水电七局混凝土防渗墙施工工作手册正版模板.doc

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第一章 总则
1、 为了有效地组织防渗墙工程施工, 促进防渗墙施工有序的、 规范的发展, 提高职工的技术素质, 使防渗墙项目成为分局新的经济增长点, 特编写本工作手册。
2、 分局承担的混凝土防渗墙, 钢筋混凝土防渗( 冲) 墙, 固化灰浆防渗墙项目, 执行”水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范”( SL174—96) , 以下简称”96墙规”。执行中标合同文件中有关防渗墙的技术、 质量、 安全条款。执行与防渗墙有关的, 由国家或行业制定、 颁发的现行标准和规范。执行工程局、 分局有关的规定。
3、 ”96墙规”适用范围
适用于水工建筑松散透水地基或土石坝坝体内深度小于70m, 墙厚60～100cm防渗墙施工。深度或厚度超过上述范围, 应经过试验做出补充规定。
4、 手册适用于CZ22、 CZ30冲击钻机使用钻劈法造孔, 直升导管法浇筑泥浆下混凝土的防渗墙施工方法。如采用新的机械和工法, 另行补充。
5、 手册仅限内部使用。在使用过程中, 请提出宝贵意见, 以资补充、 完善。
第二章 防渗墙基本知识
1、 防渗墙的基本概念
混凝土防渗墙是在松散透水地基或土石坝( 堰) 体中连续造孔成槽, 以泥浆固壁、 在泥浆下浇筑混凝土而建成的, 以防渗为目的地下水工建筑物。它属于地下连续墙的一个种类, 也可称为”地下防渗连续墙”, 其施工方法与地下连续墙相同。
与地面上水工建筑物一样, 防渗墙也能够在墙体内布置钢筋并浇筑高标号混凝土, 建成钢筋混凝土墙体, 承受荷载和水流冲刷力。
2、 用途:
在水利水电工程中, 防渗墙主要用作水坝、 闸坝、 江河堤防、 病险水库加固的地下截水墙或防冲墙。
在工民建中, 地下连续墙可用于地下汽车道、 船坞、 大厦的地下墙、 地下停车场、 地铁工程、 污水处理工程、 竖井侧墙等工程。
3、 分类
按墙体材料可分为: 混凝土防渗墙、 钢筋混凝土防渗墙、 固化灰浆防渗墙、 塑性混凝土防渗墙等。
按结构型式分为: 悬挂式防渗墙和嵌入基岩的全封闭防渗墙;
按用途分为: 防渗墙、 防冲墙、 基础承重墙、 挡水墙等;
按成墙工艺分为: 钻劈法施工的防渗墙、 高喷防渗墙、 钻抓法施工的防渗墙、 铣槽法施工的防渗墙等。
4、 工艺流程: 见图1。
5、 施工特点:
防渗墙在软基垂直防渗墙效果方面, 防渗质量是可靠的, 质量检测简单、 方便, 运行可靠。施工中需要建立造孔、 制浆、 混凝土生产、 钢筋笼制作四大系统, 组织协调工作量大, 防渗墙多集中在冬季施工, 工期一般较短, 工作量大。由于钻劈法施工效率较低, 往往采用大机群突击施工的方式。防渗墙属地下隐蔽工程, 施工中需结合地质变化情况, 因地制宜采取多种技术措施, 及时研究解决出现的问题。
6、 防渗墙施工的基本技术要求:
1) 防渗墙在整个工程中的定位要求: 墙中心线、 墙顶、 底高程等;
2) 防渗墙定形尺寸要求: 墙深、 墙厚、 墙长、 墙的垂直度;
3) 防渗墙质量要求: 墙体材料及技术指标; 墙体的连续性、 均匀性、 完整性; 质量检测的方法和要求;
4) 特殊用途的防渗墙要求: 布设钢筋笼及技术要求, 观测仪器埋设等。
第三章 施工前的技术准备工作
一、 应取得的主要技术资料和文件:
1、 ”施工合同及招投标文件”中的”技术条款”, ”工程地质”等文件;
2、 施工图纸, 技术要求及其它设计文件;
3、 墙中心线处的工程, 水文地质资料和地质剖面图;
4、 施工期内水文、 水情、 气象资料; 在工民建施工中应取得地下管线, 地下构筑物, 危房等资料;
5、 地方材料及其它原材料质量、 储量、 运、 采、 供条件和检验报告;
6、 主体工程施工组织设计、 施工细则、 质量、 安全、 验收管理程序及技术要求;
7、 施工测量控制网涉及防渗墙的桩号、 高程、 控制点等技术资料;
8、 主要施工设备的技术性能资料。
二、 应研究有关地质条件及处理措施:
1、 对施工平台填筑料的粒径控制、 碾压、 加固措施;
2、 处理大漂石、 大孤石和嵌入基岩的技术措施;
