一.导言
 近年来，随着国家建设的快速发展，高速铁路、高速公路和市政道路工程不断建设。地铁建设在各种工程中发展最快，对桩基质量、成孔速度和环境保护的要求不断提高。在钻孔灌注桩的施工中，旋挖以质量好、速度快、噪音低、无污染或污染小的优点迅速占领了桩基市场。由于旋挖成孔施工没有循环造浆功能，只能用静态泥浆来稳定液壁保护，泥浆不断向孔内供应，保证孔内外水压平衡和护壁效果。目前，膨润土矿泥在我国仍用于护壁，但在一些复杂的地质条件下，膨润土矿泥具有一定的局限性。随着市场的发展，国外化学聚合物泥浆技术逐渐引入中国，并取得了良好的效果。下面以Xi地铁6号线3号线边坡站为例，说明复杂地质条件下化学聚合物泥浆护壁大功率旋挖钻机高效成孔技术。
 
 二、项目概况
 2.1项目概述
 边坡站位于高新区，位于西太路与拟建魏36路交叉口。车站主体沿西太路西侧南北方向布置。这是6号线的第二站。它与南客运站和北魏32站相连。车站为地下两层岛式站台，有效站台宽度为11m，地下一层为车站大厅层，地下二层为站台层。有效站台中心里程为yck12+215.000，车站总长215.75米，标准断面总宽度19.7米，有效站台中心里程轨道面埋深15.35米
 2.2工程地质和水文地质
 1.2.1工程地质
 (1)岩土分层及其特征
 标段沿线涉及的地层主要有第四系全新统q4、第四系上更新统q3、第四系中更新统q2等。从上到下。自上而下的主要地层特征如下:
 1-1杂填土q4ml:主要沿西台路分布，杂色、松散、混合组成，主要由沥青、碎石和混凝土块组成，含大量砾石。
 
 1-2素填土q4ml:广泛分布于地表，主要为棕黄色，硬塑，主要由粘性土组成，含少量砾石，土质不均匀。
 2-1黄土状土q4al+pl:广泛分布于地表，是全新世的主要地层，主要为黄褐色，局部夹有软弱层，土质较均匀，孔隙针状，虫洞发育良好，可见姜饼和蜗牛壳碎片；主要是硬塑料。
 
 2-2粉质粘土q4al+pl:主要分布于黄土状土壤下部，为全新世主要地层，黄褐色，主要为塑性，局部夹软弱层，土质较均匀，含黑点，偶有姜石或蜗牛壳。
 
 2-4粉质细砂q4al+pl:仅部分揭露，褐黄色，潮湿~饱和，主要致密，砂质不纯，含分散砾石，局部夹薄层粉土。
 
 3-1新黄土q3eol:主要分布在魏32站入口段，褐黄色，主要为硬塑，土质较均匀，含白色钙质菌丝，偶尔有姜石和蜗牛壳碎片。
 
 3-2古土壤q3el:主要分布在魏32站入口段。主要为棕红色，硬塑，除针状气孔外，有白色菌丝、钙质结核和几个丰富的整合层。
 
 3-3粉质粘土q3al+pl:分布广泛，为上更新统的主要地层，颜色混合，主要为浅灰色、褐黄色、黄棕色，主要为塑性，局部软塑性，土质较均匀，含铁锰斑和钙质结核，局部富含钙质结核。
 
 3-4粉质土q3al+pl:局部分布，浅灰色、灰黄色、潮湿、密实，土质较均匀，含少量钙质结核，局部夹薄层砂。
 3-5粉细砂q3al+pl:间断分布，浅灰色，灰黄色，饱和，致密，纯砂，矿物成分主要为长石应时，含少量云母。
 
 3-6中砂q3al+pl:浅灰色、灰黄色、饱和致密，含不纯砂和少量粘性土。
 
 3-7粗砂q3al+pl:浅灰色、灰黄色、饱和致密、不纯砂，含少量粘性土和砾石。
 
 4-3粉质粘土q2al+l:分布广泛，是中更新世系列的主要地层，颜色混合，主要为深灰色、青灰色和灰黑色，主要为塑性，土质较为均匀，含铁锰斑和零星钙结节，局部钙结节丰富。
 
