董 川，田杰芳

(1.華北理工大學 建筑工程學院，河北 唐山 063210；2.唐山港集團股份有限公司，河北 唐山 063611)

0 前 言

在地連墻板樁碼頭主體結(jié)構(gòu)中，地連墻前墻除了起到擋土、擋水的常規(guī)功能，還要承載碼頭上面各類荷載。因此，前墻的施工質(zhì)量將直接關(guān)系到板樁碼頭的安全與耐久性。在前墻施工中，成槽是其關(guān)鍵施工工序。由于唐山港京唐港區(qū)擬建碼頭區(qū)域原始海底面以下多為粉細砂和砂性土，原始海底面以上均為吹填海砂，屬易滲漏、易坍塌土層。地下水位較高，水質(zhì)接近海水。在該種土層中成槽施工容易出現(xiàn)塌槽情況。為確保成槽質(zhì)量，保證成槽過程中槽壁的穩(wěn)定及成槽設備的安全，合理的泥漿配制對于成槽護壁是十分重要的。也是決定成槽成功與否的關(guān)鍵因素。

1 泥漿在板樁碼頭地連墻成槽施工中的作用

1.1 攜帶并懸浮土渣

這是泥漿最基本的功能。通過其本身循環(huán)，將槽底的土渣攜至地面，保持槽內(nèi)清潔。在挖機下抓斗或因事故停止開挖時，能將槽內(nèi)的土屑懸浮在泥漿中，使土屑不會很快下沉，避免抓斗被埋等事故的發(fā)生。

1.2 保護槽壁，平衡地層壓力

槽壁穩(wěn)定是保證槽快速掘進的基本條件。泥漿的靜壓力可對抗作用在槽壁上的水壓力和土壓力，還可阻止地下水的滲透槽內(nèi)；泥漿從槽壁表面向地層內(nèi)滲透到一定的范圍就粘附在土顆粒上，通過這種粘附作用可使槽壁減少坍塌性和透水性；性能優(yōu)良的泥漿具有良好的造壁和護壁作用，在槽壁上形成薄而韌的泥皮，穩(wěn)定已開挖的地層并阻止液相侵入地層，減弱遇水膨脹地層的水化膨脹和分散的程度。

1.3 沖洗槽底

液壓抓斗挖槽機通過泥漿的循環(huán)，使抓斗在槽底始終接觸和破碎新土層，確保穩(wěn)定、有效開挖。

1.4 鉆具的冷卻和潤滑作用

孔內(nèi)液壓抓斗切削地層，會產(chǎn)生一些熱量，通過泥漿不斷循環(huán)使用，將這些熱量不斷吸收，然后將熱量帶到地上并釋放出去，從而對斗具的降溫，保證斗具正常使用。

1.5 抗污染能力

優(yōu)質(zhì)泥漿具有良好的抗混凝土和地下水的污染能力，可以長時間保持流動狀態(tài)，在澆筑過程中能被混凝土順利地置換到槽外。

2 板樁碼頭地連墻成槽泥漿配制原則

2.1 土層分布、地下水水質(zhì)

唐山港京唐港區(qū)擬建碼頭區(qū)域原始海底面以下多為粉細砂和砂性土，原始海底面以上均為吹填海砂，屬易滲漏、易坍塌土層。地下水位較高，水質(zhì)接近海水。因此配制泥漿時，應充分考慮泥漿的重度、粘度等指標對成槽效果的影響，同時應具有一定的耐鹽性能。

2.2 成槽工藝及設備

液壓抓斗作為近些年板樁碼頭地連墻成槽施工流行設備，適用于軟土地質(zhì)，可以邊挖槽邊修槽，泥漿的重度要求適當，不宜過大。

2.3 經(jīng)濟性

在成槽施工過程中，泥漿的消耗量很大，成本較高。因此配制泥漿時，在保證泥漿具有優(yōu)良性能的同時，應盡可能采用價格相對便宜的原材料，以降低成本。

2.4 指標原則

《港口工程地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)設計與施工規(guī)程》(JTJ303—2003)規(guī)定，新配制的泥漿應滿足表1的要求。此表規(guī)定性能指標是泛指在一般土層中成槽時對泥漿性能的基本要求。但各項指標僅給出了一個范圍值，具體指標應根據(jù)唐山港京唐港區(qū)的土層分布及地下水情況，結(jié)合工程實踐試配確定。

