天津软土地区大直径超长灌注桩泥浆循环利用技术的研究与应用

中国建筑第八工程局有限公司天津分公司 天津 300452

1 成孔工艺分析

1.1 传统工艺

传统工艺的正反循环泥浆护壁工艺成孔，通过钻头搅动使土体与水充分混合形成泥浆，经循环系统排至泥浆池，再利用泥浆罐车将泥浆运输至弃浆场所自然固结；由于泥浆自然固结周期长（根据厚度一般为几年至几十年），对弃浆场所开发利用时，再对弃浆利用排水固结、真空预压等地基处理手段进行处理。此工艺存在自来水浪费严重，泥浆排放量大、污染环境、再处理难度大等不足，但由于施工简单、成孔质量好、施工成本低等特点，在天津地区应用比较广泛。

在土地资源紧张，淡水资源越来越紧缺，环境治理要求越来越高的今天，在倡导节约资源，保护环境的社会变革大背景下，对传统工艺进行技术革新，工艺再造，势在必行。

1.2 旋挖成孔工艺

近十年来，为减少用水量及泥浆排放量，大直径桩或大直径超深桩，已越来越多地采用泥浆稳定液护壁、旋挖成孔的工艺。旋挖成孔工艺是利用旋挖钻机的钻斗旋转切削土体，将切削出的土体挤压至钻斗中，提出钻斗将土体直接排出孔外，同时输送稳定液（护壁泥浆）至孔中保护孔壁稳定。该工艺与正反循环成孔工艺相比，由排泥浆改进为直接排土。稳定液由膨润土与水搅拌而成人工泥浆循环利用，大大减少了用水量和泥浆排放量，但增加了膨润土的使用量。

2 组合工艺成孔泥浆循环利用技术的研究

随着泥浆处理机械设备（如除砂器、振动筛、泥水分离系统）的问世，将其应用于泥浆护壁成孔过程中的泥浆处理中，减少了泥浆排放，保护环境。为进一步降低施工成本、节约资源、减少浪费、保护环境，结合天津地区地质情况，在工程中采用“回转钻机+旋挖钻机+除砂器”的机械组合成孔工艺，加强泥浆循环利用，实现了泥浆零排放，取得了一定的效果。

2.1 工艺原理

正反循环成孔工艺成孔产生的泥浆，经泥浆处理装置处理并掺入适量泥浆调节剂，制成旋挖成孔工艺护壁稳定液，实现自来水的循环利用，分离出的砂土经处理后直接应用于孔口回填或自加工后应用于地基加固，实现泥浆的零排放，节约资源，保护环境，降低成本，利国利民。工艺流程为：原土造浆→回转钻机成孔→泥浆回流→进入泥浆沉淀池→通入高压气翻搅泥浆→输入除砂器除砂→除砂器除砂作业。除砂作业后的砂土经清理存放、合理处理后进行二次利用；除砂后泥浆或回流用于回转钻机成孔，或进入循环池，经泥浆调配后用于旋挖钻机钻孔稳定液。

2.2 组合工艺泥浆循环应用方式

组合工艺成孔泥浆循环利用在项目上的应用方式如下：

2.2.1 单孔组合成孔工艺

首先每孔采用正反循环钻机成孔，其产生的泥浆经泥浆处理装置处理并经掺入适量泥浆性能调节剂制备成旋挖成孔的稳定液，然后采用旋挖钻机成孔，用已制备的稳定液护壁，每孔循环成孔与旋挖成孔的深度比例为1∶3，达到2 种工艺泥浆和稳定液利用的平衡。

2.2.2 多孔组合成孔工艺

每项目1/4的桩采用正反循环钻进成孔，其产生的泥浆经泥浆处理调制成旋挖成孔的稳定注液；每项目3/4的桩采用旋挖成孔工艺成孔，用制备的稳定液护壁，达到2 种工艺泥浆和稳定液循环平衡利用。

2.3 组合工艺泥浆循环系统组成

组合工艺泥浆循环系统通过采用“回转钻机+旋挖钻机+除砂器”的机械组合，充分利用回转钻机钻孔形成的原土泥浆，避免了膨润土等造浆材料的利用，大量节约了自来水，避免了泥浆排放。

