槽壁稳定性及泥浆护壁理论

《基坑工程》课程论文题目：有关槽壁稳定性和泥浆作用的探讨专业城市地下空间工程班级0734121姓名刘龙飞学号*********任课教师杨国洲老师完成时间2014年11月14日有关槽壁稳定性和泥浆作用的探讨摘要：为保证地下连续墙槽壁在施工过程中的稳定和工程质量，泥浆护壁技术得到了广泛应用推广。

在基于对地下连续墙槽壁稳定影响因素分析基础上,时如何合理确定泥泉指标予以了讨论，在工程实践中可予以应用。

关键词：泥浆的性能指标泥浆护壁泥浆处理设备一、引言随着城市建设的快速发展和科技生产力的日新月异，高层建筑在城市量越来越多。

地下连续墙因其刚度大、整体性好、施工中对相邻建筑物的影响小等优点而被广泛应用于高层建筑基础工程，特别是深基坑施工中。

地下连续墙的施工工艺包括修筑导墙、泥浆制备与处理、挖深槽、钢筋笼制作与吊放、浇筑混凝土等重要工序。

其中，成槽是关健，而泥浆的质量好坏则直接关系到能否顺利成槽。

因此，必须做好施工中的泥浆质量的控制。

1、泥浆的组成泥浆在地下连续墙成槽过程中有护壁、携渣、冷却和润滑的作用，这些作用依靠其组成成分的有机组合来实现的。

地下连续墙施工中使用的泥浆有澎润土泥浆、聚合物泥浆、盐水泥浆、CMC泥浆等。

其中膨润土泥浆是应用最普遍的一种泥桨。

主要组成物质有：1）、膨润土膨润土是一种颗粒极细、遇水显著膨帐、粘性和可塑性都很强的特殊土。

它具有触变性、湿涨性和胶体性，是使泥浆形成泥皮，具有护壁作用的重要因索。

其质量因其产地、出厂时间和粒径大小等不同而有较大差异，选用时应根据具体情况合理取用。

2）、水水的PH值和其中的杂质对泥浆的性质有一定的影响，优先选用自来水。

如果使用河水、地下水等性质不明的水时，应先进行拌合试检。

3）、外加剂为使泥浆的性能适合地下连续墙的挖掘施工的要求，达到防止槽壁坍塌、增强泥浆性能、保持槽璧稳定和抵杭污染等目的，需根据具体情况，加入适当的外加剂。

常用的外加剂有分散剂（例如水木质素碳酸钠）、增粘剂（例如羟甲纤维素）、加重剂（例如重晶石）和防漏剂（例如锯末）。

2、泥浆的质量控制指标在地下连续墙施工过程中，泥桨应保持物理和化学的稳定性及适当的相对密度，具备合适的流动性和良好的泥皮形成能力。

而实际施工中，泥浆要与地下水、砂、土、混凝土等接触，膨润土和外加剂等成分会有一定的损失。

同时会混入土磕、电解质离子等一些杂质，使泥浆受到污染而质量恶化。

因此，需要对制备的泥浆和循环泥浆进行检验，以确保泥浆质量。

1）、相对密度泥浆的相对密度越大，对槽壁的压力也就越大，槽壁也就越稳固。

如果泥浆相对密度过大，则会导致流动性变差，增加泥浆循环设备的功准消耗，而且影响混凝土浇筑质量。

一般膨润土泥浆祖对密度宜为1.05~1.15，在地下连续墙施工中，可用泥浆比重计测量泥浆相对密度，一般宜每两小时侧定一次泥浆相对密度。

2）、黏度泥浆黏度大，则悬浮土渣、钻屑的能力强，但同时容易糊钻头，造成钻挖阻力增大。

而且黏度大的泥浆生成的泥皮也厚。

泥浆黏度小，则悬浮土渣、钻屑的能力弱，对防止泥浆漏失及流沙不利。

泥桨黏度要很据土层来选择择，例如：黏土层一般取18~20s，而砂砾土层则取20~25s。

泥浆黏度可用漏斗黏度计测定。

将700 ml漏斗放在试验架上，用手指堵住下面的出口.将500ml泥浆通过0.25mm的金属滤网装入漏斗，然后拿开手指，打开出口，用秒表侧定其全部流出所需时间（s），即为黏度指标。

