離子會(huì)使泥漿性質(zhì)發(fā)生變化，從懸浮狀態(tài)變化為凝集狀態(tài)，泥漿也會(huì)變?yōu)樾鯛疃鴨适г镜墓瘫谧饔谩Ｔ趯?shí)際應(yīng)用中，泥漿防止化學(xué)變化能力越強(qiáng)，其化學(xué)穩(wěn)定性越高，可以重復(fù)利用的次數(shù)也越多，施工成本也越低。

(3)適宜的密度。泥漿由于含有懸浮于液體中的不沉降顆粒，造成泥漿的密度要大于水的密度，正是基于這個(gè)原因固壁泥漿在工程中得到廣泛應(yīng)用。雖然密度大有利于壁體穩(wěn)定，但泥漿密度過(guò)大不僅不利于泥漿的輸送，而且不利于泥漿中混凝土澆筑，因此，泥漿的密度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、地質(zhì)條件及施工階段確定，不可過(guò)小，也不宜過(guò)大。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，易塌地層及松散孔壁宜用密度大一點(diǎn)的泥漿；反之宜使用密度較小的泥漿。

(4)合適的粘度。粘度是流體內(nèi)部阻礙其相對(duì)流動(dòng)的一種特性。粘度隨泥漿密度變大而變大，粘度對(duì)液體的作用與密度相似，也能起到固壁的輔助作用。泥漿的粘度大，其固壁、堵漏、攜帶鉆渣的能力也就越強(qiáng)；但泥漿粘度過(guò)大則要求泥漿泵的輸送能力相應(yīng)提高，同時(shí)泥漿粘度過(guò)大，造成混凝土澆筑中的置換難度加大不利于混凝土澆筑。

1.3 防滲墻施工中泥漿的作用

現(xiàn)階段防滲墻施工以泥漿護(hù)壁挖槽法為主要的施工方法，而泥漿良好的性能控制及正確的使用則是防滲墻施工成敗的關(guān)鍵。泥漿在防滲墻施工中的作用主要體現(xiàn)在以下方面：

(1)防止孔壁坍塌。根據(jù)水力學(xué)知識(shí)，液體側(cè)壓力隨深度加深而變大，利用這一原理，開槽過(guò)程中，在孔內(nèi)注漿后，泥漿的漿液壓力可抵抗槽壁側(cè)面的土壓力和水壓力，還可阻止地下水滲入槽內(nèi)；同時(shí)，泥漿在孔壁表面形成的泥皮又可防止液體向內(nèi)滲入，這種雙重作用可大大減少孔壁的坍塌。

(2)防止?jié)B漏。在防滲墻施工中，槽孔內(nèi)泥漿在壓力作用下注入地層可堵塞滲漏通道，防止泥漿漏失，保證施工的順利進(jìn)行；經(jīng)過(guò)混凝土置換后附著在孔壁的泥漿，在受壓脫水后有很好的抗?jié)B性能，提高了墻體的整體防滲效果。

(3)懸浮及攜帶鉆碴。泥漿在防滲墻成槽施工中，若采用抽砂筒出碴的沖擊鉆進(jìn)工藝，泥漿有懸浮鉆碴的作用；若采用循環(huán)出碴的鉆進(jìn)方式，泥漿有攜帶鉆碴和清洗孔底的作用。

(4)冷卻鉆具，防止鉆頭過(guò)早磨損。防滲墻施工過(guò)程中，泥漿還可起到冷卻與潤(rùn)滑功能，降低成槽機(jī)械因施工而產(chǎn)生的溫升和摩耗，提高設(shè)備壽命。

2 防滲墻施工現(xiàn)場(chǎng)泥漿制備及應(yīng)用

雙塔水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程防滲墻施工所用的泥漿為膨潤(rùn)土泥漿，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)制作膨化后直接輸送至施工槽段內(nèi)。

