泥漿凈化回收工藝在關(guān)州水電站二期防滲墻施工中的應(yīng)用

2015-06-27 05:53:48何鳳，王榮，宋平

四川水力發(fā)電 2015年5期

何鳳，王榮，宋平

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川都江堰 611830)

何鳳，王榮，宋平

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川都江堰 611830)

防滲墻固壁泥漿質(zhì)量是防滲墻施工控制的關(guān)鍵點(diǎn)之一，直接關(guān)系到成槽質(zhì)量。關(guān)州水電站二期防滲墻施工采用膨潤(rùn)土泥漿護(hù)壁。鑒于制漿用外購(gòu)粘土及膨潤(rùn)土材料消耗過(guò)大，制漿材料成本較高的現(xiàn)狀，項(xiàng)目部在施工中對(duì)泥漿進(jìn)行了凈化回收并添加外加劑以改善泥漿性能，實(shí)現(xiàn)了泥漿的循環(huán)利用。該舉措既保證了泥漿質(zhì)量，又節(jié)約了成本，值得類似工程參考和借鑒。

關(guān)州水電站；膨潤(rùn)土泥漿；凈化回收；外加劑；循環(huán)利用

1 概述

關(guān)州水電站位于四川省丹巴縣境內(nèi)的大渡河一級(jí)支流——小金川(小金河)干流上，取水樞紐位于半扇門鄉(xiāng)關(guān)州大橋上游約550 m，于右岸取水后經(jīng)長(zhǎng)17．727 km的引水隧洞至小金川河口(丹巴大橋)廠址區(qū)。取水樞紐上游距小金縣城36 km，下游距廠房19 km、距丹巴縣城20 km，右岸隧洞沿線有S303省道通過(guò)。

工程的開(kāi)發(fā)任務(wù)主要為發(fā)電，兼顧下游生態(tài)環(huán)境用水要求。關(guān)州水電站為低閘壩引水式電站，正常蓄水位高程2 124 m，電站設(shè)計(jì)水頭229 m，額定引用流量120 m3/s。電站裝機(jī)3臺(tái)，單機(jī)容量80 MW，總裝機(jī)容量240 MW。工程主要由首部樞紐、引水系統(tǒng)、廠區(qū)建筑物等組成。

項(xiàng)目二期右岸混凝土心墻土石壩底板段防滲墻施工平臺(tái)高程為2 113 m(設(shè)計(jì)墻頂高程為2 111．5 m)，軸線長(zhǎng)度為160．83 m，劃分為24個(gè)槽段，造孔深度均為23 m，設(shè)計(jì)墻底高程為2 090 m，成墻面積共3 457．845 m2。防滲墻為懸掛式結(jié)構(gòu)，墻厚800mm，墻體材料為C15混凝土，選用CZ－8D沖擊鉆機(jī)造孔成槽。

河床覆蓋層為第四系全新統(tǒng)沖積堆積層、堰塞湖相堆積層和崩坡積堆積層，主要分布于河床及漫灘。據(jù)鉆孔揭示，其具多層結(jié)構(gòu)，縱向分布總體較穩(wěn)定，橫向受河谷限制，靠?jī)砂镀律詼\，總厚度為70～103．3 m，從上至下依次為:

(1)沖積堆積層:為表層砂壤土層，厚0～2．6 m，結(jié)構(gòu)松散，主要分布于右岸漫灘。

(2)沖積堆積層:漂(卵)礫石夾砂層，分布于河床及漫灘上部。分布高程2 105～2 113 m(埋深0～8．2 m)。漫灘沖積堆積層一般較河床稍厚，漫灘厚2．7～7．4 m，河床厚2．2～4．9 m。該層在右岸漫灘以卵礫石夾砂為主，河床則含較多的漂石。卵礫石成份以板巖、石英巖及變質(zhì)砂巖為主，次為灰?guī)r及少量巖漿巖等。粒徑2～8 cm居多，少量為10～20 cm，個(gè)別達(dá)30 cm以上，漂(卵)礫石含量約占60% ～70%，磨圓度中等，風(fēng)化微弱，質(zhì)地較堅(jiān)硬，隙間充填中細(xì)砂，結(jié)構(gòu)大多松散～稍密，透水性較強(qiáng)。

(3)堰塞湖相堆積:灰～灰黑色砂壤土層，位于河床及漫灘中上部。分布高程2 092～2 110 m (埋深2．2～21．4 m)，厚8．6～17．2 m。在關(guān)下ZK10孔(高程2 098 m)、關(guān)下ZK15孔(高程2 103 m)和關(guān)下ZK19孔(高程2 104 m)局部夾輕壤土或中壤土透鏡體，單層厚度為0～4．4 m，延伸長(zhǎng)度為50～170 m。

