1.前言

近年来，随着国家重点工程对桩基质量、成孔速度、环保等要求的不断提高，以及在高速铁路、地铁建设的带动下，旋挖钻机市场占有率迅速扩大。旋挖钻机施工具有成孔质量好、速度快，无噪音、污染小等优势。但是，由于旋挖成孔施工无循环造浆功能，只能采用静态泥浆稳定液护壁，靠不停的向孔内进行补浆来保证孔内外水压的平衡和护壁效果，所以泥浆的选用及性能指标在成孔过程中显得尤为重要。

本工程选用奈普顿化学泥浆（泥浆粉）技术，它使用简单，小巧轻便，制浆速度快，护壁效果好，沉淀凝聚速度快，无污染，在泥浆制备中具有广泛的应用前景。

2.特点

奈普顿化学泥浆（泥浆粉）是一种先进的国外技术的进口产品，是一种水溶性、易混合的粉末颗粒高分子聚合物，在水中充分溶解后成半透明糊状，粘度大。它具有如下特点：

2.1 由于化学泥浆（泥浆粉）分子量一般高达2800万以上，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，能够最大限度的粘住并快速沉淀钻屑。

2.2 在孔内由于钻具连续运动，化学泥浆（泥浆粉）和水混合的越均匀粘度就越强，凝聚力也就越快。

2.3 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

2.4 最大化旋挖钻的装载能力，提高掘进速度。

2.5 化学泥浆（泥浆粉）对钢筋机械性能无影响，某品牌化学泥浆（泥浆粉）试验数据如下：

试验项目：钢筋机械性能

溶液：0.05%聚合物溶液

试验结果：

试验条件	破坏荷载（KN）	弯曲
清水泡1d	120.7	合格
	121.4	合格
溶液中泡1d	122.2	合格
	122.1	合格

试验结论：依据GB/T228-2002标准，奈普顿化学泥浆（泥浆粉）对钢筋机械性能无影响。

2.6 化学泥浆（泥浆粉）对混凝土抗压强度无影响，奈普顿化学泥浆（泥浆粉）试验数据如下：

试验项目：混凝土抗压强度

溶液：0.05%聚合物溶液

试验结果：

试验条件	破坏荷载（KN）
清水泡7d	230
	236
	220
溶液中泡7d	240
	242
	230

试验结论：依据GB/T50081-2002标准，化学泥浆（泥浆粉）对混凝土抗压强度无影响。

2.7 无毒无污染。

3.适用范围

适用地层：粘土、砂层、人工填土及含有部分卵石碎石的地层，尤其砂性土中能发挥较大功效。

4.工艺原理

奈普顿化学泥浆（泥浆粉）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，能够最大限度的粘住并快速沉淀钻屑。

5.奈普顿化学泥浆（泥浆粉）施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程

5.1.1根据用量确定泥浆池的大小，并在池边上装好循环泵和空气压缩机。

5.1.2将清水注入泥浆池后，用20%氢氧化纳溶液调节水的PH值在8-10之间。

5.1.3在循环泵出水管口加入化学聚合物浆液，要求慢慢均匀加入，然后用空压机搅拌，使粘度到达使用要求。

5.1.4在钻进过程中，保持钻进液面，确保地层压力平衡。

5.1.5钻进完成后，根据地质、孔深，确定沉渣时间，然后打捞沉渣。若沉渣较多，应再次清渣，以确保下完钢筋笼和导管后沉渣达标。

5.1.6浇注混凝土时，应及时回收泥浆。由于混凝土会污染泥浆体系，所以最下面与混凝土接触的一米左右的泥浆不得回收，避免混凝土混入泥浆中，导致泥浆体系性能产生变化。

5.1.7在工程施工结束后，可以在泥浆池中添加适量的强氧化剂，如双氧水或者次氯酸钠等处理剂，同时通过空压机将泥浆混合均匀，静止片刻。化学泥浆（泥浆粉）就会被降解，粘度逐渐降低直至清水状态，待泥浆完全降解后即可直接排放。

