徐明项目部仝瑞鹏

【摘要】结合徐明高速公路XM-1标桥梁钻孔桩工程，介绍化学泥浆在旋挖钻孔灌注桩施工中的应用。化学浆液不仅有很好的护壁防塌效果，而且能吸附钻屑，孔里的沉渣厚度一般不超过10cm，根据实际情况，可不进行二次清孔，且泥浆体中不含钻屑，孔壁摩擦力层增厚，能够有效提高桩的摩擦承载力，使用化学泥浆的成孔桩经检验全部为I 类桩，且无毒、无味，对环境没有危害。

【关键词】钻孔桩施工泥浆化学泥浆

旋挖钻机钻孔具有成孔质量好、速度快、无噪声、无污染等优势。我国钻孔桩施工传统采用膨润土矿物泥浆护壁。随着科技进步，国外化学泥浆技术逐渐地被引入到国内，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泥浆低，具有一定的经济效益。本文就徐明高速公路钻孔灌注桩施工实例介绍化学泥浆在旋挖钻机施工中的应用。

1化学泥浆概况

1.1化学泥浆基本性状

化学泥浆是一种高分子量的人工合成聚合物，它可以在较低的浓度条件下，创造极佳的黏度环境。它极长的分子链呈卷状无序地分散于泥浆中，这些单个的小卷受到剪切力后就会伸展开来，穿过不同的层面形成连接桥，这种表面吸附与桥接作用在钻进时会发生效力，保证周围地层的稳定; 同时,这种作用也可以帮助泥浆最大限度地黏结住被切削下的钻屑，使得钻头能够轻易从钻孔中移出钻屑，从而提高钻进效率。

1.2化学泥浆的优点

旋挖钻机取土成孔中，静态泥浆作为成孔过程的稳定液，主要作用是护壁。化学泥浆主要由高分子聚合物水解后形成。由于泥浆聚合物分子量一般高达2000万以上，水解后分子链扩散并会与其他分子链重新连接，形成黏稠的、近似糊状的泥浆,能够把钻屑充分黏结在一起, 便于钻头钻进，提高施工效率，并且将孔内悬浮细小土颗粒沉淀于钻孔的底部, 便于最后清出，避免泥浆池因沉渣加厚的清理工作。其优点为:（1）用量极少，100立方的水池加入50公斤左右即可形成良好的浆液，添加量为5/10000左右，可以想象其造浆的简捷、迅速，只要有水就可以开钻。

（2）添加极为方便，化学泥浆为速溶型化学泥浆，经过测试，化学泥浆粉可在10秒内溶解，几分钟即可达到极高的粘度值。在施工时可以把化学泥浆粉顺着喷射的水流冲入孔内，即可形成良好的护壁浆液。当然，也可以顺着喷射的水流冲入泥浆池，运用泵抽泵送进行循环化学泥浆是速溶型的，可以直接顺着喷射的水流加入孔里，形成粘度极好的泥浆液，一个辅助工即可完成制浆、加浆工作。

（3）化学泥浆形成的浆液可以循环重复利用。在随后的施工使用过程中根据粘度损失情况进行适当添加，沙层地质粘度损失相对较大。而在非沙层地质施工粘度损失相对较小，相对添加量就会少些。

（4）在施工时，基本无需打理泥浆池子，因为无论成桩多少，泥浆池不会有大量沉渣出现，无需清理。

（5）护壁好，防渗漏。尤其对沙层具有良好的防塌效果，具有很好的性价比。

（6）化学泥浆形成的浆液可以直接吸附钻屑，成孔后没有沉渣，下笼和下导管后沉渣一般不超过10公分，根据情况不用二次清孔，直接灌注混凝土，极大提高了成桩速度，增加效益。

