槽壁穩(wěn)定性及泥漿護(hù)壁理論

1、基坑工程課程論文題目：有關(guān)槽壁穩(wěn)定性和泥漿作用的探討專 業(yè) 城市地下空間工程 班 級(jí) 0734121 姓 名 劉龍飛 學(xué) 號(hào) 073412124 任課教師 楊國洲老師 完成時(shí)間 2014年11月14日 有關(guān)槽壁穩(wěn)定性和泥漿作用的探討摘要：為保證地下連續(xù)墻槽壁在施工過程中的穩(wěn)定和工程質(zhì)量，泥漿護(hù)壁技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用推廣。在基于對(duì)地下連續(xù)墻槽壁穩(wěn)定影響因素分析基礎(chǔ)上,時(shí)如何合理確定泥泉指標(biāo)予以了討論，在工程實(shí)踐中可予以應(yīng)用。關(guān)鍵詞：泥漿的性能指標(biāo) 泥漿護(hù)壁 泥漿處理設(shè)備一、引言 隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展和科技生產(chǎn)力的日新月異，高層建筑在城市量越來越多。地下連續(xù)墻因其剛度大、整體性好、施工中對(duì)相鄰建筑

2、物的影響小等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于高層建筑基礎(chǔ)工程，特別是深基坑施工中。地下連續(xù)墻的施工工藝包括修筑導(dǎo)墻、泥漿制備與處理、挖深槽、鋼筋籠制作與吊放、澆筑混凝土等重要工序。其中，成槽是關(guān)健，而泥漿的質(zhì)量好壞則直接關(guān)系到能否順利成槽。因此，必須做好施工中的泥漿質(zhì)量的控制。1、泥漿的組成泥漿在地下連續(xù)墻成槽過程中有護(hù)壁、攜渣、冷卻和潤滑的作用，這些作用依靠其組成成分的有機(jī)組合來實(shí)現(xiàn)的。地下連續(xù)墻施工中使用的泥漿有澎潤土泥漿、聚合物泥漿、鹽水泥漿、CMC泥漿等。其中膨潤土泥漿是應(yīng)用最普遍的一種泥槳。主要組成物質(zhì)有：1）、膨潤土膨潤土是一種顆粒極細(xì)、遇水顯著膨帳、粘性和可塑性都很強(qiáng)的特殊土。它具有觸變性、濕

3、漲性和膠體性，是使泥漿形成泥皮，具有護(hù)壁作用的重要因索。其質(zhì)量因其產(chǎn)地、出廠時(shí)間和粒徑大小等不同而有較大差異，選用時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況合理取用。2）、水 水的PH值和其中的雜質(zhì)對(duì)泥漿的性質(zhì)有一定的影響，優(yōu)先選用自來水。如果使用河水、地下水等性質(zhì)不明的水時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行拌合試檢。3）、外加劑 為使泥漿的性能適合地下連續(xù)墻的挖掘施工的要求，達(dá)到防止槽壁坍塌、增強(qiáng)泥漿性能、保持槽璧穩(wěn)定和抵杭污染等目的，需根據(jù)具體情況，加入適當(dāng)?shù)耐饧觿?。常用的外加劑有分散劑（例如水木質(zhì)素碳酸鈉）、增粘劑（例如羥甲纖維素）、加重劑（例如重晶石）和防漏劑（例如鋸末）。2、泥漿的質(zhì)量控制指標(biāo) 在地下連續(xù)墻施工過程中，泥槳應(yīng)保持物理

4、和化學(xué)的穩(wěn)定性及適當(dāng)?shù)南鄬?duì)密度，具備合適的流動(dòng)性和良好的泥皮形成能力。而實(shí)際施工中，泥漿要與地下水、砂、土、混凝土等接觸，膨潤土和外加劑等成分會(huì)有一定的損失。同時(shí)會(huì)混入土磕、電解質(zhì)離子等一些雜質(zhì)，使泥漿受到污染而質(zhì)量惡化。因此，需要對(duì)制備的泥漿和循環(huán)泥漿進(jìn)行檢驗(yàn)，以確保泥漿質(zhì)量。1）、相對(duì)密度泥漿的相對(duì)密度越大，對(duì)槽壁的壓力也就越大，槽壁也就越穩(wěn)固。如果泥漿相對(duì)密度過大，則會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)性變差，增加泥漿循環(huán)設(shè)備的功準(zhǔn)消耗，而且影響混凝土澆筑質(zhì)量。一般膨潤土泥漿祖對(duì)密度宜為1.051.15，在地下連續(xù)墻施工中，可用泥漿比重計(jì)測(cè)量泥漿相對(duì)密度，一般宜每兩小時(shí)側(cè)定一次泥漿相對(duì)密度。2）、黏度泥漿黏度大，

