旋挖钻机专用聚合物泥浆

旋挖施工泥浆方案解决专家

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 【摘要】旋挖钻孔灌注桩是一项隐蔽性地下连续作业一次性完成的施工技术，特别是在旋挖钻孔成孔期间，成孔过程中需要泥浆来确保孔壁不发生坍塌等事故。本文作者根据自己近年来在西北地区有多个项目施工，西北地区地层多是特殊性地层地段，地层以细砂和粗砂层为主，黄土状地层为辅，提出自己的见解。

        引言：我在西北地区参与施工了项目中有较典型的两个地层。在这两个典型地层施工项目中，公司分别采用了两种不同的泥浆材料进行施工。其中在内蒙鄂尔多斯市汇能项目中采用的是优质膨润土；在陕西榆林市中煤项目中采用的是高效化学泥浆。一下为本人针对两个项目在具体应用中对两种泥浆材料进行对比分析体会。 
　　工程地质条件和工程概况 
　　1.1工程地质条件 
　　 ①  内蒙施工地段地层为:

　　 ②榆林施工地段地层为：厂址所在范围内，场地开阔，固定半固定沙丘密布，自然地形波状起伏，属于典型的低矮沙丘和移动沙丘地貌，未见其他不良地质作用。 
　　单元层 

　　1.2工程概况 
　　 ①内蒙工程为大型煤化工厂厂房基础桩基，设计要求机械成孔，主要设计参数为：桩径800mm，桩型分为摩擦桩和端承桩两种，端承桩桩端入⑦粉砂质泥岩与细砂岩互层，满足入岩要求可终孔，混凝土强度C30，孔底沉渣厚度小于100mm，摩擦桩按设计成孔深度控制。 
　　 ②榆林工程同为大型煤化工厂厂房基础桩基，设计要求旋挖成孔，主要设计参数为：桩径800mm，桩型为端承桩，端承桩桩端入④3中风化泥质砂岩，满足入岩要求可终孔，混凝土强度C30，孔底沉渣厚度小于100mm。 
　　主要施工措施 
　　 2.1内蒙工程采用旋挖钻机成孔，膨润土造浆，具体施工作法如下： 
　　①砖砌泥浆池，分为搅浆池和沉淀池，比例为1:2，容量分别为44方和88方。在搅浆池内悬挂3PNL泵进行搅拌循环泥浆；沉淀池为灌注排浆沉淀后排回搅浆池循环利用。 
　　②按照比例配置泥浆，泥浆参数为比重范围1.10-1.2，泥浆粘度18s-22s,含砂率小于4%。经过分实际配置，清水搅备40方泥浆需膨润土20-25袋；当沉淀池回浆后搅备40方泥浆需约15袋膨润土，搅浆人员每班2人。 
　　③当搅备好泥浆后，当班技术人员需每池进行检测，检测合格后方可使用。 
　　④膨润土造浆，钻机在钻进中，钻杆要匀速伸缩，尤其在出入护筒口处要缓慢提升和下放，减少钻头对孔内泥浆的扰动强度，避免塌孔。 
　　由于成孔的地层大部分为粉细砂和细砂，在钻进砂层过程中必须采用砂斗钻进。 
　　2.2榆林工程采用旋挖钻机成孔，采用高效化学泥浆，具体施工作法如下： 
　　①砖砌泥浆池，分为搅浆池和沉淀池，沉淀池采用立体式沉淀，设立三个沉淀池互通，出水口高差错开成自由流动，最后流入搅浆池内入池内泥浆再行调制成合格泥浆。（见下图） 
　　②按照化学剂：水：火碱=0.4KG:1000KG:0.4KG的比例配好泥浆，泥浆粘度不小于23s 
　　③在搅浆池内池底铺设带有小孔的环形塑料管并接通空压机，使用空压机气体使泥浆充分匀和。塑料管上的小孔间距易为30cm-50cm间距布置。 
　　④按比例配置泥浆，泥浆参数为：粘度不小于23s，搅浆池约为50方，即搅备50方泥浆需2袋化学物（每袋2kg）。当每池泥浆搅备完成后当班那技术人员需及时检测泥浆参数，符合要求后方可使用。 
　　⑤采用化学泥浆，同样钻机在钻进中，钻杆要匀速伸缩，尤其在出入护筒口处要缓慢提升和下放，减少钻头对孔内泥浆的扰动强度，避免塌孔。 
　　由于成孔的地层大部分为粉细砂和细砂，在钻进砂层过程中必须采用砂斗钻进。由于化学泥浆的特性是孔内悬浮钻屑沉淀时间快，施工中需留置30cm-50cm少于设计深度不在钻进，放置20分钟左右后采用捞砂钻头将留置深度和孔底沉渣清除，清除沉渣时，钻头下放要缓慢，避免对孔底沉渣扰动，提升钻杆同样要缓慢，否则沉渣在扰动后悬浮，砂斗并没有完全清理干净孔底沉渣。 
　　两种泥浆的原理分析 
　　 3.1膨润土泥浆的原理 
　　膨润土是一种粘土质矿物质，主要成分为蒙脱土，其矿物结晶结构与表面特性使泥浆具备良好的性能。在基础工程中，通常将膨润土、水和少量的火碱混合而成即膨润土泥浆，其具备可调控性、比重和降失水性，在相当多的情况下能够满足悬浮钻渣，稳定井壁、防止漏失、冷却和润滑钻头的基本钻进需要，并且膨润土来源广泛，成本较低，配置使用方便。根据不同的的适用条件，泥浆分为多种类型。针对内蒙工程的地层特点，在砂层、砾石、卵石以及破碎地层中施工，钻机成孔的难度很大。这类地层由于地层土颗粒之间缺乏胶结，钻进时孔壁极易坍塌。膨润土泥浆同时有其实际操作过程中的缺点，泥浆中含砂率大，孔内当含砂率超标时，沉渣厚，易造成孔壁水化崩塌，泥皮脱落后，造成塌孔等孔内事故，所以在保证地层压力的同时，应尽量降低泥浆的密度和含砂率，其次孔内泥浆失稳后，护壁效果不理想，孔内沉渣量大，砂土地层沉渣量达到2-3m很正常。并且膨润土泥浆在经过几次循环后会失去粘度，性能变差，因此成孔循环泥浆在经过4-5次循环后进行更换。由于孔内回收泥浆中含砂率高，沉淀池内沉淀物多，因此沉淀池需2-3天或灌注40根桩左右进行清理，清理频率过高。在使用完成后，处理泥浆废液较为困难。