 4-4粉质土q2al+l:局部分布，颜色混合，主要为深灰色，稍湿密实，土质不均匀，含砂和姜石。
 4-5粉细砂q2al+l:间断分布，灰色，饱和，主要为致密不纯砂，含少量砾石和粘性土，局部块状。
 
 4-6中砂q2al+1:间歇分布，灰色，饱和，致密，非饱和砂，含有少量砾石和粘性土，部分成团块状。
 4-7粗砂q2al+l:局部分布，灰色，饱和，致密，砂质不纯，含少量砾石和粘性土，局部块状、快速。
 
 (2)工程地质条件评价
 投标区间穿越的相关地质评价见表2-2:
 表2-2岩土层工程地质评价
 地层号
 地层名称
 呼叫
 特点及其对工程的影响
 1-2素填土工程性质差，基坑开挖易坍塌，桩基施工易坍塌。
 3-1黄土具有轻微的湿陷性，局部湿陷性中等，压缩性中等，具有一般工程性质
 3-2古土壤膨胀势弱，中等压缩，工程性质一般为3-3粉质粘土。
 适度压缩，良好的工程性能
 3-5粉砂作为地基持力层，工程性质良好。但是基坑开挖后容易坍塌，在水头压力作用下容易引起边坡失稳和涌砂。在明挖基坑施工中，降水管井和挡土桩施工容易出现流砂和塌孔现象，处理不当容易引发工程地质灾害。桩基容易坍塌。
 
 3-6中砂3-7粗砂3-8砾石砂4-3粉质粘土
 土地
 中等压缩性，良好的工程性能
 4-5粉砂作为地基持力层，工程性质良好。然而，基坑开挖后容易坍塌，在水头压力作用下导致边坡失稳和涌砂。在明挖基坑施工中，降水管井和挡土桩施工容易出现流砂和塌孔现象，处理不当容易引发工程地质灾害。桩基容易坍塌。
 
 4-6中砂4-7粗砂4-8
 砾石砂3.2.2水文地质
 (1)地下水位及动态特征
 根据调查报告，地下水位高程为411.18 ~ 413.53米，地下水位埋深为6.9 ~ 9.2米，地下水位与季节、气候、地下水赋存、补给和排泄密切相关。雨季从每年的七月到十月。大气降水丰富，水位将明显上升。冬天，随着降雨量的减少，地下水位会下降。根据多年动态资料分析，地下水年变化为1.0~2.0m，水位呈下降趋势。
 (2)地下水的赋存和类型
 该段地下水类型主要为第四系松散层孔隙潜水。场地潜水发生在第四纪全新世、上更新世和中更新世冲积粉质粘土和砂土中。主要含水层为上更新世和中更新世的粉质粘土和砂层。
 (3)地下水补给、径流和排放

 该地区地下水补给主要通过大气降水入渗、农业灌溉和侧向径流补给。其径流方向与地形坡度一致。地下水一般从丰河东南流向西北。第四系松散层孔隙水和浅层承压水通过错流相互作用得到补充。主要排水方式有蒸发、侧向径流排水、人工开采、

潜水溢流排水等。

 
 三.化学泥浆的制备和使用
 3.1泥浆的制备
 泥浆在钻井过程中非常重要，起着保护井壁和防止坍塌的作用。特别是在本工程的素填土层和砂层，泥浆性能将直接影响钻井的成败。通过对试桩的仔细研究和比较，发现聚合物化学泥浆护壁的抗塌孔和抗渗漏性能最好。
 
 3.2钻井泥浆质量差造成的后果
 (1)未能形成护壁泥膜或泥皮附着力差，容易脱落，导致井壁稳定性差，容易塌孔和缩径。
 (2)泥浆稠度大，比重高，含砂量高，质量差，形成的泥皮厚度大，降低了桩的侧摩阻力。
 
 (3)厚浆沉积并粘附在钢筋笼上，导致钢筋与混凝土之间的结合力降低。泥浆比重过大增加了混凝土水下灌浆的阻力，减小了混凝土的流动半径，使大部分混凝土骨料堆积在堆芯内，而钢筋笼外几乎没有骨料，这不仅具有桩身质量
 如果质量不好，桩的侧摩阻力难以发挥。
 3.3粘土浆制作