(4)堰塞湖相堆積層:灰黑色壤土層，埋藏于河床及漫灘中部。分布高程2 072～2 095 m(埋深15．1～42．5 m)，厚13～35 m。在關(guān)下ZK3孔(高程2 092 m)局部夾粉質(zhì)粘土透鏡體，單層厚度為0～2．7 m，延伸長(zhǎng)度為25 m。

(5)堰塞湖相堆積層:灰黑色粉質(zhì)粘土層埋藏于河床及漫灘中部。分布高程2 057～2 083 m(埋深29．5～58．6 m)，厚17．5～22 m。在關(guān)下ZK2孔(高程2 074 m)和關(guān)下ZK14孔(高程2 065 m)局部夾重粉質(zhì)壤土或輕壤土透鏡體，單層厚度為0～3 m，延伸長(zhǎng)度50～100 m。粉質(zhì)粘土層原狀呈可塑狀，脫水干裂，遇水崩解，鉆探中常出現(xiàn)縮徑，透水性微弱。

2 泥漿凈化回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

從地質(zhì)資料分析可知，防滲墻成槽段地層主要以砂土層為主，墻底段有部分壤土層，在造孔過(guò)程中砂土及壤土大部分可自動(dòng)形成泥漿，但這部分泥漿質(zhì)量達(dá)不到固壁要求。若將其性能加以改善后利用，既能保證泥漿質(zhì)量，又能節(jié)省制漿材料。另外，將施工過(guò)程中的泥漿反復(fù)循環(huán)利用，盡量不購(gòu)粘土或少購(gòu)膨潤(rùn)土，可以節(jié)約項(xiàng)目成本。如何利用造孔過(guò)程中形成的泥漿、改善其性能并讓泥漿反復(fù)循環(huán)利用成為本項(xiàng)目泥漿回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

2．1 泥漿循環(huán)方式

制漿站制備合格的膨潤(rùn)土泥漿輸送至槽孔內(nèi)開(kāi)孔，造孔過(guò)程中砂壤土地層自然形成一部分泥漿，這部分泥漿與膨潤(rùn)土泥漿混合后，在抽砂過(guò)程中由排漿溝進(jìn)入沉淀池，沉淀池內(nèi)的漿經(jīng)泥漿凈化機(jī)分離后進(jìn)入混合泥漿池。當(dāng)混合泥漿池內(nèi)的泥漿質(zhì)量不符合要求時(shí)，通過(guò)添加外加劑并摻入新制的膨潤(rùn)土泥漿進(jìn)行性能改善，直至檢驗(yàn)合格，再源源不斷地輸送到槽孔中，如此反復(fù)循環(huán)使用。

圖1 泥漿循環(huán)示意圖

2．2 泥漿循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)置

按照?qǐng)D1中的泥漿循環(huán)方式設(shè)置各個(gè)臨時(shí)設(shè)施，包括制漿站、泥漿池、倒渣平臺(tái)、排漿溝、沉淀池、泥漿凈化機(jī)以及相關(guān)管路。泥漿凈化工藝平面布置情況見(jiàn)圖2。

(1)槽孔抽渣后，泥漿從倒渣平臺(tái)流入排漿溝后將集中流向沉淀池；

(2)流入沉淀池中的泥漿經(jīng)短暫沉淀后，先由裝載機(jī)入池清除池底大部分鉆渣等粗顆粒，再由沉淀池一角配置的3PN泥漿泵將剩余的泥漿泥泵送泥漿凈化機(jī)進(jìn)行凈化。

(3)凈化后的泥漿通過(guò)緩沖池中的泥漿泵送至混合泥漿池。

(4)儲(chǔ)漿池中的泥漿是由混合泥漿池中的漿液+新制膨潤(rùn)土漿液+外加劑調(diào)配完成后成為合格的泥漿，由3PN泥漿泵通過(guò)送漿管路輸送至槽孔節(jié)點(diǎn)。

(5)在送漿管路節(jié)點(diǎn)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)安裝一個(gè)球閥開(kāi)關(guān)，需用時(shí)打開(kāi)往槽孔內(nèi)注漿。

(6)在混合泥漿池和儲(chǔ)漿池底部設(shè)置風(fēng)管。由4 m3空壓機(jī)供風(fēng)，采用兩根風(fēng)管進(jìn)行風(fēng)動(dòng)泥漿擾動(dòng)，以防止?jié){液中的沉淀物快速沉淀。

3 工藝參數(shù)