5.2 操作要点

5.2.1 泥浆配比

泥浆的配比对泥浆的性能影响很大，一般情况下比例按0.01%~0.1%配制，现场应根据实地情况试验确定配合比例。

表5-1 泥浆配比参照表

地层状况	泥浆(公斤∕立方水）	粘度（秒）
粘土与页岩	0.2-0.6	24-30
淤泥，细、中砂	0.3-0.7	26-32
粗砂，较小的砾石	0.4-0.9	26-35
卵砾石	0.7-1.1	35-45

注：上表为奈普顿化学泥浆（泥浆粉）配比参考指标

5.2.2 注意事项

（1）在挖池过程中，尽量保证其大小的准确性，以保证配浆的准确性，避免浪费。

（2）在配碱过程中，一定要先把氢氧化纳配制成20%水溶液，切记直接把固体氢氧化纳直接加入泥浆池中，以便充分溶解。

（3）在上层钻进过程中，正常情况下，泥浆的黏度可以小一些，大概28秒左右就可以使用，如果上层过早出现沙层，尽量不要降低泥浆粘度。

（4）在一个泥浆池一次配浆不要过多，否则不利于搅拌，在配浆的时候，要留出充足时间，使产品充分溶解，可以达到节约成本的目的，不得在没有完全溶解的情况下使用。

（5）对孔内泥浆的浆面下1m处及离孔底以上1m处各取一次试样测试。若达不到标准规定，要及时调整泥浆性能。新制泥浆应静置24小时，测试合格后方能应用。

（6）在钻进过程中，保持液面很关键，一般情况下，要求液面不低于护筒的1/2高度处，在钻进完成后，下钢筋笼和导管的时候也要保护液面，就是说要提前配制好足够的泥浆量。

（7）钻头在出入孔口时，提、放的速度要放缓，尽量减轻对孔内泥浆的扰动，保护孔壁的稳定，避免孔口坍塌，护筒下沉现象的出现。当钻头打满提钻时，要适当反钻几下再缓慢提钻，这样可避免孔底因抽吸力过大而造成孔底部分出现坍蹋。

（8）当孔钻到设计孔深后，钻机先暂不挪位，停留在原地，等待一会(视孔深而定，一般情况下三十分钟为宜），用测绳测量孔深度，计算出沉渣厚度，再重新下钻捞取沉渣。当钻头接近孔底时，需轻放，以免扰动沉渣，使沉渣浮起，捞起沉渣将钻头提起到孔口时，不要停留控浆，应迅速将沉渣甩出。沉渣捞清后，孔内将不再有沉渣出现，便随即可下放钢筋笼，在放钢筋笼时应保持垂直，避免碰撞孔壁，以免造成新的沉渣产生。

（9）要求钻机工作人员注意保持好泥浆液面的高度，要及时给予孔内补浆。

6.材料与设备

6.1 材料

清水、20%氢氧化钠溶液、化学聚合物、双氧水或次氯酸钠。

6.2 设备(空压机造浆法)

挖掘机、循环泵、空气压缩机、比重计、重锤、工程漏斗。

7.质量控制

7.1 出产检验报告

产品进场后，应重点检查产品的出厂检验报告，下图为奈普顿化学泥浆（泥浆粉）的产品检验报告。

7.2 规范对泥浆的要求

规范对泥浆的性能及检测方法给出了依据，现场泥浆应满足规范要求。

7.2.1 地下铁道工程施工及验收规范（2003年版GB50299-1999）对泥浆提出以下要求：

（1）粘性土中成孔，可注入清水，以原土泥浆护壁，排渣泥浆比重应控制在1.1-1.2；

（2）砂土和较厚夹砂层中成孔，泥浆比重应控制在1.1-1.3，在穿越砂夹卵石层或容易坍孔土层中成孔时，泥浆比重控制在1.3-1.5；

（3）施工中应经常测定泥浆比重，并定期测定粘度、含砂率和胶体率，其指标控制：粘度为18-22s，含砂率为4%-8%，胶体率不小于90%；

（4）孔壁土质较差时，宜用泥浆循环清孔，清孔后泥浆比重应控制在1.15-1.25。

（5）聚合物化学泥浆为轻质泥浆，泥浆比重控制在1-1.1之间。

7.2.2 轨道交通车站工程施工质量验收标准（QGD-006-2005）同样对泥浆提出要求：

（1）膨润土泥浆的比重（粘土或砂性土）控制在1.15～1.20（用比重计测，清孔后在距孔底50cm处取样）；化学泥浆（泥浆粉）为轻质泥浆，泥浆比重控制在1.1以内。

