金欣欣 中交四航局第二工程有限公司

1.前言

隨著我國新基建的快速發(fā)展，及我國加入世貿組織和環(huán)境管理體系（ISO-14001）認證的推廣，建筑行業(yè)也走向世界，對水利、公路、市政建筑、港口碼頭等基礎鉆孔灌注樁的施工，提出了優(yōu)質、高效、快速、清潔、環(huán)保的要求。原有的沖擊鉆、正、反循環(huán)回旋鉆機不能滿足工程的需要，已被旋挖鉆機越來越廣泛的投入使用所代替。因此，目前研究、探討、總結旋挖鉆孔灌注樁在各種地層中的應用，具有十分重要的現實意義。

2.工程概況

唐山市全域治水清水潤城縣區(qū)PPP項目，沙河防潮閘樁基數量共317 根（其中有涌水的孔樁共290根），單根長30m，總計樁長9510m，樁基類別為摩擦樁。灌注樁樁身混凝土等級為C40W8，樁身混凝土摻加復合阻銹劑（抗硫酸根離子SO，氯離子CL等腐蝕)，地表水和地下承壓水豐富，鉆孔樁涌水量大；地質結構復雜、破碎，都是松散不穩(wěn)定地層。由于原材料供應的原因，只有少部分孔樁采用了聚合物泥漿系統(tǒng)進行施工，但也使我們看到了聚合物泥漿系統(tǒng)在鉆孔樁施工上應用前景十分廣泛。

3.施工過程

使用旋挖鉆機施工鉆孔灌注樁具有進度快、有利于環(huán)保等方面的優(yōu)點，但也存在適用范圍窄、不適于在松散地層中施工等局限性。在施工過程中，我們采用了捷高公司（CETCO）的鉆進泥漿與添加劑產品—Shore PAC GCV聚合物泥漿系統(tǒng)（圖1），它可用于旋挖鉆施工，能夠適應各種困難的地層狀況，是一種高效、清潔、環(huán)保型的鉆孔樁泥漿系統(tǒng)。

圖1 Shore PAC GCV的混合物泥漿

3.1 Shore PAC GCV泥漿系統(tǒng)的使用

（1）應用原理Shore PAC GCV是一種高分子量的人工合成聚合物，可以在較低的濃度條件下創(chuàng)造極佳的粘度環(huán)境。長的聚合物鏈呈卷狀無序的分散于鉆液中，這些單個的小卷受到剪切力后就會伸展開來，穿過不同的層面形成連接橋。正是這種表面吸附作用發(fā)生效力，使Shore PAC GCV在鉆進時能夠有效的保持地層穩(wěn)定，同時還可以幫助泥漿粘結住被切削下來的鉆屑，以使得鉆屑能夠被輕易從鉆孔中移出。

（2）Shore Pac GCV在混合時（圖2），應灑落在注入泥漿池或攪拌池的水流之上，以使其充分混合。分散注入的水流通過傾斜的平板，有助于防止膠結。如果在鉆孔中直接混合，就應在加入后輕微的上下移動鉆具(螺旋鉆頭或鉆斗)，以使聚合物均勻的分散。加入純堿可以改善水質，沉淀游離的鈣離子，最大化Shore Pac GCV的粘度。當在Shore Pac GCV泥漿液面下進行孔樁掘進時，所有懸浮沙粒都會沉淀于鉆孔的底部，便于最后清除。

圖2 Shore PAC GCV的混合

（3）過程中，如果能識別出水中污染物從而正確的加以處理，可以顯著的縮短工期，節(jié)約施工成本。

圖4 正在使用Shore Pac GCV進行鉆孔樁施工

（4）泥漿測試工具（圖3）。應用捷高公司（CETCO）的泥漿測試工具可以正確評價泥漿系統(tǒng)的性能以便加以調試。

圖3 泥漿測試工具

3.2 Shore PAC GCV泥漿系統(tǒng)的優(yōu)點

（1）可以把鉆屑充分粘結于螺旋鉆頭之上，增大攜沙量，最大化螺旋鉆頭攜帶鉆屑的能力，提高掘進效率和螺旋鉆頭的應用范圍；

（2）提高生產能力，減少泥漿的浪費；

（3）對孔壁提供壓力，防止在不穩(wěn)定地層中鉆孔的坍塌；

（4）易于混合不結塊；

（5）環(huán)保產品，對人體和環(huán)境沒有損害；

（6）使用Shore Pac GCV所成的樁側壁具有更大的摩擦力，從而可以增加樁的承重能力。

3.3 Shore PAC GCV泥漿回收

完成泥漿測試、放入鋼筋籠之后，把泥漿泵管道放入孔中。放入孔樁中的混凝土將取代泥漿的位置使泥漿向上方移動，然后泥漿通過泥漿泵管道從孔樁頂部抽入到泥漿回收罐中。不要吸入在混凝土表面上的最后0.9m泥漿，這些泥漿由于與混凝土的接觸會受到污染，可以泵入廢物罐中。泥漿回收后應測試其粘度和pH值。加水復原泥漿體積時，可加入堿來調整pH值。為了補充粘度的損失，可以加入新的Shore PAC GCV以達到需要的使用粘度，加入量由鉆孔液損失的量以及地層狀況決定。