表1 新配制泥漿性能指標

3 泥漿配制選擇

3.1 水的選擇

水是最便宜的成槽材料，在泥漿中水的用量最大，也是最重要的材料之一。理想的用來配置泥漿的水應是中性的(pH值為7)，不含Ca2+、Na+、Mg2+等陽離子，無固體雜質(zhì)，一般采用飲用水即能滿足要求。如使用其他水源時應進行水質(zhì)檢驗，符合要求后方可使用。

3.2 膨潤土的選擇

膨潤土是以蒙脫石為主礦物成分的黏土，水化能力強，造漿率高，所造泥漿是一種帶有電荷的親水膠體，通過顆粒靜電斥力保持穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，具有相對密度低、粘度低、含砂量少、失水量少、泥皮薄、穩(wěn)定性強、固壁能力高、抓斗進尺率高、造漿能力大等優(yōu)點。膨潤土根據(jù)蒙脫石所含的可交換陽離子種類、含量及結(jié)晶化學性質(zhì)的不同，分為鈉基、鈣基等膨潤土。通過對鈣基膨潤土、鈉基膨潤土的各種指標的比較，筆者發(fā)現(xiàn)鈉基膨潤土的指標最好。但由于我國鈉基膨潤土較少、價格較貴，而鈣基膨潤土資源豐富。考慮工程成本因素，首選鈣基膨潤土，為提高鈣基膨潤土的造漿率，通過添加堿粉(Na2CO3)，用Na+去交換鈣土層中的Ca2+,以提高土中的分散度和造漿率。鈣基膨潤土、鈉基膨潤土物理、化學及質(zhì)量指標見表2。

表2 膨潤土物理、化學及質(zhì)量指標

3.3 泥漿處理劑的選擇

為了使泥漿適應不同性質(zhì)的地基土和不同的施工條件下的護壁要求，要在泥漿中加入泥漿處理劑以改善泥漿性能。常用的泥漿處理劑按目的分為分散劑和增粘劑等。

3.3.1 分散劑的選擇

分散劑吸附在膨潤土顆粒的表面，提高其負電荷，增大排斥力，使泥漿出現(xiàn)分散狀態(tài)。分散劑主要有堿類和木質(zhì)素磺酸鹽類。堿類主要是碳酸鈉(Na2CO3)和碳酸氫鈉(NaHCO3)，易溶于水,呈強堿性,能提供Na+離子和碳酸根離子，調(diào)整泥漿pH值，使黏土顆粒分散、表面負電荷增加，更好地吸收外界的正離子，增加水化膜的厚度，提高了泥漿的交替率和穩(wěn)定性，降低失水率，并且使鋼筋處于弱堿性環(huán)境中，對鋼筋的銹蝕起到保護作用。摻入量為膨潤土的0.3%～0.5%。用純堿處理后的水更適合膨潤土水化，筆者選用優(yōu)質(zhì)純堿，改善膨潤土的性能，使泥漿更能發(fā)揮好的性能。木質(zhì)素磺酸鹽類一般采用鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽類，易溶于水或鹽水，對于防止鹽分污染泥漿有較好的效果。

3.3.2 羥丙基甲基纖維素(HPMC)

是以天然高分子材料纖維素為原料，經(jīng)一系列化學加工而制得的非離子型纖維素醚。能溶解于冷水，形成透明的粘稠溶液。具有增稠、粘合、分散、乳化、成膜、懸浮、吸附、膠凝、表面活性、保持水分和保護膠體等特性?？梢愿纳颇酀{的膠體性質(zhì)，提高對渣土的懸浮能力，并降低泥漿的失水量，改善其固壁性能。

3.4 試配及配合比的選定

通過對原材料的篩選，通過對唐山港京唐港區(qū)板樁碼頭地連墻成槽泥漿進行配合比實驗,對基準配合比做了5組試驗，檢測各指標結(jié)果如表3。

表3 基準配合比

通過對上述配合比的對比分析，不難發(fā)現(xiàn)，最后一組泥漿的配合比，不僅其性能指標滿足施工要求，且用料最省，因此初定為施工用配合比。隨后通過試驗槽段的試成槽施工，對泥漿性能指標作了驗證，證明泥漿性能完全符合成槽施工需要，最終確定其為施工用配合比。

4 結(jié)束語

在板樁碼頭地連墻成槽施工中，泥漿起著排出沉渣、平衡槽內(nèi)外地下水壓力、保持槽壁穩(wěn)定的關(guān)鍵作用，通過上述對唐山港京唐港區(qū)碼頭建設區(qū)域的地連墻成槽泥漿配制原則及泥漿配制選擇進行分析研究，并通過大量數(shù)據(jù)的對比分析，得出合理的泥漿配制比例，對今后同類工程有著一定的借鑒作用。

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