尖岗水库大坝防渗墙施工中泥浆制作及作用

2010-08-15可友国郑州市尖岗水库管理处

河南水利与南水北调 2010年1期

□可友国(郑州市尖岗水库管理处)

□王茹(河南省水利科学研究院)

□刘术华(固始县鲇鱼山灌区胡族水利渔业管理所）

□王利军 □郭邢燕（郑州市尖岗水库管理处）

尖岗水库大坝为均质土坝，坝体为中性壤土和沙壤性粘土，土质较好；坝基是轻粉质壤土，含有粘土层和砂砾石层，透水性强。坝基截水槽底部渗透比降超过允许值，且下游反滤措施不完善；坝体浸润线和坝基测压管水位有逐步抬高的趋势，存在渗流安全隐患。设计采用塑性混凝土防渗墙进行防渗处理，减少渗流，提高渗流安全。根据尖岗水库工程地质情况及设计要求，为保证塑性混凝土防渗墙成槽、施工质量，选用低固相膨润土、水、分散剂等优良原材料，制作高质量泥浆，保证泥浆具备良好的物理性能、流变性能、稳定性以及抗水泥污染的能力，起到固壁支撑、悬浮岩屑及防止塌孔等重要作用。

一、泥浆制作

（一）制浆材料选配

膨润土：选用的膨润土达到石油部部颁标准《钻井液用膨润土》（SY5060-93）所规定的二级膨润土指标。

水：用新鲜洁净的淡水，使用前对水质进行化验，取用尖岗水库里的天然水。

分散剂：选用工业用纯碱。

速凝剂：选用聚丙烯酰胺。其功能为对膨润土护胶，同时提高抗剪切稀释能力。

防漏剂：选用锯末等。

（二）泥浆拌制

泥浆制备设备包括储料斗螺旋输送机、磅称、定量水箱、高速回转搅拌机、药剂贮液桶等。搅拌前先做好药剂配制，纯碱液配制浓度为1:10～1:5，CMC液对高粘度泥浆的配制浓度为1.5%。搅拌时先将水加至1/3，再把CMC粉缓慢撒入，用软轴搅拌器将大块CMC搅拌成小颗粒，继续加水搅拌。配制好的CMC液静置6h后方可使用。泥浆搅拌前先将水加至搅拌筒1/3后开动搅拌机，在定量水箱不断加水同时，加入膨润土、纯碱液，搅拌3min后，加入CMC液继续搅拌。搅拌好的泥浆静置24h后使用。

（三）泥浆质量控制

1.泥浆拌制质量控制措施及要求

（1）泥浆拌制选用高效、低噪音的高速回转搅拌机（ZL400型制浆机）2台，制浆能力250m3/台班，满足工程的需求；（2）每盘膨润土上浆的搅拌时间为3min；（3）应按照规定的配合比配置泥浆，各种材料的加量误差≯5%；（4）新制膨润土浆需存放24h，经充分水溶胀后方能使用；（5）贮浆池内泥浆经常搅动，并用压缩空气助拌，保持指标均一，避免沉淀或离析；（6）在施工过程中，槽孔内的泥浆由于岩屑、离子混入和其他处理剂的消耗，泥浆性能将逐渐恶化，必须进行处理再利用。

2.泥浆检测和控制指标

在搅拌机中取样，经水化溶胀24h后测定比重、漏斗粘度；在新浆贮浆池内取样进行检测的指标有比重、漏斗粘度；在抓斗正常抓进时，对循环浆进行的检测指标有比重、漏斗粘度和含沙量。

二、泥浆的性能

泥浆在防渗墙施工中有着重要作用，是保证防渗墙顺利施工的关键材料，要求泥浆具有良好的物理性能、流变性能、稳定性以及抗水泥污染的能力。其中泥浆的物理性能主要有比重、失水量、含沙量、稳定性和触变性等。