2.1 泥漿材料的選用

膨潤(rùn)土作為一種礦物原料，具有高度的吸水膨脹性，膨脹后的土顆粒在水中具有良好的分散性，能形成穩(wěn)定懸浮液。制漿用水是泥漿的分散相，其中的雜質(zhì)和pH值對(duì)泥漿的性能有較大影響，若水中含有大量鹽類物質(zhì)事先應(yīng)先進(jìn)行化驗(yàn)，本工程制漿用水采用的是雙塔水庫(kù)庫(kù)區(qū)的水，各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。

為使泥漿滿足不同性質(zhì)的土壤及施工條件下的固壁要求，拌制過(guò)程中往往會(huì)摻加外加劑來(lái)改善泥漿性能，常用的外加劑有以下幾種選擇。

(1)分散劑。泥漿中加入的分散劑一般為純堿或燒堿，起到提高粘土顆粒吸附水分子的能力，保持泥漿穩(wěn)定性的作用，本工程使用的分散劑為純堿。

(2)增粘劑。泥漿中加入的常用增粘劑主要有Na-CMC、共聚型聚丙烯酸鹽(PAC141)、生物聚合物(XC)等，起到增加泥漿的粘度作用，提高對(duì)鉆碴的懸浮能力和固壁效果，本工程使用的增粘劑為Na-CMC。

(3)加重劑。泥漿中常用的加重劑為一般重晶石粉，由于膨潤(rùn)土泥漿的比重較小，摻入加重劑，可以增加泥漿的比重，還能增大泥漿的粘度及凝膠強(qiáng)度。

(4)防漏材料。泥漿制備中有時(shí)也會(huì)加入適量的防漏材料，如鋸末、稻草末、有機(jī)纖維素聚合物等，起到進(jìn)入滲漏通道，達(dá)到減少滲漏量的效果。

2.2 泥漿制作應(yīng)注意的問(wèn)題

由于雙塔水庫(kù)地質(zhì)條件較為復(fù)雜，且建庫(kù)初期施工工藝水平不高，本次壩體防滲墻施工成槽過(guò)程中出現(xiàn)孔壁坍塌等問(wèn)題的可能性非常大，為此，施工前做了專題研究，決定從泥漿檢驗(yàn)及工序銜接等方面加強(qiáng)控制，提高泥漿的固壁效果。

(1)施工中要根據(jù)使用狀態(tài)及時(shí)進(jìn)行泥漿指標(biāo)的檢驗(yàn)。如檢驗(yàn)新拌制的泥漿能否滿足成槽要求；檢驗(yàn)?zāi)酀{池的泥漿能否滿足槽壁穩(wěn)定要求；檢驗(yàn)溝槽內(nèi)的泥漿質(zhì)量，是否會(huì)形成泥皮薄弱且抗?jié)B性能差等問(wèn)題；檢驗(yàn)循環(huán)使用的泥漿質(zhì)量惡化程度等等，保證泥漿始終處于優(yōu)良的工作狀態(tài)。

(2)成本控制。本工程泥漿制作需要的原材料主要有膨潤(rùn)土、增粘劑CMC及分散劑純堿。膨潤(rùn)土較便宜最廉價(jià)，而其余兩種較昂貴。在保證質(zhì)量的情況前提下降低成本，合格的泥漿控制指標(biāo)較多，如粘度、ph值、含沙量、比重等，需要經(jīng)過(guò)多次試配，找到能滿足施工需要且材料耗用最經(jīng)濟(jì)的拌制比例。

(3)泥漿制作與工程整體的銜接。這點(diǎn)在防滲墻施工中是相當(dāng)重要。根據(jù)泥漿制作工藝要求，新配備的泥漿需要靜置一天充分發(fā)酵后才可投入使用，而舊泥漿也需要在成槽之前進(jìn)行回收和利用。當(dāng)工期緊張，泥漿用量大時(shí)，漿液站與施工現(xiàn)場(chǎng)的溝通及計(jì)劃格外重要，在泥漿回籠完成的時(shí)候馬上開始拌制新漿或進(jìn)行泥漿處理以保證工程使用。

(4)泥漿制備數(shù)量的確定。根據(jù)中國(guó)水電基礎(chǔ)局多年的施工經(jīng)驗(yàn)，一般情況下在施工中拌制理論方量的1.4～1.5倍比較合適，能滿足施工需要且浪費(fèi)較少。

