化学泥浆与黏土泥浆在松散地层防渗墙施工中联合应用的技术研究

何 国 勤， 赵 启 强， 郑 印

(1.大唐乡城水电开发有限公司，四川 甘孜 627850；2.中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

我国混凝土防渗墙施工主要使用的固壁泥浆有黏土泥浆、膨润土泥浆和化学泥浆。黏土泥浆具有可就地取材、造价低等优势，适用于砂夹卵石地层；膨润土泥浆具有悬浮、携带钻渣、提高钻进效率等优势，适用于砂层、砾卵石地层；化学泥浆具有用量少、黏度大等优势，适用于易塌孔、易产生沉渣的粉土、粉质黏土及粉砂等地层。

古瓦水电站位于四川省甘孜藏族自治州乡城县境内，大坝上游围堰采用混凝土防渗墙结合帷幕灌浆防渗，地层以砂砾石及孤石为主。围堰防渗墙施工轴线长约50 m,设计墙顶高程为3 286 m，防渗墙设计墙厚80 cm，预估工程量为1 210 m2。本课题以古瓦水电站上游防渗墙施工为依托进行研究，通过在施工过程中将化学泥浆与黏土泥浆混合使用，解决了在砂砾石层与孤石地层条件下黏土泥浆护壁存在的泥浆制备繁琐、稳定性差、回收率低且难度大、废浆多、易塌孔、处理成本高、孔底沉渣厚、清孔质量较难保证等难题。介绍了课题的研究与应用过程。

2 研究课题

(1)课题目标。在保证工程施工质量的前提下，寻找最适宜该地层施工的泥浆配比及使用方法，加快施工进度，降低施工成本。

(2)研究方法。通过室内对比试验，得出化学泥浆与黏土泥浆的最佳配合比，再进行现场试验，试验后经检验验证该方法的合理性和可靠性，同时对试验中出现的一些问题加以改进和完善。

3 课题的实施及取得的成果

3.1 试验材料的选取

试验选取的化学泥浆为高分子聚合物，呈白色粉状，无毒、无味，对环境无危害。根据不同地层，推荐泥浆粉在水中的添加比例：0.01%～0.1%(表1)。

表1 化学泥浆粉使用说明表

试验直接选取施工现场的黏土配置黏土泥浆。新制黏土泥浆性能指标需满足以下条件：密度为1.15～1.25 g/cm3、漏斗黏度为18～25 s、含砂量≤5%。

3.2 化学泥浆和黏土泥浆的室内配比试验及取得的结果

(1)黏土泥浆基浆配比试验。

配置黏土含量为10%、15%、20%、25%、50%的黏土泥浆，静置24 h后进行性能测试。测试结果见表2。

试验观察以及对表2进行的数据分析：

直接取用施工现场的黏土，该黏土的塑性指数为25.6，配制的黏土泥浆黏度低，含沙量大，失水量大，搅拌后静置很短的时间即出现了分层现象，随着黏土量的增加，失水量下降明显，初步判断施工现场的黏土无造浆能力。

(2)化学泥浆基浆配比试验。

表2 黏土泥浆性能测试结果表

试验选取的化学泥浆粉按0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.1%加量配制各1 L泥浆，配制好的泥浆静置24 h后进行性能测试，测试结果见表3。

表3 化学泥浆性能测试结果表

通过试验观察和对表3的数据进行分析得知：

该试验选用的化学泥浆粉加入清水中能快速水化分散，形成的胶体溶液黏度大、掺量小；随着化学泥浆粉的增加，浆液漏斗黏度增加，表观黏度、塑性黏度和动切力有规律增大。

(3)化学泥浆与黏土泥浆的兼容性试验。

取配方为水+50%黏土的黏土泥浆与化学泥浆粉含量0.1%的化学泥浆按照1∶0.4、1∶0.6、1∶0.8、1∶1的比例混合，配制4组混合泥浆，每组1 L，搅拌30 min后进行性能测试，测试结果见表4。

通过试验观察和对表4中的数据进行分析

表4 黏土泥浆与化学泥浆混合浆液测试结果表

得知：

黏土泥浆和化学泥浆在没有搅拌的情况下出现了明显的分层现象；高速搅拌(30 min)浆液体系稳定后，没有出现分层现象，但混溶后的浆液出现了明显的絮凝；黏土浆性能发生了很大改善，漏斗黏度大幅度增加，表观黏度、塑性黏度和动切力也大幅度增加；失水情况得到了有效控制，下降至35～40 mL/30 min左右，PH值也下降至12左右，泥饼厚度减薄至2～3 mm且变得更致密。

(4)化学泥浆与黏土泥浆的室内配比试验结果。

该试验选用的化学泥浆与采用施工现场的黏土配制的黏土泥浆具有兼容性，同时能极大地改善黏土泥浆的性能。

3.3 化学泥浆与黏土泥浆的现场应用及取得的效果

在施工中选取两个一期槽段进行了对比施工，以9#槽、11#槽为例，其中11#槽选用传统的黏土泥浆造孔；9#槽施工时在传统黏土泥浆造孔施工的基础上掺加了千分之一的化学泥浆进行造孔施工，在施工过程中记录了主要施工工时、孔内特殊情况发生的次数及影响程度，检查并测量了槽内泥浆的各项指标。

通过对两个槽段的施工情况进行分析可知：在同样的地层中，配置相同数量的施工机械设备、人员等，9#槽段造孔施工的工效明显优于11#槽段的施工工效(9#槽段造孔工效为13.1 m2/d，11#槽段造孔的工效为10.9 m2/d)；添加化学泥浆的槽段在造孔过程中孔内事故发生的几率明显低于纯黏土泥浆造孔的槽段，处理孔内事故的简易程度优于纯黏土泥浆的槽段。在采取添加化学泥浆的措施后，利用其本身可以降低悬浮颗粒物的特性，使得在清孔过程中几乎所有的钻渣已沉淀到孔底，清孔时可一次性清理至合格标准。同时，由于其本身不悬浮钻渣，自然不会发生二次沉淀，因此，只需在清孔过程中适当加入新鲜的化学泥浆浆液即可保持造孔施工过程中泥浆的各项指标。

4 结论及建议

该研究课题通过在古瓦水电站防渗墙中的探讨研究与应用，成功地解决了砂砾石地层条件下黏土泥浆护壁存在的泥浆制备繁琐、稳定性差、回收率低且难度大、废浆多、易塌孔、易漏浆、处理成本高、孔底沉渣多、清孔质量较难保证等难题，确保了工程质量、缩短了施工工期，节约了成本，取得了良好的社会及经济效益。研究成果为中国水电十局在砂砾石地层施工防渗墙方面提供了科学的理论及实践依据，对今后复杂地层的防渗墙施工具有重要的指导意义及推广应用价值。

由于该研究课题针对的是砂砾石地层，对于化学泥浆的使用推广仍具有一定的局限性，因此，其它地层条件若采用化学泥浆必须进行相关的泥浆性能试验以确定采取与否。