肖光強(qiáng)
(中交二航局第一工程有限公司,重慶 402160)
埃及蘇赫娜第二集裝箱碼頭位于蘇伊士運(yùn)河南入口約40 km,在開(kāi)羅東南方向 140 km,丘陵山地。
根據(jù)地質(zhì)報(bào)告現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)大體分為3層,地面標(biāo)高至+1m為細(xì)砂層或砂夾泥層,為松散地層;+1m至-8.5為較密實(shí)的細(xì)砂層,中間偶爾會(huì)遇到1~2m的黏土層;-8.5m至-22m為較為密實(shí)的砂卵石層。而本項(xiàng)目地連墻設(shè)計(jì)底標(biāo)高以達(dá)到了砂卵石層,碼頭岸線1 400 m左右,前400 m超過(guò)-22 m都為密實(shí)的砂卵石層,之后1 000 m地質(zhì)則較松軟,因此,沿岸線方向又將碼頭分為M1(前400 m)和M234(后1 000 m)兩個(gè)區(qū)域。
在地連墻施工過(guò)程中,泥漿有著至關(guān)重要的作用。首先,地連墻施工需要持續(xù)的新鮮泥漿供應(yīng)以維持槽壁的穩(wěn)定性,成槽是否穩(wěn)定快速與泥漿好壞密不可分;其次,在施工過(guò)程中,泥漿循環(huán)可以使泥渣懸浮并攜帶一部分泥渣,加快施工效率;并且,銑槽機(jī)或液壓抓斗在持續(xù)高速的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生高溫,長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行對(duì)機(jī)具損耗巨大,泥漿循環(huán)可以冷卻和潤(rùn)滑機(jī)具,使其可以長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)并降低損耗。
泥漿是指有清水和膨潤(rùn)土加上一些添加劑拌和而成的混合液;所以泥漿主要組成有三個(gè)部分。
1)清水:泥漿的溶劑,清水水質(zhì)直接影響泥漿的性能。
2)膨潤(rùn)土:泥漿的主要成分,其膨化性能,與水混合的密度、稠度都與泥漿性能息息相關(guān)。
3)添加劑:由于地質(zhì)條件的不同,往往需要不同性能的泥漿,如早期護(hù)壁,后期護(hù)壁,因此,往往添加一些不同的添加劑提升泥漿性能;另外,在地連墻施工過(guò)程中,開(kāi)挖會(huì)摻和一些砂土降低泥漿性能,加入添加劑可有效地防止泥漿劣化。
泥漿的性能主要表現(xiàn)在比重、黏度、含砂率、pH值四個(gè)方面。
1)比重:比重增加,槽壁穩(wěn)定性增加,泥皮厚度減小,攜渣能力增加,比重過(guò)大,滲流增多,不利于固壁。
2)黏度:黏度增加,槽壁穩(wěn)定性減弱,黏度過(guò)大,鉆挖阻力大,生成泥皮厚,不利于槽壁穩(wěn)定。
3)含砂率:含砂率增加,攜渣能力減弱,比重增加,黏度減少,含砂率越小越好,一般不應(yīng)大于5%。
4)pH值:pH值過(guò)大不利于槽壁穩(wěn)定,一般8~9為宜。
不同的地質(zhì)條件和施工工藝往往需要不同性能的泥漿。以埃及蘇赫納第二集裝箱碼頭為例,縱向?yàn)樯奥咽貙樱瑱M向本項(xiàng)目沿碼頭岸線分為地質(zhì)較硬的M1(前400 m)和地質(zhì)較松軟的M234(后1 000 m);與之對(duì)應(yīng),M1區(qū)域采用更適合硬層的液壓抓斗成槽,M234采用銑槽機(jī)和液壓抓斗同時(shí)施工,大大加快了施工效率。
M1地質(zhì)硬,成槽慢,液壓抓斗配備的泥漿循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)輸距離遠(yuǎn);另外,M1臨海,潮汐使得地下水位增高,加大了泥漿護(hù)壁的壓力;而且一部分海水通過(guò)滲流混合到泥漿中,加速了泥漿劣化,因此適合后期護(hù)壁泥漿;M234地質(zhì)軟,成槽快,與銑槽機(jī)配備的泥漿循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)輸距離近,因此適合前期護(hù)壁泥漿。
根據(jù)不同的地質(zhì)條件和施工工藝,本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了前期護(hù)壁,后期護(hù)壁兩種泥漿。
