復(fù)雜地質(zhì)條件下化學(xué)泥漿護(hù)壁旋挖高效成孔技術(shù)研究

盧志強(qiáng)

（貴州地礦基礎(chǔ)工程有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550001）

本工程橫跨河流的大橋，其樁徑為1.2m，總共40 根，每樁的長(zhǎng)度大約在20 ～40m。所有樁基均采取化學(xué)泥漿進(jìn)行護(hù)壁，然后，使用入巖型的旋挖鉆機(jī)打孔。本工程所在區(qū)域?yàn)榻暮哟才c漫灘，并且受到人工砂石采料產(chǎn)生的影響而存在許多的料坑。后來(lái)進(jìn)行回填，而回填使用的材料均是建筑垃圾。因此，樁基的施工地質(zhì)環(huán)境十分的復(fù)雜，在地表下的人工雜填層最深可以達(dá)到28m，并且十分的松散，而在雜填土的下方為卵石層，填充部分中粗砂，在鉆孔施工時(shí)，十分容易造成漏漿和塌孔的情況。

1 施工的方法和工藝

1.1 成孔的方法

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，如果運(yùn)用沖擊鉆進(jìn)行鉆孔施工的效率較低，并且受工期的限制而無(wú)法按時(shí)完工，而使用正、反循環(huán)鉆機(jī)無(wú)法鉆到設(shè)計(jì)的深度，通過(guò)仔細(xì)研究決定運(yùn)用化學(xué)泥漿進(jìn)行護(hù)壁，采取大功率的入巖型旋挖鉆機(jī)進(jìn)行施工。

1.2 施工工藝的流程

具體的施工流程如下1 所示。

圖1 工藝流程圖

1.3 施工方法

（1）場(chǎng)地清理平整。為確保施工的順利，首先，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行相應(yīng)的清理和平整的工作，并進(jìn)行碾壓處理，確保施工場(chǎng)地的密實(shí)。

（2）施工放樣。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行定位放樣，樁位則安排專門的工作人員進(jìn)行看護(hù)，避免在施工過(guò)程中遭到損壞。

（3）埋設(shè)護(hù)筒。由于本次施工的場(chǎng)地覆蓋大量的人工回填層，并且孔隙率過(guò)高，因此，容易坍塌，在埋設(shè)護(hù)筒時(shí)應(yīng)提高埋設(shè)的實(shí)際深度，要求深度不得低于4m。埋設(shè)時(shí)，運(yùn)用旋挖鉆和大鉆頭進(jìn)行開挖，并利用吊機(jī)安裝護(hù)筒，在安裝后，使用黏土把護(hù)筒周邊予以夯填密實(shí)。護(hù)筒埋設(shè)如圖2 所示。

圖2 護(hù)筒埋設(shè)

（4）泥漿制備。在樁基鉆孔施工中，泥漿是十分重要的部分，其能有效地保護(hù)鉆孔的孔壁，避免出現(xiàn)坍塌的情況，由于本工程所處的地層比較特殊，所以對(duì)泥漿的性能要求更高，其質(zhì)量的好壞對(duì)鉆孔的成敗具有非常重要的影響。泥漿質(zhì)量較差容易導(dǎo)致無(wú)法形成護(hù)壁的泥膜，容易脫落而致使孔壁的自身穩(wěn)定性較低，從而引起塌孔與縮徑的情況。通過(guò)實(shí)際的投資對(duì)比仔細(xì)分析，決定使用高分子聚合物的化學(xué)泥漿來(lái)作為鉆孔護(hù)壁的泥漿，其具有較高的防塌和防滲的性能。

①黏土造漿。在正式開始樁基的鉆孔樁時(shí)，考慮到成本的投入情況而運(yùn)用黏土進(jìn)行制漿。具體的制漿配比：水：黏土：純堿=100：40：0.2，使用純堿能夠提升泥漿的pH 值，促進(jìn)黏土的顆粒更加的分散，提高黏粒的負(fù)荷和水化膜的厚度，在施工時(shí)，應(yīng)對(duì)泥漿抽查檢驗(yàn)，具體檢查以下三項(xiàng)指標(biāo)，比重的標(biāo)準(zhǔn)為1.03 ～1.1，黏度的標(biāo)準(zhǔn)為18 ～20Pa.s，含砂率標(biāo)準(zhǔn)在2%～4%。使用此泥漿在樁基鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)了漏漿和坍塌的情況，出現(xiàn)塌孔的地層主要是人工回填的地層。通過(guò)后續(xù)的表明，塌孔的原是由于泥漿的比重過(guò)低，以及黏度低，進(jìn)而導(dǎo)致孔壁無(wú)法形成堅(jiān)實(shí)的泥皮，無(wú)法對(duì)地層中的空隙進(jìn)行相應(yīng)的封堵，所以護(hù)壁的質(zhì)量較低且效果差。