3、 钻孔穿透深厚砂层或透镜体砂层的技术措施;
4、 钻孔穿透粘土层防粘、 防糊钻、 防挤夹的技术措施;
5、 软硬互层或含巨漂地层中, 钻孔防斜措施;
6、 地层中处理集中渗流通道或K值较大地层防漏技术措施。
三、 应研究的场地条件:
1、 生活、 生产营地;
2、 现场生产、 临建、 辅助设施布置;
3、 对外、 对内交通, 临时道路布置, 进出场条件;
4、 风、 水、 电、 浆、 排污条件及现场布置;
5、 与主体工程和周边环境的干扰和交叉;
6、 施工区环保要求和限制。
四、 应做配合比试验
1、 使用发包方提供的原材料, 按设计要求, 提前45天做墙体材料配合比试验, 确定防渗墙墙体材料配合比;
2、 作泥浆配合比试验, 检验粘土和膨润土质量, 确定泥浆配合比。
五、 编制防渗墙施工组织设计
1、 工程概况;
2、 工程地质、 水文地质、 施工条件;
3、 施工布置及临建设施;
4、 施工方法和技术、 质量、 安全控制措施;
5、 施工进度计划和劳动组合;
6、 设备、 材料、 劳动力供应计划;
7、 质量、 安全保证体系;
六、 应编制内部施工技术规程
1、 造孔、 制浆、 混凝土浇筑技术要求和安全操作规程;
2、 对参与施工的各种机械, 应编制安全操作规程;
3、 墙体质量检查技术要求及规程;
4、 特殊条件下施工的技术要求及规程, 如密集型施工, 钢筋笼加工、 运输、 下设等。
第四章 施工现场准备工作
第一节 施工平台
1、 主要作用:
确定防渗墙施工高程; 防渗墙轴线定位; 孔口导向; 展开施工生产要素; 临时场内交通。
2、 确定施工平台高程及宽度应考虑以下内容:
施工期内坝( 堰) 前最高水位;
孔口高程应高出地下水位2米;
能顺畅地排出废水、 废浆、 钻碴;
钻机的外形尺寸及布置型式;
混凝土和钢筋笼运至槽孔前的交通条件; 混凝土浇筑方式, 钢筋笼下设方式。
3、 施工平台的结构: 见图2。
第二节 导向槽
1、 导向槽: 指防渗墙轴线方向在设计墙宽以外一定深度内建造的, 与轴线平行且对称, 起挡土、 承重、 导向的两道混凝土垂直墙体及形成的地槽。两道墙体称为导墙。靠钻机工作平台一侧的叫内导墙, 靠倒浆平台一侧的叫外导墙。
2、 导向槽的尺寸控制
1) 导向槽的中心线是防渗墙的设计中心线, 最大偏差应小于3cm, 导墙的顶高程就是施工平台的高程, 是整个防渗墙施工高程的基准控制面, 由此控制终孔高程, 见基岩面高程, 混凝土浇筑高程等。中心线和导墙顶高程应根据设计文件和测量基准控制、 放线。
2) 导向槽宽度一般大于设计墙厚10cm～20cm; 深度一般为1.2m～2.0m; 导墙顶底程应高于地面5cm～10cm, 防止污水、 废浆倒灌。
3、 导向槽施工要点:
1) 导墙施工一般使用现场开挖, 现场浇筑, 墙体内应配一定数量的钢筋, 导墙断面常采用的有矩形和梯形两种。导墙配筋情况见图3。
2) 节约导墙内钢筋用量的办法
将钻孔淘汰的φ21.5mm或φ26mm钢绳分解为6个小股后, 去油并联结, 代替Φ16mm或Φ18mm螺纹钢筋, 可取得同等使用效果。
取消架立筋: 当导墙垫层混凝土入槽轮后, 即敷设3根Φφ18mm钢筋。继续浇筑混凝土, 在不同高程敷设Φ16mm钢筋, 亦可取得同等使用效果。
3) 导向槽施工:
方法一: 机械挖槽后浇筑导墙, 其工序为:
施工放线→机械挖大槽→槽底压实找平→立模→焊模板拉杆→布设钢筋→浇筑混凝土→拆模、 现场清理→导墙后侧同步回填细砂石料→交面。
方法二: 导墙断面采用0.8m×1.4m矩形断面, 人工开挖, 买混凝土料自行浇筑, 其工序为:
施工放线→开挖导墙矩形地槽→钢筋布设和混凝土浇筑→开挖导墙之间土体→交面。
在条件允许情况下, 应推广使用方法二。
4) 导墙一次成墙长度应大于20m, 混凝土连接处应使用坡面搭接, 钢筋接头应使用搭接焊、 并保证焊接质量。
5) 导向槽形成后, Ⅱ序槽应使用方木在槽内横向支顶, 防止导墙位移、 变形。
6) 导向槽底部地基过于松软, 应采取措施加固后, 再行施工。
第三节 钻机工作平台
1、 钻机轨道
