聚合物泥漿在旋挖鉆施工中的應用研究

汪賢純

(中鐵十七局集團第三工程有限公司，河北石家莊 050081)

聚合物泥漿在旋挖鉆施工中的應用研究

汪賢純

(中鐵十七局集團第三工程有限公司，河北石家莊 050081)

介紹了泥漿護壁的基本原理，從泥漿的配制、鉆孔方法、泥漿的重復利用和處理多方面論述了聚合物泥漿在旋挖鉆施工中的應用，指出這種護壁方法可以有效防止鉆孔塌陷，方便施工，節約時間，經濟環保。

聚合物泥漿，護壁，旋挖鉆

近年來，隨著國家對樁基礎的鉆孔質量、成孔速度及施工環保等要求的不斷提高，在大型基礎建設項目如高速公路、鐵路客運專線等的帶動下，旋挖鉆孔灌注樁市場占有率正在迅速擴大，并取得了良好的經濟和社會效益，引起了廣泛的關注。旋挖鉆孔灌注樁在施工過程中具有成孔質量好、速度快、污染小等優勢，一般采用靜態泥漿穩定液護壁，目前我國傳統上仍采用膨潤土礦物泥漿護壁，但是隨著市場的發展，化學聚合物泥漿技術也已經逐漸地進入了市場［1-3］。本文就某高速公路特大橋施工情況，介紹化學聚合物泥漿在旋挖鉆機中的應用，為今后的類似工程提供參考。

1 工程概況

某高速公路特大橋，樁基全部為鉆孔灌注樁。地層為第四系沖積層，地質結構層自頂至下有：粉質黏土、黏土、粉砂、細砂、粉質黏土、黏土、細砂、粉質黏土。

該工程工期短、任務重、地質情況復雜，既要保證工程質量，又要加快施工進度，施工技術的選擇至關重要，采用聚合物泥漿護壁的旋挖鉆施工技術能夠滿足該工程的需求。

2 泥漿護壁基本原理

聚合物泥漿是一種高分子量的人工合成聚合物，主要由高分子聚合物水解后形成。由于泥漿聚合物分子量非常高，水解后分子鏈擴散并會與其他分子鏈重新連接，故會形成較為粘稠的近似糊狀的泥漿，能夠最大限度的粘住并沉淀鉆屑。它可以在較低的濃度條件下創造極佳的粘度環境，它極長的分子鏈呈卷狀無序地分散于泥漿中，這些單個的小卷受到剪切力后就會伸展開來，穿過不同的層面形成連接橋。這種表面吸附與橋接作用在鉆進時會發生效力，保證周圍地層的穩定。該泥漿體系能對孔壁提供壓力，防止在不穩定地層中鉆孔的坍塌;同時，這種作用也可以幫助泥漿最大限度的粘結住被切削下的鉆屑，把鉆屑充分粘結在一起，使得鉆頭能夠輕易從鉆孔中移出鉆屑，便于鉆進，從而提高鉆進效率［1，2］。

3 泥漿配制

靜態化學泥漿主要材料有：鉆孔液(高效復合型聚合物泥漿)、食用純堿或石灰粉、水組成。配制泥漿的順序為：注水→加堿→加聚合物泥漿。配制泥漿以前，應先使用pH試紙測試配制水源的pH值，根據具體情況添加少量純堿和石灰粉，純堿的添加量一般為每立方米0．5 kg左右，具體添加量視現場pH測試結果確定，將泥漿體系的pH值調節到8～10，減少因水源問題造成對泥漿性能的影響。調節pH值的目的是改善水質，沉淀游離的鈣離子，最大化鉆孔液的粘度。

加堿調制后，將聚合物灑落在注入泥漿池的水流之上，以使其充分水解。加強注入水流的沖力，有助于防止膠結。

配制泥漿之前，準備一臺空壓機，把空壓機管道放入水中，管道上布滿細孔，利用空壓機來鼓動泥漿，提升泥漿的溶解速度，空壓機鼓動泥漿時間一般不少于3 h，至泥漿材料充分水化分散為止。

