泥浆护壁在地下连续墙成槽施工中的应用

泥浆护壁在地下连续墙成槽施工中的应用

摘要：分析地下连续墙成槽施工中泥浆的作用及其机理,并对其性能指标的判断、材料应用的优缺点等问题进行了分析和探讨。以某工程实例，阐述了复杂地质条件下地下连续墙成槽过程中，护壁泥浆性能控制指标的调配和应用。

关键词：地下连续墙；复杂地质；成槽施工；泥浆护壁；质量控制

一、引言

随着城市规模越来越大，高层、超高层建筑逐渐增多，城市地下空间不断拓展，基础施工亦向深层次的发展，基础施工的质量控制和对周边环境的影响控制，越来越受到社会的关注。地下连续墙的应用，受到了众多关注和青睐，而受沿海地区复杂地质条件的影响，对地下连续墙成槽施工提出了深层次的要求。泥浆护壁作为地下连续墙成槽控制的重点因素，泥浆的配置质量直接影响着地下连续墙的顺利施工和墙体质量。因此，地下连续墙成槽施工过程中，需特别注意泥浆的配置及质量控制，现就地下连续墙成槽时的泥浆应用进行探讨。

二、泥浆的作用和原理

1、泥浆的作用

在地下连续墙成槽过程中，泥浆起到护壁、携渣、冷却机具和切土润滑的作用。

1)泥浆的护壁作用

地下连续墙槽内泥浆液面高出地下水位，由于泥浆的比重，泥浆对槽壁产生的压力在槽壁上形成渗透性很低的泥皮，可以防止槽壁坍塌、剥落、防止地下水渗入，从而起到护壁的作用。

2)泥浆的携渣作用

泥浆具有一定的粘度，能够在成槽过程中将土渣悬浮起来，土渣将随泥浆排出槽外，避免土渣沉积影响设备的成槽效率。

3)泥浆的冷却和润滑作用

地下连续墙成槽设备成槽过程中，钻具与槽壁的摩擦而发热，由于泥浆的循环和润滑，能够保证钻具

冷却降温而减少磨损，从而提高设备的使用寿命和施工效率。

2.2 泥浆护壁原理

1、在土的孔隙中凝胶化。泥浆在槽内对槽壁产生一定静止水压力，在压力作用下侵入土体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较为稳定的土层，可减少槽壁坍塌和透水性。

2、失水造壁形成不透水膜。由于泥浆的压力作用，泥浆中的自由水通过槽壁孔隙或裂隙向地层中渗透，泥浆中的固相颗粒附着在槽壁上形成透水性很低的隔水层，即形成泥皮，即能够防止泥浆漏失又能防止地下水渗入，这从而促进了泥浆的护壁作用。

3、静态压力的作用。槽内的泥浆对垂直槽壁产生的静态压力，形成水平方向的液体支撑，能够防止槽壁剥落，从而提高槽壁稳定性。

三、泥浆的控制指标

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止情况下，不至于沉声离析沉淀，又要使泥浆具有良好的触变性。因此，对新配置的泥浆或循环泥浆需进行质量控制，主要的控制指标主要有：泥浆比重、泥浆粘度、泥浆失水量、泥浆含砂率、泥浆PH值以及泥浆的稳定性等，施工过程中需根据土层情况进行适当调整，对于上海地区的粉性土、砂土较厚土层以及松散、渗透系数较大的土层需格外注意。

表1 新拌制泥浆控制指标

表2 循环泥浆控制指标

1、泥浆比重

泥浆比重，作为成槽过程中泥浆的主要控制指标，需严加控制，宜根据不同的深度、不同的时间段进行测定。泥浆比重过小，泥浆护壁效果差；泥浆比重过大，影响槽底沉渣控制和混凝土浇筑。

2、泥浆粘度

泥浆粘度，是指泥浆流动性的指标。

3、泥浆失水量和泥皮厚度

在槽内泥浆压力差的作用下，泥浆中的自由水通过槽壁孔隙或裂隙向地层中渗透，称为泥浆失水，渗透水的数量即为失水量，形成的槽壁厚度即为泥皮厚度。失水量的大小，影响槽壁泥皮的厚度，失水量过大容易引起槽壁过厚造成槽壁剥落、加大钻具的吸附阻力。泥皮越平坦、越薄，泥浆质量越好。

4、泥浆PH值

泥浆PH值表示浆液的酸碱性，泥浆显弱碱性，能够提高粘土颗粒的分解程度，增加粘度。泥浆PH值的变化能够反映泥浆性质的变化，PH值越大泥浆碱性越强，PH值偏大（PH>11）容易降低泥浆的护壁效果。

5、泥浆含砂率

泥浆中砂粒所占的重量或体积百分数，成为含砂率。泥浆中含砂量高，泥皮疏松、质量变坏，不仅失水量大，容易引起孔壁坍塌。

6、泥浆稳定性

泥浆中粘土颗粒分散水化程度的粗略指标，或者称稳定率，是泥浆中土体颗粒保持悬浮状态的性能。

四、泥浆的拌制

结合地质条件，确定泥浆的不同指标数值，从而确定泥浆的指标配合比。泥浆的配合比，主要由容易发生坍塌的土层、地下水情况以及施工工艺情况确定。一般情况根据工程实践和试成槽确定。