钻机轨道应使用24kg/m轻轨进行铺设。CZ22钻机轨道为两股道, CZ30钻机轨道为3股道, 每股道为2根轻轨, 轨距( 净宽宽度) 610mm。钢轨接头应使用鱼尾板, 鱼尾板螺栓联结。钢轨应使用轨道垫板、 道钉与枕木联成整体。钢轨接头不允许出现在同一断面, 否则应进行调整、 错开。钢轨接头若未座落在枕木上, 应使用长度大于1m的短方木在下面进行补充支垫。
轨道枕木断面尺寸为15cm×15cm, CZ22枕木长4.0m～4.3m, CZ30枕木长4.5m～5.0m, 枕木中心距不大于0.7m。卧木断面尺寸应为20cm×20cm, 最小不得少于15cm×15cm。
钻机行走轨道铺设的平面位置允许误差不大于5mm, 标高允许误差不大于10mm。
铺设钻机轨道时, 不允许将轻轨铺设在混凝土面上。这样作的危害是: ( 1) 轻轨损坏严重; ( 2) 机械缺失了枕木缓冲作用后, 损坏严重; ( 3) 台车轮轴易剪断, 发生冲击钻倾覆伤人事故。
2、 地锚坑
CZ22、 CZ30冲击钻桅杆固定, 除使用桅杆拉杆外, 还应使用绷绳和地锚。这是保证桅杆工作稳定, 提高造孔精度, 防止钻机倾覆、 翻车, 使机械处于良好工况的重要技术、 安全措施。
钻机绷绳工作状态与在面夹角应小于45°。地锚坑沿钻机工作平台外侧布置, 坑深应不小于1.2m, 坑径不小于1.0m。地锚坑距槽孔中心线距离应不小于桅杆高, 坑距3m。地锚坑内应埋设不小于φ11mm钢绳套, 套环露出地面, 坑内浇筑C10～C15块石混凝土。
绷绳与地锚绳套的联结应使用CC型或CO型索具螺旋扣( 花篮螺丝、 紧线扣) 。
第四节 倒浆平台
1、 倒浆平台结构见图4
2、 施工要点:
1) 倒浆平台混凝土浇筑应按图4所示进行。允许在浇筑外导墙时, 同步浇倒浆平台混凝土。不允许外导墙浇至顶高程后, 再浇倒浆平台混凝土, 留下混凝土分缝, 使地表水渗入后, 导墙底部塌孔。
2) 平台地基为原状砂卵石层或填筑料比较密实, 可不作块石垫层。
3) 排浆沟底部坡降1％～3％。直接排放到河里, 可分段设置不同坡降, 但出口段应大于3％。
4) Φ16插筋应沿轴线按间距2.5m～3.0m插施工, 以利安装倒浆垫木( 挨打木) 。
5) 倒浆平台宽度
施工浅墙, 或紧邻临时道路, 4.0m～5.0m宽即可;
施工深墙, 宽度应大于5m ;
施工钢筋混凝土墙, 由于Ⅱ序槽钢筋笼宽6.4m～6.6m, 平台宽不宜小于8.5m, 只是需浇混凝土的宽度能够考虑5m以内。
第五节 制浆站
一、 制浆机械
1、 2m3双轴卧式泥浆搅拌机: 见图5。
主要技术参数:
容量: 2M3; 搅拌轴转速: 80r/min; 功率: 10KW, 750r/min;
传动形式: 平皮带;
外形尺寸: 长×宽×高 3100mm×1250mm×1650mm
2、 立式高速搅拌机见图6
主要技术参数
容量: 750L～ L多种规格; 立轴转速: ＞1000r/min;
功率: 5.5～7.5KW; 传动形式: 三角皮带;
3、 用途:
2M3双轴卧式泥浆搅拌机主要用于使用天然粘土进行湿法制浆。优点: 工作可靠, 制浆质量好。缺点: 生产效率低, 产浆率约18m3/班; 占地面积大; 轴颈磨损后不易修复; 密封盒易漏浆。
立式高速搅拌机既可用于湿法制浆, 也可用于干法制浆——生产膨润土浆, 还可用于灌浆工程生产水泥浆。该机占地面积小, 生产率高、 省电、 维修方便, 是一种多用途的推广机型。
二、 泥浆搅拌机安装要点:
1、 搅拌机应安装在平整混凝土地面上, 底部用二根方木垫稳。混凝土地面应向放浆的方向按i=3％～5％坡度倾斜, 以利排放机内浆液和场地清洗。机械和方木应用扒钉固定。
2、 放浆口应朝向泥浆池, 应安装好放浆阀和过滤筛网。
3、 安装2M3搅拌机电机时, 电动机轴与搅拌机轴应平行, 电机平皮带直径应为φ250mm, 大小皮带轮中心距应不小于2.0m, 平皮带传动部位应设保护罩或保护栏, 确保运行安全。
4、 搅拌机进料口应用木板或钢板漏斗与上料平台连接。如在上料平台边缘加工料, 应留有足够宽度, 以利人员和加土料车安全操作。进料口应设钢筋格网, 拦截大块土料。
5、 搅拌机四周应留有一定空间, 以利操作、 维修、 保养。
6、 搅拌机应确认完好后, 再进行安装, 否则, 很难从制浆站中拆出检修。安装时, 应先安装搅拌机, 确认安装达到要求后, 再搭设上料平台和制浆站房屋。
三、 制浆站的设立
1、 选址要求:
