聚合物泥漿在復(fù)雜地質(zhì)鉆孔樁施工中的應(yīng)用

邵國(guó)民

（中國(guó)煤炭地質(zhì)總局浙江煤炭地質(zhì)局，杭州 310021）

1 引言

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，當(dāng)今社會(huì)對(duì)復(fù)雜地質(zhì)鉆孔樁施工這樣一系列的隱蔽基礎(chǔ)工程的施工質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求，因?yàn)橄嚓P(guān)地質(zhì)鉆孔樁施工的質(zhì)量，與日常的生活以及社會(huì)發(fā)展工作有著十分密切的聯(lián)系。行業(yè)內(nèi)部的相關(guān)研究學(xué)者為了提升地質(zhì)鉆孔樁的載荷能力，也花費(fèi)了不少的時(shí)間和精力進(jìn)行研究，在近些年來(lái)一種高分子聚合物泥漿引起了行業(yè)內(nèi)部的廣泛關(guān)注，因?yàn)槠湓谑褂玫倪^(guò)程中，相對(duì)于以往傳統(tǒng)泥漿材料而言，有著十分搶眼的表現(xiàn)。

2 聚合物泥漿性能概述

2.1 聚合物泥漿基本性狀簡(jiǎn)述

對(duì)實(shí)際的復(fù)雜地質(zhì)鉆孔樁施工進(jìn)行深入的分析，可以發(fā)現(xiàn)要想切實(shí)提高相關(guān)施工的工程質(zhì)量，一方面施工技術(shù)探究和發(fā)展是一個(gè)十分重要的研究方向，但是從另一方面進(jìn)行考慮，要想從根本上提升設(shè)計(jì)師工作的質(zhì)量，針對(duì)所用到的施工材料的探究工作，也是一個(gè)必不可少的研究方面。伴隨著國(guó)際化學(xué)制備工藝的不斷發(fā)展和完善，在近些年來(lái)，針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)鉆孔樁施工的研究工作也發(fā)展神速，一種名為高分子聚合物泥漿的鉆孔樁護(hù)壁技術(shù)，引起了行業(yè)內(nèi)部相關(guān)研究學(xué)者的關(guān)注，在時(shí)下的復(fù)雜地質(zhì)鉆孔樁施工過(guò)程中，有許多施工團(tuán)隊(duì)也將該種聚合物泥漿進(jìn)行了較為廣泛的實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用，在應(yīng)用的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了其相比于以往所用的泥漿材料，這種聚合物泥漿主要有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：首先這一個(gè)聚合物泥漿在生產(chǎn)的過(guò)程中，依賴于時(shí)下較為先進(jìn)的高分子生產(chǎn)技術(shù)，所以其相對(duì)的生產(chǎn)工藝以及所用到的生產(chǎn)材料都相對(duì)低廉，這就使得這種聚合物泥漿在使用的過(guò)程中，相對(duì)于傳統(tǒng)泥漿材料而言，具有材料生產(chǎn)以及其實(shí)際的制備工藝均較為低廉和簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)；其次，這種聚合物泥漿在使用的過(guò)程中，相對(duì)于傳統(tǒng)材料而言，由于其分子性能更加穩(wěn)定，所以在應(yīng)用的過(guò)程中能夠切實(shí)提升復(fù)雜地質(zhì)鉆孔樁實(shí)際承載力，能夠使得工程項(xiàng)目施工中遇到復(fù)雜的施工地理環(huán)境，有著更為高效的應(yīng)對(duì)能力。除此之外，在這里要特別指出的一點(diǎn)就是，這些高分子聚合物在使用的過(guò)程中，由于其分子性能具有一種叫做各向異性的特性，所以在實(shí)際施工過(guò)程中，能夠切實(shí)的提升鉆孔的有效性，這將能夠在很大程度上提升鉆頭工作狀況提高施工速度，進(jìn)而起到縮短復(fù)雜地質(zhì)樁孔樁施工工期，提升實(shí)際工作效率的目的[1]。

