地下连续墙作为围护结构在地下工程中的应用范围十分广泛, 涉及市政工程、房屋建筑工程、港口码头工程及城市轨道交通工程等领域。在地下连续墙施工中严格控制泥浆指标对于保证槽壁稳定性和混凝土浇筑质量有很重要的意义。泥浆的质量达标不仅能够起到很好的护壁效果, 而且能够保证混凝土浇筑顺利进行, 提高地下连续墙墙体混凝土的完整性。所以泥浆指标的控制是地下连续墙施工的关键工序, 泥浆指标主要涉及含砂率、相对密度、黏度及pH值4方面, 在混凝土浇筑前槽底的沉渣厚度也是影响地下连续墙质量的关键指标之一, 若槽底的沉渣过厚, 不但在混凝土浇筑过程中可能会出现夹泥现象, 在混凝土浇筑后期也会造成翻浆困难, 深度测量不准确, 导致导管拔管失误, 最终出现地下连续墙墙体断层。关于沉渣的控制标准, 施工规范中沉渣的厚度基本均要求控制在10cm以内。控制沉渣厚度的方法有很多种, 本文将深入探讨泵吸式反循环法的基本原理及常见问题的处理措施。

沉渣厚度是指槽段在下放钢筋笼之前与混凝土浇筑前的实测深度之差。其形成的主要原因有以下方面。

1) 钢筋笼下放过程中笼子与槽壁之间的摩擦, 使一部分槽壁上的土被钢筋刮掉形成沉淀。

2) 成槽过程中形成的土颗粒悬浮在泥浆中, 随着时间推移土颗粒不断沉淀。

所以在混凝土浇筑前要进行二次清底, 不同地下连续墙深度和地质条件不同, 二次清底所需换浆方式也有所不同, 在淤泥质黏土层, 如上海地区的浅墙一般采用正循环;在砂性土地质条件下, 如南昌、北京则采用反循环。从清底换浆效果来看, 无论何种地质条件反循环要优于正循环, 它不但可保证沉渣厚度而且槽内换浆效率也非常高, 有利于混凝土浇筑。

常规反循环方式有3种:气举、泵举和泵吸。从整个地下连续墙的施工工艺上来讲泵吸式反循环法最方便。

泵吸式反循环法是使用大功率吸砂泵与导管相连, 将槽底泥浆混合物吸出并经过滤砂机过滤后流入泥浆池, 再将泥浆池中经过沉淀和调制的循环浆泵送至槽底 (见图1) 。

泵吸反循环过程中所涉及的设备主要包括:河砂泵、22kW泥浆泵 (排气泵兼做打灰回浆泵) 、250滤砂机、22kW或15kW送浆泵。

1) 开启22kW排气泵, 将导管内和泵里的空气排出, 等待槽段中的泥浆翻气结束。

2) 启动滤砂机, 所有从槽底吸上来的泥浆都要经过滤砂机, 才能将泥浆中的砂粒和大粒径土粒与泥浆分离。

3) 启动河砂泵, 20s后打开河砂泵出浆口阀门。

4) 待回浆管中的泥浆抽出后, 关闭排气泵。

5) 开启泥浆池中的送浆泵, 使泥浆循环, 送浆泵的供浆效率要与河砂泵的出浆效率相匹配, 如果不能匹配可将浆口的阀门关小1/3～1/2。

河砂泵的电机功率为30kW, 吸浆效率为150m³/h, 滤砂机滤砂效率为250m³/h, 22kW泥浆泵的效率为70m³/h。

根据槽段泥浆量的多少确定最低反循环时间, 设某槽段泥浆量为M, 则反循环的最少时间为M/150h。

在地下连续墙施工中一次清底采用成槽机, 清底至设计槽深后移车并将钢筋笼吊起。待导管下放结束后应先启动反循环, 在循环过程中下放接头箱或锁口管, 待具备混凝土浇筑条件后, 验槽并停止反循环。反循环工序嵌入地下连续墙施工工艺, 具体流程如图2所示。

泵吸反循环过程中经常会出现气密性差、排气量不足、沉淀砂层较厚、泵流量不足等问题。

使用过程中必须保证整个循环系统的气密性, 主要有以下几处易漏气:譹) 闷头的丝扣必须完整且未受损, 在加工过程中盖板须使用稍厚的钢板, 焊接时用20焊条或气体保护焊, 否则易形成砂眼漏气;譺) 波纹橡胶管的两端需用铁丝扎紧或使用专门的卡环;譻) 盘根是易耗品, 河砂泵使用时间越长盘根磨损越多, 因此要定期更换盘根。

排气也一个关键环节, 排气时间长短和排气泵功率直接影响排气效果。排气至槽内的泥浆翻气停止为止, 该过程约需15min。如果始终没有翻气, 可能是由于漏气或导管插入槽底沉渣之中导致。

在进行反循环之前应测量槽段实际深度, 保证导管底部不被沉渣埋住, 使得排气效率较高, 并且在吸砂时能吸出砂水混合物。

泵的流量取决于河砂泵电机转速和泵壳内涡轮的完整性, 影响电机转速的只有控制电箱内的调速器。流量不足时表现为河砂泵运行正常, 但滤砂机出浆口泥浆流速较小, 出砂速度较慢, 出现这种现象只能在电机转速和涡轮上找问题。

经长时间实践证明, 泵吸式反循环法能很好地保证地下连续墙施工质量, 并得出以下结论。

1) 泵吸式反循环法能很好地控制沉渣厚度, 换浆效率较高, 可保证混凝土顺利浇筑, 尤其是在混凝土浇筑后期翻浆压力很小。

2) 泵吸反循环工序能够很好地嵌入整个地下连续墙施工工艺中, 可与其他工序并行, 节约施工时间。

3) 与气举反循环相比, 泵吸压力来源于槽底的泥浆压力和泵涡轮产生的真空气压, 其压力适中, 不会造成槽壁塌方。

4) 因为泵吸使用导管吸浆, 反循环时钢筋笼已下放结束, 因此不能在整个槽段内移动, 在过程中可根据需要对每根导管进行循环。

5) 泵吸对气密性要求较高, 施工人员初次使用时难以熟练掌握。

在地下连续墙施工领域, 泵吸式反循环法使用相对较少, 主要是工程人员还不熟悉泵吸反循环系统和原理, 随着地下连续墙施工竞争越来越激烈, 地下连续墙的成墙质量将成为竞争焦点, 因此有必要在行业推行泵吸反循环工艺, 对于保证地下连续墙施工质量有重要价值。