聚合物泥漿系統(tǒng)在旋挖鉆孔灌注樁中的應(yīng)用

金欣欣 中交四航局第二工程有限公司

1.前言

隨著我國新基建的快速發(fā)展，及我國加入世貿(mào)組織和環(huán)境管理體系（ISO-14001）認(rèn)證的推廣，建筑行業(yè)也走向世界，對水利、公路、市政建筑、港口碼頭等基礎(chǔ)鉆孔灌注樁的施工，提出了優(yōu)質(zhì)、高效、快速、清潔、環(huán)保的要求。原有的沖擊鉆、正、反循環(huán)回旋鉆機(jī)不能滿足工程的需要，已被旋挖鉆機(jī)越來越廣泛的投入使用所代替。因此，目前研究、探討、總結(jié)旋挖鉆孔灌注樁在各種地層中的應(yīng)用，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

2.工程概況

唐山市全域治水清水潤城縣區(qū)PPP項目，沙河防潮閘樁基數(shù)量共317 根（其中有涌水的孔樁共290根），單根長30m，總計樁長9510m，樁基類別為摩擦樁。灌注樁樁身混凝土等級為C40W8，樁身混凝土摻加復(fù)合阻銹劑（抗硫酸根離子SO，氯離子CL等腐蝕)，地表水和地下承壓水豐富，鉆孔樁涌水量大；地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、破碎，都是松散不穩(wěn)定地層。由于原材料供應(yīng)的原因，只有少部分孔樁采用了聚合物泥漿系統(tǒng)進(jìn)行施工，但也使我們看到了聚合物泥漿系統(tǒng)在鉆孔樁施工上應(yīng)用前景十分廣泛。

3.施工過程

使用旋挖鉆機(jī)施工鉆孔灌注樁具有進(jìn)度快、有利于環(huán)保等方面的優(yōu)點，但也存在適用范圍窄、不適于在松散地層中施工等局限性。在施工過程中，我們采用了捷高公司（CETCO）的鉆進(jìn)泥漿與添加劑產(chǎn)品—Shore PAC GCV聚合物泥漿系統(tǒng)（圖1），它可用于旋挖鉆施工，能夠適應(yīng)各種困難的地層狀況，是一種高效、清潔、環(huán)保型的鉆孔樁泥漿系統(tǒng)。

圖1 Shore PAC GCV的混合物泥漿

3.1 Shore PAC GCV泥漿系統(tǒng)的使用

（1）應(yīng)用原理Shore PAC GCV是一種高分子量的人工合成聚合物，可以在較低的濃度條件下創(chuàng)造極佳的粘度環(huán)境。長的聚合物鏈呈卷狀無序的分散于鉆液中，這些單個的小卷受到剪切力后就會伸展開來，穿過不同的層面形成連接橋。正是這種表面吸附作用發(fā)生效力，使Shore PAC GCV在鉆進(jìn)時能夠有效的保持地層穩(wěn)定，同時還可以幫助泥漿粘結(jié)住被切削下來的鉆屑，以使得鉆屑能夠被輕易從鉆孔中移出。

（2）Shore Pac GCV在混合時（圖2），應(yīng)灑落在注入泥漿池或攪拌池的水流之上，以使其充分混合。分散注入的水流通過傾斜的平板，有助于防止膠結(jié)。如果在鉆孔中直接混合，就應(yīng)在加入后輕微的上下移動鉆具(螺旋鉆頭或鉆斗)，以使聚合物均勻的分散。加入純堿可以改善水質(zhì)，沉淀游離的鈣離子，最大化Shore Pac GCV的粘度。當(dāng)在Shore Pac GCV泥漿液面下進(jìn)行孔樁掘進(jìn)時，所有懸浮沙粒都會沉淀于鉆孔的底部，便于最后清除。