尽可能考虑取水、 供电、 排污方便; 距现场供浆距离最短;
尽可能利用地形地物的高差, 用最小的工程量形成贮料, 安装搅拌机, 布置泥浆池三个平台;
尽可能利用地形高差, 自流供浆;
尽可能提高制浆站供浆范围, 在现场少设立制浆站。
2、 制浆站的结构见图7:
3、 泥浆池
1) 泥浆池容积的确定: 可按下式计算:
最大槽孔清孔换浆量+( 1～2) 班造孔用浆量+浆池上部不贮浆的容积。
2) 泥浆池需布置一个沉淀池, 一个贮浆池, 贮浆池容积要大于沉淀池。两个浆池可按并列方法布置, 也可按”日”字形布置。两个浆池上部应有流浆通道, 利用木板闸门进行调控。
3) 浆池数量应根据槽孔数量, 日造孔工作量, 同时浇筑槽孔数量来确定。浆池的长、 宽、 深尺寸应根据现场场地确定。
4) 采用自供式方法供浆, 浆池底部应布置出浆管和闸阀, 出浆管距底板应留有10cm～15cm距离, 防止浆池沉淀堵管。供浆管路的坡度采用大于5%, 不得留有死弯, 反坡, 管径宜大于φ108mm。
采用泵供式方法供浆, 宜采用离心式泥浆泵, 其次选用流量比较大的往复式泥浆泵。泵的安装位置应低于泥浆池浆面高程。
5) 一般不宜使用压缩空气搅拌浆液, 该方法效果并不好。浆池上部宜使用轻型钻机, 利用螺旋浆转动, 经常搅动池内浆液, 防止沉淀。
6) 采取干法制膨润土浆, 浆池容积可小一些, 但上料平台应加大, 具体面积由工作量确定。
4、 粘土贮料场
施工现场应设立两个粘土料堆放场:
1)制浆站粘土堆放场: 贮存、 堆放制浆粘土。其贮量可根据粘土运输条件确定。运输方便, 可按2～3d用量贮备; 运输条件差, 运距较远, 可按周需用量贮备。粘土料场面积可按每平米地面存放1.5～2.0 m3土料, 场地利用系数可按60%考虑。
2) 造孔用粘土堆放场: 贮存、 堆放造主孔和处理孔故用粘土。应布置在倒浆平台前沿或施工方便处。
3) 应测定粘土日平均用量。分别就上述两种用土情况统计、 分析确定。防止土料多进, 造成浪费; 土料少进, 影响生产。
5、 膨润土堆料场
堆料场面积可按2～3T/m2计。
第六节 施工用电
1、 施工用电网络见图8。
2、 估算施工总用电量:
防渗墙施工高峰和低峰用电量有较大悬殊, 但应按高峰用电选择施工变压器, 高峰用电量又按下式计算:
N=K7[( K1W1+K2W2+ K3W3+ K4W4) /COS+ K5W5 +W6]
式中: N—高峰用电量 KVA; W1—造孔设备总功率 KW;
W2—制、 供浆、 供水等设备总功率 KW;
W3—混凝土拌合机等, 钢筋加工机械总功率 KW;
W4—修理加工机械总功率 KW;
W5—电焊机总容量 KVA; W6—照明用电总功率 KW;
COS—电机平均功率因子, 施工现场取0.70～0.75;
K1—钻机使用量＜10台, 取0.7 ;11台～30台, 取0.6; ＞30台取0.5;
K2、 K3取0.7; K4取0.5, K5取0.6;
K7同时率系数, 一般取0.6～0.8。
3、 根据施工总用电功率, 计算总供电电流和供电干线的导线截面积, 确定干线及相应电气设备和材料的型号、 规格和数量。根据各支路的用电总功率, 如制浆站、 造孔系统、 供水系统等, 计算支路的供电电流和供电支线的导线截面积, 确定支线及相应电气设备和材料的型号、 规格和数量。
4、 防渗墙施工供电临时性强, 用电量变化大, 现场安全条件差, 供电受多种条件限制, 因此更应该重视供电安全问题。现场安全用电遵守《施工现场临时用电安全技术规范》( JGJ46—88) 的规定, 及相关的其它规定。
第七节 供水系统
1、 根据当前施工情况, 供水系统主要分为泥浆站制浆用水和钻机施工平台清除废碴、 废浆用水两部份。前者主要要求供水流量要满足制浆需要; 后者主要要求供水流量和压力都要满足冲碴需要。施工现场若有供水系统, 则直接引用即可。若采用自供水方式, 制浆站宜采用单级离心泵, 辅以潜水泵供水, 能够满足制浆要求。钻机平台宜采用D型多级泵供水, 以利于冲废碴、 废浆。
2、 用水量估算可按下表进行:
供水项目 供水量
制浆 ～4000L/每m3浆
钻机用水 4000L/台·时
3、 应在施工平台供水管路上按每两个槽孔布置一个Dg25mm带阀门控制的出水嘴, 使用1〃胶管接至倒浆平台使用。
