旋挖钻机专用聚合物泥浆

旋挖施工泥浆方案解决专家

www.chinaneptune.cn

      摘要：近年来旋挖钻机市场占有率迅速扩大，旋挖钻机在复杂地质条件下施工具有成孔质量好、速度快、无噪音、无污染等优势。文章通过兖矿榆林100万吨/年煤间接液化制油工业示范项目的实例来阐述化学泥浆在复杂地质条件下旋挖成孔施工工艺中的应用。 

      1 工程概况 
　　兖矿榆林100万吨/年煤间接液化制油工业示范项目气化装置区，总占地面积56089m2，总建筑面积为87095.23m2。其中：磨煤厂房17329.23m2，总7层；气化框架28429.36m2，总10层；渣水处理21934m2，总5层；基础均采用钻孔桩。 
　　1.1 地形地貌 
　　厂址所在区域地处陕北黄土高原和毛乌素沙漠的接壤地带，地貌单元属毛乌素沙漠东南部边缘地带固定沙丘。场地地形起伏较大，由东北向西南逐渐降低，地面标高1171.66～1186.63m，相对高差14.97m。 
　　1.2 场地水文地质条件 
　　该地区属于北纬带半干旱草原气候，地貌上可划分为风沙区、黄土丘陵沟壑区和河谷阶地区。厂区地下水类型为潜水，主要靠大气降水补给，水位年变幅约1.0～2.0m。 
　　1.3 场地地层结构 
　　1.3.1 （1）层细砂素填土（Q4ml）：褐黄色，稍湿，松散，主要成分为细砂，土质均匀，底部见多量杂草和植物根系。 
　　1.3.2 （2）层细砂（Q4eol）：褐黄色，稍湿，松散，主要成分为石英、砂质均匀，结构松散，磨圆度差，颗粒级配差。 
　　1.3.3 （3）层细砂（Q4eol）：褐黄色，湿～饱和，稍密，主要成分为石英、砂质均匀，结构松散，磨圆度差，颗粒级配差。 
　　1.3.4 （4）层细砂（Q4eol）：黄褐～黄灰色，饱和，中密～密实，砂质均匀，以石英、长石为主，磨圆度差，颗粒级配差。（4-1）层细砂（Q4eol）：灰～深灰色，中密～密实，饱和，含少量有机质，砂质较纯，级配差，颗粒以长石、石英为主。 
　　1.3.5 （5）层新黄土（Q3eol）：褐黄～黄褐色，可塑，含少量氧化铁，手捻有砂感，土质均匀，偶见姜石和针状孔隙，见钙质条纹。（5-1）层细砂（Q3eol）：褐色，密实，饱和，含少量黏性土，稍具可塑性。 
　　1.3.6 （6）层老黄土（Q2eol）：棕红色，硬塑，土质均匀，见铁锰氧化物斑点。 
　　1.3.7 （7）层全风化砂岩（K）：棕红～紫红色，岩芯呈密实细砂状，采取率大于90%。该层风化不均，分布不连续。 
　　1.3.8 （8）层强风化砂岩（K）：棕红～紫红色，岩芯呈块状，短柱状，采取率大于90%。场区普遍分布。 
　　1.3.9 （9）层强风化泥岩（K）：棕红～紫红色，岩芯呈坚硬黏土状，岩芯采取率大于95%。场区普遍分布。 
　　1.3.10 （10）层中风化砂岩（K）：棕红～紫红色，岩芯呈长柱状，一般长度为10～20cm，最大长度约为45cm，岩芯采取率大于95%。该层勘察深度未穿透。 
　　1.3.11 （11）层中风化泥岩（K）：棕红～紫红色，泥质结构，层状构造，岩芯呈长柱状，一般长度20～30cm，最大长度约为40cm，易干裂。该层勘察深度未穿透。 
　　1.4 成孔方法选择 
　　桩基采用旋挖成孔灌注桩，考虑到工程进度比较紧张和环保要求等因素，通过对现场地质情况的分析，采用国内目前应用广泛的250型旋挖钻机。 
　　2 泥浆的重要性 
　　规范要求泥浆的比重控制在1.15～1.20g/cm3之间（用比重计测，清孔后在距孔底50cm处取样），泥浆的粘度18～22Pa·s，泥浆的含砂率应不大于4%。钻孔泥浆质量差将造成以下后果： 
　　（1）无法形成护壁泥膜或形成泥皮粘附力差，易于脱落，导致孔壁稳定性差，易塌孔和缩颈。 
　　（2）泥浆的稠度大，比重大，含砂率高，形成的泥皮质量差，厚度大，降低桩的侧摩阻力。 
　　3 化学泥浆应用研究 
　　在本工程中复杂地质条件下，需要较大粘度的泥浆达到稳定的护壁效果，彻底解决钻孔过程中的塌孔问题，同时，要求钻渣沉淀速度快，确保桩身质量。经过反复对比研究，决定采用化学聚合物泥浆。本工程中采用化学聚合物泥浆。 
　　3.1 泥浆配制 
　　旋挖取土成孔中，静态泥浆作为成孔过程的稳定液，主要作用是护壁。化学聚合物泥浆主要由高分子聚合物水解后形成。由于泥浆聚合物分子量一般高达2000万以上，水解后分子链扩散并会与其他分子链重新连接，故会形成较为粘稠的近似糊状的泥浆，能够最大限度地粘住并沉淀钻屑。该泥浆体系能对孔壁提供压力，防止在不稳定地层中钻孔的坍塌；同时最大化旋挖钻的装载能力，提高掘进速度。 
　　3.2 性能指标 
　　化学泥浆的性能指标为：泥浆比重（g/cm3），指标1.0，粘度（Pa·s）35，pH值8.0～11.0，含砂量（%）≤0.5。 
　　经工程师确认后，可用盐水配浆，泥浆的密度允许增大至32kg/m3。泥浆检测时，泥浆的温度应大于4℃。 
　　3.3 旋挖钻进成孔 
　　3.3.1 在护筒内注满泥浆后，开始钻进，钻进过程中要不断补充泥浆，使孔内水头高度始终保持不低于护筒高度的1/2，以防止压力失控导致坍孔。 
　　3.3.2 钻进结束后检测孔径、孔深、垂直度，验收合格后进行下一道工序。 
　　3.4 二次清孔 
　　由于化学泥浆本身的快速沉淀钻屑性能，在成孔时孔内悬浮钻屑就已经非常少了，所以在钢筋笼后测量沉渣厚度均不超过10cm，根据实际情况可不进行二次清孔，有效提高了成孔效率和成桩质量，体现了与粘土造浆以及膨润土泥浆的不同。 
　　另外化学泥浆并不在孔壁上形成厚的泥皮，且泥浆体系中不含钻屑，所以能够有效地提高摩擦承载力。 
　　3.5 化学泥浆应用效果 
　　采用化学泥浆后，再也没有出现过塌孔现象，旋挖成孔速度明显加快，一般可以达到10～12小时成一根桩。同时，成桩质量也有明显提高。通过检测，使用化学泥浆成孔的桩97%以上达到了I类桩标准。