王 涵，黃志強(qiáng)

(沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110870)

0 前 言

我國(guó)大部分地區(qū)存在著鈣質(zhì)膠結(jié)地質(zhì)，由于沉積物在膠結(jié)作用下，使鈣質(zhì)膠結(jié)地質(zhì)富含大量的碳酸鈣及其難溶的碳酸鹽類物質(zhì)。鈣質(zhì)膠結(jié)地質(zhì)卵石形狀不規(guī)則導(dǎo)致孔隙大從而強(qiáng)度低，并且在施工時(shí)，施加壓力很容易破碎。工程實(shí)例中，在膠結(jié)鈣質(zhì)地質(zhì)鉆孔施工時(shí)，卵石層受到結(jié)構(gòu)擾動(dòng)使結(jié)構(gòu)物間的應(yīng)力驟減，影響樁基承載力。

在鉆孔過(guò)程中，有塌孔、跑漿等現(xiàn)象，遇到卵石的時(shí)候，鉆進(jìn)速度較慢，需采用合理的施工工藝，保證樁基的成孔質(zhì)量，其中最有效的方式是優(yōu)化鉆孔泥漿。目前，鉆孔灌注樁技術(shù)已經(jīng)比較成熟，然而在實(shí)際工程中，鈣質(zhì)膠結(jié)地層的鉆孔施工很難滿足開(kāi)挖面穩(wěn)定的條件,從而給施工帶來(lái)困難，嚴(yán)重時(shí)甚至引發(fā)工程事故。在鉆孔過(guò)程中很容易發(fā)生孔壁失穩(wěn)現(xiàn)象，影響施工安全及進(jìn)度，為了解決這一問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的泥漿可以起到護(hù)壁的作用。影響泥漿性能的因素包括泥漿的原材料及添加劑的配合比等。泥漿的比重過(guò)小，則泥漿護(hù)壁的性能較差，然而泥漿比重并不是越大越好，當(dāng)泥漿的比重過(guò)大時(shí)，泥漿的粘度也會(huì)隨之增加，影響泥漿的流動(dòng)性，在鉆孔施工過(guò)程中出現(xiàn)磨損器具等問(wèn)題。本文對(duì)眾多學(xué)者的研究進(jìn)行總結(jié)分析，希望為實(shí)際工程提供參考。

1 鉆孔泥漿各種問(wèn)題

對(duì)于鉆孔施工中鉆孔泥漿的各種問(wèn)題，一般可概括為：①添加劑在施工中的使用具有一定的盲目性，一般很難滿足鉆孔施工泥漿要求；②目前常用的膨潤(rùn)土泥漿添加劑，添加量往往憑工程經(jīng)驗(yàn)添加，其泥漿指標(biāo)難以控制，缺乏相關(guān)理論指標(biāo)支撐，而且單一的膨潤(rùn)土泥漿效果較差，單純?cè)黾优驖?rùn)土用量難以滿足施工條件，造成大量浪費(fèi)，還產(chǎn)生了廢棄泥漿難以處理，污染環(huán)境等一系列問(wèn)題，因此，新型不分散泥漿系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)對(duì)材料的保護(hù)和泥漿的應(yīng)用具有重要意義；③目前泥漿優(yōu)化技術(shù)的研究和應(yīng)用缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，添加劑類型的選擇、漿料比例、性能參數(shù)和指標(biāo)的測(cè)定與控制方法、注入?yún)?shù)的選擇和合理控制試驗(yàn)等都依賴工程經(jīng)驗(yàn)，往往達(dá)不到預(yù)期效果，造成人力、物力、財(cái)力的巨大浪費(fèi)，甚至可能造成工程事故。

2 泥漿護(hù)壁研究現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)外鉆孔泥漿采用的大多是膨潤(rùn)土、水、添加劑所組成的泥漿體系，但當(dāng)面對(duì)不同地質(zhì)情況時(shí)，所需要的泥漿性能也不同。