2.2 聚合物泥漿的有效成分簡(jiǎn)介

對(duì)這種聚合物泥漿的組成部分進(jìn)行深入的研究，可以發(fā)現(xiàn)由于該材料形態(tài)的特殊性及實(shí)際的組成部分，主要包括以下兩種常見(jiàn)物質(zhì)，一種就是較為常見(jiàn)的靜態(tài)高分子聚合物，組成材料為動(dòng)態(tài)高分子聚合物，其具有的特殊成分，在組合的過(guò)程中實(shí)際比例也有一定的特殊性，但是這種材料的實(shí)際應(yīng)用中存在一定的爭(zhēng)議，文章不將其作為重點(diǎn)在這里進(jìn)行詳細(xì)的分析，僅僅是針對(duì)兩種組合成分之中的靜態(tài)高分子聚合物為本次研究重點(diǎn)進(jìn)行深入的分析。靜態(tài)高分子聚合物的實(shí)際使用部分為以下幾個(gè)方面，首先是對(duì)時(shí)下的化學(xué)制品的工藝要求較高，特別是高分子化合物，只有保證化學(xué)制品的安全才能從根本上控制聚合物泥漿的應(yīng)用效果，如：聚乙烯醇沖洗液。該配方中以聚乙烯醇為助劑,以三氯化鐵和硼砂做交聯(lián)劑,形成結(jié)構(gòu)較強(qiáng)的無(wú)固相沖洗液。優(yōu)點(diǎn)在于,依靠聚乙烯醇的多個(gè)羥基與井壁吸附成膜,穩(wěn)定松散層;缺點(diǎn)在于配制工序精細(xì)且復(fù)雜,可操作性較差。如聚乙烯醇需要在50℃左右加熱溶解,交聯(lián)劑的用量需要嚴(yán)格控制,而且需要分罐單獨(dú)配制。三者均為化工產(chǎn)品,有一定的毒性,對(duì)人員損傷較大。在這里要特別指出的就是，兩種材料進(jìn)行混合攪拌的過(guò)程中，工作人員需要向相關(guān)材料中加入一定量的純堿，進(jìn)行該工序的主要目的就是，為了保證在后續(xù)施工過(guò)程中，能夠使得實(shí)際的聚合物泥漿的鉆孔效果更加理想化，此外，相關(guān)的施工人員還會(huì)根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境和施工要求，加入一定量的高分子化合凝劑，其主要目的就是為了改變高分子化合物與水之間的整體比例，起到除砂除屑等雜質(zhì)離子的最終目的。

3 聚合物泥漿在復(fù)雜地質(zhì)鉆孔樁施工中的應(yīng)用簡(jiǎn)析

3.1 工程概況

杭政儲(chǔ)出某地塊圍護(hù)工程的施工，位于杭州市拱墅區(qū)桃源路，圍護(hù)施工采用旋挖鉆孔灌注樁和三軸水泥攪拌樁，鉆孔灌注樁樁徑分別為?600、?700，樁長(zhǎng)20～29m，持力層為中等風(fēng)化凝灰?guī)r。該區(qū)塊是典型的復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境，根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料，地面以下16m左右范圍內(nèi)均為淤泥質(zhì)粘土和粉質(zhì)粘土地層，且地下水相對(duì)比較充足，施工難度大。施工工藝方案中采用普通的仇山粘土作泥漿材料，但在鉆進(jìn)施工過(guò)程中，鉆孔出現(xiàn)了較嚴(yán)重的宿徑、掉塊甚至塌孔等現(xiàn)象，且成孔時(shí)間長(zhǎng)難度大。針對(duì)施工出現(xiàn)的這些問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員認(rèn)真分析工程地質(zhì)勘察資料，并對(duì)泥漿的各種性能進(jìn)行測(cè)試，經(jīng)綜合分析對(duì)施工方案作了調(diào)整，決定在旋挖鉆進(jìn)過(guò)程中使用聚合物化學(xué)泥漿，并進(jìn)行了若干根樁的試驗(yàn)，試驗(yàn)表明，使用聚合物化學(xué)泥漿鉆進(jìn)效果良好，起降鉆具對(duì)孔壁的抽吸作用明顯減小，鉆孔過(guò)程中未出現(xiàn)宿徑、塌孔等現(xiàn)象，而且清孔時(shí)間也明顯縮短，從此本工程的鉆孔灌注樁全部使用聚合物化學(xué)泥漿，確保了工程質(zhì)量和工期。

3.2 泥漿護(hù)壁性能的試驗(yàn)

