聚合物泥漿在復(fù)雜地質(zhì)鉆孔樁施工中的應(yīng)用

摘要：文章結(jié)合海南新外環(huán)實(shí)行的南崗河大橋鉆孔樁建設(shè)項(xiàng)目工程，概述了高分子聚合物摻雜聚合漿料所表現(xiàn)的優(yōu)異性能，結(jié)合其實(shí)際應(yīng)用案例，有效地監(jiān)測(cè)了高分子聚合物對(duì)于鉆孔樁泥漿性能的改善條件和效果，同時(shí)可以提高鉆進(jìn)效率。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)；鉆孔灌注樁；旋挖鉆；化學(xué)聚合物；泥漿護(hù)壁 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U443 文章編號(hào)：1009-2374（2016）05-0148-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.05.074

1 高分子聚合物泥漿概況

1.1 高分子聚合物泥漿基本性狀

隨著化學(xué)制備工藝的不斷發(fā)展和完善，高分子化合物以其成本低廉、易于規(guī)劃化制備和生產(chǎn)等有利因素而得到人們的廣泛關(guān)注。除此之外，高分子聚合物容易實(shí)現(xiàn)性能改善，并結(jié)合實(shí)際的施工環(huán)境表現(xiàn)出最佳的優(yōu)異性能。高分子聚合物漿料在鉆孔樁泥漿中的應(yīng)用，可以有效提高整體漿料的粘結(jié)性能，借助高分子鏈卷曲的優(yōu)勢(shì)，穩(wěn)定整體漿料的定性能。這些高分子聚合物由于具有一定的各向異性，可以使得鉆進(jìn)的孔道形成吸附作用結(jié)構(gòu)，進(jìn)而加快施工鉆頭的轉(zhuǎn)移速度，提升鉆進(jìn)的質(zhì)量和效率。

1.2 聚合物泥漿的有效成分

高分子聚合物泥漿的組成主要分為靜態(tài)高分子聚合物漿料和動(dòng)態(tài)高分子聚合物漿料，其中本文重點(diǎn)介紹靜態(tài)高分子聚合物漿料。靜態(tài)高分子聚合物化學(xué)泥漿主要由高分子化合物、水泥漿料以及水等基本組分構(gòu)成。經(jīng)過一定的攪拌混勻，通過加入一定量的純堿以及來自自來水中的鈣鎂離子峰摻雜，使得高分子聚合物化學(xué)漿料可以實(shí)現(xiàn)鉆孔樁的高效定位與施工，通過高分子化學(xué)粘連度的增加，進(jìn)而不斷改善水質(zhì)和需要去除的雜質(zhì)離子。環(huán)境友好型泥漿需要結(jié)合各種材料的配合比根據(jù)土層狀況而定。

2 施工應(yīng)用研究

2.1 工程概況

海南省新建鐵路西環(huán)鐵路客運(yùn)專線五標(biāo)三分部南港河特大橋，橋長1190.95m，河面寬度98m，基礎(chǔ)采用樁基，鉆孔灌注樁樁徑有2種，即1.00m、1.25m，平均樁長38m。該橋位于典型的沿海復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中，據(jù)地質(zhì)鉆探資料，地面以下10m左右范圍內(nèi)為密度較小的粉細(xì)砂和中砂層，10～38m均為粉質(zhì)黏土層和粉細(xì)砂層。南港河流經(jīng)28#-32#墩并且地下有充沛水量，施工難度大。原施工方案采用普通的膨潤土礦物泥漿，但鉆機(jī)過程中，前兩根均出現(xiàn)了嚴(yán)重的塌孔現(xiàn)象，無法繼續(xù)鉆進(jìn)。鑒于復(fù)雜的地質(zhì)條件，經(jīng)綜合分析原有施工方案，擬在鉆進(jìn)過程中使用化學(xué)聚合物泥漿，為了保證施工可行，進(jìn)行了10根樁孔的試鉆，結(jié)果顯示，鉆進(jìn)效果良好，未出現(xiàn)嚴(yán)重塌孔等現(xiàn)象，由此積累了施工經(jīng)驗(yàn)，在鉆孔中全部使用化學(xué)聚合物泥漿。

2.2 泥漿護(hù)壁性狀的試驗(yàn)

