羅云峰

1. 上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002；2. 上海市地下工程施工泥漿專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺 上海 200433

城市建設(shè)的高速發(fā)展導(dǎo)致土地資源及可供開發(fā)建設(shè)的地上空間嚴(yán)重不足，大型城市中淺層地下空間的建設(shè)開發(fā)已趨于飽和，50 m及以上深度的深層地下空間開發(fā)成為上海等大型城市建設(shè)的必然選擇。在上海等軟土地區(qū)實施深度超50 m地下空間開發(fā)，地下連續(xù)墻等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的深度將超過百米，將不得不面對地質(zhì)條件、深部砂層水土壓力分布復(fù)雜和施工難度大等一系列技術(shù)問題，對施工工藝提出了巨大的挑戰(zhàn)。對于深度超百米的地下連續(xù)墻，傳統(tǒng)的地下連續(xù)墻工藝存在諸多局限性，地下連續(xù)墻套銑工藝因其具備土層適應(yīng)性高、成槽深度大、垂直精度高、接縫抗?jié)B性能強等優(yōu)點應(yīng)運而生[1-6]。地下連續(xù)墻套銑工藝施工不可避免地會應(yīng)用到泥漿，其主要起著護(hù)壁、攜渣和冷卻銑輪三大作用，從某種意義上來說，泥漿質(zhì)量將決定著套銑工藝地下連續(xù)墻墻體施工質(zhì)量。本文背景工程蘇州河深層排水調(diào)蓄管道系統(tǒng)工程試驗段SS1.2標(biāo)（以下簡稱蘇州河深隧）是軟土地區(qū)首次規(guī)模化實施百米級地下連續(xù)墻，無工程化應(yīng)用先例可供參考，本文進(jìn)行百米級地下連續(xù)墻套銑工藝護(hù)壁泥漿技術(shù)研究具有直接的工程意義，為百米級超深地下連續(xù)墻順利安全實施提供了必要的技術(shù)支撐，也為后續(xù)類似工程泥漿質(zhì)量管控提供參考。

1 背景工程概況

蘇州河深隧1.2標(biāo)基坑分為4個區(qū)域。1區(qū)（豎井）：開挖深度約59.6 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1.5 m厚、105 m深地下連續(xù)墻；2區(qū)（綜合設(shè)施深坑）：開挖深度33.8 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1.2 m厚、80 m深地下連續(xù)墻；3區(qū)（進(jìn)水渠道）：開挖深度33.3 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1.2 m厚、80 m深地下連續(xù)墻；4區(qū)（綜合設(shè)施淺坑）：開挖深度8.80～16.65 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 m厚、105 m深地下連續(xù)墻（圖1、圖2）。

巖土工程勘察報告顯示土層分布情況如圖3所示，成槽過程中穿越十多種不同的土層，淺層淤泥質(zhì)黏土流塑性較高，易發(fā)生頸縮和塌方，深層砂質(zhì)沉積土層中存在含量極高的細(xì)粉砂，不易在泥漿循環(huán)過程中被除砂機分離，更有十余米穿越了⑨1層粉細(xì)砂和⑨2層中砂，墻底位于⑩層黏土，成槽施工難度大，成槽精度要求高。因此，確定合理的泥漿材料配比和性能指標(biāo)，對槽壁穩(wěn)定性及循環(huán)泥漿性能指標(biāo)調(diào)控起到至關(guān)重要的作用。

圖3 豎井土層分布剖面示意

2 泥漿配比試驗研究

根據(jù)多年地下連續(xù)墻施工泥漿應(yīng)用經(jīng)驗和以往不同泥漿材料試驗及應(yīng)用情況總結(jié)，同時結(jié)合背景工程地質(zhì)和環(huán)境條件，確定本次泥漿配比試驗采用復(fù)合鈉基膨潤土泥漿。這種泥漿性能穩(wěn)定，懸渣攜渣能力強，可以減少地下連續(xù)墻槽段底部的沉渣，和套銑泵吸反循環(huán)工藝有較好的適應(yīng)性，且其聚合物分子作用還能較好吸附細(xì)微土砂形成大顆粒，從而加速沉淀，有利于泥漿循環(huán)處理。

