鉆孔灌注樁泥漿處理技術(shù)研究現(xiàn)狀綜述*

上海建工集團工程研究總院 上海 201114

0 引言

鉆孔灌注樁具有地層適應(yīng)性強，施工中無擠土或少量擠土、無噪聲、振動小、環(huán)境影響小，單樁承載力高等優(yōu)點，已成為都市核心區(qū)高層建筑的主要樁型[1]。泥漿起著重要的保護孔壁、排渣、清孔等作用，但鉆孔灌注樁施工過程也是產(chǎn)生泥漿最多、造成污染最嚴重的過程。因此，廢棄泥漿的處理一直是困擾鉆孔灌注樁樁基工程施工的難題[2]。

1 鉆孔灌注樁泥漿作用及性能指標

泥漿在鉆孔灌注樁施工中的主要作用包括：形成泥皮和平衡樁孔內(nèi)外地層壓力，保護孔壁、防止坍塌；懸浮鉆渣、清洗孔底、冷卻鉆具。

泥漿的主要性能評價指標有：泥漿相對密度、黏度、含砂率、膠體率、酸堿度和穩(wěn)定性等。每一個性能指標的變化都直接影響著孔壁穩(wěn)定、排渣、清孔等一系列的鉆井成孔工藝問題。

1.1 保護孔壁

泥漿在鉆機旋轉(zhuǎn)攪動的離心力作用下，在孔壁上形成一定厚度的泥皮，封閉了孔壁土面，依靠泥漿靜壓力平衡孔內(nèi)外水、土壓力。工程實踐證明，泥漿的護壁效果與泥漿相對密度呈正相關(guān)性，但是泥漿相對密度過大會影響鉆孔進度。

1.2 排渣

為保證鉆孔工作的正常進行，泥漿應(yīng)具有將鉆頭破碎的巖土屑帶出鉆孔的功能，同時能把鉆屑懸浮住，防止浮渣快速下沉，造成卡鉆事故。因此，泥漿應(yīng)具有一定的黏度和流動性，泥漿的相對密度、黏度、含砂率應(yīng)嚴格控制才能保證排渣正常。

1.3 清孔

正常施工中為防止砂粒在孔中沉淀，成孔后要立即清孔，以防超過設(shè)計規(guī)定的沉淀厚度，清孔過程中主要是控制泥漿含砂率。

通過以上對泥漿作用與泥漿性能指標之間關(guān)系的分析可知：在鉆孔灌注樁施工中，泥漿質(zhì)量控制尤為重要；同時，在鉆孔灌注樁施工過程中泥漿性質(zhì)不斷劣化將會產(chǎn)生大量的廢棄泥漿，因此，廢漿的處理技術(shù)也將會直接影響施工中所用泥漿的質(zhì)量。

2 鉆孔灌注樁泥漿的處理技術(shù)

傳統(tǒng)的泥漿處理方式主要包括：槽罐車外運至郊外使其自然干化，這種處理方式費用高、效率低；自然沉淀，這種處理方式不僅占地面積大，大面積自然沉淀泥漿池使得施工現(xiàn)場環(huán)境惡劣，而且該處理方式很難得到干渣，因而降低了泥漿的循環(huán)利用效率，導(dǎo)致產(chǎn)生大量廢漿，循環(huán)泥漿含渣量大易導(dǎo)致坍孔、卡鉆，影響生產(chǎn)安全[3]。

以上2 種方式都不能從根本上解決泥漿處置去向，更嚴重的是在巨大的經(jīng)濟利益驅(qū)動下，一些建筑工地趁監(jiān)管漏洞，將建筑泥漿偷排亂排，造成大量市政管道堵塞、水體和土壤的環(huán)境污染。因此，為工程泥漿找到一條綠色、經(jīng)濟、環(huán)保的處理方式已成為建筑行業(yè)發(fā)展中亟待解決的問題。

鉆孔灌注樁樁基施工是泥漿產(chǎn)生最多，造成環(huán)境污染最嚴重的工序。目前對于鉆孔樁泥漿處理的研究較少，石油鉆井施工領(lǐng)域?qū)U棄泥漿處理研究較多，主要的處理方法有化學固化處理方法、化學強化固液分離法、MTC轉(zhuǎn)化技術(shù)、坑內(nèi)填埋、注入安全地層或環(huán)形空間、土地耕種[4]。借鑒石油鉆井施工領(lǐng)域泥漿處理技術(shù)，近幾年鉆孔灌注樁泥漿處理技術(shù)也取得了一些進展。

龍莉波[5]根據(jù)上海地區(qū)土層中含砂率較高的特點，施工中采用正循環(huán)泥水循環(huán)系統(tǒng)，在砂層中成孔及清孔時使用泥漿凈化裝置，實現(xiàn)了對鉆孔灌注樁施工中泥漿性能的優(yōu)化。該系統(tǒng)泥漿凈化循環(huán)過程如圖1所示，沉淀池中的原始泥漿進入泥水凈化裝置，經(jīng)除砂后優(yōu)質(zhì)泥漿排入循環(huán)池，供給各鉆機使用。該方法起到了很好的保護孔壁和清孔的作用，同時篩除的砂被用來回填樁孔，泥漿外運量減少，外運成本降低。此方法為類似砂性土層中原土造漿成孔施工積累了一定經(jīng)驗。