2.3.1 机械设备组合

根据2 种机型类似工程成孔效率统计，GPS型回转钻机日钻孔量50 m³，旋挖钻机日钻孔量150 m³，根据成孔空钻回填深度计算，旋挖钻机成孔泥浆回收利用率为70%，日需泥浆量200 m³。根据泥浆供需平衡原理，计算出2 种机型配备比例为：1 台回转钻机配置3 台旋挖钻机可实现泥浆供需平衡。

2.3.2 泥浆循环池设置

1 台回转钻机、3 台旋挖钻机，钻孔能力为500 m³，储浆量按照钻孔量的1.5 倍计算，需要1 个容积为750 m³的泥浆池。

2.3.3 除砂器

除砂器由振动筛、渣浆泵系统、旋流器组成，除砂器直接与泥浆循环系统连接，泥浆经振动筛将粗颗粒分离出来，用渣浆泵系统将泥浆打到旋流器中，将泥浆内细颗粒进一步分离，达到净化泥浆、分离泥沙的效果。除砂器的工作能力为50 m³/h，按照每天工作15 h计算，可过滤除砂750 m³泥浆。通过除砂后，旋挖钻机使用剩余的泥浆可在工程钻机钻孔时自行消化，或存入泥浆循环池存储，这样就实现了泥浆供需基本平衡，无需外运。

通过这种机械配备，辅以合理的现场调配及容量适当的泥浆池，使得传统泥浆外运工艺完全变成了外运土方，实现了泥浆零排放、泥浆用水完全周转利用的目标。

3 工程实例

3.1 工程概况

天津中信城市广场（首开区）工程位于天津市河东区六纬路西侧天津市中心区域，为天津市重点工程。本工程桩基采用混凝土灌注桩，总桩数657 根，桩径1 500 mm，成孔深度达88 m，钻孔量约12 万m2。

3.2 地质概况

本工程场地土层主要为砂性土、黏性土，黏土与砂土交互沉积成层，上黏下砂。上部以黏性土为主，分布在埋深30 m以内，下部以砂性土为主，分布在30 m以下；地下水位一般埋深在1～2 m，表层主要为孔隙潜水，其下为砂黏交互的土层分布特征，含水层上下均有相对隔水层，而形成微承压水层，水头压力随埋深增加而加大。

3.3 施工情况

本工程灌注桩采用循环与旋挖组合成孔工艺，循环成孔产生的泥浆经处理后供旋挖钻机使用。根据2 种工艺成孔效率及泥浆平衡循环利用计算，配备4 台GPS-180型反循环钻机反循环成孔，与之相匹配，配备8 台保峨BG-40型旋挖钻机，8 台旋挖钻机日成孔1 200 m³，消耗泥浆360 m³，4 台GPS-180型钻机日钻孔量120 m³，日用水量360 m³，日产生泥浆量360 m³，二者相匹配，累计用水量20 000 m³，配备2 台200型泥浆净化装置，处理效率50 m³/h，每天处理1 000 m³，满足处理需要。

在施工过程中检查处理的泥浆性能指标，对达不到稳定液指标要求的经添加膨润土、增黏剂、分散剂、重晶石等，使泥浆达到稳定液性能指标要求，保证了泥浆循环利用质量。

本工程地处天津市中心地带，周边环境保护要求高，白天禁止大型工程车辆行驶，晚上运输泥浆有污染道路风险，在灌注桩施工中采用泥浆循环利用组合工艺实现了泥浆零排放，产出的砂土用在桩孔回填、路基加固，减少了砂土外运，达到水资源重复利用、保护环境的目的。

4 结语

本工法通过在中信城市广场（首开区）工程中的应用，取得了良好的应用效果。节约了水资源，减少膨润土的利用量，最主要的是实现了泥浆的零排放，减少了泥浆排放的环境污染，社会效益明显，经济效益实现节约近千万元成本，值得进一步扩大推广应用范围。