耿永勝曾經(jīng)提出電動(dòng)泥漿護(hù)壁法施工工藝可以起到泥漿護(hù)壁的作用。李生才等通過(guò)對(duì)泥漿護(hù)壁機(jī)理研究，發(fā)現(xiàn)泥漿的比重、粘度、靜切力等性質(zhì)對(duì)孔壁穩(wěn)定性起到重大作用。蔣龍[1]采用試驗(yàn)方法分析制漿添加劑對(duì)泥漿基本性能的影響規(guī)律，得出了常用的六種制漿添加劑在不同配合比條件下對(duì)泥漿主要性能指標(biāo)的影響，將試驗(yàn)結(jié)果分析與工程實(shí)例相結(jié)合，初步確定適合于砂卵石地層的泥漿配合比參考值，對(duì)不同性能的泥漿開(kāi)展?jié)B透試驗(yàn)，研究了泥漿的三大性能指標(biāo)對(duì)其滲透性能的影響。曾帥[2]以武漢地鐵小鎮(zhèn)車站施工為研究對(duì)象，分析巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁施工時(shí)，出現(xiàn)的孔壁失穩(wěn)現(xiàn)象和泥漿護(hù)壁方法，對(duì)鉆孔施工在巖溶地區(qū)常出現(xiàn)的質(zhì)量事故提出相適應(yīng)的預(yù)防措施。姚志偉[3]通過(guò)厚砂層鉆孔灌注樁泥漿護(hù)壁穩(wěn)定性研究，表明貫穿整個(gè)樁基施工流程的關(guān)鍵工序是泥漿工藝，并分析了泥漿制備工藝與孔壁穩(wěn)定性和樁基承載力的聯(lián)系，通過(guò)FLAC3D軟件模擬分析了砂層厚度、泥漿比重與孔壁變形的關(guān)系，認(rèn)為砂層厚度與泥漿比重呈反比關(guān)系，泥漿比重越小，孔壁變形越大，穩(wěn)定性越差，為深厚砂層鉆孔灌注樁的成孔工藝積累了一定經(jīng)驗(yàn)[3]。董宏波、王秀芳采用正交試驗(yàn)在膨脹性軟土地區(qū)對(duì)鉆孔灌注樁泥漿護(hù)壁配比進(jìn)行分析，得出泥皮的厚度主要與試驗(yàn)材料中的膨潤(rùn)土有關(guān)，其膨潤(rùn)土含量越高，泥皮的厚度越大。王建等[4]通過(guò)分析泥漿護(hù)壁過(guò)程，發(fā)現(xiàn)泥漿失水量和泥皮厚度是水敏性火山灰沉積巖地區(qū)土成孔和提高樁側(cè)摩阻力的關(guān)鍵，并通過(guò)正交試驗(yàn)確定泥漿的最優(yōu)配合比，較好地克服在蘇拉馬都海峽水敏性土體中鉆孔施工時(shí)的塌孔、擴(kuò)孔問(wèn)題。王春河和許滿吉針對(duì)目前國(guó)內(nèi)單一使用膨潤(rùn)土泥漿存在成本高、不適應(yīng)復(fù)雜地層等問(wèn)題，以南京長(zhǎng)江隧道為背景，利用廢棄泥漿和高分子材料在不同配合比下，優(yōu)化泥漿的性能以及應(yīng)用在復(fù)雜地層。Bassey Akong在2011 年研究了孔壁失穩(wěn)機(jī)理在于塌孔、開(kāi)裂現(xiàn)象，同時(shí)提出泥漿護(hù)壁除了在保持孔壁穩(wěn)定的同時(shí)，大大減少了鉆孔灌注樁的施工成本以及提高了施工效率，減小施工工期。Heinz針對(duì)普通膨潤(rùn)土泥漿在強(qiáng)滲透地層中，經(jīng)常無(wú)法形成穩(wěn)定泥膜而導(dǎo)致孔壁失穩(wěn)的問(wèn)題，研究了添加劑對(duì)膨潤(rùn)土泥漿粘度、失水量等的影響，結(jié)果表明聚合物泥漿的流動(dòng)性及在強(qiáng)滲透地層中成膜質(zhì)量比普通膨潤(rùn)土泥漿要好。

