鉆孔灌注樁泥漿處理技術(shù)研究現(xiàn)狀綜述*

上海建工集團(tuán)工程研究總院 上海 201114

0 引言

鉆孔灌注樁具有地層適應(yīng)性強(qiáng)，施工中無擠土或少量擠土、無噪聲、振動(dòng)小、環(huán)境影響小，單樁承載力高等優(yōu)點(diǎn)，已成為都市核心區(qū)高層建筑的主要樁型[1]。泥漿起著重要的保護(hù)孔壁、排渣、清孔等作用，但鉆孔灌注樁施工過程也是產(chǎn)生泥漿最多、造成污染最嚴(yán)重的過程。因此，廢棄泥漿的處理一直是困擾鉆孔灌注樁樁基工程施工的難題[2]。

1 鉆孔灌注樁泥漿作用及性能指標(biāo)

泥漿在鉆孔灌注樁施工中的主要作用包括：形成泥皮和平衡樁孔內(nèi)外地層壓力，保護(hù)孔壁、防止坍塌；懸浮鉆渣、清洗孔底、冷卻鉆具。

泥漿的主要性能評價(jià)指標(biāo)有：泥漿相對密度、黏度、含砂率、膠體率、酸堿度和穩(wěn)定性等。每一個(gè)性能指標(biāo)的變化都直接影響著孔壁穩(wěn)定、排渣、清孔等一系列的鉆井成孔工藝問題。

1.1 保護(hù)孔壁

泥漿在鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)的離心力作用下，在孔壁上形成一定厚度的泥皮，封閉了孔壁土面，依靠泥漿靜壓力平衡孔內(nèi)外水、土壓力。工程實(shí)踐證明，泥漿的護(hù)壁效果與泥漿相對密度呈正相關(guān)性，但是泥漿相對密度過大會(huì)影響鉆孔進(jìn)度。

1.2 排渣

為保證鉆孔工作的正常進(jìn)行，泥漿應(yīng)具有將鉆頭破碎的巖土屑帶出鉆孔的功能，同時(shí)能把鉆屑懸浮住，防止浮渣快速下沉，造成卡鉆事故。因此，泥漿應(yīng)具有一定的黏度和流動(dòng)性，泥漿的相對密度、黏度、含砂率應(yīng)嚴(yán)格控制才能保證排渣正常。

1.3 清孔

正常施工中為防止砂粒在孔中沉淀，成孔后要立即清孔，以防超過設(shè)計(jì)規(guī)定的沉淀厚度，清孔過程中主要是控制泥漿含砂率。

通過以上對泥漿作用與泥漿性能指標(biāo)之間關(guān)系的分析可知：在鉆孔灌注樁施工中，泥漿質(zhì)量控制尤為重要；同時(shí)，在鉆孔灌注樁施工過程中泥漿性質(zhì)不斷劣化將會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄泥漿，因此，廢漿的處理技術(shù)也將會(huì)直接影響施工中所用泥漿的質(zhì)量。

2 鉆孔灌注樁泥漿的處理技術(shù)

傳統(tǒng)的泥漿處理方式主要包括：槽罐車外運(yùn)至郊外使其自然干化，這種處理方式費(fèi)用高、效率低；自然沉淀，這種處理方式不僅占地面積大，大面積自然沉淀泥漿池使得施工現(xiàn)場環(huán)境惡劣，而且該處理方式很難得到干渣，因而降低了泥漿的循環(huán)利用效率，導(dǎo)致產(chǎn)生大量廢漿，循環(huán)泥漿含渣量大易導(dǎo)致坍孔、卡鉆，影響生產(chǎn)安全[3]。

以上2 種方式都不能從根本上解決泥漿處置去向，更嚴(yán)重的是在巨大的經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)下，一些建筑工地趁監(jiān)管漏洞，將建筑泥漿偷排亂排，造成大量市政管道堵塞、水體和土壤的環(huán)境污染。因此，為工程泥漿找到一條綠色、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的處理方式已成為建筑行業(yè)發(fā)展中亟待解決的問題。

鉆孔灌注樁樁基施工是泥漿產(chǎn)生最多，造成環(huán)境污染最嚴(yán)重的工序。目前對于鉆孔樁泥漿處理的研究較少，石油鉆井施工領(lǐng)域?qū)U棄泥漿處理研究較多，主要的處理方法有化學(xué)固化處理方法、化學(xué)強(qiáng)化固液分離法、MTC轉(zhuǎn)化技術(shù)、坑內(nèi)填埋、注入安全地層或環(huán)形空間、土地耕種[4]。借鑒石油鉆井施工領(lǐng)域泥漿處理技術(shù)，近幾年鉆孔灌注樁泥漿處理技術(shù)也取得了一些進(jìn)展。

龍莉波[5]根據(jù)上海地區(qū)土層中含砂率較高的特點(diǎn)，施工中采用正循環(huán)泥水循環(huán)系統(tǒng)，在砂層中成孔及清孔時(shí)使用泥漿凈化裝置，實(shí)現(xiàn)了對鉆孔灌注樁施工中泥漿性能的優(yōu)化。該系統(tǒng)泥漿凈化循環(huán)過程如圖1所示，沉淀池中的原始泥漿進(jìn)入泥水凈化裝置，經(jīng)除砂后優(yōu)質(zhì)泥漿排入循環(huán)池，供給各鉆機(jī)使用。該方法起到了很好的保護(hù)孔壁和清孔的作用，同時(shí)篩除的砂被用來回填樁孔，泥漿外運(yùn)量減少，外運(yùn)成本降低。此方法為類似砂性土層中原土造漿成孔施工積累了一定經(jīng)驗(yàn)。

