楊富元,李 偉,高大起

(1.甘肅省疏勒河流域水資源管理局，甘肅 玉門 735211；2.中國水電基礎局有限公司，天津 武清 301700)

雙塔水庫位于甘肅省瓜州縣城東49km處，始建于1958年，1960年2月建成蓄水，是一座以灌溉為主兼顧防洪、水產養(yǎng)殖、旅游開發(fā)、生態(tài)輸水等綜合效益的大(2)型水庫，是河西走廊西端生態(tài)屏障建設重要的水源地。建庫初期，由于當時的經濟技術條件制約，雙塔水庫建成后存在一些工程質量缺陷。2015年12月，甘肅省疏勒河流域水資源管理局決定對雙塔水庫進行第4次除險加固，工程最主要的建設內容為對主壩、副壩進行防滲墻施工，建立水庫完備的防滲體系。在該工程防滲墻建設過程中，廣泛應用了泥漿固壁施工方法，保證了工程質量和進度。本文從泥漿制備到工程應用及廢漿處理角度，總結工程實踐經驗，希望對以后的同類工程建設有較好的借鑒作用。

1 泥漿在防滲墻施工中的作用

1.1 泥漿的定義

泥漿是把黏土或膨潤土按一定比例加水，并摻入要求比例的外加劑攪拌后形成的具有良好流變性能、物理性能及穩(wěn)定性能的懸浮液。由于具有密度大于水及防滲作用的特性，施工中可利用該液體側向壓力作為臨時性固定土壁、防止坍塌的特殊液體工具，廣泛應用于開挖或開槽后需要在泥漿中作業(yè)的工序。

1.2 固壁泥漿應具備的性質

(1)物理穩(wěn)定性要求。泥漿在制備好后，靜置一段時間，期間泥漿的粘土顆粒不會發(fā)生分層析水和沉淀，這是對固壁泥漿的最基本要求。

(2)化學穩(wěn)定性要求。在泥漿的使用過程中，泥漿中的陰、陽離子會使泥漿性質發(fā)生變化，從懸浮狀態(tài)變化為凝集狀態(tài)，泥漿也會變?yōu)樾鯛疃鴨适г镜墓瘫谧饔谩Ｔ趯嶋H應用中，泥漿防止化學變化能力越強，其化學穩(wěn)定性越高，可以重復利用的次數也越多，施工成本也越低。

(3)適宜的密度。泥漿由于含有懸浮于液體中的不沉降顆粒，造成泥漿的密度要大于水的密度，正是基于這個原因固壁泥漿在工程中得到廣泛應用。雖然密度大有利于壁體穩(wěn)定，但泥漿密度過大不僅不利于泥漿的輸送，而且不利于泥漿中混凝土澆筑，因此，泥漿的密度應根據現場實際情況、地質條件及施工階段確定，不可過小，也不宜過大。根據以往經驗，易塌地層及松散孔壁宜用密度大一點的泥漿；反之宜使用密度較小的泥漿。

(4)合適的粘度。粘度是流體內部阻礙其相對流動的一種特性。粘度隨泥漿密度變大而變大，粘度對液體的作用與密度相似，也能起到固壁的輔助作用。泥漿的粘度大，其固壁、堵漏、攜帶鉆渣的能力也就越強；但泥漿粘度過大則要求泥漿泵的輸送能力相應提高，同時泥漿粘度過大，造成混凝土澆筑中的置換難度加大不利于混凝土澆筑。

1.3 防滲墻施工中泥漿的作用

現階段防滲墻施工以泥漿護壁挖槽法為主要的施工方法，而泥漿良好的性能控制及正確的使用則是防滲墻施工成敗的關鍵。泥漿在防滲墻施工中的作用主要體現在以下方面：

(1)防止孔壁坍塌。根據水力學知識，液體側壓力隨深度加深而變大，利用這一原理，開槽過程中，在孔內注漿后，泥漿的漿液壓力可抵抗槽壁側面的土壓力和水壓力，還可阻止地下水滲入槽內；同時，泥漿在孔壁表面形成的泥皮又可防止液體向內滲入，這種雙重作用可大大減少孔壁的坍塌。

(2)防止?jié)B漏。在防滲墻施工中，槽孔內泥漿在壓力作用下注入地層可堵塞滲漏通道，防止泥漿漏失，保證施工的順利進行；經過混凝土置換后附著在孔壁的泥漿，在受壓脫水后有很好的抗?jié)B性能，提高了墻體的整體防滲效果。

(3)懸浮及攜帶鉆碴。泥漿在防滲墻成槽施工中，若采用抽砂筒出碴的沖擊鉆進工藝，泥漿有懸浮鉆碴的作用；若采用循環(huán)出碴的鉆進方式，泥漿有攜帶鉆碴和清洗孔底的作用。

