聚丙烯酰胺在超深地下连续墙施工中的研究与应用

路三平

上海市基础工程集团有限公司 上海 200002

随着施工条件日趋复杂，传统的地下连续墙施工工艺存在砂质硬土层成槽困难、超深垂直度无法保证、难以保证较深处接缝的可靠性等缺陷。套铣接头工艺作为一种新的地下连续墙施工方法，具有施工工序简单、无惧硬土层、成槽深度大、垂直度高、清基效果好、接缝牢靠、抗渗性能优良等优势，在工程中的应用日益普遍[1-2]。

地下连续墙套铣工艺是一种基于双轮铣槽机的施工工艺，是目前世界上最为先进的地下连续墙施工工艺。地下连续墙施工不可避免地会涉及泥浆问题，二期槽段施工铣槽机铣削成槽过程中切削的混凝土碎渣浮在泥浆中，直接影响泥浆的性能。泥浆在套铣工艺[3-5]中起着护壁、携渣和冷却铣轮三大作用，从某种意义上说，泥浆性能的优劣也是决定地下连续墙套铣工艺能否顺利实施的关键之一。

1 工程概况

上海市苏州河段深层排水调蓄管道系统工程试验段SS1.2标，位于规划真光路以东、光复西路以南规划绿地内，工程包括云岭西路综合设施土建部分以及云岭西路综合设施内临时供水、供电，其中竖井（深59.1 m基坑）距离南侧苏州河约45 m，距东侧待建云岭泵站约21 m，距西侧在建真光路桥（北横通道项目）约126 m。

本工程竖井地下连续墙深达105 m，墙厚1.2 m，地下连续墙采用一刀成槽方式，单幅槽段宽度2.8m，套铣厚度300 mm。墙底位于⑩黏土层。成槽过程中穿越十多种不同的土层，更有约15 m穿越了⑨1层粉细砂和⑨2层中砂，综合设施部分地下连续墙深度也达到了80 m，均属于超深地下连续墙施工，成槽施工难度大，成槽精度要求高。

2 膨润土中聚丙烯酰胺的配比研究

二期槽段施工过程中铣槽机套铣300 mm成槽，切削掉落的混凝土渣混入循环浆中，细碎的水泥粉末使泥浆变得更加稠密，此时铣头的浮力增加，会增加x、y向纠偏难度。地下连续墙施工时，除去首开幅槽段外，后续槽段往往使用经过处理的循环泥浆，这些泥浆本身指标相比新浆更高。因此，二期槽施工时对泥浆质量的控制显得更为 重要。

根据背景工程的地质条件，结合现场调研情况，采用聚丙烯酰胺（PAM）[6]材料对膨润土泥浆性能进行调节。膨润土泥浆通常是由膨润土、羧甲基纤维素钠（CMC）和水按一定比例搅拌制得。膨润土是一种以蒙脱石矿物为主的2∶1型膨胀性层状黏土矿物，通常占5%左右。膨润土泥浆性能的稳定性直接影响槽壁的稳定性。PAM是由丙烯酰胺（AM）单体经自由基引发聚合而成的水溶性线形高分子聚合物，具有良好的絮凝性。添加PAM溶液可将混凝土渣沉降下来，保证循环浆性能的稳定性[7]。

3 配比试验研究

3.1 室内试验

取项目所用原材料，进行小样试验。试验步骤如下：

1）称取PAM粉末1 g溶于1 000 mL水中，200 r/min搅拌10 min，静置24 h令其充分溶解，静置过程中对烧杯上部进行封盖防止水分蒸发，充分溶解备用。

2）取二期槽段施工期间不同位置的循环浆进行初始性能测试，记录数据。

3）分别取同一位置的循环浆1 000 mL置于量筒中，标记为1#、2#、3#、4#、5#。

4）用移液管分别移取5、10、15、20、25 mL的PAM水溶液加入循环浆中。

5）300 r/min搅拌10 min，使其充分接触，静置5 min，测试并记录数据。

6）24 h后进行复测。

7）取不同位置的循环浆重复上述步骤进行试验。

通过小样配比试验数据，结合循环浆性能控制标准（相对密度1.1～1.3、黏度22～35 s、含砂率≤7%、pH为8～11、胶体率95%），初步确定按每立方米的水中加入2 kg的PAM的配比进行PAM溶液制备，并在背景工程现场进行试验。

3.2 现场试验

1）检测二期槽段不同位置的循环浆性能：黏度、相对密度、pH、含砂率、胶体率、失水量和泥皮厚度等，检测结果如表1所示。

表1 不同位置循环浆泥浆性能

2）取75 m处循环浆进行试验，1000 mL循环浆中分别加入5、10、15 、20、25 mL预先溶解的PAM水溶液。搅拌30 s后静置5 min，测试其混合液性能。24 h后检测混合液的黏度变化和固定颗粒沉降量，结果如表2所示。

表2 不同PAM添加量泥浆性能

3）不同位置循环浆添加15 mL的PAM水溶液后，测得含砂率和相对密度的变化如表3所示。

表3 初始和24 h后泥浆相对密度、含砂率

4 数据分析

1）75 m处循环浆添加PAM溶液后测得初始和24 h后泥浆的黏度，可以发现随着PAM溶液添加量的增加，泥浆初始黏度也随之增加，24 h泥浆黏度随着PAM溶液添加量的增加先增大后减小，如图1所示。泥浆胶体率如图2所示，当PAM溶液添加量增加到一定量后胶体率显著降低，破坏泥浆性能。

图1 不同PAM添加量泥浆黏度变化

图2 循环浆胶体率

2）测得不同位置循环浆的初始相对密度和含砂率，添加PAM溶液后，含砂率和相对密度变化如图3、图4所示。由图可知，泥浆的相对密度和含砂率均有不同程度的降低。

3）静置24 h后测量底部沉降固体颗粒含量：添加5、10 mL的PAM溶液以后，固体颗粒沉降较少；添加20、25 mL的PAM溶液以后，出现絮凝现象，导致泥浆中有效成分也被沉降析出（图5）。

图3 添加PAM溶液后的循环浆 相对密度变化

图4 添加PAM溶液后的循环浆含砂率变化

图5 固体颗粒沉降量

4）加入PAM溶液以后，泥浆黏度增大，随着添加量的增加，PAM分子之间的作用力也随之增大，泥浆透过滤网也越来越困难。

5 结语

综合分析上述数据可以发现，PAM添加量为15 mL时泥浆性能达到最优，不仅可以有效去除杂质颗粒，还可以保证泥浆性能。

PAM添加量对泥浆性能的具体影响效果还有待后续对材料性能的进一步研究。本文通过对背景工程中产生的泥浆进行大量试验，寻找出一个优质的配比，为有效解决混凝土渣污染泥浆的问题提供一种可能。