1· 工程概况

某引水式水电站工程中，电站厂房以悬挂式混凝土防渗墙为防渗体系，兼做永久挡土墙结构。防渗墙施工轴线长度为495m，设计墙深52m，设计墙厚0.5m。

该工程防渗墙地质条件主要以第四系堆积物砂岩及灰岩为主，自上而下分别为卵石和低液限粘土。地层结构密实，其中少量中密、细颗粒充填物以中粗砂及粉土为主，或含有少量漂砾。

卵石粒径为6～15cm，约占地层的5%～10%。砾石粒径为3~5cm，约占地层的65%~70%。卵、砾石层渗透系数为1.34×10-2~7.35×10-3 cm/s。地下水丰富且为承压水，对护壁泥浆要求很高。因此，在施工过程中保证泥浆的比重、粘度、悬浮携渣等指标尤为重要。 

2· 技术方案的选择

2·1 施工工艺

根据设计地勘资料、当地施工环境及工期安排，防渗墙采用“三钻两抓”法成槽，“接头管法”施工搭接部位，“直升导管法”浇筑混凝土等工艺。设备选用JINT SG70型号液压连续墙抓斗。

2·2 施工难点

防渗墙施工深度为52m，主要穿越砂卵砾石地层，由于施工现场复杂的水文地质条件，低液限粘土层存在含水量较低时就液化，导致底层强度降低甚至失稳的情况，成槽难度大，浇筑质量难以保证。

2·3 解决思路及技术路线

（1）根据设计地勘资料确定“最危险地层”；

（2）对“最危险地层”进行泥浆试验，确定最优泥浆配合比；

（3）在施工现场进行泥浆试验，检验并优化泥浆配合比，确定最合理、最经济的配合比。

2·3·1 确定施工“最危险地层”

防渗墙施工穿越的卵石层因结构疏松、卵石间空隙较大、地层稳定性较差，容易导致泥浆漏失。另外，低液限粘土层在较低含水量时即液化，导致地层强度降低甚至失稳。因此，确定这种地层为“最危险地层”。

2·3·2 确定最优泥浆配合比

为了解决防渗墙施工过程中可能出现的塌孔、沉渣厚度大等问题，所确定的泥浆主要性能参数指标见下表。

项目	性能指标	测量仪器
密度/g·cm-3	1.03～1.08	泥浆比重电子秤
漏斗粘度/s	35～55	马氏漏斗
塑形粘度/MPa·s	≥8	六速旋转粘度计
动切力/Pa	≥6	六速旋转粘度计
失水量/ml·30min-1	＜18	失水量仪
泥饼厚度/mm	＜2.5	失水量仪
pH值	7.5～10.5	pH值检测仪

2·3·2·1 试验材料的选择

泥浆试验的材料包括清水、聚合物化学泥浆、膨润土、片碱（NaOH）以及羧甲基纤维素（CMC）。清水作为溶剂；膨润土作为主要的固相物质，是形成泥浆的主要材料，可以提高泥浆的造浆率和比重；片碱（NaOH）主要是为泥浆提供Na+，可以提高泥浆的粘度，调整泥浆的pH值等；羧甲基纤维素（CMC）可以充分增加泥浆的粘度，降低滤失量，提高泥饼的质量，还具有较好的抗盐能力；化学泥浆是形成泥浆的主要材料。

2·3·2·2 泥浆护壁的原理

（1）膨润土泥浆

泥浆具有一定的比重，同时在槽壁形成一层透水性很低的泥皮，泥浆会对槽壁产生一定的静水压力，该压力有效的作用在槽壁上，能防止槽壁剥落。

（2）聚合物化学泥浆

化学泥浆是一种高分子聚合物，其护壁的原理主要依靠特有的粘性和渗透性。它能把沙粒粘为一体，并向外渗透10～15cm，形成类似“不凝固混凝土”状的渗透层，从而起到护壁作用。

2·3·2·3 膨润土试验

泥浆的主要性能指标包括比重、马氏漏斗粘度、六速旋转粘度、失水量、泥皮厚度、pH值以及含砂量等。

本次试验的结论为：

根据泥浆基浆性能试验，基于片碱（NaOH）是改变基浆粘度的主要因素，试验过程发现：无论膨润土加量为多少，基浆的粘度、泥皮厚度等性能均达不到要求，需加入羧甲基纤维素（CMC）改善泥浆性能。

泥浆配浆材料在基浆的基础上加入羧甲基纤维素（CMC），经过试验确定泥浆最优配比为：膨润土：片碱（NaOH）：羧甲基纤维素（CMC）=100:4.4:1.5。

2·3·2·4 聚合物化学泥浆试验

采用控制变量法进行聚合物化学泥浆对比试验，确定各种因素对泥浆性能的影像。

通过对比得知：使用片碱（NaOH）调整pH值可以明显减少聚合物化学泥浆的掺入量，且对聚合物化学泥浆的溶解有影响；聚合物化学泥浆拌制后30min内粘度达到峰值且8h内无明显变化，性能稳定；1h左右，渣土在聚合物化学泥浆中完全沉淀，沉淀呈絮凝状，泥浆清净。

增加聚合物化学泥浆及片碱（NaOH）用量可以提高泥浆粘度，同时在一定时间范围内泥浆粘度呈递增趋势。暂定聚合物化学泥浆配合比为聚合物化学泥浆：水：片碱（NaOH）=6:10000:3

