槽,泥浆可回收利国2~3次,在砂砾石中成槽,可回收利用6~8次。
泥浆的再生净化处理有物理和化学两种方法。所谓物理方法,主要是将成槽过程中含有土渣的泥浆通过振动筛,旋流器和沉淀池,利用筛分作用,离心分离作用和重力沉淀作用,将粗细颗粒的土渣从泥浆中分离出去,恢复泥浆的物理 性能,如图2-24所示。
泥浆的化学再生净化处理,主要是对发生了化学变化的泥浆进行的。如浇筑混凝土时所置换出来的泥浆,由于混凝土中水泥乳状液所含大量钙离子的作用,产生凝化,其结果是使泥浆形成泥皮的能力减弱,固壁性能降低,粘性增高,土渣分离困难。为此,可掺加适量的分散剂,如碳酸钠(Na:CO。)、碳酸氢钠(NaHCO。)等,然后再作物理方法处理,即可恢复造孔泥浆应有的性能。 (三)开挖成槽
防渗墙槽孔施工时,采用间隔开槽(分一期槽孔、二期槽孔),一、二期槽孔套接而成一道连续墙,如图2—25所示。
防渗墙施工中开挖成槽是关键环节,占总工期一半左右,直接关系防渗墙施工的成败。因此,要慎重选择挖槽机械和挖槽方法。由于地质条件往往十分复杂,目前还没有完全能适用于各种地质条件的万能挖槽机械。因此,要根据实际情况,选择不同的机械。
防渗墙挖槽机械,大致可分为抓斗式、冲击式、凿刨式、旋转切割式等四种。按排渣形式可分为正循环、反循环及抓取式等三种。归纳分类如下:
用抓斗抓挖造孔,多用一般土方机械,具有构造简单、运转灵活、操作方便、生产率较高等优点。使用带有刚性导向杆和液压导板的抓斗机,能提高挖槽垂直精度,孔斜度可控制在O.25%以内,成槽质量比较高。抓斗造}L,常需与冲击钻或回转式钻机配合起来工作才更有效,即采用“两钻一抓”施工法,如图2-26所示:先用冲击钻或回转式钻机将槽孔端部钻到设计高程,留下中间部分则用抓斗挖出槽外。抓斗的缺点是不能开挖坚硬地层及大孤石,开挖深度一般只在30~40m左右。
用冲击钻造孔,主要是利用钻头的自重(一般1.5~3.Ot)按一定的方式冲击开挖地层,这是最古老的钻孔工艺。我国古代盐工钻凿盐井就采用这种方法,当时只有用人工脚踩跷跷板进行上下冲凿地层成井。早在40年代,欧洲出现钢丝绳冲击式钻机,排渣采用抽桶掏渣方式。我国发展的钻机型号有代表性的为cz-22型冲击凿井机。国内工程实践中常用“主孔钻进,副孔劈打”施工法。即用冲击钻先在}L槽两端冲凿主孔,当主钻孔达到一定深度或设计深度后,为劈打两主孔之间的地层(一般称为副孔)创造了临空面,然后用同样的钻头劈打副孔两侧。落下的渣土由主孔内接渣斗吊出,最后清理全槽孔孔底,直到符合设计要求为止,如图2—27所示。
冲击式钻机挖槽按出渣方式又分为正循环和反循环两种。所谓正、反循环都是以泥浆循环的方向而言的,如图2—28所示。
正循环出渣是泥浆由钻杆中}L进浆,在钻杆前端高压喷出,携带被破碎的土渣一同上升至槽顶排出,然后经泥水渣分离设施排除土渣,回收再生泥浆,循环利用。由于泥浆压力很大,槽内泥浆运动呈上升状态,泥浆携带土渣的力量与流体的上升速度的平方成正比,而泥浆的上升速度又和挖槽的断面积成反比,所以泥浆正循环方式不大适合大断面的挖槽施工。
冲击式反循环钻机则是通过钻杆中孔排浆携渣,泥浆在槽口用供浆管不断补充,与正循环共同点是都要经过泥水渣分离设施,回收泥浆循环利用。反循环的突出优点是孔槽的断面可大可小,孔槽断面变化对排渣泥浆的流速影响不大,钻进速度和深度变化不大。并且,冲击式反循环钻机能适应各种类型的冲积层,包括胶结层和松散层。不管沉积物的矿物成分多复杂,粒度多大,只要供水(浆)充足,其速度和效率都优于其它任何型式的钻机。钻井深度也相当大。如意大利马塞伦蒂公司的MR一1、MR一2型冲击反循环钻机,功率并不大(仅62.7kW)但钻进能力大,最大钻深可达400m,孔径O.8~2m,排渣管内径200mm,钻挖某一水井工程,孔径900mm,深330m,只用ll天即完工。
用回转式钻机造}L,就是主要利用钻具的重量及钻头的回转切削作用造孔,并通过泥浆的抽吸将土渣连同泥浆排出槽外,排渣方式有正循环、反循环、正反循环三种。成槽过程为回转钻进分层成槽法,如图2—29所示。?