5、則懸浮土渣、鉆屑的能力強(qiáng)，但同時(shí)容易糊鉆頭，造成鉆挖阻力增大。而且黏度大的泥漿生成的泥皮也厚。泥漿黏度小，則懸浮土渣、鉆屑的能力弱，對(duì)防止泥漿漏失及流沙不利。泥槳黏度要很據(jù)土層來選擇擇，例如：黏土層一般取1820s，而砂礫土層則取2025s。泥漿黏度可用漏斗黏度計(jì)測(cè)定。將700 ml漏斗放在試驗(yàn)架上，用手指堵住下面的出口.將500ml泥漿通過0.25mm的金屬濾網(wǎng)裝入漏斗，然后拿開手指，打開出口，用秒表側(cè)定其全部流出所需時(shí)間（s），即為黏度指標(biāo)。3）、失水量和泥皮厚度失水量表示泥槳在地層中失去水分的性能，即泥漿向槽璧土層滲透的多少。在泥漿向土層滲透時(shí)，其中不能透過土層的顆粒就會(huì)粘附在槽璧上，形

6、成泥皮。而泥皮反過來又可以阻止或減少泥漿中水分的漏失。失水量小的泥漿，形成的泥皮薄而密實(shí)，對(duì)于槽壁穩(wěn)固有利。失水量大的泥漿，形成的泥皮厚而疏松.對(duì)于槽壁穩(wěn)定不利，一般合適的失水量為2030ml /30 min，泥皮厚度宜為13 mm。 失水量和泥皮厚度利用過濾實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過濾側(cè)定，側(cè)定時(shí)，將墊圈、金屬濾網(wǎng)（網(wǎng)眼為0.170.25mm）、濾紙放入底盤，其上放圓筒，在圓筒內(nèi)裝入不少于290ml的泥漿，將頂蓋用緊固螺旋密封后，施加0.30 MPa的壓力達(dá)30 min（壓力要保持穩(wěn)定），然后測(cè)定從底盤流入量筒的水量（ml）和濾紙上的泥皮厚度（mm）。4）、含砂量含沙量是指泥漿中所含不能分散的顆粒的體積占泥

7、漿總體積的百分比。泥槳含砂量大，黏度降低，從而懸浮渣土、鉆屑的能力減弱，土渣等容易沉底，進(jìn)而增加挖槽機(jī)械的磨損。泥槳的含砂量一般要求愈小愈好，不宜超過5%。含砂量一般用ZNH型泥漿含沙量側(cè)定。取一定量的泥漿，使其通過200號(hào)篩孔，側(cè)試留在篩子上的砂子體積，共所占泥漿總體積的百分?jǐn)?shù)即為含沙量。5）、膠體率膠體率反映的是泥漿中呈懸浮狀態(tài)的固體顆粒與水分離的程度。泥漿膠體率高，可使土渣、鉆屑呈懸浮狀態(tài)。一般要求泥漿的膠體率高于96%，否則更摻入堿或火堿進(jìn)行處理。可用量筒量取100ml泥漿，用玻璃片蓋上，靜置24h之后，觀察量筒下部泥漿部分體積，其與總體積之比即為膠體率。6）、靜切力靜切力指的是對(duì)泥漿