粘性土所需泥浆比重小、砂性土所需泥浆比重大；有地下水土层所需泥浆比重大，反之所需泥浆比重小。泥浆粘度同样道理。

目前，市场上大量使用的主要是膨润土泥浆，以膨润土为主，CMC（纳羟甲基纤维素）、纯碱（Na2CO3）为辅，利用中性水（自来水）按照一定的比例拌制而成。在特殊地质条件下，为提高泥浆比重，掺入一定比例的重晶石粉；在渗透性较大的砂性土中，为提高泥浆护壁效果，掺入锯末等材料。上述中的CMC、

锯末等辅助性材料，掺入需谨慎，容易握裹钢筋，降低地下连续墙混凝土质量。

一般软土层中常用泥浆配比为：

水：膨润土：CMC：纯碱=100:（8~10）：（0.01~0.03）：（0.3~0.4）。

五、工程实例

4.1 工程概况

上海某深基坑工程，基坑面积约2万m2，开挖深度17.5m，主楼深坑18.5m局部22m。围护形式为1000mm厚地下连续墙，地下连续墙成槽深度40m，共108幅。地下连续墙接头为柔性接头，混凝土强度等级为水下C35。

4.2 周边环境条件

1、场地西侧、南侧、北侧三面环路为城市主干道，周围管线较多，主要有给水管、煤气管、雨水管、污水管等。

2、地下连续墙施工界线距离西侧住宅小区35m，距离北侧住宅小区为42m，距离东侧小区为16m（为重点保护对象）。

4.3 地质条件

本工程位于上海市，属滨海平原地貌。根据现场对土的鉴别及室内土工试验成果综合分析，本场地位于古河道内，分布有较厚的第⑤层，层底埋深约44.0m~46.0m；本场地局部有⑦2夹层分布，层面埋深在50.0m~55.0m之间，层面由北向南逐渐抬升，厚度约1.7m~5.8m。场地土类型属软弱场地土，土层分布如下：

表3土层分布情况

4.4 地下水情况

本地基对工程有影响的地下水属潜水类型，主要补给来源为大气降水，水位随季节变化而变化，年平均水位埋深一般为0.5-0.7m，使用时按不利条件分别采用：地下水高水位埋深0.5m,最低水位埋深1.5m。

4.5 泥浆指标的设定

地下连续墙施工时，泥浆性能的优劣直接影响成槽质量。根据本工程地质条件和以往工程经验，本工程采用山东产钠质膨润土，配合比采用试成槽法确定。

首先进行地下连续墙试成槽，配合比为 水：膨润土=100:80，暂未掺入其他辅助材料。本次试成槽泥浆将比重、粘度、含砂率作为主控指标，测得试成槽新拌泥浆指标为下表所述。

表4 某工程试成槽新拌制泥浆指标

成槽8~9m深度时，槽壁垂直度开始出现变化； 成槽12m~14m时，出现砂质“贝壳”土质。通过超声波成槽检测，发现槽壁倾斜、表层土层塌陷。

图2贝壳土质图3 试成槽槽壁检测

出现上述情况后，及时停止成槽并回填，调整泥浆指标，并掺入了2%比例的重晶石粉，重新试成槽并对泥浆指标和成槽质量进行了检测。

表5 调整后新拌制泥浆指标

表6 调整后循环泥浆指标

通过成槽检测显示，成槽宽度、垂直度均能够达到较为理想的效果，后续地下连续墙成槽均以此泥浆指标为控制指标实施，目前地下连续墙已全部顺利施工完毕

4.6 泥浆的循环处理

地下连续墙成槽泥浆使用过程中，泥浆与地下水、砂、土、混凝土接触，膨润土等成分受到一定的消耗，同时受到泥浆中混的土渣、水泥成分等有害离子的污染，使泥浆性质恶化而降低了泥浆的护壁功能，需要进行泥浆的再处理。

本工程选用“黑旋风”泥浆净化装置，进行泥浆的循环分离，通过泥浆指标的检测合格后再投入循环使用。

六、结语

泥浆各项指标的合理使用，是地下连续墙成槽施工的关键。地下连续墙成槽施工之前，应根据地质条件和施工工艺，确定复合实际施工需求的泥浆性能指标。在成槽过程中，通过地下连续墙的施工工艺流程和相关规范要求，制定相应的泥浆控制标准和检验就计划，同时把握好不同区域不同地质条件的变化，出现不能满足要求的泥浆时及时进行调整，保证泥浆性能始终能够满足要求，进而保证地下连续墙施工的顺利进行。

本文列举的工程实例，较好的说明了泥浆控制对地下连续墙成槽施工的重要性，对后续类似工程的施工具有一定的借鉴作用。

参考文献：

（1）建筑施工手册（第五版）编委会.建筑施工手册（第五版）.北京：中国建筑工业出版社.2012.

（2）刘国彬，王卫东.基坑工程手册（第二版）.北京：中国建筑工业出版社.2009.

（3）张瑞云，张至民.地下连续墙施工中泥浆质量控制研讨.石家庄铁道学院学报.2003.

（4）罗云峰.地下连续墙成槽施工中的泥浆性能研究和探讨.岩土工程学报.2010