地下连续墙成槽施工中的泥浆性能研究和探讨.docx

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1、 第32卷 增刊22010 年 8月岩土工程Chinese Journal of Geotechnical Engineering学 报Vol.32 Supp.2Aug. 2010地下连续墙成槽施工中的泥浆性能研究和探讨罗云峰(上海市基础工程有限公司设计研究所，上海 200433)摘 要：研究在地下连续墙成槽施工中护壁泥浆的功能和机理、泥浆相关性能的测试控制指标以及泥浆质量调控的方式和方法。并以在建的上海中心大厦为工程实例，给出了在该工程地下连续墙成槽施工时，如何测试调控护壁泥浆性能指标，以确保护壁泥浆性能指标在标准范围之内，保证地下连续墙施工顺利进行。关键词：地下连续墙；成槽施工；护壁泥浆；

2、质量控制中图分类号：TU476文献标识码：A文章编号：10004548(2010)S2044704作者简介：罗云峰(1981 )，男，四川广安人，硕士，助理工程师，主要从事施工用泥浆实验室配比测试及现场调整控制等方面研究。E-mail: luoyunfeng628。Properties of cement slurry in trenching construction of diaphragm wallsLUO Yun-feng(Design and Research Institute, Shanghai Foundation Engineering Co., Ltd., Shanghai

3、 200433, China)Abstract: The function and mechanism of protecting walls of cement slurry in the construction of diaphragm walls are studied.Some results are concluded, as well as the properties and the ways to regulate and control the quality of cement slurry used inthe project of Shanghai Tower. Th

4、ese results help to find a way to control the performance of slurry in trenching constructionand to ensure the properties of slurry controlled, which turns out to be a success in construction of diaphragm walls.Key words: diaphragm wall; trenching construction; cement slurry; quality control0 引言泥浆的护

5、壁作用。泥浆具有一定的比重，如槽内泥浆液面高出地下水位一定高度，泥浆在槽内就对槽壁产生一定的静水压力，泥浆液柱压力作用在开挖槽段土壁下，除平衡土、水压力外，还给槽壁一个向外的作用力，相当于一种液体支撑，可以防止槽壁倒塌和剥落。同时，泥浆在槽壁内的压差作用，部分水渗入地层，在槽壁表面形成一层透水性很低的固体颗粒胶结物泥皮（图1），可使泥浆的静水压力有效地作用于槽壁上，能防止槽壁剥落，起到护壁作用。泥浆的携渣作用。泥浆具有一定的黏性，能在挖槽过程中将土渣悬浮起来并起到运渣介质作用。钻头切削的沉渣、碎屑随着泥浆循环从槽孔底被带出来一同排出槽外，从而保证钻头不断顺利钻进，避免土渣沉积在开挖面上影响挖槽

6、机械的挖槽效率。随着城市规模的不断扩大和和高层建筑的不断增加，超高层建筑的基础施工也日益向更深的层次发展。地下连续墙由于其墙体刚度大、整体性好，基坑开挖过程安全性高，支护结构变形较小；墙身具有良好的抗渗能力；可用于密集建筑群中建造深基坑支护及进行逆作法施工；可作为地下结构外墙；可用于多种地质条件下施工等诸多特点，是基坑围护工程中普遍使用的围护型式。在地下连续墙施工中，泥浆护壁成槽施工已经成为最主要的一种成槽方式，在泥浆护壁成槽施工中泥浆质量的优劣是保证地下连续墙顺利施工及其墙体施工质量的关键，因此对地墙成槽施工中的泥浆进行研究具有直接的工程意义。1 泥浆的功能与护壁机理泥浆的冷却和润滑作用。在

7、钻进中，钻头与槽孔底、钻具及井壁间都会因摩擦而发热。由于泥浆的循环和滑润作用，才能保证钻头和钻具经常冷却和在槽孔内顺利起落。冲击式或钻头式挖槽机在泥浆中挖槽时，可降低钻具因连续冲击或回转而引起温度剧烈升1.1 泥浆在地下连续墙施工中的作用1在地下连续墙成槽施工全过程中泥浆需始终充满槽段，起着液体支撑、保护开挖槽面的稳定、悬浮泥渣、冷却切削机具、刀具切土润滑等作用。故泥浆的正确使用，是地下连续墙成槽成功与否的关键。收稿日期：20100420 448岩 土 工 程 学 报2010年高，又可因泥浆具有润滑作用而减轻钻具的磨损，有利于延长钻具的使用寿命和提高深槽挖掘的效率。良好触变性。所谓触变性是指泥

