1· 工程概况

石家庄市城市轨道交通1号线一期工程火炬广场站—石家庄东站区间明挖区间(下穿控制中心段) 旋挖钻孔灌注桩桩径Φ0.6m，桩长在平均约15m，地质情况为中粗砂含卵石。

 

2· 聚合物化学泥浆配置步骤

    1)根据钻孔灌注桩桩长以及桩径，挖泥浆储备池，准备循环泵及空气压缩机。泥浆池下部可铺设一层塑料布，防止浆液渗流。

2)将清水注入池中，用碱性材料(如: NaOH)将溶液 pH值调至 8~10，空压机搅拌均匀。

3)打开循环泵，通过泵管口加入聚合物，均匀缓慢加入，其后用空压机搅拌并用工程漏斗测定溶液的黏度，直至浆液黏度达到要求，溶液的黏度根据现场实际的地质情况确定，本标段土层为中粗砂含卵石层，泥浆黏度达到 30 Pa· s左右即可满足施工要求。不同地质聚合物掺量参考表Ⅰ。

表Ⅰ  聚合物化学泥浆在不同地质条件下的掺量参考表

地质情况	奈普顿聚合物掺量（kg/m3）	黏度/（Pa·s）
黏土与页岩	0.2～0.6	24～30
淤泥、细到中砂	0.3～0.7	26～32
粗砂、较小砾石	0.4～0.9	26～35
卵砾石	0.7～1.1	35～45

 4)若黏度高于需要值，直接加水稀释。若低于黏度值，可继续搅拌或添加聚合物颗粒。

 

3· 施工步骤

3·1 泥浆配置

本区段土层地质为中粗砂含卵石土层，根据掺量表，泥浆黏度应在26~35Pa·s，按表Ⅱ进行配置。

表Ⅱ   聚合物泥浆配置数据

材料名称	成分	用量
水	H2O	100m3
奈普顿聚合物	高分子聚合物	40kg
片碱	NaOH	25kg

 

3·2 钻进成孔

    1)护筒内注满泥浆后开始钻进，钻进过程中需要不断的补充泥浆，保持聚合物浆液高度在护筒高度的1/2位置为宜。

2)注意提杆的速度，防止因为提杆速度太快对浆液产生很大的扰动，从而发生塌孔的现象。

3)聚合物泥浆能够有效的将钻进过程中产生的泥屑吸附沉淀，为保证其充分沉淀，在钻进深度接近设计标高时应适当的放慢钻进深度，以便于沉渣一起捞出。

 

3·3 钢筋笼吊放

钢筋笼的吊放要对准孔位，避免碰撞孔壁，到位后立即固定。

 

3·4 二次清孔

由于聚合物溶液的吸附性，将孔内泥屑快速地吸附成块而沉淀，在不发生塌孔的情况下底部沉渣厚度均不会超过10 cm，无需二次清孔。

 

3·5 水下混凝土的灌注

埋设导管，导管底距离空底标高控制在30~50 mm。首先将混凝土放至储料斗内，当储料斗内混凝土量足以将导管埋入混凝土0.8 ~1.2m时，即可开启料仓门。随着孔内混凝土面的上升和导管的拆卸，导管底部埋入混凝土2~6m，任何情况下导管的埋深不能大于6m。

 

3·6 聚合物泥浆的回收利用

在水下混凝土灌注的过程中，可以同步对聚合物溶液进行回收利用。灌桩完后，返回的泥浆需要求其黏度，如果黏度低于30Pa·s，可以打开循环泵自循环后通过出水口补充本产品，并用空压机不停搅拌，直至满足条件。

 

3·7 注意事项

1)钻进过程中液面高度不得低于护筒的 1/2，及时补充浆液。钻杆在孔内要轻提轻放，减少对孔内溶液的扰动，防止塌孔和护筒下沉。

2)在钻进至设计标高附近时，适当的放慢钻进速度，可以有效地清理孔内沉渣。

3)泥浆的回收，要进行黏度以及pH测试依据测试结果以及现场的施工需要，及时对溶液的pH值和黏度进行适当的调整和处理。混凝土面上最后1m泥浆作为废液处理。

 

4· 与膨润土泥浆的比较

    1)配置简单。膨润土泥浆钻孔至少需在施工前两天进行泥浆制备工作，对泥浆的黏度、比重等进行调整，在制备过程中需采用搅拌机不间断搅拌；聚合物泥浆只需在施工前制备，在泥浆池中放水的同时加入聚合物搅拌均匀即可施工。

2)沉渣少、成孔快。膨润土泥浆施工工艺为泥浆包裹钻孔渣样，使渣样随泥浆置换排出，旋挖钻孔桩施工因成孔较快，在成孔后泥浆中存在较多钻渣，在进行钢筋笼下放和导管安装过程中泥浆无法循环，导致钻渣下沉形成沉渣，需进行二次清孔工作，加大了钻孔桩成桩时间。而聚合物泥浆主要由高分子聚合物水解后形成，水解后分子链扩散并会与其他分子链重新连接，形成较为黏稠的近似糊状的泥浆，能够最大限度地粘住并沉淀钻屑，因此在孔桩成孔的过程中，钻渣会随着开挖进度不断沉淀，成孔后沉渣较小，且孔内泥浆中包含的钻渣很少，避免了二次清孔情况，有效的提高了成桩进度。