泥漿配比試驗選取優(yōu)質(zhì)鈉基膨潤土結(jié)合CMC（羧甲基纖維素）、純堿等材料來進(jìn)行。根據(jù)本工程施工工藝及施工質(zhì)量要求，再結(jié)合上海地方標(biāo)準(zhǔn)中泥漿指標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而確定本文背景工程地下連續(xù)墻成槽泥漿性能控制標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

表1 泥漿性能指標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)

使用所選定的泥漿材料，在泥漿實驗室內(nèi)進(jìn)行配比小樣試驗，將膨潤土、CMC、純堿按既定的比例加入清水中，使用專用的泥漿分散攪拌機充分?jǐn)嚢? min制成泥漿，對剛制備好的新漿靜置24 h后分別進(jìn)行黏度、相對密度、含砂率、失水量、泥皮厚度、pH值、動切力、靜切力、塑性黏度、表觀黏度等一系列泥漿性能指標(biāo)測試分析研究。通過大量小樣配比試驗結(jié)果數(shù)據(jù)優(yōu)選，初步確定背景工程泥漿配比：水∶膨潤土∶CMC∶純堿＝1 000∶60∶0.3∶3。

把泥漿實驗室小樣試驗所確定的泥漿配比在項目現(xiàn)場制備并再次進(jìn)行測試分析，發(fā)現(xiàn)雖然配比一致，但測試結(jié)果與實驗室小樣數(shù)據(jù)是存在差異的。通過深入的觀測、對比分析查找到導(dǎo)致性能指標(biāo)存在差異的可能原因有：現(xiàn)場拌制時間不足，部分?jǐn)嚢璨痪鶆?，?dǎo)致泥漿材料未能充分水化；CMC和純堿等外加劑摻量儀器較為簡單，不夠精確；CMC較難溶于水，在短時間攪拌制備泥漿過程中溶解不充分；此外，現(xiàn)場泥漿攪拌桶內(nèi)長期殘留20 cm深余漿未能抽盡，也會導(dǎo)致泥漿性能受影響。

結(jié)合現(xiàn)場制備泥漿和實驗室制備的泥漿的性能指標(biāo)差異情況，在滿足既定的泥漿性能指標(biāo)的前提下，并結(jié)合現(xiàn)場攪拌設(shè)備容積、工效和膨潤土加料便攜性等因素，最終確定背景工程泥漿配合比：水∶膨潤土∶CMC∶純堿＝1 500∶100∶0.5∶3。

3 泥漿過程控制技術(shù)研究

過程控制主要是對施工現(xiàn)場泥漿制備、應(yīng)用、調(diào)節(jié)再利用等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行必要的檢測控制。通過對槽段內(nèi)不同深度泥漿和循環(huán)池泥漿進(jìn)行取樣分析，以便及時采取相應(yīng)技術(shù)措施進(jìn)行動態(tài)調(diào)控，以實現(xiàn)百米內(nèi)不同深度泥漿性能的快速精準(zhǔn)檢測和控制。

3.1 泥漿制備控制

為使泥漿材料充分水化，最大程度地發(fā)揮好材料效能，并提高項目現(xiàn)場泥漿制備工效，對現(xiàn)場泥漿制備提出下列控制要求。

1）準(zhǔn)備好較大存儲容器，提前24 h對難溶于水的CMC進(jìn)行水化，拌制5 min以上進(jìn)行靜置，靜置過程中每8 h攪拌一次，以使得CMC能充分水解。

2）泥漿的加料攪拌順序為：攪拌桶加一半水，添加膨潤土材料，開始攪拌的同時繼續(xù)往攪拌桶里加水到既定刻度，隨后摻加既定量的提前水化好的CMC水溶液，再摻加既定量的純堿，攪拌5 min，打入新漿池存貯備用。