8、施加外力，使靜止的泥漿開始流動(dòng)的一瞬間阻止其流動(dòng)的阻力。靜切力大的泥漿，懸浮土磕和鉆屑的能力強(qiáng)，但其鉆孔阻力也較大；泥漿靜切力小，則土磕、鉆屑易沉淀。靜切力指標(biāo)一般取兩個(gè)值，靜止1min后測(cè)定，其值為23 kPa；靜止10min后側(cè)定，共值應(yīng)為510 kPa。7）、PH值PH值表示泥漿的酸堿值。膨潤土泥槳呈弱喊性，PH值一般為89，PH11時(shí)泥漿會(huì)產(chǎn)生分層，使泥漿失去護(hù)壁作用。在施工中如水泥或呈堿性的地下水混泥漿，如在酸性或呈酸性的地下水混入，泥漿就呈酸性。在施工現(xiàn)場(chǎng)，泥漿的PH值多用石蕊試紙側(cè)定。PH值發(fā)生變化則意味著陽離子混入泥漿，所以泥漿PH值的變化能反映出泥漿的性質(zhì)發(fā)生了變化。8）、穩(wěn)

9、定性穩(wěn)定性是指泥漿各成分混合后呈懸浮狀態(tài)的性能。常用相對(duì)密度差實(shí)驗(yàn)確定。即將90ml泥漿置于100ml量筒中，蓋上玻璃片，使靜置24h，經(jīng)過沉淀后，分別側(cè)試上部1/3和下部1/3的相對(duì)密度，一般要求兩者之差不大于0.02。二、泥漿對(duì)槽壁穩(wěn)定性的影響分析1、泥槳在開挖中的主要作用1）護(hù)壁這是最重要的一個(gè)作用，其表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:漿的靜水壓力可抵抗作用在槽壁上的土壓力和水壓力，并防止地下水的滲入；泥漿在槽壁上形成不透水的泥皮，從而使泥漿的靜水壓力有效地作用在槽壁上，同時(shí)防止槽壁的剝落；泥漿從槽壁表面向地層內(nèi)滲透到一定的范圍就拈附在土顆粒上，即泥漿的凝膠作用，泥漿侵入土中孔隙成為靜止的凝膠，凝膠化

10、的泥漿固定了土顆粒的相對(duì)值置，在槽壁附近形成穩(wěn)定的土皮，這樣可使槽壁減少坍塌性和透水性。2）懸渣和攜渣 由于泥漿具有較高的粘性，故能在開挖過程中將土渣懸浮起來，用泥泵不斷地抽取攜渣泥漿同時(shí)灌入新鮮的泥漿。如果土渣不能迅速排出，就會(huì)降低挖槽機(jī)械的功能，而且泥漿中土渣最的增多，也會(huì)使泥漿循環(huán)的阻力增大，進(jìn)一步降低挖掘的效率，但這也會(huì)提高泥漿的容重，從而提高地下連續(xù)墻的穩(wěn)定性。3）抗混凝土和地下水污染 泥漿有良好地抗混凝土和地下水污染的能力，可以長時(shí)間保持流動(dòng)狀態(tài)，在澆注過程中能被混凝土順利地置換到槽壁外，如果泥漿的容重較大則會(huì)使得置換產(chǎn)生困難并影響施工的質(zhì)量。4）潤滑與冷卻 泥漿對(duì)挖掘機(jī)具（尤其是

11、鉆挖機(jī)具）具有冷卻和潤滑的作用可減輕機(jī)具的損耗，可以提高挖槽機(jī)具的效率和延長機(jī)具的使用時(shí)間。2、泥槳的必要性能為了能起到上述泥漿在槽壁穩(wěn)定中所發(fā)揮的作用，泥漿必須滿足一些性質(zhì)，即泥漿的必要性能：1）物理穩(wěn)定性物理穩(wěn)定性泥漿，即使靜置相當(dāng)一段時(shí)間，其性質(zhì)也沒有變化，這就說明穩(wěn)定性高。泥漿長時(shí)間處于靜止?fàn)顟B(tài)，在重力作用下，其固體顆粒發(fā)生離析沉淀；在特殊情況下，泥漿的上部成為普通的清水。清水或者接近于清水的泥漿是沒有維護(hù)槽壁穩(wěn)定功能的。2）化學(xué)穩(wěn)定性 若泥漿被反復(fù)使用，水泥、地下水(海水)以及地基土中的陽離子等會(huì)逐漸使泥漿的性質(zhì)發(fā)生變化。這就是說泥漿將要從懸浮分散狀態(tài)向凝聚狀態(tài)轉(zhuǎn)化。當(dāng)泥漿出現(xiàn)凝聚時(shí)