（2）泥浆面标高应高于地下水位0.5-1.0m（目测）；

（3）沉渣厚度：端承桩≤50mm；摩擦桩≤150mm（用沉渣仪或重锤测量）。

8.安全文明措施

8.1 现场安全文明措施

8.1.1 泥浆池周边按国家安全规范要求做好临边防护。

8.1.2 所有施工设备和机具使用时必须由专职人员负责进行检查和维修，确保状况良好。各技术工种必须经过培训考核取得合格证，方可持证上岗操作，杜绝违章作业。

8.1.3 施工人员必带安全帽。

8.1.4 所有施工人员应掌握安全用电的基本知识和所用设备性能，用电人员各自保护好设备的负荷线、地线和开关，发现问题及时找电工解决，严禁非专业电气操作人员乱动电器设备。

9.环保措施

9.1 化学泥浆（泥浆粉）环保措施

9.1.1 泥浆经过降解沉淀后方可排放；

9.1.2 对裸露土体应及时覆盖，防止扬尘；

9.1.3 专业绿色文明施工队伍洒水降尘，保持施工现场整洁干净；

9.1.4 外出车辆应冲洗，防止挟渣带泥上路。

10.经济比选

以地铁15号线10标围护桩施工为例，基坑围护桩直径均为Φ800mm，桩长23.05m，间距1400mm，土层为以细、中砂层为主。若以膨润土为造浆材料，则每立方米的水需用80kg膨润土，若以奈普顿化学聚合物为造浆材料，则每立方米的水需用0.8kg的化学聚合物。若以膨润土400元/吨，化学聚合物20000元/吨计算，则单桩理论用量如下：

单桩理论用量表

材料	单桩理论用量	单价	单桩总价
膨润土	80KG/m³x15m³=1200KG	400元/吨	480元
化学聚合物	0.8KG/m³x15m³=12KG	20000元/吨	240元

由上表可以看出，就泥浆这一项而言，与以膨润土为造浆材料相比，以化学聚合物为造浆材料，单桩成本节约50%。该工程主体结构围护桩共计323颗，若都以化学聚合物为造浆材料，则可节约成本77520元。

此外，目前北京市场，泥浆外运消纳100元/ m³左右，土方外运30元/ m³左右，由于化学泥浆（泥浆粉）可以降解，因此降解处理后的泥浆可直接按土方外运，而膨润土泥浆外运则有1.2-1.5的消纳系数（本例取1.2）。仍以上述工程为例，则单桩泥浆消纳理论费用比较见下表：

单桩泥浆消纳理论费用对比表

材料	单桩理论泥浆量	消纳方式	单桩总价
膨润土	15m³x1.2=18m³	泥浆外运	18x100=1800元
化学聚合物	15m³	降解后按土方外运	15x30=450元

实际应用中，虽不可能每颗桩都消纳泥浆，但也会依据场地条件和围护桩的数量，设置多个泥浆池。因此，从上表可以看出，化学泥浆（泥浆粉）在消纳上的经济效益远远高于膨润土泥浆。

11.应用实例

15号线10标大屯路东站共有围护桩323颗，其中约163颗采用化学聚合物制浆，在场地布置、绿色文明施工、加快施工进度、经济效益等方面都有较好的工程应用。

另外在奥体中心商务楼基坑、大兴区观音寺商业楼基坑、京沪线高铁沧州段承台基础、房山京良路路基、地体4号线公益西桥车站基坑等工程的工程桩施工中均采用过化学聚合物造浆材料，效果良好。