圖2 Shore PAC GCV的混合

（3）過程中，如果能識別出水中污染物從而正確的加以處理，可以顯著的縮短工期，節(jié)約施工成本。

圖4 正在使用Shore Pac GCV進(jìn)行鉆孔樁施工

（4）泥漿測試工具（圖3）。應(yīng)用捷高公司（CETCO）的泥漿測試工具可以正確評價泥漿系統(tǒng)的性能以便加以調(diào)試。

圖3 泥漿測試工具

3.2 Shore PAC GCV泥漿系統(tǒng)的優(yōu)點

（1）可以把鉆屑充分粘結(jié)于螺旋鉆頭之上，增大攜沙量，最大化螺旋鉆頭攜帶鉆屑的能力，提高掘進(jìn)效率和螺旋鉆頭的應(yīng)用范圍；

（2）提高生產(chǎn)能力，減少泥漿的浪費；

（3）對孔壁提供壓力，防止在不穩(wěn)定地層中鉆孔的坍塌；

（4）易于混合不結(jié)塊；

（5）環(huán)保產(chǎn)品，對人體和環(huán)境沒有損害；

（6）使用Shore Pac GCV所成的樁側(cè)壁具有更大的摩擦力，從而可以增加樁的承重能力。

3.3 Shore PAC GCV泥漿回收

完成泥漿測試、放入鋼筋籠之后，把泥漿泵管道放入孔中。放入孔樁中的混凝土將取代泥漿的位置使泥漿向上方移動，然后泥漿通過泥漿泵管道從孔樁頂部抽入到泥漿回收罐中。不要吸入在混凝土表面上的最后0.9m泥漿，這些泥漿由于與混凝土的接觸會受到污染，可以泵入廢物罐中。泥漿回收后應(yīng)測試其粘度和pH值。加水復(fù)原泥漿體積時，可加入堿來調(diào)整pH值。為了補(bǔ)充粘度的損失，可以加入新的Shore PAC GCV以達(dá)到需要的使用粘度，加入量由鉆孔液損失的量以及地層狀況決定。

3.4 Shore PAC GCV泥漿處理

Shore Pac GCV泥漿無毒，易于降解，可拋棄而不會造成污染。工程完工后，殘余的泥漿可以用Slurry Buster處理劑進(jìn)行處理。5%的次氯酸鈉溶液或3%的過氧化氫溶液也可以處理這種泥漿。加入Slurr y Buster處理劑，用泵循環(huán)所有需要處理的泥漿以確保充分的氧化。經(jīng)處理后的泥漿是環(huán)保的。失效的泥漿可以直接排放到附近的排水溝中。

3.5 泥漿添加劑

使用泥漿添加劑可以優(yōu)化Shore Pac GCV泥漿系統(tǒng)的性能，使之能夠適應(yīng)各種地層的孔樁鉆進(jìn)。

（1）Anchor-Load? 加重劑。Anchor-Load 能夠提高Shore Pac GCV泥漿的粘度，它可以直接加入到泥漿中去處理流沙或含水量高的地層。

（2）De-Chlor? 除氯劑。為了防止使用市政自來水而造成泥漿被過早破壞，使用De-Chlor可以中和自來水中的氯離子。這是一種顆粒狀的添加劑。De-Chlor能夠提高聚合物泥漿的屈服值延長泥漿的循環(huán)使用壽命。

（3）Insta-Floc? 凝聚劑。Insta-Floc 能夠迅速的發(fā)揮效能，沉淀泥漿中的細(xì)小顆粒，使得操作者可以輕松的使用鉆斗把它們從鉆孔中清除。

（4）Insta-Pac提粘劑。Insta-Pac 是一種高濃度的液體聚合物。它可以快速的混合，提升泥漿粘度，同時抑制粘土與頁巖的水化膨脹。

（5）Macro-Fill堵漏劑。Macro-Fill 能封堵較大的地層裂隙，密封松散多孔的地層。加入Stabilite后，這種顆粒狀的聚合物可以形成最有效的防止鉆液漏失的泥漿系統(tǒng)。