以某公司生產的高效復合型聚合物泥漿為例，在粘土層中每立方水用聚合物0．4 kg～0．8 kg，粘度為 27 s～35 s;細砂和粉質粘土中每立方水用聚合物0．4 kg～1．1 kg，粘度為27 s～45 s;粗砂和礫石土中每立方水用聚合物0．6 kg～1．8 kg，粘度為30 s～55 s，pH 值控制在8 ～10。

4 聚合物泥漿的性能指標

聚合物泥漿的性能指標如表1所示。

表1 聚合物泥漿的性能指標

5 鉆孔

鉆孔中利用聚合物泥漿的粘度來形成護壁，并根據不同的地質情況控制聚合物泥漿的粘度，以保證鉆進過程中孔壁的穩定。在鉆進過程中不斷往孔內補入泥漿，保持孔內液面高度不低于護筒高度的1/2，保持好靜柱壓力，以防塌孔。鉆孔過程中，鉆機操作人員做到勻速伸收鉆桿，起鉆速度不能太快，防止起抽吸壓力過大而造成塌孔，快到孔深位置時，放緩鉆進速度，這樣可以有效清除孔內沉渣。由于聚合物泥漿粘度大，鉆孔后沉渣沉淀很快，鉆孔到設計標高后，停止20 min左右，再用旋挖鉆清理一下孔內沉渣，進行終孔驗收，實測孔深合格后，即可下鋼筋籠、安裝導管。

由于聚合物泥漿具有快速沉淀鉆屑的性能，在鉆進時孔內懸浮鉆屑量就已經非常少了，灌注混凝土前進行孔深復測，鉆屑沉淀厚度均不超過10 cm，無需二次清孔，有效提高了成孔效率和質量，這也體現了聚合物泥漿和膨潤土泥漿的不同。

6 泥漿重復利用

進行樁身混凝土灌注時，把孔內的聚合物泥漿從出漿口引流至泥漿池內。泥漿可以不斷循環使用，回收后及時對回收的泥漿進行粘度和pH值的測試，并依據測試結果及施工需要重新加入水、純堿(或石灰粉)和新的聚合物泥漿，復原泥漿總量，對鉆孔液的粘度和pH值進行調整至指標符合要求，使之可繼續用于下一基樁鉆孔施工中。

7 泥漿處理

聚合物泥漿在工程結束后，可以使用5%的次氯酸鈉溶液，或3%的過氧化氫溶液來處理這種泥漿，處理后的泥漿環保無害，可以直接拋棄而不會造成環境污染。

8 結語

通過工程實踐應用可以得出聚合物泥漿具有以下特點：

1)具有較好的保護孔壁穩定的作用;2)易于混合配制，施工簡便;3)可最大限度將鉆屑粘結并沉淀至孔底，便于將鉆屑撈出，在粘度很高的情況下，也不會發生凝膠現象;4)可重復利用，廢漿易于降解處理，經濟環保。

［1］夏成元，程元瑞，侯麗君．聚合物泥漿在旋挖造孔灌注樁施工中的應用［J］．四川水力發電，2012(3)：79-81．

［2］祁建永，王國輝，張彥鵬，等．旋挖鉆機聚合物泥漿施工技術淺探［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2010(8)：60-63．

［3］王海軍，孫社強，曹玉亮．新型聚合物泥漿在旋挖鉆機成孔灌注樁施工中的應用［J］．西部探礦工程，2008(8)：73-74．

Application research on compound-polymer mud in rotary drilling construction

WANG Xian-chun

(China Railway 17 Bureau of the Third Engineering Co．，Ltd，Shijiazhuang 050081，China)

With a brief introduction on basic principles of mud dado，the paper discusses the application of compound-polymer mud in rotary drilling construction from aspects of mud fabrication，drilling methods and mud recycling and treatment and so on，and points out its advantages，such as effectively preventing collapse，construction conveniently，saving time and economic and environmental protection．

compound-polymer mud，dado，rotary drilling

TU622

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.079

1009-6825(2013)10-0072-02

2013-01-11

汪賢純(1978-)，男，工程師