2.3 攪拌設(shè)備

本工程采用的是常用的機(jī)械泥漿攪拌器，為NJ11/7.5型鉆井漿液攪拌器。

2.4 泥漿制作配合比

本工程泥漿攪拌采用優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤(rùn)土，根據(jù)地層情況和現(xiàn)場(chǎng)施工條件，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行配合比確定。見(jiàn)表1。

表1 膨潤(rùn)土新制泥漿配合比(配制1m3泥漿)

2.5 泥漿存儲(chǔ)

新制泥漿存儲(chǔ)在砌筑的泥漿池內(nèi)，泥漿池分為膨化池、儲(chǔ)漿池和回漿池三個(gè)，泥漿池大小根據(jù)施工強(qiáng)度來(lái)確定。新制泥漿經(jīng)過(guò)24h膨化后方可使用。

2.6 泥漿運(yùn)輸

經(jīng)膨化后的泥漿可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)的泥漿管路直接輸送到施工槽段。澆筑或經(jīng)過(guò)處理的泥漿可通過(guò)回漿管路輸送回回漿池，重復(fù)利用。

2.7 泥漿的指標(biāo)

泥漿的控制指標(biāo)一般有靜切力、觸變性、失水量、穩(wěn)定性、泥漿的黏度、相對(duì)密度、含砂量、泥皮厚度和pH值。按照SL 174- 2014《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術(shù)規(guī)范》，雙塔水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程塑性混凝土防滲墻的泥漿質(zhì)量控制指標(biāo)為泥漿密度控制在1.10～1.20g/cm3，黏度18～25s，含砂量<5%。造孔全過(guò)程中孔內(nèi)泥漿面始終保持在距導(dǎo)向墻頂面30～50cm范圍內(nèi)，以防出現(xiàn)塌孔等質(zhì)量問(wèn)題。

2.8 施工各階段泥漿性能測(cè)定。

施工期間，為提高泥漿的質(zhì)量及固壁效果，應(yīng)在成槽后，測(cè)定槽底以上0.2～1.0m處泥漿的相對(duì)密度、含砂率和黏度；施工過(guò)程中，應(yīng)經(jīng)常測(cè)定和調(diào)節(jié)泥漿性能，使其適應(yīng)不同地層的鉆進(jìn)要求。對(duì)于覆蓋層(即人工填土部分)泥漿黏度要適當(dāng)大些，失水量和泥皮厚度要小一些；對(duì)于黏土層，泥漿黏度可小一些，濃度也可稀一些。當(dāng)黏度過(guò)高時(shí)，可用分散劑加水稀釋，但應(yīng)禁止直接向槽內(nèi)加清水，而應(yīng)將水加進(jìn)池內(nèi)，經(jīng)充分?jǐn)嚢韬笤儆?；?duì)于砂層，泥漿黏度應(yīng)大些，深度也可大些，失水量和泥皮厚度要小一些，在地下水特別豐富的地層中要采用高黏度高濃度泥漿；對(duì)于滲透性極高的地層，泥漿可能漏失，可用高黏度泥漿，或在泥漿中添加堵漏材料，如鋸末和其他纖維物質(zhì)，也可以直接往槽內(nèi)投黏土球。清槽后，槽底以上0.2～1.0m處的泥漿相對(duì)密度應(yīng)小于1.2，含砂量不大于8%，黏度不大于28s。

3 泥漿循環(huán)使用處理

3.1 泥漿循環(huán)使用的客觀因素

(1)成本因素。雙塔水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程防滲墻施工中泥漿的使用量較大，如果將各項(xiàng)控制指標(biāo)仍符合施工要求的泥漿當(dāng)做廢漿處理是一種很大的浪費(fèi)，我們?cè)谑┕ぶ袑⒛酀{循環(huán)使用，節(jié)約施工成本，且并不影響施工質(zhì)量；

