中国建筑第二工程局有限公司深圳分公司 深圳 518048
摘要：化学聚合物泥浆具有良好的护壁作用，能提高旋挖钻机的掘进速度，成本比普通膨润土泥浆低。本文结合紫元元大厦桩基础工程，介绍化学聚合物泥浆在旋挖钻孔灌注桩中的应用，尤其在地下水水位较高的软、硬土质的地层中取得了较好的应用效果。
关键词：旋挖钻孔灌注桩；泥浆护壁；化学聚合物泥浆；高分子聚合物
我国钻孔桩施工通常采用膨润土矿物护壁，随着科技进步，化学聚合物泥浆技术逐渐成熟，并被广泛应用到钻孔桩施工中，该泥浆体系能对孔壁提供压力，防止在不稳定地层中钻孔坍塌，同时最大化旋挖钻的装载能力，提高掘进速度，泥浆成本比膨润土矿物低，具有一定的经济效益。本文结合工程实践，探讨化学聚合物泥浆在旋挖钻孔灌注桩施工中的应用。
1工程概况
紫元元大厦工程位于广东省深圳市福田中心区，为独栋超高层建筑，建设用地面积为5108.68 ㎡，总建筑面积约6.0万㎡，地下四层，地上47层，总建筑高度210.25m，建筑工程重要性等级为一级，场地属于二级中等复杂场地，地基属于二级中等复杂地基，桩基础采用旋挖钻孔灌注桩，桩端持力层为微风化基岩。
图1 桩基施工图
1.1桩基工程概况
基础桩共计156根，分为承压桩及抗拔兼承压桩两类桩型，共计6种桩径。承压桩桩径有1.4m、1.6m、1.8m、2.0m、2.2m、2.6m。抗拔兼承压桩桩径为1.4m。设计最小桩长不小于7m，最大孔深约35m。
1.2工程地质条件
工程建设场地位于地质构造较稳定区域，场地原始地貌为冲洪积平地。据岩土工程勘察钻探揭露，场地内的地层按成因可分为人工填土层、第四系冲洪积土层和下伏燕山期花岗岩。
1）人工填土层：杂填土主要由含石英砂砾粘性土组成，建筑垃圾砼、砖块含量约为35%，块径在1～20cm，呈次棱角状。该土层中下部已基本完成自重固结，厚度为3.50～8.00m。
2）第四系冲洪积土层：淤泥质粉质粘土、粉质粘土、中砂，厚度为1.0～10.00m。其中中砂饱和，中密状态，砂成分为石英质，颗粒分选较差，局部相变为细砂，局部夹粉土薄层，局部孔下部相变为砾砂，不均匀含粘性土约30%。
3）下伏燕山期花岗岩：全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩，厚度为0.60～10.00m。其中微风化花岗岩裂隙较发育～发育，岩芯呈块状、短柱状、柱状，岩质较新鲜～新鲜、坚硬，锤击声脆，需金刚石钻具钻进。
场地内对桩基工程影响最大的地下水为第四系土层孔隙潜水，其主要赋存于第四系冲洪积中砂层孔隙中，其透水性强，为强透水地层，地下水量丰富，地下水含量大，略具承压性，场地内均有分布。勘察期间钻孔内地下水位埋深为1.00～3.90m，标高变化在3.57～5.28m。结合项目特点，本工程决定采用泥浆护壁的湿式旋挖成孔工艺。
2化学聚合物泥浆概况
2.1化学聚合物泥浆成分
紫元元大厦总承包工程桩基施工泥浆以奈普顿化学泥浆为例，其中水为静态泥浆的主体，要求水中无杂质，加入适量纯碱或者火碱，使泥浆的PH值达到9为宜，因为化学泥浆在弱碱性条件下能达到最好的分散溶解效果。高分子聚合物为化学聚合物泥浆的主要材料，主要用以增加泥浆黏度来控制成孔孔壁的稳定性。
2.2化学聚合物泥浆性状
化学聚合物泥浆是以多种单体或共聚物为基础人工合成的聚合电解质，系有机高分子聚合物材料，最突出的特点是能够在较低的浓度下形成优良的黏度环境。
化学泥浆在水中充分溶解后成半透明糊状，粘度大，渗透能力强，能有效调节泥浆液的流变性，在孔内沉淀钻屑速度非常快，在孔壁周围经过渗透和胶联行成了一层薄透明糊状保护层。
2.3化学聚合物泥浆优点
旋挖取土成孔过程中，静态泥浆作为成孔过程的稳定液，主要作用是护壁。化学聚合物泥浆主要由高达2000万以上的高分子聚合物水解形成，其分子链扩散并与其它分子链重新连接，形成粘稠的泥浆。不但能够减少孔壁塌方、断桩和缩颈，使得孔径控制更加精准，还能够缩短制浆时间，降低浆体含砂率，提高混凝土的浇筑质量，同时环保无污染可循环使用。
3化学聚合物泥浆的配制及性能指标
3.1化学聚合物泥浆配制