根据现场实际情况，在围护钻孔桩施工过程中，成孔后至混凝土浇筑开始之间的时间空隙至少为6 0 m in (成孔后钻机移位时间+钢筋笼吊装时间+导管安装时间)，且不排除个别因其他情况导致的混凝土到场不及时现场，这就更加延长了围护桩成孔后的等候时间，期间聚合物泥浆沉渣情况较稳定，一般情况下不需要进行二次清孔可直接进行混凝土灌注，而膨润土泥浆在围护桩成孔后的钢筋笼和导管安装期间，不可避免的产生大量沉渣，因此在进行混凝土灌注前必须进行二次清孔，直至沉渣厚度满足要求为止。具体沉渣厚度对比见表Ⅲ。

表Ⅲ    砂性土中沉渣厚度与时间对比统计（成孔后）

时间	聚合物泥浆钻孔沉渣厚度	膨润土泥浆钻孔沉渣厚度
30min后	5	8
60min后	5	15
90min后	7	20
120min后	7.5	26
150min后	8	28

 

3)废浆少，可循环性强。膨润土泥浆在进行钻孔过程中泥浆中会不断的参入砂、土等钻渣，当泥浆中的钻渣含量超过要求时，泥浆的黏度就会大大削减，导致废浆产生，因此膨润土泥浆在施工过程中需定期(一般为 3~5d)对钻孔产生的废浆进行清运处理，避免影响环境;而聚合物泥浆主要由高分子聚合物水解后 形成的分子链最大限度地粘住并沉淀钻屑，随着钻机开挖被排出，浆液中的钻渣含量很少，此时只需及时加入聚合物补充即可继续使用，避免了废浆的产生，可重 复循环利用。

4)对环境影响小。化学聚合物泥浆为高分子聚合物，无毒，易于降解，可以直接抛弃不会对环境造成污染。通过现场实际施工，聚合物泥浆在钻进时，使钻渣更快速的凝结，并随钻头一起被挖出，表现为钻渣表面糊状黏结物，有一定的流动性，在渣土晒干后，糊状黏结物消失，无其他异常物体。钻孔桩施工完成后，泥浆池中剩余浆液在排放前可用低浓度的NaCl或者氢氧化钠溶液进行过处理，低浓度的NaCl或者 NaOH溶液与泥浆浆液中的高分子聚合物产生化学反应，可保证泥浆的充分氧化。处理过后的溶液是环保无害的，可直接排放于附近的排水沟。

 

5· 经济型分析

    1)膨润土泥浆在钻孔桩钻进过程中消耗量较大，一是因为在钻进过程中，泥浆中的膨润土依附于已成型的孔桩壁，形成护壁泥皮；二是膨润土泥浆在循环过程中不断掺入各种钻渣杂物，形成废浆。聚合物泥浆中的聚合物吸附产生的分子膜与岩土颗粒之间形成了由上级下、由内到外的桥接链，吸附力较强，对岩土颗粒间产生了很强的胶结作用，且水解后形成的分子链 最大限度地粘住并沉淀钻屑，因此不会产生废浆，只需适时添加聚合物补充泥浆浓度即可。

2)膨润土泥浆钻孔在施工过程中因等待时间较长会多出一道施工工序，即二次清孔，此工序加大了人工成本，延长了施工时间。聚合物泥浆在成孔后沉渣情况较稳定，无需增加二次清孔工序，较膨润土泥浆施工减少了人工成本，有效地加快了施工进度。

3)膨润土泥浆钻孔在施工中会不断产生废浆，现场需及时对废弃泥浆进行清运，增加了运输和处理成本。聚合物泥浆在施工中不会产生废浆，无需进行废浆处理。

4)聚合物泥浆与膨润土泥浆钻孔施工工艺相同，所需机械要求不变。

5)相较于平膨润土泥浆，聚合物泥浆所需原材料 较少。每 100m³ 水中仅需添加40kg聚合物材料，而膨润土泥浆制备时需要大量的膨润土，因此在材料购买方面，聚合物泥浆无须经常购买原材，可一次性购买，膨润土泥浆因原材料需求量大，施工现场一般场地较为狭窄，需分多次购买膨润土等材料。

 

6· 结论

    化学聚合物泥浆可以加强钻孔桩在作业过程中对孔壁的保卫能力，更高效地阻止孔内泥浆与地层缝隙中地下水的相互渗透，显著地加快了钻渣的凝聚与沉淀速度，显著地提高了施工场地清洁，显著地减少了钻孔桩废弃浆液的产生，是高效经济环保的新型的产品，可达到理想的施工效果并确保较高的施工质量，并总结聚合物泥浆优点如下:

1)比重小、含砂率极低、渗透能力强、性能持久性强、黏度高护壁效果更加突出，能够有效地防止塌孔现 象的发生。

2)聚合物泥浆不会在孔壁上形成厚泥皮，沉渣少，增强桩基承载力。

3)清洁环保，可循环利用，便于市政工程的文明施工和环境保护。

4)减少施工成本和人工，提高施工进度和质量。

5)聚合物泥浆中含砂率低，灌注过程中和混凝土可以自行分离，提高了混凝土的浇筑质量。