聚合物泥漿在復(fù)雜地質(zhì)鉆孔樁施工中的應(yīng)用

摘要：文章結(jié)合海南新外環(huán)實行的南崗河大橋鉆孔樁建設(shè)項目工程，概述了高分子聚合物摻雜聚合漿料所表現(xiàn)的優(yōu)異性能，結(jié)合其實際應(yīng)用案例，有效地監(jiān)測了高分子聚合物對于鉆孔樁泥漿性能的改善條件和效果，同時可以提高鉆進(jìn)效率。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)；鉆孔灌注樁；旋挖鉆；化學(xué)聚合物；泥漿護(hù)壁 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U443 文章編號：1009-2374（2016）05-0148-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.05.074

1 高分子聚合物泥漿概況

1.1 高分子聚合物泥漿基本性狀

隨著化學(xué)制備工藝的不斷發(fā)展和完善，高分子化合物以其成本低廉、易于規(guī)劃化制備和生產(chǎn)等有利因素而得到人們的廣泛關(guān)注。除此之外，高分子聚合物容易實現(xiàn)性能改善，并結(jié)合實際的施工環(huán)境表現(xiàn)出最佳的優(yōu)異性能。高分子聚合物漿料在鉆孔樁泥漿中的應(yīng)用，可以有效提高整體漿料的粘結(jié)性能，借助高分子鏈卷曲的優(yōu)勢，穩(wěn)定整體漿料的定性能。這些高分子聚合物由于具有一定的各向異性，可以使得鉆進(jìn)的孔道形成吸附作用結(jié)構(gòu)，進(jìn)而加快施工鉆頭的轉(zhuǎn)移速度，提升鉆進(jìn)的質(zhì)量和效率。

1.2 聚合物泥漿的有效成分

高分子聚合物泥漿的組成主要分為靜態(tài)高分子聚合物漿料和動態(tài)高分子聚合物漿料，其中本文重點(diǎn)介紹靜態(tài)高分子聚合物漿料。靜態(tài)高分子聚合物化學(xué)泥漿主要由高分子化合物、水泥漿料以及水等基本組分構(gòu)成。經(jīng)過一定的攪拌混勻，通過加入一定量的純堿以及來自自來水中的鈣鎂離子峰摻雜，使得高分子聚合物化學(xué)漿料可以實現(xiàn)鉆孔樁的高效定位與施工，通過高分子化學(xué)粘連度的增加，進(jìn)而不斷改善水質(zhì)和需要去除的雜質(zhì)離子。環(huán)境友好型泥漿需要結(jié)合各種材料的配合比根據(jù)土層狀況而定。

2 施工應(yīng)用研究

2.1 工程概況

海南省新建鐵路西環(huán)鐵路客運(yùn)專線五標(biāo)三分部南港河特大橋，橋長1190.95m，河面寬度98m，基礎(chǔ)采用樁基，鉆孔灌注樁樁徑有2種，即1.00m、1.25m，平均樁長38m。該橋位于典型的沿海復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中，據(jù)地質(zhì)鉆探資料，地面以下10m左右范圍內(nèi)為密度較小的粉細(xì)砂和中砂層，10～38m均為粉質(zhì)黏土層和粉細(xì)砂層。南港河流經(jīng)28#-32#墩并且地下有充沛水量，施工難度大。原施工方案采用普通的膨潤土礦物泥漿，但鉆機(jī)過程中，前兩根均出現(xiàn)了嚴(yán)重的塌孔現(xiàn)象，無法繼續(xù)鉆進(jìn)。鑒于復(fù)雜的地質(zhì)條件，經(jīng)綜合分析原有施工方案，擬在鉆進(jìn)過程中使用化學(xué)聚合物泥漿，為了保證施工可行，進(jìn)行了10根樁孔的試鉆，結(jié)果顯示，鉆進(jìn)效果良好，未出現(xiàn)嚴(yán)重塌孔等現(xiàn)象，由此積累了施工經(jīng)驗，在鉆孔中全部使用化學(xué)聚合物泥漿。