3.4 Shore PAC GCV泥漿處理

Shore Pac GCV泥漿無毒，易于降解，可拋棄而不會造成污染。工程完工后，殘余的泥漿可以用Slurry Buster處理劑進行處理。5%的次氯酸鈉溶液或3%的過氧化氫溶液也可以處理這種泥漿。加入Slurr y Buster處理劑，用泵循環(huán)所有需要處理的泥漿以確保充分的氧化。經處理后的泥漿是環(huán)保的。失效的泥漿可以直接排放到附近的排水溝中。

3.5 泥漿添加劑

使用泥漿添加劑可以優(yōu)化Shore Pac GCV泥漿系統(tǒng)的性能，使之能夠適應各種地層的孔樁鉆進。

（1）Anchor-Load? 加重劑。Anchor-Load 能夠提高Shore Pac GCV泥漿的粘度，它可以直接加入到泥漿中去處理流沙或含水量高的地層。

（2）De-Chlor? 除氯劑。為了防止使用市政自來水而造成泥漿被過早破壞，使用De-Chlor可以中和自來水中的氯離子。這是一種顆粒狀的添加劑。De-Chlor能夠提高聚合物泥漿的屈服值延長泥漿的循環(huán)使用壽命。

（3）Insta-Floc? 凝聚劑。Insta-Floc 能夠迅速的發(fā)揮效能，沉淀泥漿中的細小顆粒，使得操作者可以輕松的使用鉆斗把它們從鉆孔中清除。

（4）Insta-Pac提粘劑。Insta-Pac 是一種高濃度的液體聚合物。它可以快速的混合，提升泥漿粘度，同時抑制粘土與頁巖的水化膨脹。

（5）Macro-Fill堵漏劑。Macro-Fill 能封堵較大的地層裂隙，密封松散多孔的地層。加入Stabilite后，這種顆粒狀的聚合物可以形成最有效的防止鉆液漏失的泥漿系統(tǒng)。

（6）Slurry Buster處理劑。Slurry Buster 是一種加強型清潔劑，一般用于處理聚合物泥漿。它通過氧化作用破壞聚合物的分子間作用力，快速的處理與清潔泥漿，以達到保護環(huán)境的目的。

（7）Soda Ash 純堿。加入堿對水進行預處理有助于使Shore Pac GCV泥漿達到最佳的性能。提高水的pH值至8—10可以沉淀水中的鈣離子，改善泥漿的混合過程。

（8）Stabilite穩(wěn)定劑。Stabilite 是一種多用途的添加劑，它可以處理沉到樁孔底部的細小顆粒使他們凝結成團，以便與使用鉆斗清出鉆孔，防止從鉆斗中漏出。這種帶高電荷的液體能夠提升Shore Pac GCV的性能，減少泥漿的清潔時間，除去90%的沙子。

（9）各種泥漿添加劑的使用情況見表1。

表1 不同泥漿添加劑的使用情況

4.Shore PAC GCV使用效果經濟效益分析

1）Shore Pac GCV在各種地層中的使用量見表2。

表2 Shore Pac GCV在各種地層中的使用量

2）泥漿的使用量應按鉆孔樁的成孔樁徑計算用量見表3。

表3 泥漿的使用量

3）Shore PAC GCV是國外進口的產品，現在國內市場上也有類似的產品，捷高公司也在中國生產，生產Shore PAC GCV泥漿系統(tǒng)產品，成本價格合理。

4）使用Shore PAC GCV不會對鉆孔樁混凝土形成污染，可以提高鉆孔灌注樁的施工質量；可以減少施工時用于清潔、除渣以及處理樁頭的時間，減輕勞動強度。

5）使用Shore PAC GCV泥漿系統(tǒng)使旋挖鉆的應用范圍十分廣泛，可適用于各種地層。

6）使用Shore PAC GCV泥漿系統(tǒng)可以有效的防止在不穩(wěn)定地層中鉆孔的坍塌，提高施工進度，保證鉆孔樁的質量。

5.結束語

Shore PAC GCV泥漿系統(tǒng)的施工程序為：根據鉆孔樁需要的泥漿用量用鋼板做成泥漿池、泥漿回收罐和和廢物罐；根據水質、地層情況選擇Shore PAC GCV泥漿的濃度；根據需要選擇加入適當的泥漿添加劑以適用于各種地層；在鉆進過程中隨時注意測試鉆孔樁中的泥漿粘度等指標并根據測試結果對泥漿加以調整；在灌注混凝土時及時回收鉆孔中的泥漿；對失效的廢棄泥漿進行處理，以免污染環(huán)境。

聚合物泥漿系統(tǒng)在我國鉆孔灌注樁上的使用還不多，但在國外已有很廣泛的應用。通過對唐沙河防潮閘鉆孔樁上各種泥漿系統(tǒng)使用的認真研究、對比，我們認為Shore PAC GCV泥漿系統(tǒng)是一種真正高效、清潔、環(huán)保的理想的鉆孔樁泥漿系統(tǒng)。隨著沖擊鉆、循環(huán)鉆等一些低效的鉆孔設備越來越多地被旋挖鉆等高效鉆孔設備所替代，各種高性能、無污染、適應地層廣的泥漿系統(tǒng)也越來越成為將來鉆孔樁施工的首選。