化学泥浆在旋挖钻孔中的应用

张向兵 

【摘要】结合轨道城市曙光项目桩基工程，介绍化学泥浆在旋挖钻孔桩中的应用，化学泥浆具有制浆速度快，粘度大、渗透能力强，能有效调节浆液的流动性，在孔内沉淀钻屑速度快等护壁效果好的特点，成本低于膨润土泥浆，桩基施工完后可以增加孔壁与桩基的摩擦力。

【关键词】钻孔灌注桩  泥浆  化学泥浆

旋挖钻孔灌注桩具有自动化程度高、成孔速度快、质量高，能精确定位钻孔、自动校正钻孔垂直度和自动量测钻孔深度，最大限度地保证钻孔质量。传统工艺采用膨润土泥浆进行护壁，随着科学进步，国外开始使用化学泥浆，并逐渐引入国内，化学泥浆与膨润土泥浆都具有支撑孔壁的作用，防止塌孔，化学泥浆相对膨润土泥浆成本较低，具有一定的经济效益。本文就轨道城市曙光项目灌注桩施工实例介绍化学泥浆在旋挖钻孔中的应用。

一、化学泥浆概况

（一）化学泥浆基本特征

化学泥浆是以多种单体或共聚物为基础人工合成的聚合电解质，为白色颗粒粉未状，水溶性高分子聚合物，由于其分子链呈卷状分子团，这些单个的小卷受到剪切力后就会伸展开来，穿过不同的层面形成连接桥，这种表面吸附与桥接作用在钻进时会发生效力,保证周围地层的稳定，可加速泥浆液中的钻屑的沉降，有非常明显处理沉渣效果，能提高泥浆粘度和抑制泥岩膨胀，化学泥浆分子可较好地包围粘土颗粒，渗透能力强，护壁效果好，沉渣量小。

（二）化学泥浆的优点

环保：化学泥浆通常由合成聚合物和水组成，减少了传统泥浆中使用的粘土和膨润土的使用，降低了施工对环境的影响。

减少污染：化学泥浆的固体含量低，减少了钻孔过程中的悬浮物和沉淀物，从而减少了钻孔液对周围土壤和水体的污染。

改善施工条件：化学泥浆的流变性能可以通过调整配方来优化，使其在静态时具有足够的黏度和结构，在动态时又能保持良好的流动性，有助于改善施工条件。

提高施工效率：化学泥浆的携砂能力较强，可以更有效地输送钻屑，减少卡钻的风险，提高钻孔效率。

保护孔壁：化学泥浆的护壁性能良好，可以有效防止孔壁塌陷，保证钻孔的垂直度和质量。

适应性强：化学泥浆可以根据不同的地质条件和工程需求调整配方，适应各种复杂的地质环境。

便于处理：化学泥浆的废弃物处理相对容易，可以通过稀释、沉淀等方式进行处理，减少了施工后期的清理工作。

维护成本低：化学泥浆系统的维护相对简单，因为其成分较为单一，不需要复杂的处理过程。

热稳定性好：对于深基础工程中可能遇到的温度变化较大的情况，化学泥浆能够保持稳定的流变性能。

减少对钻具的磨损：化学泥浆通常具有良好的润滑性能，能够减少钻具与孔壁之间的摩擦，延长钻具的使用寿命。

与混凝土不相容：化学泥看起来像清水，与混凝土不相容。如果在混凝土浇筑过程中发生事故，如混凝土可以拉出并重新注入，不会发生夹层和破桩等质量事故，风险会降低。

用量少：100立方的水池加入50公斤左右即可形成良好的浆液，添加量为5/10000左右，可以想象其造浆的简捷、迅速，只要有水就可以开钻。

二、化学泥浆配制

（一）化学泥浆配制

化学添加剂与处理工艺使它们适合于在沙、粘土、粉土、砾石甚至卵石地层中进行钻进施工。这种技术使得施工单位可以进行长距离、穿越多种地层的施工而不用中途更换泥浆。

在配浆前先将需要的水PH值调整至8-10，然后按照比例加入化学泥浆。比例按照下表：

土层	泥浆用量（kg/m³）
黏土与页岩	0.2-0.6
淤泥，细到中砂	0.3-0.7
粗砂，较小的砾石	0.4-0.9
卵砾石	0.5-1.1

在现场通常按照聚合物泥浆0.5kg：1立方清水进行配比，在配比过程中,手感稍有粘度起线丝状即可;纯碱或碱粉的配比0.3%~0.5%。再利用空气压缩机将气压放入池内进行泥浆充分均和即可。化学浆的最大特点是固壁性强，孔内沉渣凝聚力强，沉淀速度快，人员劳动强度低，无污染制浆快，无浪费，易保存，不易变质，使用简单直接均匀溶解水中即可。

（二）化学泥浆的性能指标

（1）泥浆比重对施工的影响

泥浆比重越大，压力、压强越大，泥浆对孔壁的支撑力就越大，仅从护壁方面来讲比重越大越好，但是从灌注混凝土角度来讲，比重越大，压力、压强就越大，灌注就越困难。就旋挖钻孔灌注桩来讲，在下笼、下导管后进行的二清不仅是清理孔底沉渣，而且也要稀释浆液，这样就容易灌注混凝土。而采用化学泥浆，因其添加量只有5/10000左右形成的浆液比重易满足规范中灌注要求泥浆指标，更利于灌注混凝土。