(4)冷卻鉆具，防止鉆頭過早磨損。防滲墻施工過程中，泥漿還可起到冷卻與潤滑功能，降低成槽機械因施工而產生的溫升和摩耗，提高設備壽命。

2 防滲墻施工現場泥漿制備及應用

雙塔水庫除險加固工程防滲墻施工所用的泥漿為膨潤土泥漿，經現場制作膨化后直接輸送至施工槽段內。

2.1 泥漿材料的選用

膨潤土作為一種礦物原料，具有高度的吸水膨脹性，膨脹后的土顆粒在水中具有良好的分散性，能形成穩(wěn)定懸浮液。制漿用水是泥漿的分散相，其中的雜質和pH值對泥漿的性能有較大影響，若水中含有大量鹽類物質事先應先進行化驗，本工程制漿用水采用的是雙塔水庫庫區(qū)的水，各項指標均符合規(guī)范要求。

為使泥漿滿足不同性質的土壤及施工條件下的固壁要求，拌制過程中往往會摻加外加劑來改善泥漿性能，常用的外加劑有以下幾種選擇。

(1)分散劑。泥漿中加入的分散劑一般為純堿或燒堿，起到提高粘土顆粒吸附水分子的能力，保持泥漿穩(wěn)定性的作用，本工程使用的分散劑為純堿。

(2)增粘劑。泥漿中加入的常用增粘劑主要有Na-CMC、共聚型聚丙烯酸鹽(PAC141)、生物聚合物(XC)等，起到增加泥漿的粘度作用，提高對鉆碴的懸浮能力和固壁效果，本工程使用的增粘劑為Na-CMC。

(3)加重劑。泥漿中常用的加重劑為一般重晶石粉，由于膨潤土泥漿的比重較小，摻入加重劑，可以增加泥漿的比重，還能增大泥漿的粘度及凝膠強度。

(4)防漏材料。泥漿制備中有時也會加入適量的防漏材料，如鋸末、稻草末、有機纖維素聚合物等，起到進入滲漏通道，達到減少滲漏量的效果。

2.2 泥漿制作應注意的問題

由于雙塔水庫地質條件較為復雜，且建庫初期施工工藝水平不高，本次壩體防滲墻施工成槽過程中出現孔壁坍塌等問題的可能性非常大，為此，施工前做了專題研究，決定從泥漿檢驗及工序銜接等方面加強控制，提高泥漿的固壁效果。

(1)施工中要根據使用狀態(tài)及時進行泥漿指標的檢驗。如檢驗新拌制的泥漿能否滿足成槽要求；檢驗泥漿池的泥漿能否滿足槽壁穩(wěn)定要求；檢驗溝槽內的泥漿質量，是否會形成泥皮薄弱且抗?jié)B性能差等問題；檢驗循環(huán)使用的泥漿質量惡化程度等等，保證泥漿始終處于優(yōu)良的工作狀態(tài)。

(2)成本控制。本工程泥漿制作需要的原材料主要有膨潤土、增粘劑CMC及分散劑純堿。膨潤土較便宜最廉價，而其余兩種較昂貴。在保證質量的情況前提下降低成本，合格的泥漿控制指標較多，如粘度、ph值、含沙量、比重等，需要經過多次試配，找到能滿足施工需要且材料耗用最經濟的拌制比例。

(3)泥漿制作與工程整體的銜接。這點在防滲墻施工中是相當重要。根據泥漿制作工藝要求，新配備的泥漿需要靜置一天充分發(fā)酵后才可投入使用，而舊泥漿也需要在成槽之前進行回收和利用。當工期緊張，泥漿用量大時，漿液站與施工現場的溝通及計劃格外重要，在泥漿回籠完成的時候馬上開始拌制新漿或進行泥漿處理以保證工程使用。

(4)泥漿制備數量的確定。根據中國水電基礎局多年的施工經驗，一般情況下在施工中拌制理論方量的1.4～1.5倍比較合適，能滿足施工需要且浪費較少。

2.3 攪拌設備

本工程采用的是常用的機械泥漿攪拌器，為NJ11/7.5型鉆井漿液攪拌器。

2.4 泥漿制作配合比

本工程泥漿攪拌采用優(yōu)質鈉基膨潤土，根據地層情況和現場施工條件，經過試驗進行配合比確定。見表1。

表1 膨潤土新制泥漿配合比(配制1m3泥漿)

2.5 泥漿存儲

新制泥漿存儲在砌筑的泥漿池內，泥漿池分為膨化池、儲漿池和回漿池三個，泥漿池大小根據施工強度來確定。新制泥漿經過24h膨化后方可使用。

2.6 泥漿運輸

經膨化后的泥漿可通過現場鋪設的泥漿管路直接輸送到施工槽段。澆筑或經過處理的泥漿可通過回漿管路輸送回回漿池，重復利用。

2.7 泥漿的指標

泥漿的控制指標一般有靜切力、觸變性、失水量、穩(wěn)定性、泥漿的黏度、相對密度、含砂量、泥皮厚度和pH值。按照SL 174- 2014《水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規(guī)范》，雙塔水庫除險加固工程塑性混凝土防滲墻的泥漿質量控制指標為泥漿密度控制在1.10～1.20g/cm3，黏度18～25s，含砂量<5%。造孔全過程中孔內泥漿面始終保持在距導向墻頂面30～50cm范圍內，以防出現塌孔等質量問題。