圖1 泥漿凈化循環(huán)處理示意

鄧金金等[6]針對槽罐車外運(yùn)至郊外使泥漿自然干化處理方式的缺點(diǎn)，研發(fā)了一整套的城建工程泥漿處理及零排放工藝。該工藝的主要原理是通過泥漿凈化設(shè)備對回收泥漿進(jìn)行處理，其中得到的凈化泥漿經(jīng)性能測試后加料拌制再生泥漿，以滿足施工過程中對泥漿性能的要求，進(jìn)而循環(huán)使用。劣化泥漿進(jìn)行壓濾處理，要求壓濾分離出的固體顆粒含水率≤30%，以降低泥漿排放成本。圖2為泥漿零排放處理工藝泥漿循環(huán)示意，從圖中可知，從新鮮泥漿配制到回收泥漿凈化處理循環(huán)使用及最終排放工藝流程分為2 個(gè)部分：泥漿凈化、廢漿壓濾處理。

該工藝實(shí)現(xiàn)了泥漿的循環(huán)利用，降低了新鮮泥漿配制費(fèi)用；將劣化泥漿分離為水和干渣（含水率≤30%）分類處理，其中清水直接排入下水道管網(wǎng)，干渣回填或外運(yùn)，實(shí)現(xiàn)泥漿的零排放。

圖2 泥漿零排放處理工藝泥漿循環(huán)示意

以上的泥漿凈化工藝流程主要采用振動(dòng)篩配合旋流器進(jìn)行泥漿凈化，直接篩除泥漿中的固體大顆粒，之后通過旋流器處理細(xì)小固體顆粒，處理得到的凈化泥漿循環(huán)使用。對于廢棄泥漿除采用機(jī)械壓濾處理外，也有一些地方借鑒污水絮凝固液分離的處理方式，向泥漿中加入絮凝劑，生成絮團(tuán)后靜置沉淀，上清液達(dá)標(biāo)排放，底泥就地填埋或外運(yùn)。

萬玉綱等[2]研究了化學(xué)絮凝和物理離心脫水方式，試驗(yàn)結(jié)果表明采用單純化學(xué)絮凝方式進(jìn)行泥漿絮凝固液分離，高分子量的HPAM對泥漿水的脫水最有效；通過對真空吸濾、壓濾和離心3 種物理脫水干化工藝進(jìn)行了比較試驗(yàn)，結(jié)果表明吸濾法效果最差，壓濾法效果尚可，離心脫水干化處理效果最好。結(jié)合以上2 種方法的優(yōu)點(diǎn)，萬玉綱等設(shè)計(jì)了化學(xué)與物理方法相結(jié)合的泥漿水現(xiàn)場處理工藝流程，如圖3所示。

圖3 泥漿水處理工藝

此外，李沖等[7]采用X射線衍射、激光粒度儀及微電泳儀對廢棄泥漿的理化性質(zhì)進(jìn)行了分析，采用陰離子型聚丙烯酰胺（APAM）進(jìn)行廢棄泥漿絮凝分離實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：APAM對廢棄泥漿絮凝分離處理效果明顯，作為廢棄泥漿減量化處理的前期工作具有一定的可行性。

楊春英等[8]研究也發(fā)現(xiàn)有機(jī)絮凝劑聚丙烯酰胺相比無機(jī)絮凝劑聚合氯化鋁、硫酸鋁等在絮凝固液分離上有較大優(yōu)勢；另外，絮凝劑針對不同類型的泥漿具有最佳投放量；若廢棄泥漿經(jīng)過自然沉淀和離心分離后，絮凝劑的最佳投放量與泥漿密度成正比。

3 結(jié)語

本文簡要介紹了鉆孔灌注樁泥漿的功能及其與泥漿性能評價(jià)指標(biāo)之間的關(guān)系。詳細(xì)論述了目前鉆孔灌注樁泥漿處理技術(shù)的發(fā)展情況，對于鉆孔灌注樁泥漿處理技術(shù)的發(fā)展有以下幾點(diǎn)建議：

1）泥漿無害化的處理多以化學(xué)絮凝和物理離心脫水進(jìn)行固化為主，在一定程度上改變了泥漿的形態(tài)，減少了泥漿對施工現(xiàn)場和環(huán)境的污染，具有顯著的環(huán)保效益。因此，在實(shí)現(xiàn)泥漿減量化再利用的過程中，脫水減量化是關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

2）加強(qiáng)對劣化泥漿廢渣的再利用研究，目前泥漿再利用的研究主要集中在對回收泥漿本身凈化循環(huán)檢測再調(diào)配利用上，而對于凈化回收泥漿產(chǎn)生的劣化泥漿的再循環(huán)利用則少有研究。劣化泥漿通過化學(xué)絮凝或機(jī)械壓濾產(chǎn)生的廢渣仍然采用外運(yùn)或就地填埋等處理方式，這并沒有實(shí)現(xiàn)廢渣的資源化再利用。因此，泥漿處理技術(shù)的重點(diǎn)應(yīng)轉(zhuǎn)向廢渣的資源化再利用方面，這樣不僅節(jié)省了外運(yùn)的成本，同時(shí)也創(chuàng)造了再利用價(jià)值。