化學泥漿與黏土泥漿在松散地層防滲墻施工中聯合應用的技術研究

何 國 勤， 趙 啟 強， 鄭 印

(1.大唐鄉城水電開發有限公司，四川 甘孜 627850；2.中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

我國混凝土防滲墻施工主要使用的固壁泥漿有黏土泥漿、膨潤土泥漿和化學泥漿。黏土泥漿具有可就地取材、造價低等優勢，適用于砂夾卵石地層；膨潤土泥漿具有懸浮、攜帶鉆渣、提高鉆進效率等優勢，適用于砂層、礫卵石地層；化學泥漿具有用量少、黏度大等優勢，適用于易塌孔、易產生沉渣的粉土、粉質黏土及粉砂等地層。

古瓦水電站位于四川省甘孜藏族自治州鄉城縣境內，大壩上游圍堰采用混凝土防滲墻結合帷幕灌漿防滲，地層以砂礫石及孤石為主。圍堰防滲墻施工軸線長約50 m,設計墻頂高程為3 286 m，防滲墻設計墻厚80 cm，預估工程量為1 210 m2。本課題以古瓦水電站上游防滲墻施工為依托進行研究，通過在施工過程中將化學泥漿與黏土泥漿混合使用，解決了在砂礫石層與孤石地層條件下黏土泥漿護壁存在的泥漿制備繁瑣、穩定性差、回收率低且難度大、廢漿多、易塌孔、處理成本高、孔底沉渣厚、清孔質量較難保證等難題。介紹了課題的研究與應用過程。

2 研究課題

(1)課題目標。在保證工程施工質量的前提下，尋找最適宜該地層施工的泥漿配比及使用方法，加快施工進度，降低施工成本。

(2)研究方法。通過室內對比試驗，得出化學泥漿與黏土泥漿的最佳配合比，再進行現場試驗，試驗后經檢驗驗證該方法的合理性和可靠性，同時對試驗中出現的一些問題加以改進和完善。

3 課題的實施及取得的成果

3.1 試驗材料的選取

試驗選取的化學泥漿為高分子聚合物，呈白色粉狀，無毒、無味，對環境無危害。根據不同地層，推薦泥漿粉在水中的添加比例：0.01%～0.1%(表1)。

表1 化學泥漿粉使用說明表

試驗直接選取施工現場的黏土配置黏土泥漿。新制黏土泥漿性能指標需滿足以下條件：密度為1.15～1.25 g/cm3、漏斗黏度為18～25 s、含砂量≤5%。

3.2 化學泥漿和黏土泥漿的室內配比試驗及取得的結果

(1)黏土泥漿基漿配比試驗。

配置黏土含量為10%、15%、20%、25%、50%的黏土泥漿，靜置24 h后進行性能測試。測試結果見表2。

試驗觀察以及對表2進行的數據分析：

直接取用施工現場的黏土，該黏土的塑性指數為25.6，配制的黏土泥漿黏度低，含沙量大，失水量大，攪拌后靜置很短的時間即出現了分層現象，隨著黏土量的增加，失水量下降明顯，初步判斷施工現場的黏土無造漿能力。

(2)化學泥漿基漿配比試驗。

表2 黏土泥漿性能測試結果表

試驗選取的化學泥漿粉按0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.1%加量配制各1 L泥漿，配制好的泥漿靜置24 h后進行性能測試，測試結果見表3。

表3 化學泥漿性能測試結果表

通過試驗觀察和對表3的數據進行分析得知：

該試驗選用的化學泥漿粉加入清水中能快速水化分散，形成的膠體溶液黏度大、摻量?。浑S著化學泥漿粉的增加，漿液漏斗黏度增加，表觀黏度、塑性黏度和動切力有規律增大。

(3)化學泥漿與黏土泥漿的兼容性試驗。

取配方為水+50%黏土的黏土泥漿與化學泥漿粉含量0.1%的化學泥漿按照1∶0.4、1∶0.6、1∶0.8、1∶1的比例混合，配制4組混合泥漿，每組1 L，攪拌30 min后進行性能測試，測試結果見表4。

通過試驗觀察和對表4中的數據進行分析

表4 黏土泥漿與化學泥漿混合漿液測試結果表

得知：

黏土泥漿和化學泥漿在沒有攪拌的情況下出現了明顯的分層現象；高速攪拌(30 min)漿液體系穩定后，沒有出現分層現象，但混溶后的漿液出現了明顯的絮凝；黏土漿性能發生了很大改善，漏斗黏度大幅度增加，表觀黏度、塑性黏度和動切力也大幅度增加；失水情況得到了有效控制，下降至35～40 mL/30 min左右，PH值也下降至12左右，泥餅厚度減薄至2～3 mm且變得更致密。

(4)化學泥漿與黏土泥漿的室內配比試驗結果。

該試驗選用的化學泥漿與采用施工現場的黏土配制的黏土泥漿具有兼容性，同時能極大地改善黏土泥漿的性能。

3.3 化學泥漿與黏土泥漿的現場應用及取得的效果

在施工中選取兩個一期槽段進行了對比施工，以9#槽、11#槽為例，其中11#槽選用傳統的黏土泥漿造孔；9#槽施工時在傳統黏土泥漿造孔施工的基礎上摻加了千分之一的化學泥漿進行造孔施工，在施工過程中記錄了主要施工工時、孔內特殊情況發生的次數及影響程度，檢查并測量了槽內泥漿的各項指標。

通過對兩個槽段的施工情況進行分析可知：在同樣的地層中，配置相同數量的施工機械設備、人員等，9#槽段造孔施工的工效明顯優于11#槽段的施工工效(9#槽段造孔工效為13.1 m2/d，11#槽段造孔的工效為10.9 m2/d)；添加化學泥漿的槽段在造孔過程中孔內事故發生的幾率明顯低于純黏土泥漿造孔的槽段，處理孔內事故的簡易程度優于純黏土泥漿的槽段。在采取添加化學泥漿的措施后，利用其本身可以降低懸浮顆粒物的特性，使得在清孔過程中幾乎所有的鉆渣已沉淀到孔底，清孔時可一次性清理至合格標準。同時，由于其本身不懸浮鉆渣，自然不會發生二次沉淀，因此，只需在清孔過程中適當加入新鮮的化學泥漿漿液即可保持造孔施工過程中泥漿的各項指標。

4 結論及建議

該研究課題通過在古瓦水電站防滲墻中的探討研究與應用，成功地解決了砂礫石地層條件下黏土泥漿護壁存在的泥漿制備繁瑣、穩定性差、回收率低且難度大、廢漿多、易塌孔、易漏漿、處理成本高、孔底沉渣多、清孔質量較難保證等難題，確保了工程質量、縮短了施工工期，節約了成本，取得了良好的社會及經濟效益。研究成果為中國水電十局在砂礫石地層施工防滲墻方面提供了科學的理論及實踐依據，對今后復雜地層的防滲墻施工具有重要的指導意義及推廣應用價值。

由于該研究課題針對的是砂礫石地層，對于化學泥漿的使用推廣仍具有一定的局限性，因此，其它地層條件若采用化學泥漿必須進行相關的泥漿性能試驗以確定采取與否。