奈普顿化学泥浆是一种容易溶解于水的白色细小粉末颗粒状聚合物，在水中充分溶解后呈半透明粘结状，是一种高分子量的合成聚合物环保泥浆，它和膨润土泥浆都属于稳定液这个范畴，属于轻质无固相泥浆；外观是白色细小粉末颗粒状， 内部是由许多单体分子化合物链接聚合而成的长链状化合物。该类型泥浆在孔内使钻渣快速沉降，钻机钻孔时泥浆浆体清澈，钻具表面干净，由于旋挖钻钻具在孔内来回掏渣，奈普顿聚合物与水拌和均匀、粘结度高、凝聚力快，护壁效果好， 回浆后杂质沉淀极少，且无毒无污染，对钢筋、混凝土无腐蚀等不良影响。

1 奈普顿化学泥浆特点

1.1 护壁原理

化学泥浆极长的分子链呈卷状无序的分散于泥浆中，这些卷状的分子链受到剪切力后会伸展开来，穿过不同的层面形成连接桥。

化学泥浆注入钻口后，一定数量的聚合物分子吸附在钻孔孔壁的土粒表面和两个土粒的间隙上，在桥接作用下形成一种网状吸附。这种网状吸附的胶结作用，使孔壁得到初步稳定。

随着吸附的连续进行，孔壁的聚合物吸附网不断加密， 同时一定数量的聚合物分子在孔壁内外差的作用下渗透进孔壁内部土粒间隙中，在土体空隙的表面上同样形成聚合物分子的吸附胶结作用。

1.2 控制沉渣

化学泥浆控制沉渣的方式和传统的膨润土有所不同。简单来说，膨润土是通过调高比重，使膨润土泥浆的比重大于或等于沉渣的比重，通过冲孔的方式将沉渣携带出来 ；而奈普顿化学泥浆是一种轻质无固相泥浆，沉渣在聚合物泥浆中会快速沉淀下去，旋挖钻在正常施工中即可将沉渣打捞出来， 并通过调整泥浆黏度保证护壁效果，成孔后相比于膨润土泥浆不需要二次清孔，减少清孔时间，提高效率并能保证沉渣厚度以达到成桩质量控制。

1.3 提高混凝土灌注质量

化学泥浆因其比重低，能加速钻渣沉淀，泥浆中含砂率低， 与混凝土自行分离，化学泥浆属于轻质泥浆，与膨润土泥浆相比其用量少、泥浆比重低、黏度高、含砂率极低，起到很好的护壁效果，混凝土灌注顺利、不易堵管，提高钻孔桩混凝土灌注质量。

2 工程概况

2.1 京沈客专京冀段 14 标 工程简介

本标段共有2 座特大桥，分别为动车走行线跨铁科研环线特大桥和试车线特大桥。

本标段共有桥梁钻孔灌注桩788 根，桩径范围在1.0m ～ 1.5m， 桩长范围在31 m～ 69m ，均为摩擦桩，采用旋挖钻成孔工艺。

桥址区位于北京市朝阳区东五环，第四系全新统冲洪积层，岩性为黏土、淤泥质粉质黏土、粉质黏土、粉土、细砂、中砂；第四系上更新统冲洪积层，岩性为黏土、粉质黏土、粉土、粉砂、细砂、中砂 ；局部地表覆盖第四系人工堆积层，岩性为素填土、杂填土和填筑土。

