聚合物泥浆在旋挖钻施工中的应用研究

汪贤纯

(中铁十七局集团第三工程有限公司，河北石家庄 050081)

聚合物泥浆在旋挖钻施工中的应用研究

汪贤纯

(中铁十七局集团第三工程有限公司，河北石家庄 050081)

介绍了泥浆护壁的基本原理，从泥浆的配制、钻孔方法、泥浆的重复利用和处理多方面论述了聚合物泥浆在旋挖钻施工中的应用，指出这种护壁方法可以有效防止钻孔塌陷，方便施工，节约时间，经济环保。

聚合物泥浆，护壁，旋挖钻

近年来，随着国家对桩基础的钻孔质量、成孔速度及施工环保等要求的不断提高，在大型基础建设项目如高速公路、铁路客运专线等的带动下，旋挖钻孔灌注桩市场占有率正在迅速扩大，并取得了良好的经济和社会效益，引起了广泛的关注。旋挖钻孔灌注桩在施工过程中具有成孔质量好、速度快、污染小等优势，一般采用静态泥浆稳定液护壁，目前我国传统上仍采用膨润土矿物泥浆护壁，但是随着市场的发展，化学聚合物泥浆技术也已经逐渐地进入了市场［1-3］。本文就某高速公路特大桥施工情况，介绍化学聚合物泥浆在旋挖钻机中的应用，为今后的类似工程提供参考。

1 工程概况

某高速公路特大桥，桩基全部为钻孔灌注桩。地层为第四系冲积层，地质结构层自顶至下有：粉质黏土、黏土、粉砂、细砂、粉质黏土、黏土、细砂、粉质黏土。

该工程工期短、任务重、地质情况复杂，既要保证工程质量，又要加快施工进度，施工技术的选择至关重要，采用聚合物泥浆护壁的旋挖钻施工技术能够满足该工程的需求。

2 泥浆护壁基本原理

聚合物泥浆是一种高分子量的人工合成聚合物，主要由高分子聚合物水解后形成。由于泥浆聚合物分子量非常高，水解后分子链扩散并会与其他分子链重新连接，故会形成较为粘稠的近似糊状的泥浆，能够最大限度的粘住并沉淀钻屑。它可以在较低的浓度条件下创造极佳的粘度环境，它极长的分子链呈卷状无序地分散于泥浆中，这些单个的小卷受到剪切力后就会伸展开来，穿过不同的层面形成连接桥。这种表面吸附与桥接作用在钻进时会发生效力，保证周围地层的稳定。该泥浆体系能对孔壁提供压力，防止在不稳定地层中钻孔的坍塌;同时，这种作用也可以帮助泥浆最大限度的粘结住被切削下的钻屑，把钻屑充分粘结在一起，使得钻头能够轻易从钻孔中移出钻屑，便于钻进，从而提高钻进效率［1，2］。

3 泥浆配制

静态化学泥浆主要材料有：钻孔液(高效复合型聚合物泥浆)、食用纯碱或石灰粉、水组成。配制泥浆的顺序为：注水→加碱→加聚合物泥浆。配制泥浆以前，应先使用pH试纸测试配制水源的pH值，根据具体情况添加少量纯碱和石灰粉，纯碱的添加量一般为每立方米0．5 kg左右，具体添加量视现场pH测试结果确定，将泥浆体系的pH值调节到8～10，减少因水源问题造成对泥浆性能的影响。调节pH值的目的是改善水质，沉淀游离的钙离子，最大化钻孔液的粘度。

加碱调制后，将聚合物洒落在注入泥浆池的水流之上，以使其充分水解。加强注入水流的冲力，有助于防止胶结。

配制泥浆之前，准备一台空压机，把空压机管道放入水中，管道上布满细孔，利用空压机来鼓动泥浆，提升泥浆的溶解速度，空压机鼓动泥浆时间一般不少于3 h，至泥浆材料充分水化分散为止。