（7）使用化学泥浆制成的泥浆液具有很好的润滑作用，节省钻具，经实际对比，钻机的耗油可节约10-20%，降低成本。

（8）施工中孔径控制更加精确，减少旋挖出土量及混凝土浇筑量，节约材料及机械台班费用。

（9）成孔速度快，比膨润土省工、溶解速度快、钻杆、钻头没有泥浆和砂子，增加钻杆和钻头的使用寿命，一定程度上减小机械设备折旧。

（10）易于降解处理，回用率高，用量少，不产生废泥浆，有利于文明施工减少场地使用面积。

（11）环保产品，无毒无污染，对钢筋无锈蚀，不影响混凝土的强度。

2 化学泥浆的配制及性能指标

2.1泥浆配制

现场配制时及时进行泥浆的性能指标测试, 并及时调整以达到要求。用量泥浆粉比例按0.01%-0.1%配制。根据各工地地质及实际情况配合比例，以下比例供参考（见表1）表1参考指标

地层状况泥浆粉（公斤/100立方水）

粘度（秒）

粘土与页岩20-60 17-19 淤泥、细砂到中砂30-70 18-22

粗砂、较小的砾石40-90 20-30

卵砾石90-120 30-38

2.2化学物泥浆的配制方法

化学泥浆造浆便捷，无需提前造浆，只要有清水就可开钻施工。泥浆池不需杆泵，避免来回升降泵，使用污水泵即可。

配合泥浆遥控水泵开关，一人便可完成造浆加浆，省时省力省费用，极大提高工作效率。

化学泥浆浆粉是速溶性粉末状，孔口处加浆，10秒内可开始溶解，数分钟即可充分溶解。直接顺着喷射水流冲入孔里即可形成良好的浆液，一个人完成造浆、加浆任务。

根据地质情况适量添加，同时根据情况添加烧碱，用以调整ph值，增加溶解性和粘度。

2.3化学泥浆性能指标

（1）泥浆比重对施工的影响

泥浆比重越大，压力、压强越大，泥浆对孔壁的支撑力就越大，仅从护壁方面来讲，比重越大越好，但是从灌注混凝土角度来讲，比重越大，压力、压强就越大，灌注就越困难。就旋挖钻孔灌注桩来讲，在下笼、下导管后进行的二清不仅是清理孔底沉渣，而且也要稀释浆液，这样就容易灌注混凝土。而采用化学泥浆，因其添加量只有5/10000左右形成的浆液比重易满足规范中灌注要求泥浆指标，更利于灌注混凝土。

（2）粘度对施工的影响化学泥浆的添加量一般为万分之五的量即可形成良好的护壁浆液，但是有时为了增加粘度，即便添加量增大一倍，因其百分比很低，其比重几乎没有变化，这就是化学泥浆的特性。传统膨润土泥浆粘度大比重就大，而化学泥浆粘度大比重也不大，使用化学泥浆在粘度大的情况下灌注仍然顺利。

（3）含沙率对施工的影响：

泥浆里面含沙率越高泥浆就越差，化学泥浆形成的浆液中含沙率几乎为零。在旋挖成孔中不仅孔里沉渣少，而且泥浆池里的沉渣也少。

3化学泥浆在旋挖钻孔灌注桩施工应用实例

以徐明高速公路钻孔灌注桩为例，介绍一下使用化学泥浆可利尔的在钻孔灌注桩中的运用。

3.1钻进成孔

(1) 护筒内注满泥浆后, 开始钻进，钻进过程中要不断补充泥浆，保持水头高度为护筒高度的1/ 2，防止坍孔。

(2) 注意控制钻具提放速度，尤其是在出入孔口和初提钻时，尽量减少对泥浆扰动，以加快泥浆中钻屑沉降，有利于孔壁稳定。

(3) 与膨润土泥浆携带钻屑不同，化学泥浆主要是将孔内钻屑快速沉淀，所以在钻孔后期, 为保证孔中钻屑充分沉淀，宜适当放慢钻进速度或静止半小时左右待钻屑沉淀完全后一起捞出。

(4) 钻进结束后检测孔径、孔深、垂直度, 验收合格后进行下一道工序。

3.2钢筋笼吊放

( 1) 钢筋笼的吊放要对准孔位、扶稳、缓慢, 避免碰撞孔位, 到位后立即固定。

( 2) 多节钢筋笼吊放时, 应将钢筋笼逐步接长后再放入孔内, 利用先插入孔内的钢筋笼上部架立筋将笼体固定在护筒上，利用吊装机械将上节钢筋笼临时吊住进行两节钢筋笼的对接和绑扎，焊缝验收后冷却沉入孔内。

