天津軟土地區(qū)大直徑超長灌注樁泥漿循環(huán)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(tǒng)工藝

傳統(tǒng)工藝的正反循環(huán)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(jīng)循環(huán)系統(tǒng)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(jù)厚度一般為幾年至幾十年），對棄漿場所開發(fā)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(huán)境、再處理難度大等不足，但由于施工簡單、成孔質(zhì)量好、施工成本低等特點，在天津地區(qū)應用比較廣泛。

在土地資源緊張，淡水資源越來越緊缺，環(huán)境治理要求越來越高的今天，在倡導節(jié)約資源，保護環(huán)境的社會變革大背景下，對傳統(tǒng)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(wěn)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(zhuǎn)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(wěn)定液（護壁泥漿）至孔中保護孔壁穩(wěn)定。該工藝與正反循環(huán)成孔工藝相比，由排泥漿改進為直接排土。穩(wěn)定液由膨潤土與水攪拌而成人工泥漿循環(huán)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(huán)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(tǒng)）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(huán)境。為進一步降低施工成本、節(jié)約資源、減少浪費、保護環(huán)境，結合天津地區(qū)地質(zhì)情況，在工程中采用“回轉(zhuǎn)鉆機+旋挖鉆機+除砂器”的機械組合成孔工藝，加強泥漿循環(huán)利用，實現(xiàn)了泥漿零排放，取得了一定的效果。

2.1 工藝原理

正反循環(huán)成孔工藝成孔產(chǎn)生的泥漿，經(jīng)泥漿處理裝置處理并摻入適量泥漿調(diào)節(jié)劑，制成旋挖成孔工藝護壁穩(wěn)定液，實現(xiàn)自來水的循環(huán)利用，分離出的砂土經(jīng)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(xiàn)泥漿的零排放，節(jié)約資源，保護環(huán)境，降低成本，利國利民。工藝流程為：原土造漿→回轉(zhuǎn)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(yè)。除砂作業(yè)后的砂土經(jīng)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(zhuǎn)鉆機成孔，或進入循環(huán)池，經(jīng)泥漿調(diào)配后用于旋挖鉆機鉆孔穩(wěn)定液。

2.2 組合工藝泥漿循環(huán)應用方式

組合工藝成孔泥漿循環(huán)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(huán)鉆機成孔，其產(chǎn)生的泥漿經(jīng)泥漿處理裝置處理并經(jīng)摻入適量泥漿性能調(diào)節(jié)劑制備成旋挖成孔的穩(wěn)定液，然后采用旋挖鉆機成孔，用已制備的穩(wěn)定液護壁，每孔循環(huán)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(wěn)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(huán)鉆進成孔，其產(chǎn)生的泥漿經(jīng)泥漿處理調(diào)制成旋挖成孔的穩(wěn)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(wěn)定液護壁，達到2 種工藝泥漿和穩(wěn)定液循環(huán)平衡利用。

2.3 組合工藝泥漿循環(huán)系統(tǒng)組成

組合工藝泥漿循環(huán)系統(tǒng)通過采用“回轉(zhuǎn)鉆機+旋挖鉆機+除砂器”的機械組合，充分利用回轉(zhuǎn)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(jié)約了自來水，避免了泥漿排放。

2.3.1 機械設備組合

根據(jù)2 種機型類似工程成孔效率統(tǒng)計，GPS型回轉(zhuǎn)鉆機日鉆孔量50 m3，旋挖鉆機日鉆孔量150 m3，根據(jù)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(jù)泥漿供需平衡原理，計算出2 種機型配備比例為：1 臺回轉(zhuǎn)鉆機配置3 臺旋挖鉆機可實現(xiàn)泥漿供需平衡。

2.3.2 泥漿循環(huán)池設置

1 臺回轉(zhuǎn)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(tǒng)、旋流器組成，除砂器直接與泥漿循環(huán)系統(tǒng)連接，泥漿經(jīng)振動篩將粗顆粒分離出來，用渣漿泵系統(tǒng)將泥漿打到旋流器中，將泥漿內(nèi)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(huán)池存儲，這樣就實現(xiàn)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(xiàn)場調(diào)配及容量適當?shù)哪酀{池，使得傳統(tǒng)泥漿外運工藝完全變成了外運土方，實現(xiàn)了泥漿零排放、泥漿用水完全周轉(zhuǎn)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(qū)）工程位于天津市河東區(qū)六緯路西側(cè)天津市中心區(qū)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(shù)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(zhì)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(nèi)，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(huán)與旋挖組合成孔工藝，循環(huán)成孔產(chǎn)生的泥漿經(jīng)處理后供旋挖鉆機使用。根據(jù)2 種工藝成孔效率及泥漿平衡循環(huán)利用計算，配備4 臺GPS-180型反循環(huán)鉆機反循環(huán)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(chǎn)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(wěn)定液指標要求的經(jīng)添加膨潤土、增黏劑、分散劑、重晶石等，使泥漿達到穩(wěn)定液性能指標要求，保證了泥漿循環(huán)利用質(zhì)量。

本工程地處天津市中心地帶，周邊環(huán)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(huán)利用組合工藝實現(xiàn)了泥漿零排放，產(chǎn)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(huán)境的目的。

4 結語

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