浅谈钻孔桩与泥浆相关的一些问题

[摘要] 目前施工的螺旋钻及冲击钻，均需要采用泥浆护壁，本文主要介绍一套泥浆的制备、回收利用及关于水头控制方面的一些经验。

中图分类号：TE08 文献标识码： A

[关键词] 泥浆制备、回收、水头控制、节能、环保

中图分类号： TQ172文献标识码： A

泥浆护壁的优点：

泥浆护壁具有众多优点，概括为：冷却、、护壁、浮渣、除砂。泥浆是粘土与水的拌和物，由于泥浆的静水压力比水大，可在井孔壁上形成一层泥皮，阻隔孔外渗流，保护孔壁免于坍塌，泥浆还起了浮悬钻渣的作用，使钻进作业正常进行。

造浆材料的作用及选用

地下水的化学成分：地下水通常无色、无味，含有多种元素。含量较高的是克拉克值高且在水中有较大溶解度O、Ca、Mg、Na、K，以及克拉克值不高但溶解度大的元素，如Cl等。有些元素如Si、Fe等虽然其克拉克值高，但其溶于水的能力很弱，在地下水中的含量不高。各种元素在水中通常以离子的形式存在。如Cl-、S042-、HC03-、Na+、Ca2+，他们决定了水化学成分的基本类型地下水所含的各种元素的离子、分子、化合物的总含量，成为矿化度，矿化度低的以HC03-、Mg、Ca2+，矿化度高的以含Cl-、Na+为主，矿化度中等的以含S042-、Ca2+为主，有时水中还含有多种气体及胶体物质。

在钻孔过程中，为了防止发生扩孔、塌孔、缩径等现象，应保持孔壁稳定，使用不分散、低固相、高粘度的泥浆进行护壁。泥浆的各种原材料的作用和掺入比例分叙如下：

a、膨润土的作用：主要含钠质粘土，泥皮薄、稳定性好、造浆率高。

b、纯碱：主要作用是增大PH值，使土颗粒进行分散，增加表面负电荷，来吸附带正电荷的钻屑，使泥浆悬浮钻屑效能更好，因此回流孔内泥浆PH值应稍高一些。纯碱溶解性好，当膨润土和水搅拌均匀后便可加入，加速土的膨化。纯碱掺量为泥浆体积的0.3%-0.5%，即100m3泥浆需用300-500公斤。

c、羟甲基纤维素（CMC），能提高泥浆粘度,用量为体积的0.005%-0.01%,即100m3泥浆约需用5～10kg。

d、聚丙烯酰胺(PAM)（淡水使用）。其突出功能是提高泥浆的粘度。用量为泥浆体积的0.003%左右,即100米3泥浆约需用3.0kg,其增粘效果远大于CMC。

e、PAC（适用于海水）、全称：聚阴离子纤维素（PAC），化学名称：聚合氯化铝(Polyaluminium Chloride)

理化指标：PAC是一种无机高分子混凝剂。有较强的架桥衣服性能，在水解过程中伴随凝聚、吸附、沉淀等物理化学作用。主要通过压缩双层，吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕等机理作用，使水中细微悬浮粒子和胶体离子脱稳，聚集、絮凝、混凝、沉淀，达到净化处理效果。用水直接采用海水，PAC先在现场水解，然后稀释投入孔内，PAC在孔内掺量按0.7kg/m3比例造浆。

3、造浆设备的选用

造浆设备的选型原则为因地制宜，并且应该与造浆材料相对应，不能死搬硬套。比如说，钻机钻头、泥浆泵、空压机均可作为造浆设备用来拌浆。

例如，1、如果孔体本身具有一定的造浆能力，土质中粘土含量较高，不需要外加粘土或膨润土造浆的，设备就较为简单。只需要将胶凝材料化成胶体，等膨化后就可倒入孔中。纯碱一般可以直接导入孔中，溶解不受影响。切忌将纯碱直接倒入胶体中，有人为了避免PAC等粘结成块，往往把纯碱和PAC干粉搅拌后，再倒入水中，这是一种错误的做法。

2、如果孔体本身不能不具有造浆能力，例如以下地质：粉砂、卵石、大漂石、岩石等。可以简单地将粘土倒入孔内，利用钻头的回旋或抖动来拌浆。不过造浆效果不是很明显。尤其采用膨润土造浆时，由于膨润土没有真正膨化成为粘土，效果就像粉砂。随着泥浆的循环，很容易被排出孔体。

