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泥浆固壁的机理解析

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:图2.4土体侧向稳定极限平衡图所谓泥浆固壁,就是在槽(孔)施工过程中,保持槽(孔)壁的稳定。换句话说,就是槽孔内的泥浆压力等于或高于所在地层的地下水压力和土体的侧压力。泥浆所产生的侧压力通过泥皮作用在孔壁上,保证了槽壁的稳定。假设造孔时,泥浆液面与地面齐平,则H可看成是槽孔深度。

泥浆固壁的机理解析

采用抓斗法(含冲抓钻法与直抓法等)成槽造墙施工,一个关键技术就是泥浆固壁作用,同时,泥浆在成槽造孔过程中还兼具排渣和冷却钻头的功能。

图2.4 土体侧向稳定极限平衡图

所谓泥浆固壁,就是在槽(孔)施工过程中,保持槽(孔)壁的稳定。换句话说,就是槽孔内的泥浆压力等于或高于所在地层的地下水压力和土体的侧压力。由于泥浆渗入槽壁土体中,其中较细的颗粒进入空隙中,较粗的附在孔壁上,形成“泥皮”,随着泥皮厚度的增加,对泥浆的流动阻力也随之增加,最终达到平衡,即泥浆水不再进入地层,泥浆与土层被泥皮隔开。泥浆所产生的侧压力通过泥皮作用在孔壁上,保证了槽壁的稳定。如图2.4所示,槽壁上任意一点处土体侧向稳定的极限平衡条件为 

P1=P2

其平衡方程式为

γsH=γuh+[γ0a+(γew)h]K (2.23)

式中 P1——泥浆压力,kN/m2

P2——地下水压力和土压力之和,kN/m2;

γs——泥浆重度,kN/m3

γw——水的重度,kN/m3

γ0——土的湿重度,kN/m3

γe——土的饱和重度,kN/m3

H——槽壁任意点距泥浆液面的深度,m;

a——地下水面距地表面的深度,m;(www.xing528.com)

h——槽壁任意点距地下水面的深度,m;

K——土的侧压力系数,K=tan2(45°-φ/2),其中φ为土的内摩擦角,一般可取K=0.5。

假设造孔时,泥浆液面与地面齐平,则H可看成是槽孔深度。以槽壁底任一点为研究对象,列出其极限平衡方程式。对该极限平衡方程式两边同除以孔深(H),有

γswh/H+[γ0a/H+(γew)h/H]K (2.24)

上式两边对孔深H取极限,即孔深趋于无穷,则

显然 

即在孔深趋于无穷时,造孔用泥浆重度趋于一常数。

令水的重度γw=1,则造孔泥浆极限重度γs近似为

γs=1+0.5γ′ (2.27)

式(2.26)中,土的侧压力系数(K)近似取为0.5。于是,泥浆重度(γs)为现场土的浮重度(γ′)与其侧压力系数(K)的乘积,再加上水的重度(γw=1kN/m3)。

式(2.27)仅仅是一种理想的极限情况,在实际施工中既不可能,也没有必要。在孔深有限的情况下,配合降水(降低地下水位)工作,泥浆重度在1.1~1.2kN/m3即可满足要求。故SL174—96《水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范》规定了新制膨润土泥浆的重度在1.1kN/m3左右即可,对于新制粘土浆,重度在1.1~1.2kN/m3之间即可。

【注释】

[1]胡显卿.冲抓套井防渗墙影响厚度探讨.水利工程管理技术,1998(1)

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