新型防渗墙泥浆环保的性能与应用

2022-09-11

在防渗墙施工中泥浆是固壁的主要作用, 目前国内使用的泥浆主要为膨润土泥浆, 主要成分为膨润土粉。这种材料主要成分为蒙脱石, 有着较高的吸水膨胀性, 并且性能比较好, 使用少量的蒙脱石就能搅拌出符合性能标准的泥浆, 因此在工程中使用比较广泛。但是, 这种膨润土泥浆也存在明显的缺点, 主要表现为:泥浆搅拌后需要等待24小时膨化化才能使用;泥浆城市间静止和发生污染后, 容易发生离析和沉淀, 影响泥浆性能;这种膨润土粉产量比较少, 尤其是优质膨润土粉产地少, 造成价格较高;废弃的泥浆难以处理, 对环境造成污染。随着科技的发展出现了一种新型的泥浆——奈普顿聚合物泥浆, 并在国内逐渐得到广泛的使用, 这种材料可以用于旋挖机施工的钻孔灌注桩工程施工, 并且使用效率比较高、节能型显著、环保。防渗墙单元槽段成槽时间比较短, 因此泥浆在防渗墙施工中使用的还比较少。

1. 工程概述

某工程的拦河大坝为混凝土面板堆石坝, 拔高超过200m, 在基坑开挖阶段使用防渗墙进行防渗。上游围堰防渗墙、下游围堰防渗墙和挡水坝基组成, 防渗墙厚1m, 墙底嵌入基岩, 最大墙身达到80m, 上下游围堰防渗墙在河床深厚覆盖层中, 覆盖层厚度70m左右, 主要风味4个层次:

首层为孤漂卵砂砾石层, 厚度在15m内;

第二层为含泥漂乱砂砾石层, 厚度在15~35m间;

第三层为黏质粉土, 厚度在15~20m间;

第四层为含漂卵砂砾石层, 厚度10~15m。

河床深厚覆盖层主要为孤石、块石、卵砾石, 并且地质结构比较松散, 在防渗墙施工中, 经常出现卡钻、埋钻、漏浆等现象。

2. 聚合物泥浆性能试验

在进行上、下游围堰防渗墙施工中使用冲击波钻机进行挖槽, 深槽段长度在6m左右, 单位槽段成槽面积达到58m2, 在成槽之后泥浆受到土层中阳离子污染, 对泥浆提出了更高的要求, 泥浆需要更加稳定。

为了对聚合物泥浆的性能进行评价, 验证泥浆是否达到防渗墙施工需要, 进行了聚合物泥浆性能试验、聚合物泥浆掺加水泥后性能试验。水取自当地河水, 水泥为P.O42.5的普通硅酸盐水泥。

2.1 聚合物泥浆性能试验

使用不同用量的耐普顿配置不同种类的泥浆, 在对泥浆性能进行试验, 实验结果如下表1所示

2.2 聚合物泥浆 (掺水泥) 性能试验

为了研究土层中阳离子对聚合物泥浆的影响, 通过表1聚合物泥浆性能试验, 在泥浆中添加水泥, 添加水泥量为泥浆重量的2%, 对水泥对聚合物泥浆性能的影响大小进行分析, 掺加水泥后聚合物泥浆性能如下表2所示。

2.3 试验结果

经过试验, 发现聚合物泥浆从配置开始, 在刚开始的2个小时内黏度增长速度快, 随后缓慢变化, 在24h达到最大值, 并在48小时之后黏度略有下降, 但是此时泥浆还比较稳定。

随着耐普顿使用量的增加, 聚合物泥浆年度增加;在聚合物泥浆中掺入水泥之后, 泥浆的黏度没有发生较大的变化, 说明水泥对聚合物泥浆稳定性影响不大。

经过试验证明, 聚合物泥浆密度较低、黏度较高、并且性能较稳定, 可以用来制作围堰防渗墙。

3. 聚合物泥浆的应用

3.1 泥浆制备

在制备泥浆时, 聚合物泥浆不用膨化, 能够快速制备, 并且制备操作比较简单, 通常使用2个泥浆池、1个循环泵和1台空气压缩机就能完成泥浆制备。在泥浆池施工完成之后, 在池边安装循环泵和空气压缩机, 并做好坑边安全防护。

在泥浆制备时, 使用20%Na OH2容易调整水的p H值, 将酸碱度控制在8~10之间, 使用空气压缩机进行搅拌, 搅拌时间控制在20分钟内。

循环泵打开之后在循环泵出水管口加入耐普顿, 掺加比例为2.5‰, 也即每立方米水中加入0.25kg耐普顿, 然后使用空气压缩机搅拌1小时, 再使用马氏漏斗对池内泥浆黏度进行测定, 当黏度达到40s时, 就能满足防渗墙成槽施工。在特殊土层中可以增加耐普顿比例来增加泥浆的黏度。

泥浆黏度超过40s时, 直接加水进行稀释;当黏度小于40s时, 可以增加耐普顿含量, 增加泥浆黏度, 刚配置的聚合物泥浆要存放在储浆池。

3.2 泥浆使用

使用泥浆泵并铺设管道进行泥浆泵送。在施工过程中, 抽出的泥浆要经过沉淀池, 在沉淀、净化、循环之后再进入储浆池, 并循环使用。泥浆的黏度不应小于40s, 当泥浆黏度小于40s时要通过出水口进行补充耐普顿, 并进行搅拌, 保持泥浆的黏度。

4.3注意事项

在泥浆配置过程中, 要准确计算各成分的比例, 保证配比准确。配碱时, 要把Na OH溶液配制成20%的水溶液, 不能把固体Na OH直接放入制浆池, 使Na OH溶解充分。制浆过程中不能一次制取过多, 在制备过程中要留出充足时间, 不停搅拌, 使耐普顿充分溶解。在制备泥浆之前, 就要准备好空压机, 制备工作开始后就打开空压机进行搅拌, 所有泥浆材料都放入泥浆池后, 要保持空压机继续运转2小时, 使泥浆材料充分溶解。