3.2.1 泥漿配置工作

針對(duì)旋挖鉆機(jī)鉆孔樁施工進(jìn)行深入的分析，可以發(fā)現(xiàn)相關(guān)的技術(shù)人員對(duì)化學(xué)聚合物的配比工作十分重視，因?yàn)樵摲N化合物的實(shí)際比例將能夠給鉆孔施工產(chǎn)生十分重要的影響，在一般的情況下，相關(guān)的技術(shù)人員在鉆進(jìn)過(guò)程中會(huì)在施工泥漿中加入適量的穩(wěn)定劑，這一步操作的實(shí)際工作目的就是為了提升鉆進(jìn)工作中所用泥漿的穩(wěn)定性，進(jìn)而改良鉆孔樁孔壁的物理及化學(xué)性能，以提升其鉆孔孔壁整體穩(wěn)定性，從而進(jìn)一步增加施工的安全性。對(duì)配置的高分子聚合物泥漿機(jī)性能進(jìn)行深入的研究和分析，由于受到高分子化合物的實(shí)際性能屬性的作用，其實(shí)際泥漿的粘接性也會(huì)受到不同程度的影響，其中一個(gè)最為關(guān)鍵的影響因素就是高分子化合物的水解程度，我們知道針對(duì)不同種類的高分子化合物，其水解程度在應(yīng)用的過(guò)程中存在一定的差異，其對(duì)聚合物泥漿性能的影響表現(xiàn)如下，隨著聚合物泥漿中高分子化合物的水解程度不斷提升，所對(duì)應(yīng)的聚合物泥漿的粘度將會(huì)隨之提升，在通常的情況下，這種關(guān)系將是一個(gè)較為明顯的正比關(guān)系，而且在圖像表現(xiàn)上為線性關(guān)系。但是以高分子的相對(duì)分子質(zhì)量為實(shí)際研究方向進(jìn)行深入的分析，可以發(fā)現(xiàn)其也存在一個(gè)較為明顯的臨界點(diǎn)，也就是說(shuō)當(dāng)高分子相對(duì)分子質(zhì)量處于200萬(wàn)以下的時(shí)候，技術(shù)人員如果將這部分的高分子材料應(yīng)用于聚合物泥漿的連接，聚合物泥漿的粘接性的影響并不是十分大，甚至可以說(shuō)這種影響可以忽略不計(jì)，即使技術(shù)人員在泥漿中大量使用該種型號(hào)的高分子材料的情況下，在后續(xù)的施工過(guò)程中，極易出現(xiàn)孔壁上各類巖層剝落甚至跨坍，導(dǎo)致的孔內(nèi)事故影響樁孔質(zhì)量。由于鉆孔樁設(shè)計(jì)一般均較深,在受到巖土擠壓和地下水侵蝕的雙重影響下,鉆孔很有可能出現(xiàn)變形甚至是坍塌的情況,影響后期混凝土正常澆筑和實(shí)際的使用效果。合理配置聚合物泥漿為鉆孔樁的沖冼液,可以提高孔壁的穩(wěn)定性。基于這些方面的考慮,引入聚合物無(wú)固相泥漿體系,利用該類型滲析膠結(jié)性質(zhì)、吸附膠結(jié)作用,達(dá)到碎石土膠結(jié)目的,增強(qiáng)孔壁的穩(wěn)定性。固壁主要通過(guò)吸附膜來(lái)實(shí)現(xiàn),由于有較高的水分子、高聚合物分子吸附速度能夠獲取較好的漿液固壁效果。考慮到泥漿固壁要求,應(yīng)注意根據(jù)井壁顆粒表面吸附點(diǎn),使聚合物如聚乙烯醇分子長(zhǎng)度適宜。從當(dāng)前聚合物無(wú)固相泥漿應(yīng)用看,交聯(lián)劑通常選擇硼砂,聚合物以非離子型聚合物為主。若聚合物為非離子、陰離子結(jié)合,交聯(lián)劑選擇氯化鋁、硫酸鋁等無(wú)機(jī)鹽,這類交聯(lián)劑內(nèi)有Fe3+、Al3+陽(yáng)離子存在,滿足聚合物使用要求。

