泥浆净化回收工艺在关州水电站二期防渗墙施工中的应用

何 凤， 王 荣， 宋 平

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川都江堰 611830)

泥浆净化回收工艺在关州水电站二期防渗墙施工中的应用

何 凤， 王 荣， 宋 平

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川都江堰 611830)

防渗墙固壁泥浆质量是防渗墙施工控制的关键点之一，直接关系到成槽质量。关州水电站二期防渗墙施工采用膨润土泥浆护壁。鉴于制浆用外购粘土及膨润土材料消耗过大，制浆材料成本较高的现状，项目部在施工中对泥浆进行了净化回收并添加外加剂以改善泥浆性能，实现了泥浆的循环利用。该举措既保证了泥浆质量，又节约了成本，值得类似工程参考和借鉴。

关州水电站；膨润土泥浆；净化回收；外加剂；循环利用

1 概 述

关州水电站位于四川省丹巴县境内的大渡河一级支流——小金川(小金河)干流上，取水枢纽位于半扇门乡关州大桥上游约550 m，于右岸取水后经长17．727 km的引水隧洞至小金川河口(丹巴大桥)厂址区。取水枢纽上游距小金县城36 km，下游距厂房19 km、距丹巴县城20 km，右岸隧洞沿线有S303省道通过。

工程的开发任务主要为发电，兼顾下游生态环境用水要求。关州水电站为低闸坝引水式电站，正常蓄水位高程2 124 m，电站设计水头229 m，额定引用流量120 m3/s。电站装机3台，单机容量80 MW，总装机容量240 MW。工程主要由首部枢纽、引水系统、厂区建筑物等组成。

项目二期右岸混凝土心墙土石坝底板段防渗墙施工平台高程为2 113 m(设计墙顶高程为2 111．5 m)，轴线长度为160．83 m，划分为24个槽段，造孔深度均为23 m，设计墙底高程为2 090 m，成墙面积共3 457．845 m2。防渗墙为悬挂式结构，墙厚800mm，墙体材料为C15混凝土，选用CZ－8D冲击钻机造孔成槽。

河床覆盖层为第四系全新统冲积堆积层、堰塞湖相堆积层和崩坡积堆积层，主要分布于河床及漫滩。据钻孔揭示，其具多层结构，纵向分布总体较稳定，横向受河谷限制，靠两岸坡稍浅，总厚度为70～103．3 m，从上至下依次为:

(1)冲积堆积层:为表层砂壤土层，厚0～2．6 m，结构松散，主要分布于右岸漫滩。

(2)冲积堆积层:漂(卵)砾石夹砂层，分布于河床及漫滩上部。分布高程2 105～2 113 m(埋深0～8．2 m)。漫滩冲积堆积层一般较河床稍厚，漫滩厚2．7～7．4 m，河床厚2．2～4．9 m。该层在右岸漫滩以卵砾石夹砂为主，河床则含较多的漂石。卵砾石成份以板岩、石英岩及变质砂岩为主，次为灰岩及少量岩浆岩等。粒径2～8 cm居多，少量为10～20 cm，个别达30 cm以上，漂(卵)砾石含量约占60% ～70%，磨圆度中等，风化微弱，质地较坚硬，隙间充填中细砂，结构大多松散～稍密，透水性较强。

(3)堰塞湖相堆积:灰～灰黑色砂壤土层，位于河床及漫滩中上部。分布高程2 092～2 110 m (埋深2．2～21．4 m)，厚8．6～17．2 m。在关下ZK10孔(高程2 098 m)、关下ZK15孔(高程2 103 m)和关下ZK19孔(高程2 104 m)局部夹轻壤土或中壤土透镜体，单层厚度为0～4．4 m，延伸长度为50～170 m。

(4)堰塞湖相堆积层:灰黑色壤土层，埋藏于河床及漫滩中部。分布高程2 072～2 095 m(埋深15．1～42．5 m)，厚13～35 m。在关下ZK3孔(高程2 092 m)局部夹粉质粘土透镜体，单层厚度为0～2．7 m，延伸长度为25 m。

(5)堰塞湖相堆积层:灰黑色粉质粘土层埋藏于河床及漫滩中部。分布高程2 057～2 083 m(埋深29．5～58．6 m)，厚17．5～22 m。在关下ZK2孔(高程2 074 m)和关下ZK14孔(高程2 065 m)局部夹重粉质壤土或轻壤土透镜体，单层厚度为0～3 m，延伸长度50～100 m。粉质粘土层原状呈可塑状，脱水干裂，遇水崩解，钻探中常出现缩径，透水性微弱。

2 泥浆净化回收系统的设计

从地质资料分析可知，防渗墙成槽段地层主要以砂土层为主，墙底段有部分壤土层，在造孔过程中砂土及壤土大部分可自动形成泥浆，但这部分泥浆质量达不到固壁要求。若将其性能加以改善后利用，既能保证泥浆质量，又能节省制浆材料。另外，将施工过程中的泥浆反复循环利用，尽量不购粘土或少购膨润土，可以节约项目成本。如何利用造孔过程中形成的泥浆、改善其性能并让泥浆反复循环利用成为本项目泥浆回收系统设计的重点。

2．1 泥浆循环方式

制浆站制备合格的膨润土泥浆输送至槽孔内开孔，造孔过程中砂壤土地层自然形成一部分泥浆，这部分泥浆与膨润土泥浆混合后，在抽砂过程中由排浆沟进入沉淀池，沉淀池内的浆经泥浆净化机分离后进入混合泥浆池。当混合泥浆池内的泥浆质量不符合要求时，通过添加外加剂并掺入新制的膨润土泥浆进行性能改善，直至检验合格，再源源不断地输送到槽孔中，如此反复循环使用。