12、，呈懸浮膠體狀態(tài)的顆粒就要增大，失去形成良好泥皮的能力，這時(shí)如果讓泥漿靜止不動(dòng)，凝聚態(tài)的膨潤土顆粒等就開始與水分離而沉降下來。這就要求工程泥漿要有足夠的抗污染能力。3）適當(dāng)?shù)谋戎?泥漿和地下水之間的壓力差可抵抗土壓力和水壓力，以維護(hù)槽壁的穩(wěn)定。若泥漿的比重較大，就會(huì)增大壓力差.提高槽壁的穩(wěn)定性。但比重過大，就會(huì)產(chǎn)生泵的能力不足或妨礙泥漿與混凝土的置換。4）良好的觸（流）變性 這是衡量泥漿性能的一項(xiàng)重要的指標(biāo)。也就是，泥漿在流動(dòng)時(shí)只有很小的阻力，從而可以提高鉆井效率，便于泵送泥漿；而當(dāng)停止鉆井時(shí)能迅速轉(zhuǎn)為凝膠狀態(tài)，靜切應(yīng)力大為增加，避免其中的砂粒迅速沉淤而滲入周圍地層中的泥漿，也因不受擾動(dòng)而快速

13、固結(jié)，從而提高槽壁的穩(wěn)定性。5）良好的泥皮形成性 即在槽壁表面形成一層薄而韌、不透水的泥皮，并在槽壁表而附近的地基土內(nèi)，由干泥漿的滲透而形成浸透沉積層。而被泥漿攜帶到地面上來的地層顆粒應(yīng)能容易地從沉淀池、振動(dòng)篩或旋流器中被分離出來。從上可以看出，各方面對(duì)泥漿性能要求往往不一致。比如要使泥漿滿足護(hù)壁和攜砂的功能.就必須提高它的黏度和靜切力;而要使泥漿容易流動(dòng)，容易分離，就必須降低泥漿黏度，增加它的流動(dòng)性。所以在選擇泥漿的配比是很重要的。3、施工中需要注意的問題1）、泥漿的配合比的確定和制備現(xiàn)場(chǎng)配制泥漿時(shí)。應(yīng)先報(bào)據(jù)配合比進(jìn)行試配，然后按照泥漿的質(zhì)量控制指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定，如符合要求，則可以投入使用。

14、否則需要修改配合比，重新配置，直到符合要求為止。根據(jù)確定好的配合比制備泥漿時(shí)，其投料順序一般為水、膨潤土、CMC、分散劑、外加劑。由于CMC溶液可能會(huì)妨礙膨潤土溶脹，宜在膨潤土之后投入。 制備膨潤土泥漿時(shí)一定量充分?jǐn)嚢?，如果澎潤土溶脹的不充分，?huì)直接影晌泥漿的火水量和黏度。因此，在地下連續(xù)墻施工中，為了充分發(fā)揮泥漿的作用，最好是在泥漿充分溶脹之后再使用。一般情況下，膨潤土與水混合3h就會(huì)有很大的溶脹，可供施工使用，經(jīng)過一天就可以達(dá)到完全溶脹，因此泥漿攪拌后宜在泥漿池中貯存3h以上。2）、循環(huán)泥漿的處理施工中，泥漿是不停的循環(huán)使用的，泥漿要與地下水、土、混凝土等接觸，膨潤土和外加劑等成分會(huì)有一定

15、的損失，還會(huì)混入一些雜質(zhì)，使泥漿受到污染而質(zhì)量惡化。因此，要對(duì)泥漿進(jìn)行處理方可循環(huán)使用。在施工現(xiàn)場(chǎng)，可采用物理再生處理和化學(xué)再生處理兩種方法。如果泥漿污染嚴(yán)重，處理困難或不徑濟(jì)，則應(yīng)廢棄。泥漿經(jīng)過處理后，對(duì)其各項(xiàng)質(zhì)量控制指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)側(cè)定，對(duì)不符合指標(biāo)的，可以再補(bǔ)充所需摻入材抖進(jìn)行再生配制。經(jīng)過再生配制的泥漿，符合質(zhì)量要求的，送入貯漿池，待其完全溶合后再重復(fù)使用。四、泥漿處理設(shè)備方法的提出泥漿配合比對(duì)于地下連續(xù)墻施工的成功與否至關(guān)重要，且泥漿配制過程的配合比又難以精確控制。綜合考慮到場(chǎng)地、工期、環(huán)保等各方面因素，傳統(tǒng)的泥漿池沉淀處理工藝難以滿足工程進(jìn)度和泥漿質(zhì)量方面的要求。通過對(duì)泥水式盾構(gòu)、泥水