(2)環(huán)保要求。由于文明施工的要求，加之雙塔水庫(kù)處于國(guó)家級(jí)自然環(huán)境保護(hù)區(qū)內(nèi)，環(huán)保要求較高，開展泥漿凈化處理，提高泥漿循環(huán)利用率是環(huán)境保護(hù)的硬性要求。

3.2 處理方法

處理指標(biāo)不合格的泥漿主要采用泥漿凈化機(jī)(振動(dòng)篩)分離技術(shù)和根據(jù)實(shí)驗(yàn)加入一定比例的材料(土料、外加劑)再攪拌兩者相結(jié)合的方法進(jìn)行，本項(xiàng)目采用ZX- 200型泥漿凈化裝置，最大泥漿處理量達(dá)到200m3/h(250m3/h)；凈化除砂效率可達(dá)90%以上(-0.074mm粒級(jí))。

處理方法是將泥漿由砂石泵或氣舉抽吸出來(lái)通過(guò)總進(jìn)漿管輸送到泥漿凈化裝置，經(jīng)過(guò)泥漿凈化機(jī)的粗篩、細(xì)篩兩道篩網(wǎng)篩分，泥漿中含有的大量砂和其他雜質(zhì)被分離出來(lái)，泥漿得到凈化。經(jīng)泥漿凈化機(jī)處理后的泥漿，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到可循環(huán)利用泥漿指標(biāo)要求的，可直接使用；指標(biāo)不滿足要求的泥漿，需經(jīng)過(guò)重新加入膨潤(rùn)土或外加劑拌制，經(jīng)膨化達(dá)到可循環(huán)利用泥漿標(biāo)準(zhǔn)后再使用。配合比經(jīng)試驗(yàn)后確定。泥漿凈化處理流程如圖1所示。

圖1 泥漿凈化處理流程圖

4 廢棄泥漿處理

4.1 廢棄泥漿產(chǎn)生及主要來(lái)源

在防滲墻施工過(guò)程中廢泥漿的來(lái)源主要有以下幾種。

(1)循環(huán)使用的泥漿性能不斷惡化，無(wú)凈化處理價(jià)值時(shí)，需要廢棄。

(2)澆筑混凝土?xí)r離混凝土面2～3m受水泥污染嚴(yán)重的泥漿。

(3)沉淀池下部污泥。

(4)工程結(jié)束后的多余泥漿。

4.2 廢棄泥漿處理方法

常用的處理方法有：傳統(tǒng)沉淀法、化學(xué)固化處理法、土地耕作處理法等。

(1)傳統(tǒng)沉淀法。傳統(tǒng)沉淀法是將廢棄泥漿集中在沉淀池內(nèi)自然沉淀，沉淀后清水直接排放，沉淀物晾曬干燥后運(yùn)至棄渣場(chǎng)，傳統(tǒng)沉淀法成本低，但耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)。

(2)化學(xué)固化處理法。將廢棄泥漿中加入一定的物質(zhì)，使其成為穩(wěn)定的固體，然后填埋或者做其它用處。這種方法能很大程度上處理廢棄泥漿中的一些污染物，能有效防止對(duì)環(huán)境的污染，用單純的化學(xué)處理，成本很高。

(3)土地耕作處理法。將泥漿運(yùn)送到土地進(jìn)行耕作，把廢泥漿與土地耕作在一起，土地繼續(xù)耕種，該法可使廢物中的有害成分獲得最大程度的稀釋，處理成本較低。本工程采用的是傳統(tǒng)沉淀法。

5 結(jié)語(yǔ)

防滲墻在工程界的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，從單純的水利工程已發(fā)展到了房建、交通、市政等領(lǐng)域，泥漿固壁技術(shù)的應(yīng)用也日益成熟。本文結(jié)合雙塔水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程防滲墻的施工，從泥漿的制備和性能、泥漿的循環(huán)使用、廢棄泥漿的處理等方面對(duì)泥漿技術(shù)進(jìn)行了闡述，解決了泥漿性能差、泥漿循環(huán)使用次數(shù)低和大量泥漿排放造成環(huán)境污染等問(wèn)題，對(duì)類似工程防滲墻施工及中泥漿使用和處理具有借鑒和參考意義。