图1 泥浆循环示意图

2．2 泥浆循环系统的设置

按照图1中的泥浆循环方式设置各个临时设施，包括制浆站、泥浆池、倒渣平台、排浆沟、沉淀池、泥浆净化机以及相关管路。泥浆净化工艺平面布置情况见图2。

(1)槽孔抽渣后，泥浆从倒渣平台流入排浆沟后将集中流向沉淀池；

(2)流入沉淀池中的泥浆经短暂沉淀后，先由装载机入池清除池底大部分钻渣等粗颗粒，再由沉淀池一角配置的3PN泥浆泵将剩余的泥浆泥泵送泥浆净化机进行净化。

(3)净化后的泥浆通过缓冲池中的泥浆泵送至混合泥浆池。

(4)储浆池中的泥浆是由混合泥浆池中的浆液+新制膨润土浆液+外加剂调配完成后成为合格的泥浆，由3PN泥浆泵通过送浆管路输送至槽孔节点。

(5)在送浆管路节点中的每个节点安装一个球阀开关，需用时打开往槽孔内注浆。

(6)在混合泥浆池和储浆池底部设置风管。由4 m3空压机供风，采用两根风管进行风动泥浆扰动，以防止浆液中的沉淀物快速沉淀。

3 工艺参数

3．1 泥浆循环系统中的各临建设施参数

(1)泥浆池:整个泥浆池分为膨润土泥浆池、调配泥浆池、混合浆液泥浆池，其容量与槽段体积和施工工效相关。

关州水电站二期防渗墙工程由6台冲击式钻机造孔，三个机组同时施工，3幅槽段平均每个槽段成墙面积为163．3 m2，成墙体积为130．64 m3。调配泥浆池(储浆池)容量最大估算值为195．96 m3；膨润土泥浆池和混合泥浆池容量分别按调配泥浆池容量的1/3计算，需65．32 m3。

(2)沉淀池:沉淀池长度为6 m；宽度取3．2 m，净深1．6 m。每个沉淀池可以管控80 m轴线范围内的泥浆。本项目防渗墙轴线长度为160．83m，共设置两个沉淀池。沉淀池设计见图3。

图3 沉淀池设计图

3．2 泥浆循环系统中各阶段泥浆性能指标及调配方法

(1)新制膨润土泥浆制浆方式及其性能指标。

表3 膨润土泥浆性能指标表

制浆由2台400 L高速搅拌机拌制，膨润土采用四川三台膨润土公司生产的优质钠基膨润土，按6(水)∶1(土)∶0．006(CMC)∶0．03(NaOH)比例配制(单位均为t)。在高速搅拌机中搅拌7～9 min即可输送至膨润土泥浆池，由膨润土泥浆池直接送入槽孔使用。

(2)混合泥浆的检测:

由膨润土泥浆池输送至槽孔中的泥浆，在造孔过程中自然膨化并与地层中壤土自身产生的部分泥浆混合后，在抽砂过程中将这部分泥浆抽排至沉淀池后经过ZL－250型泥浆净化机净化过滤掉粒径大于0．075 mm以上的中粗砂、细砂，但是，过滤后的泥浆由于在冲渣过程中掺入了大量的水，而这部分冲渣所产生的多余的水是无法过滤的。这些混合泥浆进入混合泥浆池后，泥浆质量必定达不到要求。因此，首先需进行检测，使用泥浆比重计、马氏漏斗检测其密度、粘度。经统计分析，密度符合规范要求(1．1＜ρ＜1．3)，平均值为1．13。但是，其粘度往往只有17 s，pH值为7，因此而需要进行混合泥浆的调配，使其符合规范要求。

(3)调配泥浆的方法。

如何将混合泥浆调配成合格的泥浆，最简单的方法就是加入一定量的CMC和新制的膨润土泥浆。上面提到的混合泥浆粘度一般只有17 s，经过现场大量的实验，每10 m3混合泥浆加入30～50 kg CMC，再掺入1 m3未经膨化的半成品膨润土泥浆混合调配后的泥浆粘度为19 s，可直接投入使用。需要注意的是:调配阶段必须严格检测混合泥浆的pH值，因为CMC添加剂在pH=7～9的水溶液中性能最佳。当pH＞10或＜5时，胶粘度显著降低，若pH值小于5，则加入NaOH，并且注意要控制水的温度，水温在10℃ ～20℃时，CMC最易溶于水(文中所指的CMC均为羧甲基纤维素纳，不包括羧甲基纤维素钙)。

(4)直接回收使用的泥浆。

这里所指的可直接回收使用的泥浆是在槽段清孔换浆结束后、浇筑过程中槽孔内自然溢出的泥浆，这部分泥浆可用小型的泥浆泵直接抽送至其他正在施工的槽段使用，也可由泥浆净化机净化后直接输送至储浆池备用。

4 结语

关州水电站二期防渗墙工程成功应用泥浆循环净化回收工艺，既保证了泥浆质量，又节约了项目经营成本，工程施工过程非常顺利。

希望本文能对从事防渗墙等基础处理施工的人员提供有价值的参考，并在施工过程中进一步优化方案，开拓创新，为项目创造更多的效益!

TV543;TV52;TV49

B

1001-2184(2015)05-0023-03

何 凤(1984-)，男，四川仁寿人，工程师，学士，从事水利水电、房屋建筑、市政等工程施工技术与管理工作；

(责任编辑:李燕辉)

2015-08-26

宋 平(1984-)，男，甘肃临泽人，工程师，从事水利水电地基与基础工程施工技术与管理工作．