8、浆搅拌后变稀，静置后变稠的特性，这是衡量泥浆性能的一项重要的指标。即当泥浆在流动时只有很小的阻力，便于泵送泥浆；而当泥浆静止时能迅速转为凝胶状态，避免其中的砂粒迅速沉淀。良好泥皮形成性。所谓良好的泥皮形成性是在槽壁表面形成一层薄而韧的不透水泥皮。被泥浆携带到地面上来的地层颗粒应能容易地从沉淀池、振动筛或旋流器中被分离出来。2 施工过程中泥浆质量调控1-4图1 泥皮示意图泥浆质量控制的目的就是要制备和使用适合地质条件和施工条件的泥浆，通过控制使泥浆在施工过程中保持它的性能。在施工过程中要求在适当的时间、适当的位置对泥浆取样测试，根据测试结果对泥浆采取再生处理、修正配合比或舍弃等措施，以提高施工的

9、精度、经济性和安全性。根据泥浆的使用状态，可将其分为新拌制的泥浆、贮存池中的泥浆、沟槽内的泥浆、混凝土置换出来的泥浆。Fig. 1 Sketch of a typical slurry layer1.2 泥浆护壁的基本原理2在土的孔隙中凝胶化。泥浆侵入土的孔隙成为静止的凝胶，泥浆从槽壁表面向地层内渗透，在渗透到的一定范围内就黏附在土颗粒上，这些凝胶化的泥浆固定了土颗粒的相互位置，在槽壁面附近形成沿垂直方向稳定的土层，可减少槽壁坍塌性和透水性。不透水膜的形成。由于泥浆向槽壁中渗透，槽壁面上的膨润土凝胶层由逐渐固结在一起的膨润土颗粒形成隔水膜，这种不透水膜牢固地密贴在槽壁面土体上，即形成泥皮，泥皮

10、能防止泥浆漏失亦挡住了地下水渗入到槽内，这大大促进了泥浆的护壁作用。静液压力的作用。槽内的泥浆对垂直槽壁作用着静液压力，它比地下水要大，通过不透水的泥皮对壁面产生支护作用。新拌制的泥浆。搅拌好的新鲜泥浆性能必须适合于地质条件和施工条件，并定期对其进行质量控制试验，当泥浆不能满足所需的性能时，必须查找其原因，修正配合比、更换材料或采取其它措施。贮存池中的泥浆。在挖槽过程中要从贮浆池向正在开挖的槽段内供给泥浆，在向沟槽内供浆之前须进行各种性能试验。沟槽内泥浆。对沟槽内的泥浆，可按挖槽过程中和挖槽完到浇灌混凝土之前的静置期间分别进行质量控制。在挖槽过程中，不仅要控制泥浆的质量，而且还要充分注意影响泥

11、浆质量的周边环境。在静置期间，如果不供给良好的泥浆，使槽内泥浆处于完全的静止状态，悬浮在泥浆中的土渣就会沉淀，而使泥浆比重减小，形成的泥皮防渗性低且薄弱。其它因素的作用。除泥浆的一般物理作用外，电渗现象的存在有利于不透水膜的形成。1.3 护壁泥浆应具备的性能3物理稳定性。泥浆即使静置相当一段时间，其性质也没有变化，这叫稳定性高。泥浆长时间处于静置状态，其固体颗粒发生离析沉淀，在特殊情况下，泥浆的上部成为普通的清水，这叫稳定性差。清水或接近于清水的泥浆没有维护槽壁稳定的功能。化学稳定性。若泥浆被反复使用，水泥、地下水以及地基土中的阳离子等会逐渐使泥浆的性质发生变化，即泥浆要从悬浮分散状态向凝聚状