2.8 施工各階段泥漿性能測定。

施工期間，為提高泥漿的質量及固壁效果，應在成槽后，測定槽底以上0.2～1.0m處泥漿的相對密度、含砂率和黏度；施工過程中，應經常測定和調節(jié)泥漿性能，使其適應不同地層的鉆進要求。對于覆蓋層(即人工填土部分)泥漿黏度要適當大些，失水量和泥皮厚度要小一些；對于黏土層，泥漿黏度可小一些，濃度也可稀一些。當黏度過高時，可用分散劑加水稀釋，但應禁止直接向槽內加清水，而應將水加進池內，經充分攪拌后再用；對于砂層，泥漿黏度應大些，深度也可大些，失水量和泥皮厚度要小一些，在地下水特別豐富的地層中要采用高黏度高濃度泥漿；對于滲透性極高的地層，泥漿可能漏失，可用高黏度泥漿，或在泥漿中添加堵漏材料，如鋸末和其他纖維物質，也可以直接往槽內投黏土球。清槽后，槽底以上0.2～1.0m處的泥漿相對密度應小于1.2，含砂量不大于8%，黏度不大于28s。

3 泥漿循環(huán)使用處理

3.1 泥漿循環(huán)使用的客觀因素

(1)成本因素。雙塔水庫除險加固工程防滲墻施工中泥漿的使用量較大，如果將各項控制指標仍符合施工要求的泥漿當做廢漿處理是一種很大的浪費，我們在施工中將泥漿循環(huán)使用，節(jié)約施工成本，且并不影響施工質量；

(2)環(huán)保要求。由于文明施工的要求，加之雙塔水庫處于國家級自然環(huán)境保護區(qū)內，環(huán)保要求較高，開展泥漿凈化處理，提高泥漿循環(huán)利用率是環(huán)境保護的硬性要求。

3.2 處理方法

處理指標不合格的泥漿主要采用泥漿凈化機(振動篩)分離技術和根據實驗加入一定比例的材料(土料、外加劑)再攪拌兩者相結合的方法進行，本項目采用ZX- 200型泥漿凈化裝置，最大泥漿處理量達到200m3/h(250m3/h)；凈化除砂效率可達90%以上(-0.074mm粒級)。

處理方法是將泥漿由砂石泵或氣舉抽吸出來通過總進漿管輸送到泥漿凈化裝置，經過泥漿凈化機的粗篩、細篩兩道篩網篩分，泥漿中含有的大量砂和其他雜質被分離出來，泥漿得到凈化。經泥漿凈化機處理后的泥漿，各項指標均達到可循環(huán)利用泥漿指標要求的，可直接使用；指標不滿足要求的泥漿，需經過重新加入膨潤土或外加劑拌制，經膨化達到可循環(huán)利用泥漿標準后再使用。配合比經試驗后確定。泥漿凈化處理流程如圖1所示。

圖1 泥漿凈化處理流程圖

4 廢棄泥漿處理

4.1 廢棄泥漿產生及主要來源

在防滲墻施工過程中廢泥漿的來源主要有以下幾種。

(1)循環(huán)使用的泥漿性能不斷惡化，無凈化處理價值時，需要廢棄。

(2)澆筑混凝土時離混凝土面2～3m受水泥污染嚴重的泥漿。

(3)沉淀池下部污泥。

(4)工程結束后的多余泥漿。

4.2 廢棄泥漿處理方法

常用的處理方法有：傳統(tǒng)沉淀法、化學固化處理法、土地耕作處理法等。

(1)傳統(tǒng)沉淀法。傳統(tǒng)沉淀法是將廢棄泥漿集中在沉淀池內自然沉淀，沉淀后清水直接排放，沉淀物晾曬干燥后運至棄渣場，傳統(tǒng)沉淀法成本低，但耗費時間較長。

(2)化學固化處理法。將廢棄泥漿中加入一定的物質，使其成為穩(wěn)定的固體，然后填埋或者做其它用處。這種方法能很大程度上處理廢棄泥漿中的一些污染物，能有效防止對環(huán)境的污染，用單純的化學處理，成本很高。

(3)土地耕作處理法。將泥漿運送到土地進行耕作，把廢泥漿與土地耕作在一起，土地繼續(xù)耕種，該法可使廢物中的有害成分獲得最大程度的稀釋，處理成本較低。本工程采用的是傳統(tǒng)沉淀法。

5 結語

防滲墻在工程界的應用越來越廣泛，從單純的水利工程已發(fā)展到了房建、交通、市政等領域，泥漿固壁技術的應用也日益成熟。本文結合雙塔水庫除險加固工程防滲墻的施工，從泥漿的制備和性能、泥漿的循環(huán)使用、廢棄泥漿的處理等方面對泥漿技術進行了闡述，解決了泥漿性能差、泥漿循環(huán)使用次數低和大量泥漿排放造成環(huán)境污染等問題，對類似工程防滲墻施工及中泥漿使用和處理具有借鑒和參考意義。