3）每次攪拌桶攪拌完成后，保證桶內(nèi)泥漿盡可能抽凈，減少桶底殘留和淤積。

4）在靜置過程中要不定時用空壓機對泥漿池進(jìn)行翻滾攪拌，攪拌時間每池不少于5 min，攪拌頻率每次每天不少于1次，預(yù)防長期靜置而產(chǎn)生離析。

5）在輸入槽段或是摻兌進(jìn)循環(huán)池前，再次使用空壓機對泥漿池（箱、罐）進(jìn)行翻滾攪拌，攪拌時間不少于5 min。

3.2 槽段泥漿取樣檢測控制

地下連續(xù)墻成槽施工過程中，各種特性的復(fù)雜土層會對槽段內(nèi)泥漿性能產(chǎn)生不確定影響，因此需對槽段內(nèi)不同深度泥漿進(jìn)行取樣檢測測試，通過得到的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)控，使成槽施工過程中所用泥漿質(zhì)量滿足要求的性能指標(biāo)，保證地下連續(xù)墻安全高效施工。

傳統(tǒng)的地下連續(xù)墻泥漿取漿器具為人工手提式簡易取漿器，這種方式全程依靠人工提上提下進(jìn)行取漿，相當(dāng)費時費力，取漿位置還不準(zhǔn)確，并存在一定的危險性，在深度不大的地下連續(xù)墻中應(yīng)用居多。百米級地下連續(xù)墻施工進(jìn)行快速、高效泥漿檢測與動態(tài)調(diào)控的基礎(chǔ)是具有相適應(yīng)的取漿裝置，顯然傳統(tǒng)簡易取漿器具無法滿足要求。本文對取漿檢測裝置及方法進(jìn)行了革新，創(chuàng)新研制了地下連續(xù)墻槽段內(nèi)系列原位泥漿檢測取漿器具，能夠滿足超深地下連續(xù)墻施工需求。

首先研發(fā)了第一代地下連續(xù)墻施工槽段內(nèi)泥漿取樣器具，改變傳統(tǒng)的人工操作方式，采用將取漿器穩(wěn)定固定于槽段上的形式，通過手搖纏繞有測繩的定滑輪，下放、提升測繩上連接的分段式取漿桶，對槽段內(nèi)泥漿進(jìn)行取樣檢測。在應(yīng)用過程中改良第一代取漿器具，研制了第二代取漿裝置，整體穩(wěn)定性增加，取漿位置更加準(zhǔn)確、更省力，且便于在大型場地移動，靈活機動。

這2種地下連續(xù)墻槽段內(nèi)泥漿取漿器具雖然相對于傳統(tǒng)簡易取漿器具有較大的創(chuàng)新，但也存在一定的缺陷，比如刻度易磨損，導(dǎo)致取漿深度不精確、深度大取漿效率低下等，無法滿足背景工程百米級地下連續(xù)墻不同深度的泥漿取漿檢測要求。

基于規(guī)模化百米級超深地下連續(xù)墻取漿工作量大、人工手搖定滑輪方式進(jìn)行百米地下連續(xù)墻取漿費時費力且不夠安全等問題，創(chuàng)新研發(fā)了一種地下連續(xù)墻槽段泥漿電動取漿裝置，槽段取漿效率得到極大提高，取漿過程快速且平穩(wěn)，安全高效。根據(jù)設(shè)置深度顯示器，直觀、準(zhǔn)確地達(dá)到取漿深度，實現(xiàn)了深度超百米、最深達(dá)150 m的地下連續(xù)墻施工槽段內(nèi)不同深度泥漿性能的精準(zhǔn)檢測和控制。

