天津軟土地區大直徑超長灌注樁泥漿循環利用技術的研究與應用

中國建筑第八工程局有限公司天津分公司 天津 300452

1 成孔工藝分析

1.1 傳統工藝

傳統工藝的正反循環泥漿護壁工藝成孔，通過鉆頭攪動使土體與水充分混合形成泥漿，經循環系統排至泥漿池，再利用泥漿罐車將泥漿運輸至棄漿場所自然固結；由于泥漿自然固結周期長（根據厚度一般為幾年至幾十年），對棄漿場所開發利用時，再對棄漿利用排水固結、真空預壓等地基處理手段進行處理。此工藝存在自來水浪費嚴重，泥漿排放量大、污染環境、再處理難度大等不足，但由于施工簡單、成孔質量好、施工成本低等特點，在天津地區應用比較廣泛。

在土地資源緊張，淡水資源越來越緊缺，環境治理要求越來越高的今天，在倡導節約資源，保護環境的社會變革大背景下，對傳統工藝進行技術革新，工藝再造，勢在必行。

1.2 旋挖成孔工藝

近十年來，為減少用水量及泥漿排放量，大直徑樁或大直徑超深樁，已越來越多地采用泥漿穩定液護壁、旋挖成孔的工藝。旋挖成孔工藝是利用旋挖鉆機的鉆斗旋轉切削土體，將切削出的土體擠壓至鉆斗中，提出鉆斗將土體直接排出孔外，同時輸送穩定液（護壁泥漿）至孔中保護孔壁穩定。該工藝與正反循環成孔工藝相比，由排泥漿改進為直接排土。穩定液由膨潤土與水攪拌而成人工泥漿循環利用，大大減少了用水量和泥漿排放量，但增加了膨潤土的使用量。

2 組合工藝成孔泥漿循環利用技術的研究

隨著泥漿處理機械設備（如除砂器、振動篩、泥水分離系統）的問世，將其應用于泥漿護壁成孔過程中的泥漿處理中，減少了泥漿排放，保護環境。為進一步降低施工成本、節約資源、減少浪費、保護環境，結合天津地區地質情況，在工程中采用“回轉鉆機+旋挖鉆機+除砂器”的機械組合成孔工藝，加強泥漿循環利用，實現了泥漿零排放，取得了一定的效果。

2.1 工藝原理

正反循環成孔工藝成孔產生的泥漿，經泥漿處理裝置處理并摻入適量泥漿調節劑，制成旋挖成孔工藝護壁穩定液，實現自來水的循環利用，分離出的砂土經處理后直接應用于孔口回填或自加工后應用于地基加固，實現泥漿的零排放，節約資源，保護環境，降低成本，利國利民。工藝流程為：原土造漿→回轉鉆機成孔→泥漿回流→進入泥漿沉淀池→通入高壓氣翻攪泥漿→輸入除砂器除砂→除砂器除砂作業。除砂作業后的砂土經清理存放、合理處理后進行二次利用；除砂后泥漿或回流用于回轉鉆機成孔，或進入循環池，經泥漿調配后用于旋挖鉆機鉆孔穩定液。

2.2 組合工藝泥漿循環應用方式

組合工藝成孔泥漿循環利用在項目上的應用方式如下：

2.2.1 單孔組合成孔工藝

首先每孔采用正反循環鉆機成孔，其產生的泥漿經泥漿處理裝置處理并經摻入適量泥漿性能調節劑制備成旋挖成孔的穩定液，然后采用旋挖鉆機成孔，用已制備的穩定液護壁，每孔循環成孔與旋挖成孔的深度比例為1∶3，達到2 種工藝泥漿和穩定液利用的平衡。

2.2.2 多孔組合成孔工藝

每項目1/4的樁采用正反循環鉆進成孔，其產生的泥漿經泥漿處理調制成旋挖成孔的穩定注液；每項目3/4的樁采用旋挖成孔工藝成孔，用制備的穩定液護壁，達到2 種工藝泥漿和穩定液循環平衡利用。

2.3 組合工藝泥漿循環系統組成

組合工藝泥漿循環系統通過采用“回轉鉆機+旋挖鉆機+除砂器”的機械組合，充分利用回轉鉆機鉆孔形成的原土泥漿，避免了膨潤土等造漿材料的利用，大量節約了自來水，避免了泥漿排放。