3．1 泥漿循環(huán)系統(tǒng)中的各臨建設(shè)施參數(shù)

(1)泥漿池:整個(gè)泥漿池分為膨潤(rùn)土泥漿池、調(diào)配泥漿池、混合漿液泥漿池，其容量與槽段體積和施工工效相關(guān)。

關(guān)州水電站二期防滲墻工程由6臺(tái)沖擊式鉆機(jī)造孔，三個(gè)機(jī)組同時(shí)施工，3幅槽段平均每個(gè)槽段成墻面積為163．3 m2，成墻體積為130．64 m3。調(diào)配泥漿池(儲(chǔ)漿池)容量最大估算值為195．96 m3；膨潤(rùn)土泥漿池和混合泥漿池容量分別按調(diào)配泥漿池容量的1/3計(jì)算，需65．32 m3。

(2)沉淀池:沉淀池長(zhǎng)度為6 m；寬度取3．2 m，凈深1．6 m。每個(gè)沉淀池可以管控80 m軸線范圍內(nèi)的泥漿。本項(xiàng)目防滲墻軸線長(zhǎng)度為160．83m，共設(shè)置兩個(gè)沉淀池。沉淀池設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3。

圖3 沉淀池設(shè)計(jì)圖

3．2 泥漿循環(huán)系統(tǒng)中各階段泥漿性能指標(biāo)及調(diào)配方法

(1)新制膨潤(rùn)土泥漿制漿方式及其性能指標(biāo)。

表3 膨潤(rùn)土泥漿性能指標(biāo)表

制漿由2臺(tái)400 L高速攪拌機(jī)拌制，膨潤(rùn)土采用四川三臺(tái)膨潤(rùn)土公司生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤(rùn)土，按6(水)∶1(土)∶0．006(CMC)∶0．03(NaOH)比例配制(單位均為t)。在高速攪拌機(jī)中攪拌7～9 min即可輸送至膨潤(rùn)土泥漿池，由膨潤(rùn)土泥漿池直接送入槽孔使用。

(2)混合泥漿的檢測(cè):

由膨潤(rùn)土泥漿池輸送至槽孔中的泥漿，在造孔過(guò)程中自然膨化并與地層中壤土自身產(chǎn)生的部分泥漿混合后，在抽砂過(guò)程中將這部分泥漿抽排至沉淀池后經(jīng)過(guò)ZL－250型泥漿凈化機(jī)凈化過(guò)濾掉粒徑大于0．075 mm以上的中粗砂、細(xì)砂，但是，過(guò)濾后的泥漿由于在沖渣過(guò)程中摻入了大量的水，而這部分沖渣所產(chǎn)生的多余的水是無(wú)法過(guò)濾的。這些混合泥漿進(jìn)入混合泥漿池后，泥漿質(zhì)量必定達(dá)不到要求。因此，首先需進(jìn)行檢測(cè)，使用泥漿比重計(jì)、馬氏漏斗檢測(cè)其密度、粘度。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，密度符合規(guī)范要求(1．1＜ρ＜1．3)，平均值為1．13。但是，其粘度往往只有17 s，pH值為7，因此而需要進(jìn)行混合泥漿的調(diào)配，使其符合規(guī)范要求。

(3)調(diào)配泥漿的方法。

如何將混合泥漿調(diào)配成合格的泥漿，最簡(jiǎn)單的方法就是加入一定量的CMC和新制的膨潤(rùn)土泥漿。上面提到的混合泥漿粘度一般只有17 s，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)大量的實(shí)驗(yàn)，每10 m3混合泥漿加入30～50 kg CMC，再摻入1 m3未經(jīng)膨化的半成品膨潤(rùn)土泥漿混合調(diào)配后的泥漿粘度為19 s，可直接投入使用。需要注意的是:調(diào)配階段必須嚴(yán)格檢測(cè)混合泥漿的pH值，因?yàn)镃MC添加劑在pH=7～9的水溶液中性能最佳。當(dāng)pH＞10或＜5時(shí)，膠粘度顯著降低，若pH值小于5，則加入NaOH，并且注意要控制水的溫度，水溫在10℃ ～20℃時(shí)，CMC最易溶于水(文中所指的CMC均為羧甲基纖維素納，不包括羧甲基纖維素鈣)。

(4)直接回收使用的泥漿。

這里所指的可直接回收使用的泥漿是在槽段清孔換漿結(jié)束后、澆筑過(guò)程中槽孔內(nèi)自然溢出的泥漿，這部分泥漿可用小型的泥漿泵直接抽送至其他正在施工的槽段使用，也可由泥漿凈化機(jī)凈化后直接輸送至儲(chǔ)漿池備用。