首先,對(duì)原材進(jìn)行選擇,筆者在埃及市場(chǎng)選取了3種水質(zhì)較好的清水為1號(hào)清水、2號(hào)清水、3號(hào)清水;和3種膨化性能較好的膨潤(rùn)土分別為1號(hào)膨潤(rùn)土、2號(hào)膨潤(rùn)土、3號(hào)膨潤(rùn)土。然后分別隨機(jī)組合得到9種性能指標(biāo)不同的泥漿溶液分別對(duì)其性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試得到表1。
表1 新制泥漿性能對(duì)比
配制好新制泥漿后,筆者將9種泥漿分別在M1和M4不同地質(zhì)條件下選取9幅地連墻進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),并由清孔達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)含砂率的時(shí)間、以及護(hù)壁效果(是否塌孔:澆筑的標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高差值比較)等進(jìn)行優(yōu)劣對(duì)比,如表2。
表2 泥漿性能對(duì)比表
根據(jù)結(jié)果,對(duì)于M1區(qū)域筆者選取了后期護(hù)壁效果較好的 1號(hào)泥漿,對(duì)于M4區(qū)域筆者選取前期護(hù)壁效果較好的 5號(hào)泥漿。
根據(jù)規(guī)范要求查得泥漿要求的比重,黏度,含砂率以及pH值等性能指標(biāo)如表3。
表3 泥漿性能指標(biāo)表
根據(jù)成槽工藝和地質(zhì)條件的不同,適當(dāng)提高比重,利于護(hù)壁,形成早期護(hù)壁泥漿;適當(dāng)增加黏度,降低比重形成后期護(hù)壁泥漿。
設(shè)計(jì)了適合不同地質(zhì)和工藝的泥漿還不能保證泥漿性能的完美發(fā)揮,因?yàn)橛绊懩酀{性能不只是配合比的設(shè)計(jì)和原材料的選用,其中泥漿的儲(chǔ)存時(shí)間和運(yùn)輸距離也是影響泥漿性能的重要因素。長(zhǎng)時(shí)間的靜置容易造成泥漿分層;運(yùn)輸距離過(guò)長(zhǎng)泥漿也容易在關(guān)閉形成膠化物,從而劣化;因此,為了保證泥漿的良好性能不得不設(shè)計(jì)一個(gè)完美的泥漿循環(huán)系統(tǒng)。
泥漿循環(huán)系統(tǒng)一般分為兩種。傳統(tǒng)的泥漿循環(huán)系統(tǒng),液壓抓斗和鋼絲繩抓斗一般采用傳統(tǒng)的泥漿循環(huán)系統(tǒng);新型的泥漿循環(huán)系統(tǒng),銑槽機(jī)與之對(duì)應(yīng);兩種系統(tǒng)各有利弊,本項(xiàng)目根據(jù)不同的工藝,兩種泥漿循環(huán)系統(tǒng)均有設(shè)計(jì);下面對(duì)兩種系統(tǒng)進(jìn)行介紹分析,對(duì)比優(yōu)缺點(diǎn),希望對(duì)類似項(xiàng)目提供參考。
傳統(tǒng)的泥漿循環(huán)系統(tǒng)需就近修建泥漿站,包含三個(gè)泥漿池,分別為:新制泥漿池、泥漿儲(chǔ)存池、泥漿回收池;在新制泥漿池中制備泥漿,在泥漿儲(chǔ)存池中膨化泥漿在通過(guò)泥漿管道用泵輸送至槽體,在施工的同時(shí)用泵回收泥漿,通過(guò)回收管道輸送至泥漿回收池;泥漿回收池中可利用的泥漿轉(zhuǎn)入泥漿制備池中循環(huán)利用,不能利用的廢棄泥漿用自卸車運(yùn)到指定區(qū)域進(jìn)行丟棄。
整個(gè)泥漿系統(tǒng)簡(jiǎn)單易行,建造成本較低,但泥漿利用率不高;且泥漿池占地面積較大,基本只能一次使用,施工完成后需拆除,前期準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng),在泥漿池運(yùn)行過(guò)程中泥漿容易泄露需經(jīng)常進(jìn)行文明施工維護(hù);泥漿儲(chǔ)存時(shí)易摻雜垃圾和雨水影響泥漿性能;泥漿輸送管道較長(zhǎng),鋪設(shè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