12、态转化。当泥浆出现凝聚时，呈悬浮胶体状态的颗粒就要增大，失去形成良好泥皮的能力，这要求工程实际使用的泥浆要有足够的抗污染能力。混凝土置换出来的泥浆。泥浆与混凝土接触会造成泥浆质量的恶化，如果改变这种状况，可以大幅度地增加泥浆的重复使用次数。根据泥浆质量控制的测试结果，认为“可以使用”的泥浆要直接送到贮浆池中。认为“通过再生处理之后可以使用”的泥浆，要通过化学再生处理或物理再生处理后再行使用。3 泥浆质量的控制指标适当比重。泥浆和地下水之间的压力差可抵抗土压力和水压力，以维护槽壁的稳定。若泥浆的比重较大，就会增大压力差，提高槽壁的稳定性。可如果比重过大，泥浆泵就可能吸不动泥浆或在浇注混凝土时妨碍

13、泥浆与混凝土置换。在地下连续墙施工过程中，泥浆需具备物理稳定性、化学稳定性、合适的流动性、良好的泥皮形成能力和适当的比重。既要使泥浆在长时间静置情况下，不致于产生离析沉淀，又要使泥浆有良好的触变性。 增刊 2罗云峰. 地下连续墙成槽施工中的泥浆性能研究和探讨449对新制备的泥浆或循环泥浆都应利用专用仪器进行质量控制，一般的控制指标如下：（5）泥浆稳定性。泥浆稳定性，是衡量在重力作用下，泥浆是否容易下沉的性质。进行稳定性试验时，对静置 1 h 以上的泥浆，从其容器的上部 1/3 和下部（1）泥浆比重。泥浆比重要严加控制，宜每两小时测定一次。泥浆比重过大，不但影响混凝土的浇筑， 1/3 处各取出泥

14、浆试样，分别测定其比重，如两者没且由于其流动性差而泥浆循环设备的功率消耗亦大。（2）泥浆黏度和切力。泥浆黏度是液体内部阻碍其相对流动的一种特性。破坏泥浆中网状结构单位面积上所需的力，称为泥浆极限静切力，简称泥浆切力。表1 新配制泥浆质量的控制指标有差别则泥浆质量合格。对于一般的软土地基，泥浆质量的控制指标可按表 1、表 2 所示标准进行控制4。4 工程实例Table 1 Indices for newly prepared slurry4.1 工程概况析上海中心大厦建筑高度 632 m ，为国内的第一高楼，主楼基坑面积 11500 m2，开挖深度 31 m，围护形式采用环形地下连续墙，地墙内边

15、直径 121 m ，地墙厚 1200 mm，成槽深度 50 m，共 65 幅。地墙接头形式为“V”型钢板柔性接头，地墙设计强度等级 C45，水下混凝土按 C55 配制。泥浆性能黏性土砂性土检验方法比重计比重/gcm 1.041.051.061.08-3黏度/s 20242530漏斗黏度计含砂量杯PH 试纸含砂量/%pH 值 89失水量348910 mL/30 min 10 mL/30 min失水仪4.2 连续墙泥浆工艺分析泥皮厚度胶体率/%1 mm1 mm在地墙施工时，泥浆性能的优劣直接影响到地墙成槽施工时槽壁的稳定性，是一个很重要的因素。根据本工程的地质情况及以往地墙施工经验，本工程采用 2

16、00 目钙基膨润土制备泥浆，分散剂选用工业碳酸钠，并适当添加入 CMC，其配合比按表 3 选定。地墙施工护壁泥浆性能按表 4 所示进行控制。施工过程中如果泥浆性能指标不能满足槽壁土体稳定，须对泥浆指标进行及时调整控制。9898量筒法静切力仪或旋转黏度计静切力2030/1 min2030/1 min/mgcm-250100/10 min 50100/10 min表2 循环泥浆泥浆质量的控制指标Table 2 Indices for circulating slurry泥浆性能比重/gcm-3黏度/s黏性土1.1525砂性土1.2535检验方法比重计表3 新制泥浆配合比（质量比）漏斗黏度计含砂量杯