3.2.2 旋挖鉆機(jī)施工工作簡(jiǎn)析

針對(duì)旋挖鉆機(jī)鉆孔樁施工進(jìn)行深入分析，可以發(fā)現(xiàn)在該工作進(jìn)程中，共包括幾個(gè)不同的工作階段，首先就是施工前的準(zhǔn)備工作，在這一施工階段，相關(guān)的施工人員需要將相應(yīng)的高分子聚合物泥漿制備完成，進(jìn)行這項(xiàng)工作的主要目的就是為了保證在后續(xù)的施工過(guò)程中能夠保證充分的泥漿供應(yīng)，確保地層對(duì)孔壁的壓力平衡，因?yàn)樵趯?shí)際的施工過(guò)程中，如果泥漿出現(xiàn)斷層的情況，還會(huì)由于聚合物泥漿之間的分子粘性的問(wèn)題，導(dǎo)致鉆孔樁施工中出生產(chǎn)事故。其次，需要特別注重的一點(diǎn)就是在鉆孔樁施工的過(guò)程中，需要將實(shí)際施工的溫度控制在一個(gè)合理的范圍之內(nèi)，因?yàn)槿绻麥囟容^低的話，將會(huì)給聚合物泥漿的工作性能造成較大的影響，嚴(yán)重的情況下甚至?xí)?dǎo)致聚合物泥漿出現(xiàn)凝結(jié)的問(wèn)題，若工作溫度過(guò)高的話，將會(huì)使聚合物泥漿的粘接性出現(xiàn)較大的問(wèn)題，造成聚合物泥漿分子間存在問(wèn)題導(dǎo)致一系列的施工質(zhì)量問(wèn)題的產(chǎn)生。

3.3 實(shí)際施工特點(diǎn)簡(jiǎn)析

對(duì)整個(gè)鉆孔樁施工工藝進(jìn)行深入的分析，旋挖鉆孔樁成孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的調(diào)漿清孔、安放鋼筋籠，即可下入合適的導(dǎo)管進(jìn)入水下混凝土灌注前的準(zhǔn)備，進(jìn)行水下混凝土灌注前，首先進(jìn)入清孔程序，規(guī)范要求鉆孔樁孔底沉渣一般不能超過(guò)10cm，由于聚合物泥漿具有很好流變性和攜帶巖屑等雜質(zhì)的能力，相比傳統(tǒng)的普通泥漿其清孔的時(shí)間可以縮短三分之一，為后續(xù)工序爭(zhēng)取更充足的時(shí)間，另外務(wù)必提前做好導(dǎo)管清理和疏通等檢查工作,避免澆筑過(guò)程中出現(xiàn)導(dǎo)管堵塞問(wèn)題。隨著混凝土灌注量的不斷增加,操作人員應(yīng)緩慢提升孔內(nèi)導(dǎo)管，同時(shí)技術(shù)人員應(yīng)隨時(shí)檢測(cè)混凝土液面的深度，及時(shí)安全快速地漿導(dǎo)管提拔并拆除,避免因?yàn)閴毫^(guò)大導(dǎo)致混凝土澆筑困難。但是在這里要特別注意的是，在整體的施工工作完成之后，相關(guān)的施工團(tuán)隊(duì)以及相應(yīng)的施工人員，還需要完成后續(xù)的施工廢漿清除工作，其中最為重要的一項(xiàng)工作就是清除施工中產(chǎn)生的巖屑，因?yàn)檫@些巖屑從本質(zhì)上來(lái)講屬于施工垃圾，如果不經(jīng)過(guò)任何的處理，直接排放到自然環(huán)境之中的話，將會(huì)對(duì)復(fù)雜地質(zhì)鉆孔樁施工區(qū)域的自然地理環(huán)境造成巨大的影響，因?yàn)檫@些高分子聚合物泥漿在自然條件下很難被清理；直接排放到大自然中的話，就會(huì)給周圍環(huán)境和植被生長(zhǎng)帶來(lái)不利影響，這將嚴(yán)重地破壞本地的生物鏈以及生物組成結(jié)構(gòu)，即使在這種工作環(huán)境下有較少的植物生存下來(lái)的話，這些高分子聚合物在被植物吸收之后，也會(huì)導(dǎo)致植物的基因產(chǎn)生變異，這些不可控的變化對(duì)于當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)圈而言無(wú)疑是一種危害。