3.3 循環(huán)泥漿指標(biāo)調(diào)節(jié)控制

在粉細(xì)砂含量高地層進(jìn)行套銑工藝施工，會遇到除砂機無法分離極小顆粒粉細(xì)砂（顆粒直徑0.026 mm以下）的難題，雖經(jīng)過除砂、沉淀等泥漿處理，循環(huán)泥漿含砂率仍超過25%，此時循環(huán)漿將當(dāng)成廢漿被遺棄處理。這種情況下，成槽泥漿將變成一次性攜渣的載體，將在較大程度上提升施工成本和增大液廢排放處理量，既不經(jīng)濟(jì)，也不環(huán)保。亟待尋找一種既能降低廢漿率，又能不影響泥漿性能的方法來有效加快細(xì)砂沉淀和調(diào)節(jié)泥漿指標(biāo)至可用范圍?；诖?，開展了循環(huán)泥漿調(diào)節(jié)控制技術(shù)研究。

通過取等量的經(jīng)多級沉淀含砂率仍超25%的一期槽段、二期槽段循環(huán)泥漿，分別利用清水、添加劑及新漿進(jìn)行勾兌試驗，觀察勾兌后泥漿性能指標(biāo)變化規(guī)律，圖4、圖5分別顯示了一期槽段、二期槽段循環(huán)泥漿不同樣品組進(jìn)行調(diào)節(jié)試驗的含砂率變化情況。從圖4可知，在樣品泥漿中兌入新漿能夠有效地改善含砂率，泥漿中粉細(xì)砂的沉淀加快，而且在短時間內(nèi)作用明顯。其中采用1∶1的比例摻入新漿調(diào)節(jié)泥漿指標(biāo)，勾兌后粉細(xì)砂在短時間內(nèi)迅速聚合沉淀，靜置2 h后泥漿含砂率下降到8%，隨后沉淀過程減緩，最終經(jīng)6～24 h后含砂率下降到5%，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。從圖5可知，采用與一期槽段同樣的勾兌比例或略微提高勾兌比例均可以在較長時間（6 h）的沉淀后，使泥漿指標(biāo)達(dá)到循環(huán)利用標(biāo)準(zhǔn)。二期槽段循環(huán)泥漿按照新漿與原漿6∶4的勾兌比例，在短時間（2 h）內(nèi)泥漿性能指標(biāo)已基本恢復(fù)到循環(huán)漿指標(biāo)要求。

圖4 一期槽段循環(huán)泥漿調(diào)節(jié)試驗含砂率變化

圖5 二期槽段循環(huán)泥漿調(diào)節(jié)試驗含砂率變化

基于循環(huán)泥漿調(diào)節(jié)試驗，提出了一種粉細(xì)砂層地下連續(xù)墻施工循環(huán)泥漿再生調(diào)節(jié)方法。該方法通過提高單位體積泥漿中聚合物與粉細(xì)砂顆粒的比例，加快粉細(xì)砂顆粒的集聚沉淀，且不影響泥漿的相對密度、黏度和酸堿度等其他指標(biāo)。以此調(diào)節(jié)方法開發(fā)了循環(huán)泥漿性能快速調(diào)節(jié)技術(shù)，通過循環(huán)高效檢測、調(diào)整，有效改善了循環(huán)泥漿性能，實現(xiàn)了粉細(xì)砂含量超25%的高含砂率循環(huán)泥漿性能快速調(diào)節(jié)。

對循環(huán)池中采用循環(huán)泥漿性能快速調(diào)節(jié)技術(shù)處理的循環(huán)漿進(jìn)行取樣檢測，檢測結(jié)果如圖6所示。圖6顯示經(jīng)循環(huán)處理后的泥漿其性能指標(biāo)均在規(guī)范和工程要求的上下限可控范圍之內(nèi)，達(dá)到了再利用要求。

圖6 循環(huán)處理后泥漿各項性能指標(biāo)