3.3二次清孔由于化学泥浆本身的快速沉淀钻屑性能，在成孔时孔内悬浮钻屑就已经非常少了，所以在钢筋笼后测量沉渣厚度均不超过10 cm，无需二次清孔，有效提高了成孔效率和质量，与膨润土泥浆相比，充分体现了性能优势。

3.4水下混凝土灌注

清孔完毕后, 由导管上部塞入隔水塞, 塞入深度以临近水为准, 当储料斗内的混凝土储量满足剪栓后首次灌注时, 即保证导管底端能埋入混凝土中0. 8~ 1.2 m 时, 即可剪栓和开启料仓门。随着不断地灌入, 孔内混凝土面的上升, 随时提升和拆卸导管, 导管底端必须保证埋入混凝土面以下2~ 6 m。在任何情况下, 导管的埋深不得大于6 m。由于化学泥浆并不在孔壁上形成厚的泥皮,且泥浆体系中不含钻屑, 所以能够有效地提高桩摩擦承载力, 本工程通过检测, 使用化学泥浆成孔的桩100%以上达到了Ⅰ类桩标准。

3.5化学泥浆的排放化学聚合物泥浆无毒、易于降解,

可直接抛弃而不会造成环境污染。排放前可用5%的次氯酸钠溶液或3%的过氧化氢溶液处理, 处理时加入一定用量的处理剂后, 应使用泥浆泵循环所有需处理的泥浆确保其充分氧化。经处理后的泥浆是环保无害的, 可直接排放于附近的排水沟或水道中。3.6化学泥浆施工注意事项

1、必须由专人负责埋设护筒、化学泥浆的制备，再到孔底清孔以及成孔后的检查，避免成孔缩径、偏斜和沉渣过厚等钻孔质量问题发生。

2、对进场原材料进行严格试验检测，依据相关规范和标准，对不合格材料清除出场严禁使用。

3、钻孔中途停止作业时，应及时进行泥浆的补充。

4、在钻孔施工时要注意控制好钻头的提升，减少对孔壁的扰动。

5、桩基灌注时，注意防止浮笼发生及控制导管埋深等作业。

6、应连续进行工序，防止塌孔和沉渣厚度增加,影响桩基质量。

7、浆液面始终不能低于地面1m以下，更不能采取半孔浆成孔，因半孔浆成孔压强降低，护壁能力就降低；同时灌注砼时，没经过浆液浸泡的地层极有可能塌方。

8、不能与膨润土泥浆混用。

. 4化学泥浆的经济效益

化学泥浆和膨润土泥浆成本对比( 以100 m3水配制为例)

(1)化学泥浆: 100 m3水，化学聚合物40 kg，化学泥浆粉国内市场价16000元/ t 左右, 聚合物成本需0元，配制时间5 h 左右。

(2) 膨润土泥浆: 100 m3水，膨润土按10%配制需10 t，膨润土国内市场价450 元/ t 左右, 膨润土成本需4500 元，配制好所需时间12h左右。化学泥浆与膨润土泥浆对比，施工成本低, 配制所需时间少，泥浆重复利用率高。

5结语

近年来，随着对桩基质量、成孔速度、环保等要求的不断提高，旋挖钻机市场占有率迅速扩大。旋挖钻机在覆盖层施工具有成孔质量好、速度快，无噪音、无污染或小污染等优势。但是由于旋挖成孔施工无循环造浆功能，只能采用静态泥浆稳定液护壁，靠不停的向孔内进行补浆来保证孔内外水压的平衡和护壁效果，所以泥浆的选用及性能指标在成孔过程中显得尤为重要。

目前我国传统上仍采用膨润土矿物泥浆护壁，但是在某些复杂地质条件下，膨润土泥浆存在一定的局限性。随着市场的发展，化学泥浆技术逐渐地引入国内，并取得良好效果。化学泥浆作为一种新的材料, 被引入国内泥浆护壁旋挖式灌注桩工程, 它有着与膨润土泥浆不同的性能。快速沉淀钻屑的能力比较显著, 特别适用于膨润土泥浆较难对付的, 容易产生较多沉渣的地层。化学泥浆作为一种环保产品, 今后在旋挖钻孔桩施工领域有广阔的应用前景。下载本文