层次	岩层说明		层深m	层厚m	地层描述
1	杂填土		0.9	0.9	杂色，松散，以砖灰渣为主，含少量生活垃圾
2	素填土		3.3	2.4	黄褐色，中密，稍湿，以粉土为主，含少量砖渣
3	黏土	σ0=120KPa	5.6	2.3	褐黄色，硬塑
4	粉土	σ0=140KPa	7.9	2.3	灰黄色，密实，潮湿，可见铁锈斑纹及有机质
5	粉质粘土	σ0=160KPa	12.4	4.5	褐黄色，硬塑
6	黏土	σ0=120KPa	15.7	3.3	黄灰色，硬塑，土质不均，局部含粉土薄层
7	粉砂	σ0=110KPa	17.8	2.1	褐黄色、中密、饱和，成分以石英长石为主，可见云母颗粒
8	中砂	σ0=330KPa	19.0	1.2	褐黄色、中密、饱和，成分以石英长石为主，可见云母颗粒
9	粉质粘土	σ0=200KPa	26.2	7.2	褐黄色、硬塑，可见铁锈斑纹，局部含姜石
10	粉土	σ0=180KPa	28.2	2.0	黄灰色、密实、稍湿， 可见铁锈斑纹及有机质， 土质不均
11	细砂	σ0=300KPa	29.3	1.1	褐黄色、密实、饱和，成分以石英长石为主，可见云母颗粒
12	粉质粘土	σ0=200KPa	30.3	1.0	黄灰色、硬塑，可见云母颗粒及有机质
13	中砂	σ0=450KPa	43.7	13.4	灰色、密实、饱和，成分以石英长石为主，可见云母颗粒
14	黏土	σ0=180KPa	48.4	4.7	黄灰色，硬塑，可见云母颗粒及有机质，土质不均
15	粉土	σ0=200KPa	49.3	0.9	黄灰色，密实、潮湿，可见云母颗粒及有机质
16	粉质粘土	σ0=200KPa	50.9	1.6	黄灰色，硬塑，可见云母颗粒及有机质
17	细砂	σ0=300KPa	53.5	2.6	灰黄色、密实、饱和、成分以石英长石为主，可见云母颗粒
18	黏土	σ0=180KPa	55.9	2.4	黄灰色，硬塑，可见云母颗粒及有机质
19	细砂	σ0=300KPa	60.0	4.1	黄灰色，密实、饱和，成分以石英长石为主，可见云母颗粒

桥址区为典型地质断面

3 奈普顿化学泥浆施工钻孔桩施工工艺流程及造浆方法

3·1 奈普顿化学泥浆造浆方法

奈普顿化学泥浆造浆方法主要有泥浆池内造浆及孔内直接造浆法，本文主要介绍后者。

3·1·1 开挖泥浆池，根据钻孔桩长及泥浆排放量计算确定泥浆池大小，泥浆池开挖完成后，坑内铺设塑料薄膜，防止泥浆下渗，影响后期施工地基的稳定性，减少换填方量，注入清水。

3·1·2准备足够用量的旋挖钻机专用奈普顿聚合物泥浆材料，根据桥址区地质情况及试桩参数计算出一根桩总用量和施工每米平均用量。

3·1·3 用水泵从泥浆池向孔内泵入清水，根据试桩确定的用量参数使用带刻度量杯将奈普顿旋挖钻机专用聚合物泥浆材料缓慢均匀的洒在喷射的水流上，同时旋挖钻机保持搅动状态，保证聚合物泥浆材料与水搅拌均匀得以充分融化。

3·1·4 在护筒内先进行泥浆的配制，根据桥址区地质情况， 上部杂填土较厚，护筒内配制时要适当加大用量，一般为平均用量的1.5 ～ 2 倍，检测各项泥浆指标，满足要求后进行钻进； 在钻进超出护筒底部以下2 ～ 3m 后，加量按照平均用量添加即可。

3·1·5 在正常施工时，孔内造浆要安排专人负责，时刻保证孔内泥浆液面高度。添加聚合物泥浆时间、次数和重量严格按照试桩时计算出的平均量控制，并经常检测孔内泥浆指标。

3·1·6 如遇特殊底层过厚（砂层、卵石层等）、孔壁不稳定、存在漏浆等现象时，根据水量适当增大材料用量，主要控制孔内泥浆黏度满足要求。

 

4 奈普顿化学泥浆施工质量控制措施及注意事项

4·1 质量控制措施

4·1·1 旋挖钻头的密封性控制

钻机钻进时掏渣筒开合器要旋转灵活、与筒壁间隙满足要求。间隙过大时要及时修整（如加焊钢板），防止钻头在提升过程中钻渣从间隙处漏失导致孔内沉渣厚度增加。

4·1·2 钻进操作控制

在护筒内调制好泥浆检测满足各项指标要求后方可开钻， 开钻后要及时往孔内注入奈普顿聚合物材料，并同时向孔内抽入清水，随时保证孔内泥浆液面不低于护筒上沿50cm，以保证钻机在钻进过程中孔壁的稳定。