2·3·3 现场试验

2·3·3·1 试验过程

膨润土泥浆在“钻抓法”成槽护壁施工中已经得到了大量的应用，工艺成熟，故本次现场试验仅采用聚合物化学泥浆进行。现场选择53#、54#两个槽段进行试验，单个槽段长6.2 m，由三个主孔、两个副孔组成。采取“三钻两抓”法成槽，即主孔用旋挖钻机钻取，副孔用液压抓斗抓取。槽段搭接部位采用“接头管”法处理，下放两趟ф250的导管浇筑混凝土。现场试验共完成成槽322.4m²，理论浇筑方量为260.4m³，实际浇筑方量为270.8m³，扩孔系数为1.04。

2·3·3·1 试验结果分析

（1）通过对声波检测结果进行分析，试验槽段孔型、孔斜、孔深、孔底沉渣等完全符合设计指标。聚合物化学泥浆的絮凝作用使成槽之后沉渣极少，浆液的含砂率几乎为零。试验过程中发现：在成槽及混凝土浇筑过程中，从槽孔内抽回泥浆沉淀池的聚合物化学泥浆成分洁净，沉渣或细砂含量极少。

（2）聚合物化学泥浆造浆率高，制备工艺简单，设备及人员投入量少。根据现场实际耗量统计：1 kg聚合物化学泥浆粉平均可制浆约1.5—2.5m³。本工程所用聚合物化学泥浆为粉末状、速溶型材料，在使用中只需1~2人便可轻松完成泥浆制备，5min即可形成很好的护壁浆液，较传统的膨润土泥浆而言，不需要高速制浆机等制浆设备，也不需要长时间的膨化等待过程，化学泥浆施工效率更高。

（3）现场回收的聚合物化学泥浆只需简单加入极少量的化学泥浆粉和片碱（NaOH）、调整pH后即可满足泥浆性能要求标准，不需要增加其它净化设备，回收利用率高。

（4）聚合物化学泥浆性能稳定，不易沉淀。试验槽段清孔验收后，紧接着下设接头管和浇筑导管，一期槽浇筑的准备时间通常需要3-4h，二期槽浇筑的准备时间通常需要4 .5-6 h。在此期间，泥浆中悬浮的渣土就会不断下沉，导致孔底沉渣偏大，增加清孔次数并耗时。采用聚合物化学泥浆护壁能很好地解决该问题，且等待过程无需持续注人新鲜泥浆或风动搅拌循环。

（5）聚合物化学泥浆无毒、无污染。施工完毕，剩余泥浆的处理简便。常使用5%的次氯酸钠溶液(家用漂白剂)或3%的过氧化氢（家庭使用浓度）溶液即可将其分解成无毒的化学物质和水。

综上所述：聚合物化学泥浆具有性能优异、稳定性佳，无毒、无污染，造浆率高，制备简便，回收、再使用率高等有点。

3· 聚合物化学泥浆的实际应用

该防渗墙工程最终采用聚合物化学泥浆配合“三钻两抓”法进行施工，目前该工程已经完工，累计完成槽段90幅，成墙20000m2，施工期间未出现质量缺陷。

4· 所取得的社会经济效益

本工程采用聚合物化学泥浆作为成槽施工护壁材料，在砂卵砾石地层防渗墙施工中获得了成功，不仅体现在施工质量、工期方面，还体现在社会经济效益方面。

4·1 经济效益

（1）膨润土泥浆

①膨润土泥浆材料成本。

a.膨润土泥浆用量=轴线长x槽孔宽度x成槽深度x扩孔系数x（1-回收率）；即膨润土泥浆用量=495.65mx0.5mx52mx1.1x（1-0.4）=8505.4m³

b.膨润土用量

膨润土泥浆配合比为：100kg/m³

膨润土用量=膨润土泥浆配合比x泥浆用量=850.54T

c.膨润土材料成本=850.54Tx1000元/T=85.05万元

d.其他制浆材料成本：28.58万元。

②设备成本

膨润土泥浆制备需要投入高速制浆机2台，泥浆池用循环泵4台，泥浆除砂机1套，设备总价约20万元。

③人工成本

泥浆制备每个班组需2人，人工成本为：200元/工作日×2人×2班×100天=8万元

膨润土泥浆成本=材料成本+人工成本+设备成本=85.05+28.58+8+20=141.63万元。

（2）聚合物化学泥浆

①聚合物化学泥浆材料成本

聚合物化学泥浆用量=轴线长×槽孔宽度×成槽深度×扩孔系数×（1-回收率）=495.65m×0.5m×52m×1.05×（1-0.7）=4059.37m³

聚合物化学泥浆材料用量=聚合物化学泥浆用量÷造浆率

=4059.37÷1.5=2706.25KG

聚合物化学泥浆材料成本=2706.25×18=4.87万元

②设备成本

聚合物化学泥浆制备无需投入额外设备。

③人工成本

聚合物化学泥浆制备每个班组需1人，人工成本为：200元/工作日×1人×2班×100天=4万元

聚合物化学泥浆成本=材料成本+人工成本+设备成本=4.87+4+0=8.87万元。

通过以上经济效益的对比，在本工程中若使用膨润土泥浆则成本远远高于使用聚合物化学泥浆的成本。

4·2 社会效益

采用膨润土泥浆成槽施工现场废弃泥浆量大，处理难度高，现场施工文明形象有待提高，同时需投入较多的制浆设备，且制浆材料耗量大，施工现场占地范围较聚合物化学泥浆多。

聚合物化学泥浆配合“钻抓法”工艺在防渗墙（地下连续墙）工程中取得了成功，较传统膨润土泥浆具有造浆率高、性能稳定、用量少、制浆简单、回收利用率高、经济性佳、绿色环保、质量更可控的优点。