聚合物泥漿在復雜地質鉆孔樁施工中的應用

邵國民

（中國煤炭地質總局浙江煤炭地質局，杭州 310021）

1 引言

隨著時代的不斷發展，當今社會對復雜地質鉆孔樁施工這樣一系列的隱蔽基礎工程的施工質量提出了越來越高的要求，因為相關地質鉆孔樁施工的質量，與日常的生活以及社會發展工作有著十分密切的聯系。行業內部的相關研究學者為了提升地質鉆孔樁的載荷能力，也花費了不少的時間和精力進行研究，在近些年來一種高分子聚合物泥漿引起了行業內部的廣泛關注，因為其在使用的過程中，相對于以往傳統泥漿材料而言，有著十分搶眼的表現。

2 聚合物泥漿性能概述

2.1 聚合物泥漿基本性狀簡述

對實際的復雜地質鉆孔樁施工進行深入的分析，可以發現要想切實提高相關施工的工程質量，一方面施工技術探究和發展是一個十分重要的研究方向，但是從另一方面進行考慮，要想從根本上提升設計師工作的質量，針對所用到的施工材料的探究工作，也是一個必不可少的研究方面。伴隨著國際化學制備工藝的不斷發展和完善，在近些年來，針對復雜地質鉆孔樁施工的研究工作也發展神速，一種名為高分子聚合物泥漿的鉆孔樁護壁技術，引起了行業內部相關研究學者的關注，在時下的復雜地質鉆孔樁施工過程中，有許多施工團隊也將該種聚合物泥漿進行了較為廣泛的實驗性應用，在應用的過程中，發現了其相比于以往所用的泥漿材料，這種聚合物泥漿主要有以下幾個方面的優勢：首先這一個聚合物泥漿在生產的過程中，依賴于時下較為先進的高分子生產技術，所以其相對的生產工藝以及所用到的生產材料都相對低廉，這就使得這種聚合物泥漿在使用的過程中，相對于傳統泥漿材料而言，具有材料生產以及其實際的制備工藝均較為低廉和簡單的優勢；其次，這種聚合物泥漿在使用的過程中，相對于傳統材料而言，由于其分子性能更加穩定，所以在應用的過程中能夠切實提升復雜地質鉆孔樁實際承載力，能夠使得工程項目施工中遇到復雜的施工地理環境，有著更為高效的應對能力。除此之外，在這里要特別指出的一點就是，這些高分子聚合物在使用的過程中，由于其分子性能具有一種叫做各向異性的特性，所以在實際施工過程中，能夠切實的提升鉆孔的有效性，這將能夠在很大程度上提升鉆頭工作狀況提高施工速度，進而起到縮短復雜地質樁孔樁施工工期，提升實際工作效率的目的[1]。

2.2 聚合物泥漿的有效成分簡介

對這種聚合物泥漿的組成部分進行深入的研究，可以發現由于該材料形態的特殊性及實際的組成部分，主要包括以下兩種常見物質，一種就是較為常見的靜態高分子聚合物，組成材料為動態高分子聚合物，其具有的特殊成分，在組合的過程中實際比例也有一定的特殊性，但是這種材料的實際應用中存在一定的爭議，文章不將其作為重點在這里進行詳細的分析，僅僅是針對兩種組合成分之中的靜態高分子聚合物為本次研究重點進行深入的分析。靜態高分子聚合物的實際使用部分為以下幾個方面，首先是對時下的化學制品的工藝要求較高，特別是高分子化合物，只有保證化學制品的安全才能從根本上控制聚合物泥漿的應用效果，如：聚乙烯醇沖洗液。該配方中以聚乙烯醇為助劑,以三氯化鐵和硼砂做交聯劑,形成結構較強的無固相沖洗液。優點在于,依靠聚乙烯醇的多個羥基與井壁吸附成膜,穩定松散層;缺點在于配制工序精細且復雜,可操作性較差。如聚乙烯醇需要在50℃左右加熱溶解,交聯劑的用量需要嚴格控制,而且需要分罐單獨配制。三者均為化工產品,有一定的毒性,對人員損傷較大。在這里要特別指出的就是，兩種材料進行混合攪拌的過程中，工作人員需要向相關材料中加入一定量的純堿，進行該工序的主要目的就是，為了保證在后續施工過程中，能夠使得實際的聚合物泥漿的鉆孔效果更加理想化，此外，相關的施工人員還會根據實際工作環境和施工要求，加入一定量的高分子化合凝劑，其主要目的就是為了改變高分子化合物與水之間的整體比例，起到除砂除屑等雜質離子的最終目的。