2.2.1 泥漿配制。旋挖鉆孔中，化學(xué)聚合物經(jīng)過摻雜配制的施工泥漿需要加入適量的穩(wěn)定劑，通過泥漿性能的穩(wěn)定來保護(hù)施工面壁的化學(xué)和物理穩(wěn)定性。高分子聚合物泥漿由于受到高分子化合物水解程度的影響，不同的高分子聚合物泥漿在實(shí)際的施工過程中表現(xiàn)的綜合性能差異較為顯著，黏度越大的高分子聚合物泥漿，其摻雜的高分子化合物的分子量越大，鏈長越規(guī)整。對(duì)于高分子相對(duì)分子質(zhì)量處在200萬以下的高分子聚合物，其摻雜對(duì)于施工泥漿的黏性影響不大，一般會(huì)由于黏性不夠而使得施工的物質(zhì)沉淀物脫落。除此之外，pH值對(duì)于高分子聚合物泥漿的性能影響較大，一般而言，添加少量的純堿，可以有效保障泥漿的摻雜優(yōu)勢(shì)，尤其是鼓動(dòng)泥漿不少于3h直至泥漿材料充分水解。

2.2.2 鉆孔平臺(tái)旋挖施工。（1）鉆進(jìn)孔在施工前，需要將高分子聚合物泥漿內(nèi)設(shè)注滿，在整個(gè)施工過程中要保障泥漿的充足。對(duì)于高分子聚合物泥漿施工注射的最低要求是不低于護(hù)筒容積的一半，進(jìn)而可以保障施工泥漿的壓力。（2）鉆樁孔需要保障施工時(shí)合理的孔壁溫度，進(jìn)而減少由于外界溫度對(duì)于高分子聚合物泥漿施工性能的影響。與此同時(shí)，加快泥漿的固化速度，減少漿料施工的擾動(dòng)。

2.2.3 鉆孔樁的清孔試驗(yàn)。摻雜不同的高分子聚合物對(duì)于鉆孔樁泥漿的沉淀和固化時(shí)間有很大的影響。在鉆孔初期，需要不斷加快泥漿的固化速率，進(jìn)而保障后續(xù)清孔工作的順利高效完成。因此，對(duì)于施工的不銹鋼板的厚度一般不超過10厘米。

2.3 施工特點(diǎn)

在水下混凝土灌注時(shí)，對(duì)于高分子聚合物泥漿而言，由于鉆樁孔飛濺的泥屑不斷的與泥漿形成相互作用力，進(jìn)而形成一層黏度較小的泥皮。這些泥皮對(duì)于鉆孔的高樁摩擦力可以有效減少，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)國家高分子聚合物的泥漿鉆孔樁施工的Ⅰ、Ⅱ類樁標(biāo)準(zhǔn)。施工完成固化后，需要對(duì)剩余的泥皮和泥漿進(jìn)行二次處理，進(jìn)而減少它們直接排放到大自然中。一般而言，高分子聚合物泥漿的摻雜主要成分可在自然條件下進(jìn)行生態(tài)降解，其他不利排放可以借助5%的次氯酸鈉溶液或3%的過氧化氫溶液處理。

3 綜合效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

高分子聚合物泥漿與現(xiàn)有膨潤土泥漿經(jīng)濟(jì)效益比較如表1所示：

3.2 社會(huì)效益分析

聚合物泥漿與膨潤土泥漿施工固化效率對(duì)比如表2所示：

結(jié)合表1和表2數(shù)據(jù)可以看出，高分子聚合物泥漿的施工成本和固化效果都要基于膨潤土的先天優(yōu)勢(shì)，因此聚合物泥漿是理想的泥漿材料。

3.3 環(huán)保效益分析

從環(huán)保角度來比較，化學(xué)聚合物泥漿的使用能減少廢泥漿的排放，更有利于自然環(huán)境的維持。能適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)條件，成孔效率更高，能縮短施工工期，因此社會(huì)效益也是顯著的。

4 結(jié)語

隨著化學(xué)制備工藝和材料技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，高分子聚合物以其制備成本低廉、易于規(guī)模化生產(chǎn)以及化學(xué)綜合性能優(yōu)勢(shì)等特點(diǎn)，對(duì)于鉆孔樁的實(shí)際應(yīng)用可以有效保證施工質(zhì)量和固化效果，進(jìn)而不斷改善泥漿物理化學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)泥漿施工的環(huán)保摻雜與利用。

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作者簡介：孟青云（1981-），男，河北石家莊人，中鐵二十局集團(tuán)第三工程有限公司中級(jí)工程師，研究方向：公路、鐵路等項(xiàng)目管理。

（責(zé)任編輯：蔣建華）