第五章 固壁泥浆
第一节 固壁泥浆的主要功能和固壁原理
1、 固壁泥浆, 又称”护壁泥浆”, 施工中简称”泥浆”。指在成槽施工中, 能防止孔壁坍塌, 保持土体稳定, 并携带钻碴和泥砂的浆液。固壁泥浆的主要成份有水、 天然粘土或膨润土、 化学处理剂。常见的泥浆有天然粘土浆、 膨润土浆、 粘土膨润土混合浆; 国外新型泥浆主要有聚合物泥浆。
2、 泥浆的重要功能
1) 支持孔壁、 防止坍塌或孔壁掉块;
2) 将槽段和地层分开, 防止两者之间水的流动;
3) 悬浮、 携带造孔过程中产生的钻碴和泥砂;
4) 利用形成的泥皮, 较长时间保持孔壁稳定。
3、 泥浆固壁的主要原理
1) 由于槽孔内浆面高于地下水水位高程, 浆液的密度大于水的密度, 在浆液的静浆压力作用下, 泥浆渗入较松散的孔壁土体孔隙中, 成为静止的凝胶; 固定了土颗粒的位置, 在槽壁面附近形成了不太规则的垂直方向稳定的土层。
2) 形成不透水的”泥皮”
槽壁上的凝胶层由逐渐固结在一起的膨润土或粘土颗粒形成泥皮, 并牢固紧密地贴在槽壁面的土体上, 形成”泥皮”, 达到防止浆液漏失, 阻隔地下水渗入到槽孔内的作用。
3) 浆液静液压力平衡着地层的土压力和孔隙水压力, 并经过泥皮, 对孔壁起支护作用。
4、 泥浆悬浮, 携带钻碴的原理
1) 泥浆具有一定的粘度、 比重、 触变性, 利用泥浆的粘性和凝胶性质, 能够使钻碴及造孔带下来的泥砂悬浮于泥浆中, 不产生沉淀;
2) 利用十字钻头的刃部、 钻耳等特殊几何形状, 在冲击钻进过程中, 对孔底钻碴, 泥砂进行搅拌掺合作用。
3) 使用抽筒将孔底浓度大, 密度高, 粘度大的浆液抽出孔外, 达到清洁孔底, 提高钻进效率。
4) 泵吸反循环钻进, 则利用泥浆反循环, 泥浆净化装置排出钻碴和泥砂, 净化泥浆, 保持正常钻进。
第二节 对制浆材料的要求
1、 ”96墙规”对制浆粘土性能的要求
粘粒含量大于50%, 塑性指数大于20, 含砂量小于5%, 二氧化硅和三氧化二铝的比值为3～4。
对造浆用膨润土性能指标要求见表1:
上述指标, 无论是天然粘土, 还是膨润土, 除测定含砂量指标, 其它性能指标均需送专门机构测定。只有经专门机构对性能指标界定后, 才可决定是否用于制浆。
表1 造浆用膨润土性能指标
2、 水
水在配制泥浆中用量最大。由于极少发生因水质导致泥浆性能破坏, 因此一般未给以重视。现场施工前, 对制浆用水宜作一些水质分析, 或借助于发包方提供的水质资料, 对水质进行了解, 以决定取舍或采取技术措施。
3、 常见化学处理剂和泥浆处理材料
1) 纯碱( Na2CO3) : 用作泥浆分散剂。施工常见无水纯碱, 其性能能够满足施工需要。
无水纯碱为白色结晶性粉末, 无臭, 能溶于水, 水溶液呈强碱性, 能吸收空气中的潮气和二氧化碳, 变成碳酸氢钠, 结成硬块。遇酸分解, 放出二氧化碳。密度( 20℃) : 2.5325g/cm3。工业用纯碱按碳酸钠含量分为三级: 一级99%; 二级98.5%; 三级98%。纯碱的掺量为干土量的0.3～1.2%, 由于各地天然粘土质量差别较大, 具体掺量应经过泥浆试验确定。
使用纯碱作为分散剂时, 应注意以下几点:
纯碱用量过多, 反而会使泥浆性能变坏;
某些钠离子含量较高的膨润土, 加入纯碱后会使泥浆性能变坏, 因此使用膨润土前, 应对土料进行矿物成份分析和泥浆试验。
纯碱在35℃～36℃时, 在水中溶解度为33%左右, 在常温下配制纯碱溶液时, 应注意加量, 使其浓度小于它的溶解度, 避免造成浪费。在低温条件下应采取加温措施。
2) 钠羧甲基纤维素( Na—CMC) : 增粘( 降失水) 剂。用以提高泥浆粘度, 降低泥浆失水量, 改进胶体性能, 提高浆液固壁能力和悬浮, 携碴能力。
Na—CMC是一种白色粒状或纤维状的高分子化合物。CMC的工业品一般以浓度为2%的水溶液粘度为标准, 其产品分为高粘、 中粘、 低粘三类。常见产品型号、 性能见表2:
表2

泥浆中加入CMC后, 其性能可发生以下变化:
失水量显著降低, 增加粘土分散性而不易粘结, 使泥皮薄而坚韧, 起到阻止泥浆失水的作用。
无论粘土质量如何, 只要加入300～1000PPm高粘CMC, 就可使泥浆粘度和切力有所增大。在施工中常将它用作低固相泥浆的增粘剂用。