3 聚合物泥漿在復雜地質鉆孔樁施工中的應用簡析

3.1 工程概況

杭政儲出某地塊圍護工程的施工，位于杭州市拱墅區桃源路，圍護施工采用旋挖鉆孔灌注樁和三軸水泥攪拌樁，鉆孔灌注樁樁徑分別為?600、?700，樁長20～29m，持力層為中等風化凝灰巖。該區塊是典型的復雜地質環境，根據工程地質勘察資料，地面以下16m左右范圍內均為淤泥質粘土和粉質粘土地層，且地下水相對比較充足，施工難度大。施工工藝方案中采用普通的仇山粘土作泥漿材料，但在鉆進施工過程中，鉆孔出現了較嚴重的宿徑、掉塊甚至塌孔等現象，且成孔時間長難度大。針對施工出現的這些問題，現場技術人員認真分析工程地質勘察資料，并對泥漿的各種性能進行測試，經綜合分析對施工方案作了調整，決定在旋挖鉆進過程中使用聚合物化學泥漿，并進行了若干根樁的試驗，試驗表明，使用聚合物化學泥漿鉆進效果良好，起降鉆具對孔壁的抽吸作用明顯減小，鉆孔過程中未出現宿徑、塌孔等現象，而且清孔時間也明顯縮短，從此本工程的鉆孔灌注樁全部使用聚合物化學泥漿，確保了工程質量和工期。

3.2 泥漿護壁性能的試驗

3.2.1 泥漿配置工作

針對旋挖鉆機鉆孔樁施工進行深入的分析，可以發現相關的技術人員對化學聚合物的配比工作十分重視，因為該種化合物的實際比例將能夠給鉆孔施工產生十分重要的影響，在一般的情況下，相關的技術人員在鉆進過程中會在施工泥漿中加入適量的穩定劑，這一步操作的實際工作目的就是為了提升鉆進工作中所用泥漿的穩定性，進而改良鉆孔樁孔壁的物理及化學性能，以提升其鉆孔孔壁整體穩定性，從而進一步增加施工的安全性。對配置的高分子聚合物泥漿機性能進行深入的研究和分析，由于受到高分子化合物的實際性能屬性的作用，其實際泥漿的粘接性也會受到不同程度的影響，其中一個最為關鍵的影響因素就是高分子化合物的水解程度，我們知道針對不同種類的高分子化合物，其水解程度在應用的過程中存在一定的差異，其對聚合物泥漿性能的影響表現如下，隨著聚合物泥漿中高分子化合物的水解程度不斷提升，所對應的聚合物泥漿的粘度將會隨之提升，在通常的情況下，這種關系將是一個較為明顯的正比關系，而且在圖像表現上為線性關系。但是以高分子的相對分子質量為實際研究方向進行深入的分析，可以發現其也存在一個較為明顯的臨界點，也就是說當高分子相對分子質量處于200萬以下的時候，技術人員如果將這部分的高分子材料應用于聚合物泥漿的連接，聚合物泥漿的粘接性的影響并不是十分大，甚至可以說這種影響可以忽略不計，即使技術人員在泥漿中大量使用該種型號的高分子材料的情況下，在后續的施工過程中，極易出現孔壁上各類巖層剝落甚至跨坍，導致的孔內事故影響樁孔質量。由于鉆孔樁設計一般均較深,在受到巖土擠壓和地下水侵蝕的雙重影響下,鉆孔很有可能出現變形甚至是坍塌的情況,影響后期混凝土正常澆筑和實際的使用效果。合理配置聚合物泥漿為鉆孔樁的沖冼液,可以提高孔壁的穩定性。基于這些方面的考慮,引入聚合物無固相泥漿體系,利用該類型滲析膠結性質、吸附膠結作用,達到碎石土膠結目的,增強孔壁的穩定性。固壁主要通過吸附膜來實現,由于有較高的水分子、高聚合物分子吸附速度能夠獲取較好的漿液固壁效果。考慮到泥漿固壁要求,應注意根據井壁顆粒表面吸附點,使聚合物如聚乙烯醇分子長度適宜。從當前聚合物無固相泥漿應用看,交聯劑通常選擇硼砂,聚合物以非離子型聚合物為主。若聚合物為非離子、陰離子結合,交聯劑選擇氯化鋁、硫酸鋁等無機鹽,這類交聯劑內有Fe3+、Al3+陽離子存在,滿足聚合物使用要求。

3.2.2 旋挖鉆機施工工作簡析

針對旋挖鉆機鉆孔樁施工進行深入分析，可以發現在該工作進程中，共包括幾個不同的工作階段，首先就是施工前的準備工作，在這一施工階段，相關的施工人員需要將相應的高分子聚合物泥漿制備完成，進行這項工作的主要目的就是為了保證在后續的施工過程中能夠保證充分的泥漿供應，確保地層對孔壁的壓力平衡，因為在實際的施工過程中，如果泥漿出現斷層的情況，還會由于聚合物泥漿之間的分子粘性的問題，導致鉆孔樁施工中出生產事故。其次，需要特別注重的一點就是在鉆孔樁施工的過程中，需要將實際施工的溫度控制在一個合理的范圍之內，因為如果溫度較低的話，將會給聚合物泥漿的工作性能造成較大的影響，嚴重的情況下甚至會導致聚合物泥漿出現凝結的問題，若工作溫度過高的話，將會使聚合物泥漿的粘接性出現較大的問題，造成聚合物泥漿分子間存在問題導致一系列的施工質量問題的產生。