②膨潤(rùn)土造漿。由于本次施工的地層為人工回填的雜土，并且厚度達(dá)到21 ～28m，地質(zhì)松散且孔隙大，使用黏土泥漿無(wú)法達(dá)到相應(yīng)的效果而造成塌孔的情況，所以準(zhǔn)備改用膨潤(rùn)土進(jìn)行制漿。

泥漿所使用的原材料選用不易造成分散，并且固相低和粘度較高的膨潤(rùn)土，然后，再添加一定的純堿。膨潤(rùn)土則使用鈉質(zhì)膨潤(rùn)土，使用量為水的8%。純堿具有提升泥漿的穩(wěn)定性以及膠體率的作用，進(jìn)一步減小失水率，本次制漿的添加量為泥漿的0.2%。

泥漿的拌制運(yùn)用機(jī)械進(jìn)行攪拌，在攪拌過(guò)程中添加定量的水進(jìn)行攪拌，之后再慢慢地添加和水量相應(yīng)的膨潤(rùn)土，然后，啟動(dòng)機(jī)器進(jìn)行拌合，最后再將純堿添加進(jìn)去，形成漿后結(jié)束攪拌并開門出漿。

在完成制漿后，對(duì)膨潤(rùn)土的各項(xiàng)指標(biāo)的進(jìn)行檢測(cè)，具體檢查以下三項(xiàng)指標(biāo)，比重的標(biāo)準(zhǔn)為1.03 ～1.1，黏度的標(biāo)準(zhǔn)為18 ～20Pa·s，含砂率標(biāo)準(zhǔn)在2%～4%。當(dāng)檢測(cè)結(jié)束后再開始鉆孔施工，從實(shí)際的效果來(lái)看得到了一定的提升，但還是存在一定的滲漏的情況，由此表明，在較為復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境下，依據(jù)常規(guī)的指標(biāo)無(wú)法達(dá)到理想的效果。

③化學(xué)泥漿。由于運(yùn)用上述的泥漿未能實(shí)現(xiàn)有效的施工，因此，根據(jù)地質(zhì)的條件要求需要運(yùn)用黏度高，并且堵漏性能強(qiáng)護(hù)壁效果高的泥漿，完全地避免施工時(shí)出現(xiàn)漏漿和塌孔的情況，進(jìn)一步確保項(xiàng)目的施工質(zhì)量和工期。通過(guò)最終的研究決定運(yùn)用化學(xué)聚合物來(lái)進(jìn)行泥漿的制作。

泥漿的配制：在樁基旋挖成孔過(guò)程中，靜態(tài)的泥漿是成孔最關(guān)鍵的穩(wěn)定液，其起到對(duì)孔壁的保護(hù)作用。通過(guò)運(yùn)用高分子的化學(xué)聚合物泥漿可能在鉆孔壁的周邊形成高強(qiáng)度的一層保護(hù)膜，進(jìn)而對(duì)孔壁的空隙進(jìn)行有效的封堵，避免出現(xiàn)泥漿滲漏的情況，與此同時(shí)，還對(duì)孔壁形成一定的壓力，確保施工至不穩(wěn)定的地層時(shí)不會(huì)出現(xiàn)坍塌的現(xiàn)象，還可以提升旋挖鉆的工作效率，提升施工的速度?；瘜W(xué)泥漿運(yùn)用的原材料以及配比為水（100%）、羥甲基纖維素（0.20%）、膨潤(rùn)土（6.00%）、803 大裂隙堵漏劑（1.50%）、純堿（0.20%）、重晶粉（根據(jù)需求定量）。泥漿在攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌時(shí)先添加事先定量的清水，之后再根據(jù)相應(yīng)的比例添加膨潤(rùn)土，最后再添加不同的化學(xué)添加劑。增黏劑對(duì)膨潤(rùn)土?xí)a(chǎn)生溶脹的情況，因此，需要在膨潤(rùn)土添加后再放入攪拌機(jī)，啟動(dòng)攪拌機(jī)制成漿后把泥漿送到泥漿池。