（一）比重

泥浆的比重是指单位体积泥浆的质量。泥浆比重的大小决定着槽孔中的静浆柱压力，适当的比重，才能起到支承孔壁、稳定地层的作用，因此，它对于防止槽壁坍塌是十分重要的，可根据地层不同及地下水位的情况适当调节浆液比重。根据尖岗水库大坝土质的实际情况，新制膨润土泥浆的比重控制在1.1g/cm3以内；但在施工过程中，根据工程的需要，适时调整泥浆比重，有时候达到1.2g/cm3。

（二）失水量

失水量是反映泥浆中的自由水在压力作用下渗入地层能力的特征。泥浆中的自由水滤失后固体颗粒逐渐沉积在孔壁上，堵塞空隙形成泥皮。堵塞渗漏空隙的颗粒越细，泥皮越密致，滤失阻力越大，失水量越小，固壁效果越好。尖岗水库施工过程中，新制膨润土泥浆的失水量控制在30ml/30min以内。

（三）含沙量

泥浆中的含沙量是指泥浆中＞74μm的砂砾（200目筛余）占泥浆总体积的百分比含量。含沙量的大小主要取决于黏土的类型和质量。含沙量过高，不仅会造成泥浆泵的严重磨损，还会使泥皮厚度大、疏松、渗透性大、失水量大，甚至会导致泥皮坍塌，造成卡斗、埋斗等事故。因此，在抓进过程中，要做好泥浆的除沙净化工作。新制泥浆的含沙量控制在5%以内。

（四）流变性

泥浆的流变性即泥浆的流动和变形性质。衡量泥浆流变特性的重要参数有塑性黏度、漏斗黏度、表观黏度、动切力、静切力、触变性等。触变性即泥浆搅拌后变稀，静置后变稠的特性。泥浆的流变性对防渗墙造孔和混凝土浇筑质量有重要影响。泥浆良好的流变性能主要有三方面的作用：一是有利于稳定底层；二是适当的动切力和塑性黏度之比（动塑比），有利于悬浮和携带钻渣，提高钻进效率；三是可减少钻进时槽内泥浆的压力波动，以防止泥浆的漏失和塌孔。一般流变参数太大，浆液的黏滞力对钻具的摩擦阻力大，泥浆循环困难，就会降低挖槽效率，同时还会增大泥皮厚度，影响混凝土浇筑质量。因此，施工时要适当控制泥浆的流变性。

（五）稳定性

泥浆的稳定性是指在正常钻进时，泥浆中的分散粗颗粒不易下沉和不易聚结变大而沉降的性质。以泥浆在量筒中静置一昼夜，泥浆柱的上半部和下半部的密度之差来衡量其稳定性，差值越小稳定性越好。稳定性不好的泥浆若长时间处于静止状态，将会发生离析、沉淀，严重者将丧失其固壁功能。新制黏土泥浆的稳定性合格标准为≯0.03g/cm3。

（六）抗水泥污染

所谓“水泥污染”，是由于钻凿法钻接头孔处理漏失地层向槽内投放水泥，浇注时水泥和混凝土表面接触以及散落混凝土所致。水泥污染即是钙污染。当钙离子含量达到0.1%时就足以使泥浆失去胶体性质，水泥污染后泥浆失水量增大，泥皮增厚且松散，黏度、动切力增加，pH值升高，形成“絮凝”。应尽量避免向槽内加水泥和散落混凝土，为了提高泥浆的抗水泥污染能力，加入纯碱等分散剂。

三、泥浆的作用

（一）槽孔固壁作用

在槽孔施工过程中保持孔壁稳定不坍塌，其固壁机理是槽孔内的泥浆压力高于所在地层的地下水压力，使泥浆渗入槽壁土体中，其中较细的颗粒进入空隙中，较粗的颗粒附着在孔壁上形成“泥皮”，随着泥皮厚度的增加，对水的流动阻力也会增加，最终达到平衡，水不再进入地层，泥浆与土层被泥皮隔开，泥浆所产生的侧压力通过泥皮作用在孔壁上，泥浆的侧压力大于槽孔土体的坍塌力，从而保证了槽壁的稳定。