4 實施效果

背景工程百米超深地下連續(xù)墻在成槽過程中對每幅槽段不同深度泥漿性能進(jìn)行了取漿跟蹤測試，主要測試了相對密度、黏度、含砂率、失水量這4項泥漿重要指標(biāo)，并及時將測試指標(biāo)與規(guī)范和工程要求的質(zhì)量控制指標(biāo)進(jìn)行對比，當(dāng)發(fā)現(xiàn)超出控制指標(biāo)時及時進(jìn)行動態(tài)調(diào)控或作廢棄處理。

測試數(shù)據(jù)顯示，取樣分析的近50幅槽段泥漿性能都較為穩(wěn)定且無較大差異，結(jié)合成槽過程泥漿實時有效的動態(tài)調(diào)節(jié)，近50幅槽段內(nèi)不同深度泥漿相對密度、黏度、含砂率及失水量這4項主控指標(biāo)絕大部分都在允許的控制范圍內(nèi)，僅有極個別槽段泥漿指標(biāo)略微超標(biāo)，但經(jīng)過及時的調(diào)控調(diào)節(jié)后均在可控范圍之內(nèi)。

背景工程歷時一年半有余，共計完成地下連續(xù)墻施工119幅，為了更好地展示背景工程百米級超深地下連續(xù)墻實施效果，對其中105 m深共計84幅地下連續(xù)墻的成槽垂直度進(jìn)行統(tǒng)計分析。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，84幅105 m深的地下連續(xù)墻成槽垂直度均滿足1/1 000設(shè)計要求，其中4幅地下連續(xù)墻垂直度更是達(dá)到1/4 000以上，9幅地下連續(xù)墻垂直度達(dá)到1/3 000以上，30余幅地下連續(xù)墻垂直度達(dá)1/2 000以上。這也從側(cè)面印證了本工程地下連續(xù)墻施工成槽護(hù)壁技術(shù)的應(yīng)用是成功的，效果是顯著的。

5 結(jié)語

本文針對軟土地區(qū)百米級地下連續(xù)墻規(guī)?；瘜嵤┕こ虩o先例、泥漿在百米地層的適用性未知等問題，結(jié)合百米級超深地下連續(xù)墻的施工特點和地層特性，通過小樣配比試驗結(jié)合項目現(xiàn)場實際地質(zhì)和環(huán)境條件，優(yōu)選配制出復(fù)合鈉基泥漿配合比，同時結(jié)合項目現(xiàn)場泥漿制備、應(yīng)用、調(diào)節(jié)再利用等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提出針對性的技術(shù)管控措施。針對規(guī)模化百米級超深地下連續(xù)墻取漿工作量大、人工取漿存在的局限性，創(chuàng)新研發(fā)了地下連續(xù)墻槽段泥漿電動取漿裝置對百米深槽段內(nèi)任意位置泥漿進(jìn)行跟蹤取樣檢測，進(jìn)而為泥漿性能調(diào)控提供依據(jù)，實現(xiàn)了百米深度地下連續(xù)墻施工槽段內(nèi)不同深度泥漿性能的精準(zhǔn)檢測和控制。同時，針對粉細(xì)砂含量較高土層中循環(huán)漿經(jīng)處理后含砂率仍過高的問題，開發(fā)了循環(huán)泥漿性能快速調(diào)節(jié)技術(shù)，能夠較好地處理粉細(xì)砂問題，有效改善了循環(huán)泥漿性能，實現(xiàn)了粉細(xì)砂含量超25%的高含砂率循環(huán)泥漿再生利用。最后，對背景工程地下連續(xù)墻成槽泥漿相關(guān)重要性能指標(biāo)和成槽質(zhì)量進(jìn)行了直觀的展示，印證了背景工程成槽護(hù)壁技術(shù)的應(yīng)用是成功的，效果也是顯著的。

本文所進(jìn)行的護(hù)壁泥漿技術(shù)研究為百米級超深地下連續(xù)墻順利安全實施提供了必要的技術(shù)支撐，對后續(xù)類似工程泥漿質(zhì)量管控亦具有參考意義。