回转式钻机的钻进速度比较高,据统计约为冲击式钻机的4~6倍,钻挖的槽壁比较平整,孔斜度比较容易控制。其缺点是机械构造较复杂,对地层的适应能力没有冲击式钻机强,在坚硬地层或大孤石中钻进比较困难。
近年来,国际上发展了回转与冲击相结合的多功能钻机,除常规情况下用回转式钻进外,还配套冲击机构,必要时可采用冲击式钻进,以通过大砾石层。排渣方式同时配备泵吸和气力举送反循环两套排渣设备,在挖掘深度50m以内用泵吸排渣,50‘m以上时用气力举送排渣。
铣切式挖槽机是当前国际上最先进的防渗墙挖槽机械,目前这种机型有液压和电动两大类。铣切式挖槽机是采用两组横向轴旋转的铣切刀轮,对地层进行铣切作业,两组铣切轮对称旋转,这样可将地层的反作用力互相抵消,使钻机能平稳地挖掘,进行全断面一次性成槽作业。目前,标准铣切挖槽机特性指标如下: 1)挖掘长度2.4m; 2)最小厚度0.65m; 3)最大宽度1.50m;
4)一般挖掘深度35~50m,最大深度100m;
5)能挖掘的地层坚硬程度为抗压强度低于1OOMPa的所有岩层都可挖掘,在砂层或冲积层,钻进速度可达8~16㎡/h;在强度50MPa石灰岩中挖掘进度可达5~lO㎡/h ;在夹有大砾石的疏松层中工作困难,因铣刀齿不能将它们破碎,常被卡在泥浆泵吸口,这种地层中应避免使用铣切式挖槽机。液压铣切挖槽机结构与工作原理如图2—30所示。
由图可见,其主要设备为三部分:
1)履带式起重机,需要能吊起:100m长泥浆软管的特殊机构。
2)液压铣切挖槽机,其外观是一个高约15m,重16~20t的长方形导向架。底部有三个功率为l[)(]kw的小型液压马达,其中两个水平轴向平行排列,各自带动一个装有挖齿的铣轮。铣轮低速运转,转速10~20r/min,两个铣轮转动方向相反,以保持挖槽机的稳定。第三个马达带动一个泥浆泵。泵的吸口在两个铣轮的上方,能将挖掘出的碎渣与泥浆一起吸到地面上的筛分站进行筛分处理,采用“反循环”排渣方法。长方形导向架上部有一个长行程液压油缸,把铣切机与起重机钢丝绳连在一起,其作用是调节铣切机的掘进速度。
3)地面泥浆站,由贮存库和筛分及除渣设备组成。铣切机结构较复杂,造价相对昂贵。
综上所述,各种钻孔挖槽机械都具有一定的优缺点,还没有一种能适应各种施工条件的挖槽机械。工程实践中,具体情况具体分析,要作技术经济全面的比较。
槽段施工终槽验收合格后,还要进行清槽换浆,才能浇筑混凝土。清槽换浆的目的,就是要清除回落在槽底的土渣,换上新鲜泥浆。保证泥浆下浇混凝土质量的终槽验收和清孔换浆验收的有关项目和指标见表2—10。