4 綜合效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

聚合物泥漿在復(fù)雜地質(zhì)鉆孔樁施工中的應(yīng)用，相對(duì)于傳統(tǒng)施工材料而言，都具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性和適用性。相對(duì)于傳統(tǒng)材料而言在復(fù)合地質(zhì)樁孔樁施工中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：首先在材料生成階段，聚合物泥漿相對(duì)傳統(tǒng)泥漿材料而言，其生產(chǎn)工藝以及實(shí)際的加工步驟都較為簡(jiǎn)潔和方便，所以其施工材料成本較低；其次，聚合物泥漿在使用中的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在其實(shí)際性能方面，由于該種材料在生產(chǎn)的過(guò)程中，就應(yīng)用了較為先進(jìn)的化學(xué)生產(chǎn)工藝，其材料間的粘接性以及材料承載能力都相對(duì)較好，所以聚合物泥漿性能相對(duì)于傳統(tǒng)泥漿材料而言性能更穩(wěn)定，進(jìn)一步保證了鉆孔質(zhì)量，縮短了鉆孔樁成孔成樁時(shí)間，更好的降低了鉆孔樁的施工成本。

4.2 社會(huì)效益分析

在社會(huì)效益上，聚合物泥漿在使用的過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)為以下兩個(gè)方面，首先，高分子聚合物泥漿在使用過(guò)程中的實(shí)際施工成本相對(duì)于傳統(tǒng)材料而言，具有著先天性的優(yōu)勢(shì)；另一方面的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在聚合物泥漿相對(duì)于傳統(tǒng)材料而言，實(shí)際的固化效果將更加的理想，針對(duì)以往復(fù)雜地質(zhì)樁孔樁施工中經(jīng)常用到的膨潤(rùn)土泥漿進(jìn)行深入的分析，可以發(fā)現(xiàn)這種材料在工作完成之后，其實(shí)際的固化效果需要長(zhǎng)達(dá)三天才能表現(xiàn)出來(lái)，而高分子聚合物泥漿在使用的過(guò)程中及固化效果，僅僅需要一天就能夠表現(xiàn)的較為明顯。

4.3 環(huán)保效益分析

環(huán)保效益也是聚合物泥漿在復(fù)雜地質(zhì)鉆孔樁施工中的優(yōu)勢(shì)之一，因?yàn)樵趯?shí)際使用的過(guò)程中，高分子聚合物泥漿相對(duì)于傳統(tǒng)泥漿而言，將能夠切實(shí)提高泥漿的實(shí)際應(yīng)用率，這就在一定程度上降低了廢泥漿的排放及處理，強(qiáng)化綠色發(fā)展的理念，推動(dòng)企業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)綠色轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)藍(lán)天碧水凈土的環(huán)境發(fā)展。除此之外，聚合物泥漿在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件的適應(yīng)能力更好更廣，這就在很大程度上提升了鉆孔樁施工的成孔率，也會(huì)使聚合物泥漿在實(shí)際使用的過(guò)程中的社會(huì)效率表現(xiàn)得更加明顯。但是在這里要特別指出，雖然聚合物泥漿在使用的過(guò)程中，相對(duì)于傳統(tǒng)材料而言，其在環(huán)保方面有著更為突出的表現(xiàn)，但是這也并不意味著在復(fù)雜地質(zhì)樁孔樁施工中，使用聚合物泥漿將不會(huì)產(chǎn)生施工廢渣，使用聚合物泥漿僅僅只是在一定程度上降低了這種廢渣產(chǎn)生的數(shù)量，所以相關(guān)的施工人員應(yīng)當(dāng)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)注重施工廢渣處理工作[2]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，文章首先針對(duì)聚合物泥漿的相關(guān)材料性能進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，之后本文結(jié)合聚合物泥漿在復(fù)雜地質(zhì)樁孔樁施工工作中的應(yīng)用，進(jìn)行了深入的探究，指出了聚合物泥漿在實(shí)際使用過(guò)程中的一些優(yōu)勢(shì)，之后又在以上分析的基礎(chǔ)上對(duì)聚合物泥漿在使用過(guò)程中的一些綜合效益進(jìn)行了深入探討，希望本次的研究工作為聚合物泥漿研究及使用工作提供一定幫助。