3.3 實際施工特點簡析

對整個鉆孔樁施工工藝進行深入的分析，旋挖鉆孔樁成孔達到設計深度后，經過一段時間的調漿清孔、安放鋼筋籠，即可下入合適的導管進入水下混凝土灌注前的準備，進行水下混凝土灌注前，首先進入清孔程序，規范要求鉆孔樁孔底沉渣一般不能超過10cm，由于聚合物泥漿具有很好流變性和攜帶巖屑等雜質的能力，相比傳統的普通泥漿其清孔的時間可以縮短三分之一，為后續工序爭取更充足的時間，另外務必提前做好導管清理和疏通等檢查工作,避免澆筑過程中出現導管堵塞問題。隨著混凝土灌注量的不斷增加,操作人員應緩慢提升孔內導管，同時技術人員應隨時檢測混凝土液面的深度，及時安全快速地漿導管提拔并拆除,避免因為壓力過大導致混凝土澆筑困難。但是在這里要特別注意的是，在整體的施工工作完成之后，相關的施工團隊以及相應的施工人員，還需要完成后續的施工廢漿清除工作，其中最為重要的一項工作就是清除施工中產生的巖屑，因為這些巖屑從本質上來講屬于施工垃圾，如果不經過任何的處理，直接排放到自然環境之中的話，將會對復雜地質鉆孔樁施工區域的自然地理環境造成巨大的影響，因為這些高分子聚合物泥漿在自然條件下很難被清理；直接排放到大自然中的話，就會給周圍環境和植被生長帶來不利影響，這將嚴重地破壞本地的生物鏈以及生物組成結構，即使在這種工作環境下有較少的植物生存下來的話，這些高分子聚合物在被植物吸收之后，也會導致植物的基因產生變異，這些不可控的變化對于當地的生態圈而言無疑是一種危害。

4 綜合效益分析

4.1 經濟效益分析

聚合物泥漿在復雜地質鉆孔樁施工中的應用，相對于傳統施工材料而言，都具有很強的經濟性和適用性。相對于傳統材料而言在復合地質樁孔樁施工中應用的經濟優勢，主要表現為以下幾點：首先在材料生成階段，聚合物泥漿相對傳統泥漿材料而言，其生產工藝以及實際的加工步驟都較為簡潔和方便，所以其施工材料成本較低；其次，聚合物泥漿在使用中的經濟優勢表現在其實際性能方面，由于該種材料在生產的過程中，就應用了較為先進的化學生產工藝，其材料間的粘接性以及材料承載能力都相對較好，所以聚合物泥漿性能相對于傳統泥漿材料而言性能更穩定，進一步保證了鉆孔質量，縮短了鉆孔樁成孔成樁時間，更好的降低了鉆孔樁的施工成本。

4.2 社會效益分析

在社會效益上，聚合物泥漿在使用的過程中的優勢，主要表現為以下兩個方面，首先，高分子聚合物泥漿在使用過程中的實際施工成本相對于傳統材料而言，具有著先天性的優勢；另一方面的優勢表現在聚合物泥漿相對于傳統材料而言，實際的固化效果將更加的理想，針對以往復雜地質樁孔樁施工中經常用到的膨潤土泥漿進行深入的分析，可以發現這種材料在工作完成之后，其實際的固化效果需要長達三天才能表現出來，而高分子聚合物泥漿在使用的過程中及固化效果，僅僅需要一天就能夠表現的較為明顯。

4.3 環保效益分析

環保效益也是聚合物泥漿在復雜地質鉆孔樁施工中的優勢之一，因為在實際使用的過程中，高分子聚合物泥漿相對于傳統泥漿而言，將能夠切實提高泥漿的實際應用率，這就在一定程度上降低了廢泥漿的排放及處理，強化綠色發展的理念，推動企業產業結構綠色轉型升級，實現藍天碧水凈土的環境發展。除此之外，聚合物泥漿在實際應用過程中，對復雜地質條件的適應能力更好更廣，這就在很大程度上提升了鉆孔樁施工的成孔率，也會使聚合物泥漿在實際使用的過程中的社會效率表現得更加明顯。但是在這里要特別指出，雖然聚合物泥漿在使用的過程中，相對于傳統材料而言，其在環保方面有著更為突出的表現，但是這也并不意味著在復雜地質樁孔樁施工中，使用聚合物泥漿將不會產生施工廢渣，使用聚合物泥漿僅僅只是在一定程度上降低了這種廢渣產生的數量，所以相關的施工人員應當按照國家標準注重施工廢渣處理工作[2]。

5 結語

綜上所述，文章首先針對聚合物泥漿的相關材料性能進行了簡要的分析，之后本文結合聚合物泥漿在復雜地質樁孔樁施工工作中的應用，進行了深入的探究，指出了聚合物泥漿在實際使用過程中的一些優勢，之后又在以上分析的基礎上對聚合物泥漿在使用過程中的一些綜合效益進行了深入探討，希望本次的研究工作為聚合物泥漿研究及使用工作提供一定幫助。