圖1 泥漿凈化循環(huán)處理示意

鄧金金等[6]針對槽罐車外運至郊外使泥漿自然干化處理方式的缺點，研發(fā)了一整套的城建工程泥漿處理及零排放工藝。該工藝的主要原理是通過泥漿凈化設(shè)備對回收泥漿進行處理，其中得到的凈化泥漿經(jīng)性能測試后加料拌制再生泥漿，以滿足施工過程中對泥漿性能的要求，進而循環(huán)使用。劣化泥漿進行壓濾處理，要求壓濾分離出的固體顆粒含水率≤30%，以降低泥漿排放成本。圖2為泥漿零排放處理工藝泥漿循環(huán)示意，從圖中可知，從新鮮泥漿配制到回收泥漿凈化處理循環(huán)使用及最終排放工藝流程分為2 個部分：泥漿凈化、廢漿壓濾處理。

該工藝實現(xiàn)了泥漿的循環(huán)利用，降低了新鮮泥漿配制費用；將劣化泥漿分離為水和干渣（含水率≤30%）分類處理，其中清水直接排入下水道管網(wǎng)，干渣回填或外運，實現(xiàn)泥漿的零排放。

圖2 泥漿零排放處理工藝泥漿循環(huán)示意

以上的泥漿凈化工藝流程主要采用振動篩配合旋流器進行泥漿凈化，直接篩除泥漿中的固體大顆粒，之后通過旋流器處理細小固體顆粒，處理得到的凈化泥漿循環(huán)使用。對于廢棄泥漿除采用機械壓濾處理外，也有一些地方借鑒污水絮凝固液分離的處理方式，向泥漿中加入絮凝劑，生成絮團后靜置沉淀，上清液達標排放，底泥就地填埋或外運。

萬玉綱等[2]研究了化學絮凝和物理離心脫水方式，試驗結(jié)果表明采用單純化學絮凝方式進行泥漿絮凝固液分離，高分子量的HPAM對泥漿水的脫水最有效；通過對真空吸濾、壓濾和離心3 種物理脫水干化工藝進行了比較試驗，結(jié)果表明吸濾法效果最差，壓濾法效果尚可，離心脫水干化處理效果最好。結(jié)合以上2 種方法的優(yōu)點，萬玉綱等設(shè)計了化學與物理方法相結(jié)合的泥漿水現(xiàn)場處理工藝流程，如圖3所示。

圖3 泥漿水處理工藝

此外，李沖等[7]采用X射線衍射、激光粒度儀及微電泳儀對廢棄泥漿的理化性質(zhì)進行了分析，采用陰離子型聚丙烯酰胺（APAM）進行廢棄泥漿絮凝分離實驗，結(jié)果表明：APAM對廢棄泥漿絮凝分離處理效果明顯，作為廢棄泥漿減量化處理的前期工作具有一定的可行性。

楊春英等[8]研究也發(fā)現(xiàn)有機絮凝劑聚丙烯酰胺相比無機絮凝劑聚合氯化鋁、硫酸鋁等在絮凝固液分離上有較大優(yōu)勢；另外，絮凝劑針對不同類型的泥漿具有最佳投放量；若廢棄泥漿經(jīng)過自然沉淀和離心分離后，絮凝劑的最佳投放量與泥漿密度成正比。

3 結(jié)語

本文簡要介紹了鉆孔灌注樁泥漿的功能及其與泥漿性能評價指標之間的關(guān)系。詳細論述了目前鉆孔灌注樁泥漿處理技術(shù)的發(fā)展情況，對于鉆孔灌注樁泥漿處理技術(shù)的發(fā)展有以下幾點建議：

1）泥漿無害化的處理多以化學絮凝和物理離心脫水進行固化為主，在一定程度上改變了泥漿的形態(tài)，減少了泥漿對施工現(xiàn)場和環(huán)境的污染，具有顯著的環(huán)保效益。因此，在實現(xiàn)泥漿減量化再利用的過程中，脫水減量化是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

2）加強對劣化泥漿廢渣的再利用研究，目前泥漿再利用的研究主要集中在對回收泥漿本身凈化循環(huán)檢測再調(diào)配利用上，而對于凈化回收泥漿產(chǎn)生的劣化泥漿的再循環(huán)利用則少有研究。劣化泥漿通過化學絮凝或機械壓濾產(chǎn)生的廢渣仍然采用外運或就地填埋等處理方式，這并沒有實現(xiàn)廢渣的資源化再利用。因此，泥漿處理技術(shù)的重點應(yīng)轉(zhuǎn)向廢渣的資源化再利用方面，這樣不僅節(jié)省了外運的成本，同時也創(chuàng)造了再利用價值。