3.2化学泥浆的应用原理 
　　化学聚合物泥浆在旋挖钻孔灌注桩施工中是一种高分子量的人工合成聚合物,是一种水溶性，易混合的粉末颗粒聚合物，在水中充分溶解后成半透明状，粘度大，它可以在较低的浓度条件下,创造极佳的黏度环境.它极长的分子链呈卷状无序地分散于泥浆中,穿过不同层面形成连接桥,从而在孔壁上形成一张薄薄的富有很强张力的保护层，保证周围地层的稳定;同时,这种作用也可以帮助泥浆最大限度地黏结住被切削下的钻屑,提高钻进效率。该泥浆的特点是泥浆总是保持清澈透明， 钻杆钻头表面干净，在孔内由于钻头连续运动，化学泥浆和水混合的越均匀粘度就越强，凝聚力也就越快，且化学泥浆在孔内沉淀杂质和钻渣速度非常快。其次化学泥浆针对环境无毒无污染，它具有废浆易于降解处理、回收率高可直接抛弃的绿色环保的优点。根据此榆林工程针对此特点和地层特点采用化学泥浆。

　　4、膨润土泥浆和化学泥浆在应用上的对比 
　　通过以上分析两类泥浆的成浆原理和具体应用中的示例，进行比较两类泥浆在砂土施工中的不同点。首先，从技术角度分析：膨润土泥浆对成孔效果良好，但是形成泥皮过厚，这对于摩擦型桩会消弱其侧摩阻力；当成孔后放置时间过长时，孔内泥浆上下不均匀，部分悬浮物逐渐沉于孔底在孔底形成沉渣，采用气举反循环清孔费时费力。化学泥浆在成孔中护壁堵漏成孔效果同等膨润土泥浆，进过钻进技术措施控制后，孔内泥浆稳定，悬浮钻屑钻渣少，二次沉渣少，放置时间相对较长等技术优点。其次从搅备泥浆制作工序分析，膨润土泥浆需专门配置搅浆人员，且具有搅拌时间长，配置泥浆略微困难，配合工具多得缺点。化学泥浆具有绿色环保特点和使用简单，小巧灵便，不需特殊配备搅浆人员，只需钻机操作人员制备即可，制浆速度快，配合工具少的优点。最后从成本分析：膨润土泥浆虽然具备应用广泛和货源普遍，成本低得特点，但是在使用过程中由于循环性差，不利于泥浆的回收使用。化学泥浆成本虽然高，但是其灌注泥浆回收后可直接使用，循环次数多，经过实际分析后，化学泥浆比膨润土泥浆更省钱。 
　　5、总结 
　　最后，本人通过总结在类似地层中的使用一般规律，在西北地区殊性地层地段，地层以细砂和粗砂层为主，黄土状地层为辅的地区，设计桩长30m以内桩长，宜采用化学泥浆。工程施工中只有科学合理的应用好泥浆是成孔质量的保证，施工效率低保障，是良好的施工成本控制点。