能包裹粘土颗粒, 具有胶体保护作用, 控制水泥和盐分的污染。
CMC的掺入量: 一般按泥浆体积的0.4%, 掺入浓度为1%的CMC溶液。由于使用目的的不同, 各地粘土质量的差异, 具体掺入量应经过试验确定。
3) 堵漏材料
纤维状材料: 纸浆碴, 短石棉或玻璃纤维, 碎干蔗纤维, 碎木纤维( 锯末、 刨花) , 碎麻碎草纤维、 碎稻草、 碎麦桔等。
片状材料: 碎云母片、 碎塑料片、 纤维片等。
粒状材料: 各种果壳、 籽壳、 谷壳、 膨胀珍珠岩、 蛭石、 塑料碎粒, 其粒径由几十微米至几十毫米不等。
4) 加重剂
重晶石粉, 即硫酸钡( BaSO4) , 密度4.3～4.6g/cm3, 施工用重晶石粉的粒度要求: 99.9%能经过200目筛。重晶石粉掺入泥浆后, 不但增大泥浆密度, 还可增粘和提高凝胶强度。加重剂主要用于涌水孔处理。
5) 防塌剂: 主要有聚丙烯酰胺( PAM) , 部分水解聚丙烯酰胺( PHP) , 腐值酸钾( KHm) 等。
第三节 泥浆性能指标及试验方法
1、 密度: 是指单位体积内泥浆的质量。单位g/ cm3。施工中常使用1002型泥浆比重计( 见图9) 测量泥浆密度。
在测试泥浆密度前, 先要对比重计进行校正, 方法是:
1) 将泥浆比重计擦洗干净, 置于平整的台面上;
2) 往比重计的泥浆杯中注满无气蒸馏水( 现场可用洁净清水代替) , 盖紧杯盖, 使多余的水从杯盖中心孔溢出, 然后擦净仪器表面的水份;
3) 将比重计的主刀口轻轻地放到底座的主刀垫上;
4) 移动杠杆上的游码至刻度线1.0处, 此时仪器杠杆上的水平气泡应处于中心位置, 否则仪器失准, 需要调整。
5) 调整方法: 增减杠杆标尺末端平衡圆柱内的金属颗粒, 使水平气泡处于中间位置。
使用比重计检测泥浆密度的方法是:
( 1) 校准泥浆比重计;
( 2) 将待测泥浆装满泥浆杯, 盖上杯盖, 使多余的泥浆从杯盖中心孔排出;
( 3) 用手指压住杯盖中心孔, 清洗仪器外表泥浆后, 并擦净仪器表面水份;
( 4) 将比重计主刀口轻轻置于底座的主刀垫上;
( 5) 移动杠杆标尺上的游码, 当水平气泡居于水平位置时, 读出游码右侧的刻度值, 即为泥浆密度。
2、 泥浆粘度
粘度是液体内部阻碍其相对流动的一种特性, 是液体中的液体分子和固相颗粒内磨擦的结果。计量单位: 秒( S) 。
测定泥浆粘度, 常见1006型漏斗粘度计( 见图10) 进行。具体的操作方法是:
( 1) 用水将粘度计的漏斗、 筛网及500/700mL量杯上下、 内外冲洗干净后, 用干毛巾擦干。500mL量杯置于漏斗出液管下面;
( 2) 将筛网装在漏斗顶部, 用1L量杯取700mL拌制均匀的泥浆;
( 3) 左手食指堵住出液管。右手将700mL泥浆倒入粘度计漏斗内, 再拿起秒表, 将秒表归零, 同时松开左手指并启动秒表, 当注满500mL量杯时停止计时, 记录下该测试时间T秒;
( 4) 计算泥浆粘度
=K·T
式中: 代表泥浆粘度, 秒( S) ; T代表泥浆粘度测试值, 秒( S) ;
K代表仪器校正系数。
( 5) 求仪器校正系数K
粘度计在使用前和使用过程中, 需要经常使用校验, 求出仪器校正系数K。标准粘度计的滤水秒数为15S, 即K=1。粘度计校验的方法是将700mL清水倒进漏斗内, 测量流出500mL的时间, 其步骤和测试泥浆一样。
如果滤水秒数大于15S, 应检查出液管, 并用布条进行清洗。粘度计滤水秒数在15±1.0S, 仪器能够使用; 超过此范围, 仪器就不能使用了。校正系数K计算公式如下:
==
测定天然粘土浆, 一般使用1006型漏斗粘度计; 测定膨润土浆粘度, 需要使用美国石油协会( API) 规定的马氏漏斗。马氏漏斗测试粘度的方法和步骤与使用1006泥浆粘度计相同, 只是马氏漏斗是向漏斗内加入1500mL浆, 测定流出946mL浆的时间( S) 。用清水校核马氏漏斗, 求其校正系数K时, 其标准粘度为26S±0.5S。
3、 含砂量
指泥浆中不能经过200目筛网的砂子占泥浆体积的百分数。
测定泥浆的含砂量, 常见1004型泥浆含砂量仪( 见图11) 进行, 也有使用ZNH泥浆含砂量测定仪或含砂量杯进行检测的。1004型泥浆含砂量仪的具体操作方法如下:
1) 用50mL量杯取50mL泥浆, 连同450mL清水共同注入含砂量仪圆筒内, 盖上盖子后, 充分摇晃后, 挂在支架上, 垂直静置1min;
2) 从仪器下部沈淀管玻璃刻度线上读取砂子的体积数, 乘以2, 用百分数表示出来, 即为泥浆的沉淀物含量。
3) 注意: 测试时应先加清水, 再加泥浆。如在读数时, 不好判定砂子和水的接口, 可适当倾斜仪器, 使沉淀物表面显露出来。
4) 在做好沉淀物含量试验基础上, 向仪器内加入清水再进行振荡, 并吸出浑水, 重复做几次, 直至仪器内水较清为止。把仪器内的水吸出, 取出沉淀物, 放进玻璃杯内, 用带皮头的研磨棒研磨沉淀物, 促使未分散的小土块分散于水中, 把浑水倒出, 加清水再进行研磨。这样重复几次, 直至研磨不出现浑水, 杯中都是纯净的砂子为止。这时, 再将经研磨过的砂子仔细地全部放进仪器内, 加满清水, 垂直静置1min, 读出砂粒在沈淀管内的体积数, 再乘以2, 用百分数表示之, 即为泥浆的含砂量。
5) 当前, 在施工现场一般都以沉淀物含量代替了含砂量, 这样测得的资料准确性差, 数值偏大, 应予以纠正。在鉴定粘土或膨润土质量、 混凝土浇筑前的清孔验收, 应比较准确地测定泥浆的含砂量, 指导我们对粘土或膨润土质量好坏的判定, 对槽底沉淀物多少的估算。
4、 胶体率
指对泥浆中粘土颗粒分散和水化程度以及保持悬浮状态的粗略衡量值。
具体操作方法:
将100mL玻璃量筒洗净, 擦干后, 置于平整的台面上;
向玻璃量筒内加入已拌制好的泥浆100mL, 并在筒口盖上5×5cm玻璃片。若需测定加碱泥浆的胶体率, 应先在其它容器内按比例加碱并拌匀后, 再加入玻璃量筒, 记录装料时间。
静置24小时后, 玻璃量筒内泥浆会分为两层: 上部为清水, 下部为泥浆。读出下部泥浆与上部水分接口的刻度读数, 并以百分数表示, 即为该泥浆试样胶体率。
注意事项:
量筒上应贴上试样标签, 防止编号混乱;
往量筒内倾倒泥浆时, 避免泥浆粘在量筒壁上, 影响读数; 在静置过程中, 忌挪移、 摇晃、 震动。
5、 静切力
1) 泥浆胶粒和水的相互作用, 在静置状态, 形成网状结构。要使它流动必须施加外力, 当这种力克服了泥浆内部的磨擦阻力时, 泥浆就会从静置状态开始流动。促使泥浆流动所需要的最低极限的单位面积的力, 为静切力。
对泥浆进行搅拌, 其结构破坏, 泥浆发生流动。搅拌停止, 泥浆恢复其网状结构。而且变稠, 难于流动。这种性质称为泥浆的触变性。泥浆静切力就是对泥浆触变性的量化反映。其大小用泥浆静置10min和1min的极限静切力的差值来表示。单位Pa。其中静置10min的极限静切力为终切力; 静置1min的极限静切力称为初切力。表示式:
τ1=γ0(θ1－θ0)
τ10= τ0(θ10－θ0)
Sn= τ10 －τ0
式中:
Sn:泥浆的触变性, 单位: Pa;
τ1: 泥浆静置1min的静切力( 初切力) , Pa;
τ10: 泥浆静置10min的静切力( 终切力) , Pa;
θ0: 刻度盘上起始读数, 单位: 度;
θ1: 初切力是刻度盘转动最大角度, 单位: 度;
θ10: 终切力是刻度盘转动最大角度, 单位: 度;
γ0: 钢丝刚性系数( 9.81×10-2帕·度)
2) 测定静切力, 现场常使用1007型泥浆静切力仪。( 见图12) 和秒表共同测定。
试验步骤:
测试前, 应将仪器擦干净, 装好仪器, 调整底脚螺丝, 使悬柱体位于泥浆筒的中央, 并使仪器能够平稳转动。
取下悬柱体, 向泥浆筒内加入120亳升已经搅拌好的泥浆, 再挂上悬柱体, 使泥浆面正好和悬柱体顶面齐平;
把悬柱体扭转60°～70°, 利用钢丝的扭力, 再把泥浆搅动10S钟, 待停止转动后, 开动秒表测时1min, 并记下刻度圆盘上的起始度数θ0;
在泥浆静置恰好1min时, 启动电机, 泥浆筒慢慢转动, 带动悬柱体刻度圆盘转动, 直到浆体结构力破坏, 刻度盘停止转动。记录扭转度数。
用同样方法测定泥浆静止10min时, 破坏泥浆结构力的扭转度数;
计算初切力, 终切力和泥浆的触变性。
6、 泥浆失水量
( 1) 泥浆在增高压力作用下, 排出水份的现象, 称为失水。泥浆在0.1Mpa压力作用下, 经30min经过D=75mm过滤面积所渗滤水量的大小, 即失水量的大小, 以Vf表示, 单位: 亳升( mL) 。