4.1.1 泥漿系統(tǒng)總體布置
本項(xiàng)目施工沿線約1 350 m,最初計(jì)劃將漿站設(shè)置在最西邊,由于地質(zhì)條件不同,以M1和M234分隔開(kāi)在M1的端頭設(shè)置一個(gè)臨時(shí)的漿站,以便提供不同護(hù)壁效果的泥漿。
總體布置如圖1。
圖1 泥漿系統(tǒng)總體布置圖
4.1.2 泥漿系統(tǒng)優(yōu)化
在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,筆者發(fā)現(xiàn)泥漿性能受運(yùn)距的影響極大;新制性能良好的泥漿在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)1 km的運(yùn)輸后開(kāi)始劣化,比重和黏度加大,護(hù)壁效果變差,性能變得不再優(yōu)良因此筆者優(yōu)化了泥漿管線,假設(shè)臨時(shí)漿站減少泥漿的運(yùn)輸距離,使泥漿性能達(dá)到最大的保障。
優(yōu)化后泥漿系統(tǒng)布置如圖2。
圖2 優(yōu)化后泥漿系統(tǒng)總體布置圖
與傳統(tǒng)泥漿循環(huán)系統(tǒng)不同的是新型泥漿循環(huán)系統(tǒng)采用泥漿罐代替了泥漿池,不需建造泥漿池,只需修筑一個(gè)泥漿罐放置平臺(tái)即可施工;同樣分為泥漿制備罐、泥漿儲(chǔ)存罐、泥漿回收罐,與傳統(tǒng)泥漿循環(huán)系統(tǒng)不同的是銑槽機(jī)本身安裝了一個(gè)泵,在施工過(guò)程中由泥漿儲(chǔ)存罐輸送泥漿至槽體,銑槽機(jī)本身會(huì)將泥漿循環(huán),將可利用的泥漿循環(huán)利用,不可利用的輸送至泥漿回收罐。與傳統(tǒng)泥漿系統(tǒng)相比,新型泥漿循環(huán)系統(tǒng)大大提高了泥漿利用率,且泥漿罐與銑槽機(jī)相連,管道距離短,不用擔(dān)心運(yùn)輸距離長(zhǎng)導(dǎo)致泥漿劣化,并且利用泥漿罐儲(chǔ)存泥漿本身就是封閉的不用擔(dān)心泥漿遮蔽問(wèn)題,泥漿不會(huì)與雜物混合而影響性能;但由于泥漿循環(huán)系統(tǒng)與銑槽機(jī)配套,成本較高,一旦故障,維修較為困難。
4.2.1 泥漿系統(tǒng)總體布置
由于工期緊,項(xiàng)目總體進(jìn)度部署,所以在地連墻施工后期,本項(xiàng)目引進(jìn)了新型泥漿罐循環(huán)系統(tǒng),按照泥漿池循環(huán)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn),泥漿罐僅設(shè)置在西端頭滿足M4區(qū)域施工,減少了泥漿運(yùn)距,保證了泥漿性能。泥漿系統(tǒng)總體布置圖如圖3。
圖3 泥漿系統(tǒng)總體布置圖
為滿足總體施工和進(jìn)度安排,埃及蘇赫納項(xiàng)目采用兩種循環(huán)系統(tǒng),在施工前期,采用成本較低的傳統(tǒng)泥漿池,隨著施工進(jìn)程的發(fā)展不斷減少循環(huán)路徑,優(yōu)化循環(huán)路線,在M4區(qū)域采用成本較高但泥漿性能優(yōu)良的新型泥漿罐從而整體達(dá)到利益最大化。
相比較而言,泥漿罐整體優(yōu)于泥漿池,值得注意的是泥漿最大涵蓋運(yùn)距不宜超過(guò)500 m,否則,泥漿性能會(huì)受到影響。
泥漿的合理運(yùn)用對(duì)于地連墻施工具有至關(guān)重要的作用,研究泥漿的性能、配比、制備過(guò)程、作用機(jī)理,設(shè)計(jì)出滿足不同地質(zhì)條件和施工工藝要求的泥漿,并且對(duì)現(xiàn)有的泥漿循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,應(yīng)用到工程實(shí)際中,具有巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,希望對(duì)類似的工程項(xiàng)目有所幫助。
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