配制泥浆以前，先使用pH试纸测试配制水源的pH值，根据具体情况添加少量纯碱，将泥浆体系的PH值调节到8～10，减少因水源问题造成对泥浆性能的影响。
泥浆配制工艺流程为：
图2 泥浆池
图4 化学泥浆比重测量
4化学聚合物泥浆在钻孔桩施工中的注意要点
4.1钻进成孔
一般情况下控制孔内泥浆的液面高度在护筒顶以下30cm~50cm，这样可以确保静柱压力。当在出入孔口6m的深度处进行钻头的提、放作业时，应遵循轻提、轻放的原则，从而避免对孔内的泥浆造成扰动，同时也可以有效的确保孔壁的稳定性。在进行起钻时，钻头的速度不宜过快，否则会导致抽吸压力过大而引起塌孔的问题。
图5 旋挖成孔
图6 钻孔垂直度控制
4.2钢筋笼吊放
在钻进施工过程中，应保持均匀缓慢的伸、收钻杆的速度。在钻孔的后期应适当的降低钻进的速度，这样可以提高沉渣清楚的效率。
当钻孔成型后，应停放一会，然后再次下放钻头进行沉渣的捞取。沉渣捞取完成后，即对孔深进行量测（图7），确保满足设计要求后方可进行钢筋笼的下放作业（图8）。在钢筋笼的下放施工中，应确保钢筋笼的垂直状态，同时避免对孔壁造成碰撞。
图8 钢筋笼吊放
4.3二次清孔
在导管下放之前，应先对导管的气密性进行检查，避免泥浆渗入到导管内部。
图9 气举反循环清孔
4.4化学聚合物泥浆排放处理
在钻孔灌注的过程中采用滤砂器和振动筛，将泥浆中的小碎石、砂等固体颗粒进行分离，分离后的泥浆排到沉淀池中充分沉淀，泥浆泵安装在沉淀池中供泥浆循环。化学聚合物泥浆无毒、易于降解，可以直接排放而不会对环境造成污染，在排放前可用5%的次氯酸钠溶液或3%的过氧化氢溶液进行处理，处理时加入一定用量的处理剂后，可充分氧化。经过处理之后的泥浆是环保完全无毒无害的，可直接排放到就近的污水井中。
5化学泥浆应用范围
图11 膨润土泥浆处理（加6m钢护筒）的桩孔侧视图
本项目场地东侧和南侧局部中砂层厚度较大，且赋存孔隙潜水，其透水性强，为强透水层，水量丰富含量大，略具承压性，有两个工程桩在施工初期钻孔穿越该层时，尽管根据现场地质水文条件，适当增大了化学聚合物泥浆的配合比，提高了黏度，但依然造成孔壁坍塌，后经填土夯实、安置6m长钢护筒，改为膨润土泥浆护壁，方解决事故孔。因此，对于层厚较大的强透水中砂层不适用化学聚合物泥浆护壁。
场地其他区域，尤其是软、硬土质的地层中，化学聚合物泥浆在另外154根工程桩中的应用则取得了较好的效果。
6应用效果及经济对比
1）和传统膨润土泥浆相比，化学聚合物泥浆内钻屑沉淀迅速，含砂率低。
2）化学泥浆成孔速度快，比膨润土省工、溶解速度快，钻杆及钻头没有泥浆和砂子，增加钻杆和钻头的使用寿命。
3）化学泥浆在水中充分溶解后成半透明糊状，黏度大，在旋挖机钻进过程中，泥浆总是保持清澈透明，含杂质极少，提高了泥浆的可重复利用率和有利于现场的安全文明施工，不会像膨润土泥浆一样造成泥浆横流，污染场地。
3）化学泥浆提高了桩基摩擦承载力，提高桩基质量，增加了桩的承载力。
4）化学聚合物泥浆与膨润土泥浆同样配制100m3浆液，节省1个小时，原材料成本节约50%左右。
7.结语
通过本工程的实际应用，化学聚合物泥浆护壁技术能够有效减少泥浆的使用，可以在地下水位较高的软、硬土层中进行应用。既保证了成孔质量，提高了成孔效率，也节约了项目成本。针对具体地层配制合适的泥浆对旋挖钻机成孔起到了很好的护壁作用，为以后此类工程的桩基施工提供了宝贵实践经验。
参考文献
【1】都娄凯.化学聚合物泥浆在旋挖钻孔灌注桩中的应用【J】.技术论坛，2017，2；254
【2】林礼进.优质泥浆在旋挖钻孔灌注桩护壁中的应用【J】.探矿工程（岩土钻掘工程），2013，第40卷第11期；57-80
【3】刘川.化学聚合物泥浆在旋挖钻孔灌注桩中的应用【J】.公路，2010，10
论文作者:白玉晶,杭欣,刘斌
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/26
标签：泥浆论文; 聚合物论文; 化学论文; 钻孔论文; 桩基论文; 土层论文; 工程论文; 《建筑学研究前沿》2018年第18期论文;