2.2 泥漿護(hù)壁性狀的試驗

2.2.1 泥漿配制。旋挖鉆孔中，化學(xué)聚合物經(jīng)過摻雜配制的施工泥漿需要加入適量的穩(wěn)定劑，通過泥漿性能的穩(wěn)定來保護(hù)施工面壁的化學(xué)和物理穩(wěn)定性。高分子聚合物泥漿由于受到高分子化合物水解程度的影響，不同的高分子聚合物泥漿在實際的施工過程中表現(xiàn)的綜合性能差異較為顯著，黏度越大的高分子聚合物泥漿，其摻雜的高分子化合物的分子量越大，鏈長越規(guī)整。對于高分子相對分子質(zhì)量處在200萬以下的高分子聚合物，其摻雜對于施工泥漿的黏性影響不大，一般會由于黏性不夠而使得施工的物質(zhì)沉淀物脫落。除此之外，pH值對于高分子聚合物泥漿的性能影響較大，一般而言，添加少量的純堿，可以有效保障泥漿的摻雜優(yōu)勢，尤其是鼓動泥漿不少于3h直至泥漿材料充分水解。

2.2.2 鉆孔平臺旋挖施工。（1）鉆進(jìn)孔在施工前，需要將高分子聚合物泥漿內(nèi)設(shè)注滿，在整個施工過程中要保障泥漿的充足。對于高分子聚合物泥漿施工注射的最低要求是不低于護(hù)筒容積的一半，進(jìn)而可以保障施工泥漿的壓力。（2）鉆樁孔需要保障施工時合理的孔壁溫度，進(jìn)而減少由于外界溫度對于高分子聚合物泥漿施工性能的影響。與此同時，加快泥漿的固化速度，減少漿料施工的擾動。

2.2.3 鉆孔樁的清孔試驗。摻雜不同的高分子聚合物對于鉆孔樁泥漿的沉淀和固化時間有很大的影響。在鉆孔初期，需要不斷加快泥漿的固化速率，進(jìn)而保障后續(xù)清孔工作的順利高效完成。因此，對于施工的不銹鋼板的厚度一般不超過10厘米。

2.3 施工特點(diǎn)

在水下混凝土灌注時，對于高分子聚合物泥漿而言，由于鉆樁孔飛濺的泥屑不斷的與泥漿形成相互作用力，進(jìn)而形成一層黏度較小的泥皮。這些泥皮對于鉆孔的高樁摩擦力可以有效減少，進(jìn)而實現(xiàn)國家高分子聚合物的泥漿鉆孔樁施工的Ⅰ、Ⅱ類樁標(biāo)準(zhǔn)。施工完成固化后，需要對剩余的泥皮和泥漿進(jìn)行二次處理，進(jìn)而減少它們直接排放到大自然中。一般而言，高分子聚合物泥漿的摻雜主要成分可在自然條件下進(jìn)行生態(tài)降解，其他不利排放可以借助5%的次氯酸鈉溶液或3%的過氧化氫溶液處理。

3 綜合效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

高分子聚合物泥漿與現(xiàn)有膨潤土泥漿經(jīng)濟(jì)效益比較如表1所示：

3.2 社會效益分析

聚合物泥漿與膨潤土泥漿施工固化效率對比如表2所示：

結(jié)合表1和表2數(shù)據(jù)可以看出，高分子聚合物泥漿的施工成本和固化效果都要基于膨潤土的先天優(yōu)勢，因此聚合物泥漿是理想的泥漿材料。

3.3 環(huán)保效益分析

從環(huán)保角度來比較，化學(xué)聚合物泥漿的使用能減少廢泥漿的排放，更有利于自然環(huán)境的維持。能適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)條件，成孔效率更高，能縮短施工工期，因此社會效益也是顯著的。

4 結(jié)語

隨著化學(xué)制備工藝和材料技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，高分子聚合物以其制備成本低廉、易于規(guī)模化生產(chǎn)以及化學(xué)綜合性能優(yōu)勢等特點(diǎn)，對于鉆孔樁的實際應(yīng)用可以有效保證施工質(zhì)量和固化效果，進(jìn)而不斷改善泥漿物理化學(xué)性能，實現(xiàn)泥漿施工的環(huán)保摻雜與利用。

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作者簡介：孟青云（1981-），男，河北石家莊人，中鐵二十局集團(tuán)第三工程有限公司中級工程師，研究方向：公路、鐵路等項目管理。

（責(zé)任編輯：蔣建華）