 钻孔灌注桩开始施工时，考虑到成本因素，粘土被用来制作泥浆。比例为:水:粘土:纯碱= 100: 40: 0.2(加入纯碱可以提高泥浆的ph值，分散粘土颗粒，增加粘土颗粒的表面负荷，增加水合膜的厚度，提高泥浆的胶体率和稳定性)。施工过程中，

泥浆随机取样，比重为1.03 ~ 1.1，粘度为18 ~ 20pa·s，含砂量为2% ~ 4%。泥浆漏失和井壁坍塌发生在使用该泥浆保护井壁的钻井过程中。主要塌孔地层为素填土层和砂层。经分析，认为孔原坍塌是由于泥浆比重小、粘度低，使得孔壁不形成固体泥皮，素填土层与砂层空之间的空隙无法有效封堵，护壁效果差。

 3.4膨润土泥浆制作
 根据地质勘探报告，素填土层和砂层相对较厚，砂层反复出现，松散到稍密，土质杂，孔隙度大，容易产生砂流，粘土泥浆不再能有效地护壁，漏浆和塌孔严重，影响桩的质量，因此决定用膨润土制成泥浆。
 (1)泥浆原料
 钻井泥浆由不分散、低固体分、高粘度钠基膨润土制成，加入适量纯碱(na2co3)。膨润土:钠基膨润土用量为8%，即8公斤膨润土可与100公斤水混合。碳酸钠:又称纯碱，提高泥浆的胶体率和稳定性，降低失水率。用量为泥浆的0.2%。
 (2)浆液混合
 泥浆是通过机械搅拌制备的。搅拌时，向搅拌机中加入一定量的清水，然后缓慢加入与水量对应的膨润土，开动机器搅拌。最后加入纯碱，浆液形成后，打开浆液出口门排出浆液。
 (3)膨润土性能指标检测

 搅拌泥浆后，测试泥浆的所有性能。三项指标为比重1.04 ~ 1.06，粘度1 ~ 20pa·s，含砂量< 1%。试验完成后，再次钻孔，素填土层护壁效果明显提高，砂层效果不明显，仍有泥浆漏失和塌孔现象发生。这说明在复杂地质条件下，

按照常规性能指标要求，泥浆护壁效果不明显。

 3.5化学泥浆的应用
 在本工程复杂的地质条件下，要求泥浆具有较高的粘度、封堵性和较好的护壁效果，以达到稳定的护壁效果，彻底解决钻孔过程中泥浆漏失和塌孔问题，确保施工进度和桩身质量。经过反复对比研究，决定使用化学聚合物泥浆。
 (1)泥浆制备
 静止泥浆是土壤旋转开挖成孔过程中成孔过程中的稳定液体，其主要作用是保护墙体。使用高分子化学聚合物泥浆可以在孔壁周围形成牢固的保护膜，有效封堵孔壁周围的空间隙，防止泥浆泄漏，同时向孔壁提供压力，防止不稳定地层钻孔坍塌和流砂。而且能充分发挥旋挖钻进的工作效率，提高掘进速度。化学泥浆的原料及配比见表1。
 
 表1化学泥浆的主要材料和比例

 
 第一批泥浆在搅拌器中搅拌。搅拌时，先向搅拌器中加入一定量的清水，然后按比例缓慢加入膨润土，再加入各种化学添加剂。由于增粘剂可能影响膨润土的溶胀，应在膨润土加入后，开始机械搅拌。泥浆形成后，应打开泥浆门，使泥浆流入泥浆罐中的泥浆储罐。今后泥浆配制时，根据现场实际情况，利用现有钻孔灌注桩的钢套管作为搅拌槽来搅拌泥浆。泥浆的原料是按上述顺序加入的。启动并混合均匀后，取样进行泥浆检测。检测合格后，将混合好的成品泥浆注入泥浆罐储存。
 
 (2)性能指标泥浆性能指标见表2。
 
 材料名称比例/%
 水
 100膨润土
 6羟甲基纤维素0.2纯碱0.2 803大裂缝堵漏剂
 1.5重晶体粉末

 根据需要合并