16、式頂管等類似工藝進(jìn)行對(duì)比和研究，認(rèn)為在連續(xù)墻施工前，先建立起一套泥漿處理設(shè)備，通過管路連接地下連續(xù)墻的泥漿處理池，再對(duì)泥漿進(jìn)行篩分處理的方法是可行的，是既能提高施工效率，又能確保泥漿的質(zhì)量的有效方法 （施工流程圖如下）。1、泥漿處理設(shè)備方法的優(yōu)點(diǎn)使用泥漿處理設(shè)備進(jìn)行地下連續(xù)墻的泥漿處理， 對(duì)比以往傳統(tǒng)的泥漿池沉淀處理工藝， 具有以下的特點(diǎn)：1）泥漿處理量大，處理集中。泥漿處理設(shè)備以每小時(shí) 250m3的效率集中處理泥漿，對(duì)比以往泥漿池沉淀相同容積的泥漿至少需要8個(gè)小時(shí)以上，工作效率得到極大的提高。而且，由于泥水處理機(jī)有多個(gè)入口和排水口管，可同時(shí)滿足多個(gè)工作面施工的要求。2）粗砂效率高，泥漿質(zhì)量好

17、。傳統(tǒng)的泥漿池沉淀方法，只能保證沉淀處理后的泥漿中粒徑大于0.1mm的砂礫含量不超過6的效果，而使用泥漿處理設(shè)備，可保證砂礫中基本不存在45 um 粒徑以上的砂質(zhì)顆粒，含砂率一般可達(dá)到不超過 4 的效果，從而有效保證了泥漿的良好質(zhì)量。3）有利于施工現(xiàn)墻文明施工。占地面積小，且用管道輸送代替?zhèn)鹘y(tǒng)的泥漿槽，避免了地表水流入槽段而破壞泥漿性能，另一方面也有效的保護(hù)了施工環(huán)境不受泥漿外瀉的污染。5）泥渣處理更為方便。使用泥漿處理設(shè)備，處理后的泥渣可集中排放處理，不需采用挖掘設(shè)備淘渣，不但不會(huì)因淘渣而影響泥漿池內(nèi)泥漿的質(zhì)量，而且排渣連續(xù)，不受時(shí)間限制，更符合施工現(xiàn)場(chǎng)文明施工的要求。2、注意事項(xiàng)1）泥漿處

18、理設(shè)備的篩網(wǎng)是有一定規(guī)格的，實(shí)際施工過程中，要適時(shí)更換篩網(wǎng)以適應(yīng)地質(zhì)條件的變化，如遇到粘土層時(shí)要更換篩孔較大的篩網(wǎng)。2）泥漿處理設(shè)備的濾布在使用一段時(shí)間后，使用效果降低時(shí)，濾布必須使用高壓水柱清洗，以使機(jī)具的效能保持不變。3）由于連續(xù)墻一般是跳打施工，而泥漿處理設(shè)備的處理量大，工作效率高，當(dāng)一個(gè)槽段的泥漿施工完畢后，要及時(shí)對(duì)輸送泥漿的管道長度進(jìn)行調(diào)整，以保證施工的連續(xù)四、結(jié)語綜上所述，泥漿是地下連續(xù)墻順利成槽的關(guān)健因素，其質(zhì)量好壞關(guān)系到施工過程中槽壁的穩(wěn)定性，影響地下連續(xù)墻的成敗與質(zhì)量。因此，在施工中，一定要根據(jù)實(shí)際情況，配制符含要求的泥漿，并在使用過程中對(duì)其進(jìn)行不間斷的質(zhì)量控制，使其質(zhì)量控制指標(biāo)始終符合施工要求，保證地下連續(xù)墻順利施工。參考文獻(xiàn)【1】蔣萬江 淺議地下連續(xù)墻穩(wěn)定及泥漿護(hù)壁 建筑與工程 2011年第33期【2】顏恒 地下連續(xù)墻槽壁穩(wěn)定及護(hù)壁泥漿性能研究 石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報(bào) 2006年