17、pH 试纸Table 3 Mix proportion (mass ratio) of newly prepared slurry含砂量/%pH 值 811失水量47811水膨润土CMC NaHCO0.3 3其它外加剂适量320 mL/30 min 20 mL/30 min1000 80失水仪泥皮厚度胶体率/%2.5 mm11，泥浆会产生分层现象，失去护壁作用。地墙施工中，水泥或碱性的地下水混入泥浆，就会增大泥浆的碱性；在酸性土中挖槽或者酸性地下水混入泥浆，泥浆就呈酸性。pH 值的变化能反映泥浆性质的变化。 450岩 土 工 程 学 报2010年为测试控制指标。测试结果如图 24 所示。关键，

18、应根据实际地质条件和具体的施工条件，研究护壁泥浆应具备的性能，根据需要的性能指标选择出符合实际施工要求的泥浆。在地下连续墙成槽施工过程中，要制定相应的泥浆检验标准并及时的对各工况泥浆进行详尽的性能指标测试，如检测出泥浆性能不满足要求时要及时进行调整，保证其性能指标始终能够满足要求，从而可保证地下连续墙施工顺利的进行，本文最后列举的上海中心大厦地下连续墙工程实例正好说明了这一点，可对今后类似工程泥浆测试控制有参考作用。图2 泥浆比重对比图Fig. 2 Comparison of gravity of slurry参考文献：1 建筑施工手册(第四版)编写组. 建筑施工手册M. 第四版.北京 : 中

19、国建筑工业出版社 , 2003: 842 850 (DraftingGroup of Format for Construction (Fourth Edition). Formatfor ConstructionM. 4th ed. Beijing: China Architecture andBuilding Press, 2003: 842850. (in Chinese)图3 泥浆黏度对比图Fig. 3 Comparison of viscosity of slurry2 张瑞云, 张志民. 地下连续墙施工中泥浆质量控制探讨 J.石家 庄铁道学 院学 报. 2003, 16(4): 4

20、2 46. (ZHANGRui-yun, ZHANG Zhi-min. The research and discussion ofquality control of slurry in construction of undergroundcontinuous wallJ. Journal of Shijiazhuang Railway Institute,2003, 16(4): 4246. (in Chinese)图4 泥浆含砂量对比图3 陆震铨, 祝国荣. 地下连续墙的理论与实践 M. 北京: 中国 铁 道 出 版 社 . 1987: 78 81. (LU Zhen-quan, ZH

21、UGuo-rong. Theory and practice of diaphragm wallM.Beijing: China Railway Publishing House, 1987: 78 81. (inChinese)Fig. 4 Comparison of sand ratio in slurry从图 24 可看出，除去第一个槽段 W57 泥浆比重、黏度和含砂量都严重偏大外，其余槽段泥浆比重大部分都位于 1.11.25 之间，泥浆黏度大部分位于1728 s 之间，泥浆含砂量大部分位于 8%以下，只有极小部分数据略微超出控制指标。由于 W57 槽段是最先成槽的槽段，该槽段也是第一个

22、测试的槽段，无相关测试数据去对该槽段泥浆性能指标进行对比和校正，故该槽段指标明显偏大。以该槽段测试出的泥浆数据为基准，及时的对后续槽段用泥浆性能指标进行了调控，保证后续槽段护壁泥浆指标在可控范围之内，目前该工程地下连续墙已全部顺利完工。4 刘国彬, 王卫东. 基坑工程手册 M. 北京: 中国建筑工业出版社. 2009. (LIU Guo-bin, WANG Wei-dong. Excavationengineering handbookM. Beijing: China Architecture andBuilding Press, 2009. (in Chinese)5 李小刚, 易智宏, 李莉萍. 地下连续墙施工中泥浆的合理使用J. 探矿工程. 2005, 32(2): 1517. (LI Xiao-gang, YIZhi-hong, LI Li-ping. Proper use of mud in diaphragm wallconstructionJ. Exploration Engineering: Rock & SoilDrilling and Tunneling, 2005, 32(2): 1517. (in Chinese)5 结 语护壁泥浆的合理使用是地下连续墙成槽施工中的