影响失水量的因素有: 制浆土料的性质, 搅拌机转速, 泥浆密度, 化学处理剂性质等。
常见的测定泥浆失水量的仪器是1009型油压失水量测定仪, 见图13。
( 2) 试验步骤
拆开仪器, 在滤板上装上两张湿润的滤纸, 装好泥浆罐, 拧紧, 放在支架上;
向泥浆罐中加入约120mL拌制好的泥浆, 装上柱塞, 拧紧放油螺丝钉, 将机油注入柱塞套筒内, 使油面距套管顶部约1cm;
将压重钟套在柱塞上, 逆时针方向旋转放油螺钉。使锤上的标尺”0”位与柱塞上的刻度线对齐, 再拧紧放油螺钉;
松开顶杆, 立即开始计时, 计时至30min时, 刻度标尺上的读数, 即为失水量读数( mL) 。也可将7.5min时的读数乘以2作为30min的失水量值。
7、 测定泥皮厚度
(1)在泥浆失水过程中, 由于粘土的不同颗粒和胶粒颗粒互相重叠, 互相堵塞, 形成了一层泥皮。其厚度称为泥皮厚度, 单位: 毫米( mm) 。
(2)试验步骤
在失水量试验后, 从滤板上将滤纸和滤纸上的泥皮一同取下。保留的泥皮用细水、 慢流小心洗涤。注意防止冲坏泥皮。
把泥皮放在玻璃板上, 连同滤纸撕成两块, 用钢板尺或带深度的游标卡尺, 测定新鲜裂口之厚度, 减去滤纸厚度, 即为泥皮厚度。
测量数次, 精度达0.5mm, 记载测定资料, 取其算术平均值。
8、 泥浆稳定性试验:
( 1) 浆体中固体颗粒保持悬浮状态的性能, 称为泥浆的稳定性。泥浆稳定性是泥浆的基本性能指标, 施工中如果不能保持泥浆的稳定性就无法使用。
( 2) 浆体置于稳定仪或300～500mL量杯内, 静置24小时后, 浆体上, 下部密度之差为稳定性数值, 单位g/cm3。
( 3) 试验步骤
将拌制好的泥浆加入到300～500mL量杯内, 盖好盖, 静置24小时; 试样: 2～3个。
用吸液管吸去表面清水。用移液管取出上部浆液, 测定其密度, 然后倒出下部浆体, 测定其密度;
二次平行试验, 误差不超过0.03 g/cm3, 否则作第三次。若发现上部密度大于下部密度, 应返工重新试验。
成果计算: 下部浆体密度—上部浆体密度。
9、 PH值
( 1) 泥浆的酸碱度对泥浆性能, 水敏地层的稳定, 泥浆处理剂的应用都有重要影响。一般要求泥浆的PH值在8～10之间, 泥浆呈碱性, 用以增强粘粒的水化能力。
( 2) PH值万能试纸测定法:
用吸管吸取失水量试验保留下来的渗滤水, 置于乳白色玻璃板上;
撕一条PH值万能试纸, 移入渗滤水中湿润, 迅速取出与标准色调进行比较;
选择相似的色调, 记录PH值。
注意: 被测水样应清洁透明, 若呈黄色时, 应进行过滤, 避免杂色影响试验结果。试纸浸润时间不宜过长, 以免颜色脱掉。试纸应妥善保管、 防潮、 忌酸碱液或气体影响。
10、 塑性粘度
( 1) 泥浆在流动( 循环) 状态下, 所表现出来的特性曲线如图14所示: 它是经过原点的OABD曲线。分析泥浆所加剪切力与流态的变化和曲线变化, 可得出:
当剪切力( 外力) 小于τs时, 静止的泥浆不流动;
当剪切力大于τs时, 泥浆开始流动, τs是破坏泥浆网状结构的最小应力, 称为极限静切力, 简称静切力。
外力大于静切力, 泥浆开始流动后, 在曲线AB段, 粘度随切力的增大而降低。在曲线BD段, 粘度不再随切力而变化, 这时的粘度称为塑性粘度。以ηp表示, 单位: mpa·s( 毫帕·秒) 。
BD的延长线与横坐标的交点τd, 称为动切力, 单位Pa。
从坐标原点O与流变曲线AD上任一点的连线OF或OF′的斜率称为泥浆的表观粘度, 又叫视粘度或有效粘度, 以ηs表示, 单位: mpa·s( 毫帕·秒) 。
泥浆的表观粘度在数值上等于塑性粘度和结构粘度之和。对于基础工程来说, 泥浆的循环中一般处于低流速( 反循环除外) 状态下流动, 因此主要使用表观粘度作为判断标准。
( 2) 使用ZNN电动六速旋转粘度计能够测定泥浆塑性粘度, 静切力、 动切力、 表观粘度等流变参数。仪器结构见图15。
( 3) 试验方法:
检查刻度盘上的指针是否对准”0”位, 如果没有对准, 取下护罩, 松开紧固螺钉, 调整手轮, 使之对准”0”位。
将搅拌均匀的泥浆倒入泥浆杯至刻度线处, 将泥浆杯置于托盘上, 调整托盘高度, 使泥浆面与外筒刻度线对齐, 旋