（2）粘度对施工的影响

化学泥浆的添加量一般为万分之五的量即可形成良好的护壁浆液，但是有时为了增加粘度，即便添加量增大一倍，因其百分比很低，其比重几乎没有变化，这就是化学泥浆的特性。传统膨润土泥浆粘度大比重就大，而化学泥浆粘度大比重也不大，使用化学泥浆在粘度大的情况下灌注仍然顺利。

（3）含沙率对施工的影响:

泥浆里面含沙率越高泥浆就越差，化学泥浆形成的浆液中含沙率几乎为零。在旋挖成孔中不仅孔里沉渣少，而且泥浆池里的沉渣也少。

三、化学泥浆在旋挖钻孔桩中的应用

以轨道城市曙光项目为例，介绍下化学泥浆在旋挖钻孔桩中的应用。

（一）钻进成孔

（1）护筒内注满泥浆后，开始钻进，钻进过程中要不断补充泥浆，保持水头高度为护筒高度的1/2，防止坍孔。

（2）注意控制钻具提放速度，尤其是在出入孔口和初提钻时，尽量减少对泥浆扰动，以加快泥浆中钻眉沉降，有利于孔壁稳定

（3）与膨润土泥浆携带钻屑不同，化学泥浆快速沉淀孔内钻屑，所以在钻孔后期，为保证孔中钻屑充分沉淀，宜适当放慢钻进速度或静止半小时左右待钻屑沉淀完全后一起捞出，在终孔后停放1小时后再按照终孔深度将沉渣捞出。

（4）钻进结束后检测孔径、孔深、垂直度，验收合格后进行下一道工序。

（二）钢筋笼吊放

（1）钢筋笼的吊放要对准孔位、扶稳、缓慢，避免碰撞孔位，到位后立即固定

（2）多节钢筋笼吊放时，应将钢筋笼逐步接长后再放入孔内，利用先插入孔内的钢筋笼上部架立筋将笼体固定在护筒上，利用吊装机械将上节钢筋笼临时吊住进行两节钢筋笼的对接和绑扎，焊缝验收后冷却沉入孔内

（三）二次清孔

由于化学泥浆本身的快速沉淀钻屑性能，在成孔时孔内悬浮钻屑就已经非常少了，在钢筋笼安装完成后沉渣一般不超过10cm，无需二次清孔，有效提高了成孔效率和质量，与膨润土泥浆相比，充分体现了性能优势。

（四）水下混凝土灌注

清孔完毕后，由导管上部塞入隔水塞，塞入深度以临近水为准，当储料斗内的混凝土储量满足剪栓后首次灌注时，即保证导管底端能埋入混凝土中0.8~1.2时，即可剪栓和开启料仓门。随着不断地灌入，孔内混凝土面的上升，随时提升和拆卸导管，导管底端必须保证埋入混凝土面以下2~6m。在任何情况下，导管的埋深不得大于6m。由于化学泥浆并不在孔壁上形成厚的泥皮，且泥浆体系中不含钻屑，所以能够有效地提高桩摩擦承载力，本工程通过检测，使用化学泥浆成孔的桩在桩基检测时都能达到一类桩要求。

（五）化学泥浆施工注意事项

在施工过程中使用化学泥浆，需要注意以下几个要点：

泥浆配比：根据地质条件和施工要求，精确配制化学泥浆。过多或过少的添加剂都会影响泥浆的性能。

泥浆性质测试：定期检测泥浆的密度、粘度、PH值等关键指标，确保泥浆性能满足施工要求。

泥浆循环系统维护：保持泥浆循环系统清洁，防止杂质和固体颗粒堵塞管道和设备。

环境保护：遵守相关环保法规，对化学泥浆进行适当处理，避免对环境造成污染。

施工人员培训：确保施工人员熟悉化学泥浆的性质和使用方法，能够正确处理可能出现的问题。

应急措施：制定应急预案，以便在发生泄漏或其他事故时迅速采取行动，减少损失和环境影响。

泥浆储存：妥善储存化学泥浆和添加剂，防止其受到污染或变质。

泥浆更新：定期更换或更新泥浆，避免长时间使用同一批泥浆导致性能下降。

施工设备适应性：选择适合化学泥浆使用的钻具和设备，确保施工效率和安全。

现场监管：加强现场监管，确保施工过程中各项操作符合规范和安全要求。

（六）化学泥浆的经济效益

化学泥浆在钻孔灌注桩施工中的应用可显著提升施工效率，降低钻进阻力，加快钻孔速度，减少人力物力成本；同时，稳定井壁减少事故风险，延长工具使用寿命，减少泥浆损耗，提升桩基质量，且易于环保处理，节能降耗，实现经济效益最大化。但需精确控制性能，优化配置以适应地质条件和工程需求。

四、结语

化学泥浆在中国的应用广泛，在地基与基础工程中，尤其是在深基坑开挖和大型桩基施工中，化学泥浆用于钻孔灌注桩的施工过程，以保持孔壁稳定，防止塌陷，提高桩的质量和施工效率。

此外，随着环保意识的增强和技术的进步，化学泥浆的环保型产品也越来越受到重视。在中国，环保法规和标准的制定促使企业开发低毒性、易降解的泥浆体系，以减少对环境的影响。

在应用化学泥浆时，国内企业和工程团队通常会考虑到成本效益、环境保护、施工安全和技术可行性等多方面因素，以确保化学泥浆的高效和可持续使用。此为无署名版使用。