3）、失水量和泥皮厚度失水量表示泥桨在地层中失去水分的性能，即泥浆向槽璧土层渗透的多少。

在泥浆向土层渗透时，其中不能透过土层的颗粒就会粘附在槽璧上，形成泥皮。

而泥皮反过来又可以阻止或减少泥浆中水分的漏失。

失水量小的泥浆，形成的泥皮薄而密实，对于槽壁稳固有利。

失水量大的泥浆，形成的泥皮厚而疏松.对于槽壁稳定不利，一般合适的失水量为20~30ml /30 min，泥皮厚度宜为1~3 mm。

失水量和泥皮厚度利用过滤实验进行过滤侧定，侧定时，将垫圈、金属滤网（网眼为0.17~0.25mm）、滤纸放入底盘，其上放圆筒，在圆筒内装入不少于290ml的泥浆，将顶盖用紧固螺旋密封后，施加0.30 MPa的压力达30 min（压力要保持稳定），然后测定从底盘流入量筒的水量（ml）和滤纸上的泥皮厚度（mm）。

4）、含砂量含沙量是指泥浆中所含不能分散的颗粒的体积占泥浆总体积的百分比。

泥桨含砂量大，黏度降低，从而悬浮渣土、钻屑的能力减弱，土渣等容易沉底，进而增加挖槽机械的磨损。

泥桨的含砂量一般要求愈小愈好，不宜超过5%。

含砂量一般用ZNH型泥浆含沙量侧定。

取一定量的泥浆，使其通过200号筛孔，侧试留在筛子上的砂子体积，共所占泥浆总体积的百分数即为含沙量。

5）、胶体率胶体率反映的是泥浆中呈悬浮状态的固体颗粒与水分离的程度。

泥浆胶体率高，可使土渣、钻屑呈悬浮状态。

一般要求泥浆的胶体率高于96%，否则更掺入碱或火碱进行处理。

可用量筒量取100ml泥浆，用玻璃片盖上，静置24h之后，观察量筒下部泥浆部分体积，其与总体积之比即为胶体率。

6）、静切力静切力指的是对泥浆施加外力，使静止的泥浆开始流动的一瞬间阻止其流动的阻力。

静切力大的泥浆，悬浮土磕和钻屑的能力强，但其钻孔阻力也较大；泥浆静切力小，则土磕、钻屑易沉淀。

静切力指标一般取两个值，静止1min后测定，其值为2~3 kPa；静止10min 后侧定，共值应为5~10 kPa。

7）、PH值PH值表示泥浆的酸碱值。

膨润土泥桨呈弱喊性，PH值一般为8~9，PH>11时泥浆会产生分层，使泥浆失去护壁作用。

在施工中如水泥或呈碱性的地下水混泥浆，如在酸性或呈酸性的地下水混入，泥浆就呈酸性。

在施工现场，泥浆的PH值多用石蕊试纸侧定。

PH值发生变化则意味着阳离子混入泥浆，所以泥浆PH值的变化能反映出泥浆的性质发生了变化。

8）、稳定性稳定性是指泥浆各成分混合后呈悬浮状态的性能。

常用相对密度差实验确定。

即将90ml 泥浆置于100ml量筒中，盖上玻璃片，使静置24h，经过沉淀后，分别侧试上部1/3和下部1/3的相对密度，一般要求两者之差不大于0.02。

二、泥浆对槽壁稳定性的影响分析1、泥桨在开挖中的主要作用1）护壁这是最重要的一个作用，其表现在以下几个方面:A.浆的静水压力可抵抗作用在槽壁上的土压力和水压力，并防止地下水的渗入；B.泥浆在槽壁上形成不透水的泥皮，从而使泥浆的静水压力有效地作用在槽壁上，同时防止槽壁的剥落；C.泥浆从槽壁表面向地层内渗透到一定的范围就拈附在土颗粒上，即泥浆的凝胶作用，泥浆侵入土中孔隙成为静止的凝胶，凝胶化的泥浆固定了土颗粒的相对值置，在槽壁附近形成稳定的土皮，这样可使槽壁减少坍塌性和透水性。

2）悬渣和携渣由于泥浆具有较高的粘性，故能在开挖过程中将土渣悬浮起来，用泥泵不断地抽取携渣泥浆同时灌入新鲜的泥浆。

如果土渣不能迅速排出，就会降低挖槽机械的功能，而且泥浆中土渣最的增多，也会使泥浆循环的阻力增大，进一步降低挖掘的效率，但这也会提高泥浆的容重，从而提高地下连续墙的稳定性。

3）抗混凝土和地下水污染泥浆有良好地抗混凝土和地下水污染的能力，可以长时间保持流动状态，在浇注过程中能被混凝土顺利地置换到槽壁外，如果泥浆的容重较大则会使得置换产生困难并影响施工的质量。