3 泥漿滲透研究現(xiàn)狀

程展林等通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)，研究了聚合物泥漿在中粗砂地層中的成膜情況，研究表明泥漿的粘度太大時(shí)，泥漿無(wú)法滲入進(jìn)土體，無(wú)法有效成膜保持孔壁穩(wěn)定。袁大軍等[5]以砂卵石地層為背景，研究了泥漿相對(duì)密度、粘度以及滲透壓差對(duì)泥漿滲透成膜的影響規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果表明：泥漿在地層中滲透的時(shí)間與泥膜抗?jié)B性能呈正比關(guān)系；形成泥膜時(shí)的壓差越大，泥膜越致密堅(jiān)韌，抵抗?jié)B透破壞的能力越強(qiáng)。閔凡路等[6]以不同性質(zhì)的泥漿開(kāi)展?jié)B透試驗(yàn)，通過(guò)泥漿滲透裝置測(cè)定泥膜形成過(guò)程中地層超靜孔隙水應(yīng)力的變化規(guī)律，分析影響其分布的因素，明確了泥膜的作用機(jī)理。Tao Xu[7]在改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室裝置中進(jìn)行了膨潤(rùn)土泥漿滲透到飽和砂土中的試驗(yàn)，研究泥漿滲入過(guò)程及泥膜的形成條件，對(duì)于低密度的泥漿，由于泥膜中含有大量顆粒，因而泥膜相對(duì)更厚，但是具有更高的滲透性。LIU Dongshuang 以南寧地鐵圓礫石層施工中使用泥漿為例，利用自行設(shè)計(jì)的泥漿滲透裝置，進(jìn)行了不同配比泥漿在圓礫石層中的滲透成膜試驗(yàn)，研究了泥漿比重、粘度、滲透系數(shù)等對(duì)成膜的影響，并對(duì)灌漿壓力對(duì)滲水量、成膜時(shí)間、漿膜形狀等進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。結(jié)果表明：泥漿比重隨黏土含量的增加而線性增加，粘度隨CMC含量的增加而線性增加。漿液比重越高，成膜質(zhì)量越好。漿液粘度越高，形成漿液膜的時(shí)間越早，漿液中滲入的水量越小。泥漿比重對(duì)滲透水量的影響大于粘度對(duì)滲透水量的影響。日本學(xué)者Takeshi Watanabe 和Hirnobu Yamazaki在強(qiáng)滲透地層開(kāi)展泥漿滲透實(shí)驗(yàn)，測(cè)量泥漿滲透成泥膜時(shí)的失水量，分析泥漿比重對(duì)泥漿成膜時(shí)泥漿失水量的影響，研究表明：泥漿滲透時(shí)的失水量與泥漿比重呈反比關(guān)系，與泥漿滲透壓力呈現(xiàn)正比關(guān)系，并且向泥漿中添加細(xì)砂顆粒，可以有效提高泥漿比重，從而達(dá)到降低泥漿滲透成膜時(shí)產(chǎn)生的失水量，同時(shí)也說(shuō)明提高一定泥漿比重，滲透形成的泥膜質(zhì)量會(huì)較好。

4 結(jié) 語(yǔ)

由于我國(guó)地質(zhì)復(fù)雜，很多地方的地質(zhì)都不滿足建筑施工要求，這時(shí)就要用到樁基礎(chǔ)。為避免鉆孔過(guò)程中孔壁出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，采用優(yōu)質(zhì)性能的泥漿來(lái)解決這一問(wèn)題，而泥漿的性能則是泥漿護(hù)壁成敗的關(guān)鍵因素。因此，對(duì)泥漿制備的研究成為施工的關(guān)鍵，而目前泥漿優(yōu)化技術(shù)的研究和應(yīng)用缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，添加劑類型的選擇、漿料比例、性能參數(shù)和指標(biāo)的測(cè)定與控制方法、注入?yún)?shù)的選擇和合理控制試驗(yàn)等都依賴工程經(jīng)驗(yàn)，往往達(dá)不到預(yù)期效果，因此，對(duì)泥漿的制備仍需進(jìn)行大量研究。

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