施工过程中要注意钻具的提升和下放速度，特别是在每次提升钻头和出入孔口时要放慢速度，减少对孔壁的扰动， 保证孔壁稳定。

4·1·3 孔底沉渣的控制

每次下钻要尽可能的多打捞钻渣，使掏渣筒内填满，减少在泥浆中分散的钻渣，以便减少孔内沉渣的产生。为保证孔内沉渣厚度，在距离终孔深度0.5 ～ 1 米时，暂停30 ～ 40min， 让孔内泥浆沉淀一段时间，用测绳量测待沉渣不再明显增加后再进行钻进掏渣至设计孔底标高。这种方法能够将最终孔底沉渣厚度控制在规范要求的20cm 以内且不需要进行二次清孔。

4·1·4 泥浆材料检测指标控制

根据本项目桥址区地质情况及钻孔灌注桩试桩总结，使用奈普顿化学泥浆时泥浆主要控制参数如下表所示。

奈普顿化学泥浆主要检测参数

※※※4·2 施工注意事项 ※※※

（1）在钻进过程中，保持孔内水头并及时添加奈普顿化学泥浆材料，使孔内泥浆的液面始终保持在离护筒上沿50cm 左右。钻机操作人员在提升和下放钻头时轻提、轻放，减轻钻头对孔壁的扰动，保证孔壁的稳定。

（2）钻进过程做到匀速伸、收钻杆，根据试桩总结及本项目施工过程总结，旋挖钻钻进过程中土层进尺11 米 / 小时， 砂层进尺8.75 米 / 小时，单斗进尺50 ～ 60cm ；在离设计孔深2m 处，应适当放缓钻进速度，这样可以有效彻底清除孔内的沉渣。

（3）在距离设计孔底0.5 ～ 1m 时，暂停钻进30 ～ 40min， 使孔内钻渣充分沉淀后再下钻头轻轻捞取沉渣 ；用测绳测量孔深，达到设计要求深度后，即可下钢筋笼，在下放钢筋笼时应保持垂直，避免碰撞孔壁。

（4）下导管前，导管要进行密封性试验，合格后方可使用， 下放导管时，将导管法兰拧紧，防止泥浆渗漏到导管内造成质量事故。

（5）泥浆回收时，混凝土表面上的最后1m 泥浆，不要回收，做抛弃处理。

 

5 使用奈普顿化学泥浆优点

5·1 造浆简单

使用奈普顿聚合物材料造浆简便，旋挖钻施工无需在泥浆池内造浆，直接在孔内注入清水同时按试桩确定的每延米掺量加入奈普顿聚合物材料即可造浆，现场配制与操作简单。

5·2 造浆速度快

奈普顿聚合物孔内造浆相对膨润土造浆速度更快，2 ～ 5 分钟即可成浆，可快速处理沉渣，保证成桩质量，降低灌注难度。

5·3 节约成本

使用奈普顿聚合物造浆材料价格相对膨润土要高，经过现场测算对比，其每延米用量少，且浆体含砂率低，成孔后不需要二次清孔，节省造浆及成桩时间，节省人工，且一个泥浆池可以保证4 ～ 6 个承台钻孔桩使用，减少现场泥浆池开挖数量，降低施工总体成本。

5·4提高成桩质量、绿色环保

增加桩基摩擦承载力，提高成桩质量，护壁效果好，有效控制扩孔系数及混凝土用量，奈普顿聚合物材料可降解、用量少，对钢筋、混凝土无污染，能较好控制成桩质量。

 

6 效益分析

6·1  ※※※经济效益 ※※※

聚合物掺入量为黏土地层0.2 ～ 0.6kg/m³、细到中砂地层

0.3 ～ 0.7kg/m³，以桩径1m、孔深50m、掺量0.5kg/m³ 为例计算总用量和施工每米的平均用量。

膨润土造浆掺入量为膨润土60-80kg/m³ ，以桩1m、孔深50m、掺量70kg/m³ 为例计算总用量和施工每米的平均用量， 按照50% 的回浆利用率计算。

6·2 社会效益

化学造浆减少了部分施工工序，缩短了施工工期，同时无毒无污染、不产生废浆减少污染排放。