4）润滑与冷却泥浆对挖掘机具（尤其是钻挖机具）具有冷却和润滑的作用可减轻机具的损耗，可以提高挖槽机具的效率和延长机具的使用时间。

2、泥桨的必要性能为了能起到上述泥浆在槽壁稳定中所发挥的作用，泥浆必须满足一些性质，即泥浆的必要性能：1）物理稳定性物理稳定性泥浆，即使静置相当一段时间，其性质也没有变化，这就说明稳定性高。

泥浆长时间处于静止状态，在重力作用下，其固体颗粒发生离析沉淀；在特殊情况下，泥浆的上部成为普通的清水。

清水或者接近于清水的泥浆是没有维护槽壁稳定功能的。

2）化学稳定性若泥浆被反复使用，水泥、地下水(海水)以及地基土中的阳离子等会逐渐使泥浆的性质发生变化。

这就是说泥浆将要从悬浮分散状态向凝聚状态转化。

当泥浆出现凝聚时，呈悬浮胶体状态的颗粒就要增大，失去形成良好泥皮的能力，这时如果让泥浆静止不动，凝聚态的膨润土颗粒等就开始与水分离而沉降下来。

这就要求工程泥浆要有足够的抗污染能力。

3）适当的比重泥浆和地下水之间的压力差可抵抗土压力和水压力，以维护槽壁的稳定。

若泥浆的比重较大，就会增大压力差.提高槽壁的稳定性。

但比重过大，就会产生泵的能力不足或妨碍泥浆与混凝土的置换。

4）良好的触（流）变性这是衡量泥浆性能的一项重要的指标。

也就是，泥浆在流动时只有很小的阻力，从而可以提高钻井效率，便于泵送泥浆；而当停止钻井时能迅速转为凝胶状态，静切应力大为增加，避免其中的砂粒迅速沉淤而渗入周围地层中的泥浆，也因不受扰动而快速固结，从而提高槽壁的稳定性。

5）良好的泥皮形成性即在槽壁表面形成一层薄而韧、不透水的泥皮，并在槽壁表而附近的地基土内，由干泥浆的渗透而形成浸透沉积层。

而被泥浆携带到地面上来的地层颗粒应能容易地从沉淀池、振动筛或旋流器中被分离出来。

从上可以看出，各方面对泥浆性能要求往往不一致。

比如要使泥浆满足护壁和携砂的功能.就必须提高它的黏度和静切力;而要使泥浆容易流动，容易分离，就必须降低泥浆黏度，增加它的流动性。

所以在选择泥浆的配比是很重要的。

3、施工中需要注意的问题1）、泥浆的配合比的确定和制备现场配制泥浆时。

应先报据配合比进行试配，然后按照泥浆的质量控制指标进行试验测定，如符合要求，则可以投入使用。

否则需要修改配合比，重新配置，直到符合要求为止。

根据确定好的配合比制备泥浆时，其投料顺序一般为水、膨润土、CMC、分散剂、外加剂。

由于CMC溶液可能会妨碍膨润土溶胀，宜在膨润土之后投入。

制备膨润土泥浆时一定量充分搅拌，如果澎润土溶胀的不充分，会直接影晌泥浆的火水量和黏度。

因此，在地下连续墙施工中，为了充分发挥泥浆的作用，最好是在泥浆充分溶胀之后再使用。

一般情况下，膨润土与水混合3h就会有很大的溶胀，可供施工使用，经过一天就可以达到完全溶胀，因此泥浆搅拌后宜在泥浆池中贮存3h以上。

2）、循环泥浆的处理施工中，泥浆是不停的循环使用的，泥浆要与地下水、土、混凝土等接触，膨润土和外加剂等成分会有一定的损失，还会混入一些杂质，使泥浆受到污染而质量恶化。

因此，要对泥浆进行处理方可循环使用。

在施工现场，可采用物理再生处理和化学再生处理两种方法。

如果泥浆污染严重，处理困难或不径济，则应废弃。

泥浆经过处理后，对其各项质量控制指标进行检验侧定，对不符合指标的，可以再补充所需掺入材抖进行再生配制。

经过再生配制的泥浆，符合质量要求的，送入贮浆池，待其完全溶合后再重复使用。

四、泥浆处理设备方法的提出泥浆配合比对于地下连续墙施工的成功与否至关重要，且泥浆配制过程的配合比又难以精确控制。