2.3.1 機械設備組合

根據2 種機型類似工程成孔效率統計，GPS型回轉鉆機日鉆孔量50 m3，旋挖鉆機日鉆孔量150 m3，根據成孔空鉆回填深度計算，旋挖鉆機成孔泥漿回收利用率為70%，日需泥漿量200 m3。根據泥漿供需平衡原理，計算出2 種機型配備比例為：1 臺回轉鉆機配置3 臺旋挖鉆機可實現泥漿供需平衡。

2.3.2 泥漿循環池設置

1 臺回轉鉆機、3 臺旋挖鉆機，鉆孔能力為500 m3，儲漿量按照鉆孔量的1.5 倍計算，需要1 個容積為750 m3的泥漿池。

2.3.3 除砂器

除砂器由振動篩、渣漿泵系統、旋流器組成，除砂器直接與泥漿循環系統連接，泥漿經振動篩將粗顆粒分離出來，用渣漿泵系統將泥漿打到旋流器中，將泥漿內細顆粒進一步分離，達到凈化泥漿、分離泥沙的效果。除砂器的工作能力為50 m3/h，按照每天工作15 h計算，可過濾除砂750 m3泥漿。通過除砂后，旋挖鉆機使用剩余的泥漿可在工程鉆機鉆孔時自行消化，或存入泥漿循環池存儲，這樣就實現了泥漿供需基本平衡，無需外運。

通過這種機械配備，輔以合理的現場調配及容量適當的泥漿池，使得傳統泥漿外運工藝完全變成了外運土方，實現了泥漿零排放、泥漿用水完全周轉利用的目標。

3 工程實例

3.1 工程概況

天津中信城市廣場（首開區）工程位于天津市河東區六緯路西側天津市中心區域，為天津市重點工程。本工程樁基采用混凝土灌注樁，總樁數657 根，樁徑1 500 mm，成孔深度達88 m，鉆孔量約12 萬m2。

3.2 地質概況

本工程場地土層主要為砂性土、黏性土，黏土與砂土交互沉積成層，上黏下砂。上部以黏性土為主，分布在埋深30 m以內，下部以砂性土為主，分布在30 m以下；地下水位一般埋深在1～2 m，表層主要為孔隙潛水，其下為砂黏交互的土層分布特征，含水層上下均有相對隔水層，而形成微承壓水層，水頭壓力隨埋深增加而加大。

3.3 施工情況

本工程灌注樁采用循環與旋挖組合成孔工藝，循環成孔產生的泥漿經處理后供旋挖鉆機使用。根據2 種工藝成孔效率及泥漿平衡循環利用計算，配備4 臺GPS-180型反循環鉆機反循環成孔，與之相匹配，配備8 臺保峨BG-40型旋挖鉆機，8 臺旋挖鉆機日成孔1 200 m3，消耗泥漿360 m3，4 臺GPS-180型鉆機日鉆孔量120 m3，日用水量360 m3，日產生泥漿量360 m3，二者相匹配，累計用水量20 000 m3，配備2 臺200型泥漿凈化裝置，處理效率50 m3/h，每天處理1 000 m3，滿足處理需要。

在施工過程中檢查處理的泥漿性能指標，對達不到穩定液指標要求的經添加膨潤土、增黏劑、分散劑、重晶石等，使泥漿達到穩定液性能指標要求，保證了泥漿循環利用質量。

本工程地處天津市中心地帶，周邊環境保護要求高，白天禁止大型工程車輛行駛，晚上運輸泥漿有污染道路風險，在灌注樁施工中采用泥漿循環利用組合工藝實現了泥漿零排放，產出的砂土用在樁孔回填、路基加固，減少了砂土外運，達到水資源重復利用、保護環境的目的。

4 結語

本工法通過在中信城市廣場（首開區）工程中的應用，取得了良好的應用效果。節約了水資源，減少膨潤土的利用量，最主要的是實現了泥漿的零排放，減少了泥漿排放的環境污染，社會效益明顯，經濟效益實現節約近千萬元成本，值得進一步擴大推廣應用范圍。