4、泥浆指标要求：

a、比重：正循环旋转钻机、冲击钻使用管型钻头钻孔时，入孔比重可为1.10～1.30；冲击钻使用实心钻头时，孔底泥浆比重不宜大于：黏土、粉土1.30；大漂石、卵石层1.40；岩石1.20。

b、黏度：入孔泥浆黏度，一般地层为16～22s；松散易塌地层为19～2s（清水一般在15±0.5秒）。

c、含砂率：新制泥浆不大于4%。

d、胶体率：不小于95%。

e、PH应大于6.5。（海水为7，饮用的矿泉水略大于7）。

清孔时，泥浆比重不大于1.10；含砂率小于2.0%；黏度为17～20s。孔内排出或抽出的泥浆无2～3mm颗粒。

5、造浆工艺

5.1、造浆工艺的选择主要取决于以下几个因素：钻进工艺、水质、地质条件。

水质的影响：比如提高黏度的材料，PVC适用于海水的含盐量较大水质条件；CMC、PAM适用于河水等含盐量较小或不含盐的水质条件。

地质条件的影响：地质条件决定了造浆材料的选取。如果地质中含有较多的黏性土质，黏土本身具有造浆能力，自然就减少黏土或膨润土、胶凝材料的加入。只需要加入纯碱调节PH值。

如果黏土中不具有黏性土，就要就要加入黏土、胶凝材料、纯碱等材料。造浆材料的投放顺序为：海水—膨润土—纯碱，等膨润土膨化后，再将稀释后的PAC胶水拌入。一般来讲，造好的新浆比重不会超过1.10。

5.2、泥浆配合比的选择：泥浆配合比应根据理论配合比，现场配合，通过反复调试后获得最合理的现场配合比。下面的理论配合比（总量比）仅做为参考：水：膨润土∶纯碱＝100∶38∶0.25，换算为造浆材料体积就是：水∶膨润土∶纯碱＝1m3∶6袋∶2.5kg。

5.3、造浆材料的投放顺序为：

海水（淡水）膨润土纯碱PAC胶水。

第一步、根据泥浆的需求量，确定造浆池的容量。

第二步、利用空压机：空压机采用6立方的即可，空压机气管端头就采用气举反循环气管（顶端封闭，周边2m打眼）。将气管端头沉入水中，通风搅拌水体。

第三步、在造浆过程中，为减少膨润土遇水凝结成块而沉淀，最好一边用空压机拌浆，一边投入膨润土。（膨润土膨化期一般为24小时左右。虽然膨润土的主要成分为钠质黏土，但膨化前它就像砂土一样，根本起不到护壁作用，在钻进中极易很快就被除砂机当沉渣除掉。）

第四步、将纯碱加入泥浆中。由于纯碱属于盐类，其显碱性属于属于水解反应：CO32-+H2O

HCO3-+OH -、HCO3-+H2OH2CO3+OH -。反应以第一个方程式为主，所以，纯碱显弱碱性。由于纯碱溶解性大，一般不会凝结成块，在加入泥浆时略微搅动即可。

第五步、将PAC粉末与常温海水按1/3的重量比，一边用木棒搅拌，一边投加PAC，形成半透明的胶体。投放中注意PAC粉末要均匀地洒在水面，用木棍快速搅拌，防止PAC结块。一旦结块，PAC就会失去作用。一般来讲，PAC需要发酵12～24小时，才能最大程度地发挥作用。刚搅拌的胶液投放效果不是很好。

第六步、将胶化后的PAC胶水倒入泥浆中搅拌均匀便可。

第七步、由于泥浆的胶体率一般都达不到100%，如果长时间不搅动，上部均会出现清水，所以必须定期搅动。

6、泥浆的回收和储存

6.1、泥浆回收部位：主要回收在灌桩早、中期的泥浆，由于混凝土灌注晚期的泥浆中含砂较多，泥浆性能差，不适宜回收利用。灌注中的泥浆含有大量的水泥浆可大大地提高粘度，泥浆性能较好。另外，回收的泥浆在重新利用前，最好检验一下泥浆指标，必要时可加入外加剂改善泥浆性能。

6.2、运输和储存：如果周转的路线较长，可以准备一台专用的泥浆运输车。甚至可以在泥浆车上装上一套抽浆设备，配备相应的水管和接头。泥浆储存可以在较深的空护筒里，或者直接排放到需要泥浆的位置。

7、水头的控制

由于孔体的稳定性与泥浆面高度有很大的关系，必须随时调整水头。孔内水头一般保持在高于孔外2～3米为宜，可以防止穿孔、漏浆、塌孔等。为了保持以上参数，必须保持护筒中水头与海平面同步，即同升同降。尽量避免孔内失水严重，孔内水头低于孔外时较危险。另外，应加大夜间施工的巡查力度，尤其是后半夜水头的控制，由于海上涨潮、退潮快，潮面变化大，及时调节水头很有必要。

8、结束语：泥浆控制对钻孔桩施工具有举足轻重的作用，涉及到进度、成本、安全、环保等方方面面，绝不能掉以轻心，必须因地制宜的采取相关措施，以上拙见算是抛砖引玉，欢迎大家拨冗斧正。

参考文献

[1]《铁路桥涵钻孔桩施工技术指南》（TZ322-2010）；

[2]《客货共线铁路桥涵工程施工技术指南》（TZ203-2008）；

[3]《铁路桥涵工程质量验收标准》（TB10415-2003J286-2004）。