（6）Slurry Buster處理劑。Slurry Buster 是一種加強(qiáng)型清潔劑，一般用于處理聚合物泥漿。它通過氧化作用破壞聚合物的分子間作用力，快速的處理與清潔泥漿，以達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。

（7）Soda Ash 純堿。加入堿對水進(jìn)行預(yù)處理有助于使Shore Pac GCV泥漿達(dá)到最佳的性能。提高水的pH值至8—10可以沉淀水中的鈣離子，改善泥漿的混合過程。

（8）Stabilite穩(wěn)定劑。Stabilite 是一種多用途的添加劑，它可以處理沉到樁孔底部的細(xì)小顆粒使他們凝結(jié)成團(tuán)，以便與使用鉆斗清出鉆孔，防止從鉆斗中漏出。這種帶高電荷的液體能夠提升Shore Pac GCV的性能，減少泥漿的清潔時間，除去90%的沙子。

（9）各種泥漿添加劑的使用情況見表1。

表1 不同泥漿添加劑的使用情況

4.Shore PAC GCV使用效果經(jīng)濟(jì)效益分析

1）Shore Pac GCV在各種地層中的使用量見表2。

表2 Shore Pac GCV在各種地層中的使用量

2）泥漿的使用量應(yīng)按鉆孔樁的成孔樁徑計算用量見表3。

表3 泥漿的使用量

3）Shore PAC GCV是國外進(jìn)口的產(chǎn)品，現(xiàn)在國內(nèi)市場上也有類似的產(chǎn)品，捷高公司也在中國生產(chǎn)，生產(chǎn)Shore PAC GCV泥漿系統(tǒng)產(chǎn)品，成本價格合理。

4）使用Shore PAC GCV不會對鉆孔樁混凝土形成污染，可以提高鉆孔灌注樁的施工質(zhì)量；可以減少施工時用于清潔、除渣以及處理樁頭的時間，減輕勞動強(qiáng)度。

5）使用Shore PAC GCV泥漿系統(tǒng)使旋挖鉆的應(yīng)用范圍十分廣泛，可適用于各種地層。

6）使用Shore PAC GCV泥漿系統(tǒng)可以有效的防止在不穩(wěn)定地層中鉆孔的坍塌，提高施工進(jìn)度，保證鉆孔樁的質(zhì)量。

5.結(jié)束語

Shore PAC GCV泥漿系統(tǒng)的施工程序為：根據(jù)鉆孔樁需要的泥漿用量用鋼板做成泥漿池、泥漿回收罐和和廢物罐；根據(jù)水質(zhì)、地層情況選擇Shore PAC GCV泥漿的濃度；根據(jù)需要選擇加入適當(dāng)?shù)哪酀{添加劑以適用于各種地層；在鉆進(jìn)過程中隨時注意測試鉆孔樁中的泥漿粘度等指標(biāo)并根據(jù)測試結(jié)果對泥漿加以調(diào)整；在灌注混凝土?xí)r及時回收鉆孔中的泥漿；對失效的廢棄泥漿進(jìn)行處理，以免污染環(huán)境。

聚合物泥漿系統(tǒng)在我國鉆孔灌注樁上的使用還不多，但在國外已有很廣泛的應(yīng)用。通過對唐沙河防潮閘鉆孔樁上各種泥漿系統(tǒng)使用的認(rèn)真研究、對比，我們認(rèn)為Shore PAC GCV泥漿系統(tǒng)是一種真正高效、清潔、環(huán)保的理想的鉆孔樁泥漿系統(tǒng)。隨著沖擊鉆、循環(huán)鉆等一些低效的鉆孔設(shè)備越來越多地被旋挖鉆等高效鉆孔設(shè)備所替代，各種高性能、無污染、適應(yīng)地層廣的泥漿系統(tǒng)也越來越成為將來鉆孔樁施工的首選。