性能指標(biāo):化學(xué)泥漿的各項(xiàng)性能的指標(biāo)具體如表1 所示。

表1 化學(xué)泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)

本次施工的地質(zhì)十分的特殊，因此，根據(jù)實(shí)際情況增加了泥漿黏度以及比重。

（5）鉆孔。鉆孔施工運(yùn)用履帶式入巖旋挖鉆機(jī)，鉆進(jìn)系統(tǒng)主要使用液壓動(dòng)力頭帶動(dòng)鉆桿。鉆桿為伸縮的形式，不需要安裝和拆卸，并且鉆機(jī)自帶有儀表，可以對(duì)鉆孔的深度和傾斜度進(jìn)行檢查。

①首先，找到定位的樁位并將布設(shè)“+”字線，在樁位進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)后由專業(yè)人員檢驗(yàn)確認(rèn)后才能進(jìn)行鉆孔的施工。

②在正式進(jìn)行鉆孔時(shí)，應(yīng)當(dāng)輕壓慢進(jìn)，可以適當(dāng)?shù)靥岣咩@進(jìn)的時(shí)長(zhǎng)，并把事先制好的泥漿傳送至鉆孔中，以此來(lái)平衡地層的壓力，在鉆孔中的孔壁上形成泥皮而起到保護(hù)的作用。而鉆頭旋挖的土則提出孔外后由清運(yùn)到指定的安放區(qū)域。

③本工程的地質(zhì)最上層主要是回填土，因此，地層較為松散，在鉆進(jìn)時(shí)對(duì)速度進(jìn)行有效的控制，并輕提慢放。另外，需要注意，根據(jù)地質(zhì)的不同，應(yīng)當(dāng)選擇合適的鉆頭。

④對(duì)鉆孔中的液面高度進(jìn)行有效的控制，通過(guò)把儲(chǔ)漿池運(yùn)用泥漿溝來(lái)和鉆孔進(jìn)行有效的連接，進(jìn)而確保泥漿可以及時(shí)補(bǔ)充進(jìn)鉆孔中，在施工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)時(shí)刻將液面控制在護(hù)筒底部的100cm 之上。

⑤接近終孔時(shí)，應(yīng)當(dāng)使用封底撈砂鉆頭進(jìn)行施工，并降低回次的進(jìn)尺量，逐步穩(wěn)定地將孔底的稠泥漿予以清出。當(dāng)達(dá)到終孔的深度后，停滯20 ～30min，由此利于泥漿內(nèi)的雜質(zhì)沉淀，然后，再利用鉆頭將其清出，檢查確保沉渣的厚度小于10cm。

⑥孔深達(dá)到方案的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，通過(guò)質(zhì)檢人員對(duì)成孔的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，檢孔器使用鋼筋加工，另外，檢孔器的型號(hào)和尺寸必須符合標(biāo)準(zhǔn)。

（6）二次清孔。受化學(xué)泥漿自身的快速沉淀鉆屑的性能，以及旋挖鉆機(jī)的工作方式是將土體直接提出孔外，因此，在成孔時(shí)已經(jīng)不存在鉆屑物質(zhì)。因此，在吊放鋼筋籠后進(jìn)行檢查，沉渣的厚度均小于5cm，依據(jù)此情況則無(wú)需要二次清孔。

2 結(jié)語(yǔ)

化學(xué)泥漿是新型的材料，其主要針對(duì)松散和孔隙大以及粉細(xì)砂和砂礫等容易坍塌的地層，該泥漿具備較高的護(hù)壁性能。本工程運(yùn)用化學(xué)泥漿后再無(wú)滲漏和塌孔的情況出現(xiàn)，進(jìn)而有效地保障了成孔的質(zhì)量，并且使用化學(xué)泥漿不會(huì)產(chǎn)生液體泥漿，鉆碴也是固態(tài)，容易運(yùn)輸和清理，進(jìn)一步減少了對(duì)泥漿處理的投入。