以某公司生产的高效复合型聚合物泥浆为例，在粘土层中每立方水用聚合物0．4 kg～0．8 kg，粘度为 27 s～35 s;细砂和粉质粘土中每立方水用聚合物0．4 kg～1．1 kg，粘度为27 s～45 s;粗砂和砾石土中每立方水用聚合物0．6 kg～1．8 kg，粘度为30 s～55 s，pH 值控制在8 ～10。

4 聚合物泥浆的性能指标

聚合物泥浆的性能指标如表1所示。

表1 聚合物泥浆的性能指标

5 钻孔

钻孔中利用聚合物泥浆的粘度来形成护壁，并根据不同的地质情况控制聚合物泥浆的粘度，以保证钻进过程中孔壁的稳定。在钻进过程中不断往孔内补入泥浆，保持孔内液面高度不低于护筒高度的1/2，保持好静柱压力，以防塌孔。钻孔过程中，钻机操作人员做到匀速伸收钻杆，起钻速度不能太快，防止起抽吸压力过大而造成塌孔，快到孔深位置时，放缓钻进速度，这样可以有效清除孔内沉渣。由于聚合物泥浆粘度大，钻孔后沉渣沉淀很快，钻孔到设计标高后，停止20 min左右，再用旋挖钻清理一下孔内沉渣，进行终孔验收，实测孔深合格后，即可下钢筋笼、安装导管。

由于聚合物泥浆具有快速沉淀钻屑的性能，在钻进时孔内悬浮钻屑量就已经非常少了，灌注混凝土前进行孔深复测，钻屑沉淀厚度均不超过10 cm，无需二次清孔，有效提高了成孔效率和质量，这也体现了聚合物泥浆和膨润土泥浆的不同。

6 泥浆重复利用

进行桩身混凝土灌注时，把孔内的聚合物泥浆从出浆口引流至泥浆池内。泥浆可以不断循环使用，回收后及时对回收的泥浆进行粘度和pH值的测试，并依据测试结果及施工需要重新加入水、纯碱(或石灰粉)和新的聚合物泥浆，复原泥浆总量，对钻孔液的粘度和pH值进行调整至指标符合要求，使之可继续用于下一基桩钻孔施工中。

7 泥浆处理

聚合物泥浆在工程结束后，可以使用5%的次氯酸钠溶液，或3%的过氧化氢溶液来处理这种泥浆，处理后的泥浆环保无害，可以直接抛弃而不会造成环境污染。

8 结语

通过工程实践应用可以得出聚合物泥浆具有以下特点：

1)具有较好的保护孔壁稳定的作用;2)易于混合配制，施工简便;3)可最大限度将钻屑粘结并沉淀至孔底，便于将钻屑捞出，在粘度很高的情况下，也不会发生凝胶现象;4)可重复利用，废浆易于降解处理，经济环保。

［1］夏成元，程元瑞，侯丽君．聚合物泥浆在旋挖造孔灌注桩施工中的应用［J］．四川水力发电，2012(3)：79-81．

［2］祁建永，王国辉，张彦鹏，等．旋挖钻机聚合物泥浆施工技术浅探［J］．探矿工程(岩土钻掘工程)，2010(8)：60-63．

［3］王海军，孙社强，曹玉亮．新型聚合物泥浆在旋挖钻机成孔灌注桩施工中的应用［J］．西部探矿工程，2008(8)：73-74．

Application research on compound-polymer mud in rotary drilling construction

WANG Xian-chun

(China Railway 17 Bureau of the Third Engineering Co．，Ltd，Shijiazhuang 050081，China)

With a brief introduction on basic principles of mud dado，the paper discusses the application of compound-polymer mud in rotary drilling construction from aspects of mud fabrication，drilling methods and mud recycling and treatment and so on，and points out its advantages，such as effectively preventing collapse，construction conveniently，saving time and economic and environmental protection．

compound-polymer mud，dado，rotary drilling

TU622

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.079

1009-6825(2013)10-0072-02

2013-01-11

汪贤纯(1978-)，男，工程师