聚合物泥浆在复杂地质钻孔桩施工中的应用

邵国民

（中国煤炭地质总局浙江煤炭地质局，杭州 310021）

1 引言

随着时代的不断发展，当今社会对复杂地质钻孔桩施工这样一系列的隐蔽基础工程的施工质量提出了越来越高的要求，因为相关地质钻孔桩施工的质量，与日常的生活以及社会发展工作有着十分密切的联系。行业内部的相关研究学者为了提升地质钻孔桩的载荷能力，也花费了不少的时间和精力进行研究，在近些年来一种高分子聚合物泥浆引起了行业内部的广泛关注，因为其在使用的过程中，相对于以往传统泥浆材料而言，有着十分抢眼的表现。

2 聚合物泥浆性能概述

2.1 聚合物泥浆基本性状简述

对实际的复杂地质钻孔桩施工进行深入的分析，可以发现要想切实提高相关施工的工程质量，一方面施工技术探究和发展是一个十分重要的研究方向，但是从另一方面进行考虑，要想从根本上提升设计师工作的质量，针对所用到的施工材料的探究工作，也是一个必不可少的研究方面。伴随着国际化学制备工艺的不断发展和完善，在近些年来，针对复杂地质钻孔桩施工的研究工作也发展神速，一种名为高分子聚合物泥浆的钻孔桩护壁技术，引起了行业内部相关研究学者的关注，在时下的复杂地质钻孔桩施工过程中，有许多施工团队也将该种聚合物泥浆进行了较为广泛的实验性应用，在应用的过程中，发现了其相比于以往所用的泥浆材料，这种聚合物泥浆主要有以下几个方面的优势：首先这一个聚合物泥浆在生产的过程中，依赖于时下较为先进的高分子生产技术，所以其相对的生产工艺以及所用到的生产材料都相对低廉，这就使得这种聚合物泥浆在使用的过程中，相对于传统泥浆材料而言，具有材料生产以及其实际的制备工艺均较为低廉和简单的优势；其次，这种聚合物泥浆在使用的过程中，相对于传统材料而言，由于其分子性能更加稳定，所以在应用的过程中能够切实提升复杂地质钻孔桩实际承载力，能够使得工程项目施工中遇到复杂的施工地理环境，有着更为高效的应对能力。除此之外，在这里要特别指出的一点就是，这些高分子聚合物在使用的过程中，由于其分子性能具有一种叫做各向异性的特性，所以在实际施工过程中，能够切实的提升钻孔的有效性，这将能够在很大程度上提升钻头工作状况提高施工速度，进而起到缩短复杂地质桩孔桩施工工期，提升实际工作效率的目的[1]。

2.2 聚合物泥浆的有效成分简介

对这种聚合物泥浆的组成部分进行深入的研究，可以发现由于该材料形态的特殊性及实际的组成部分，主要包括以下两种常见物质，一种就是较为常见的静态高分子聚合物，组成材料为动态高分子聚合物，其具有的特殊成分，在组合的过程中实际比例也有一定的特殊性，但是这种材料的实际应用中存在一定的争议，文章不将其作为重点在这里进行详细的分析，仅仅是针对两种组合成分之中的静态高分子聚合物为本次研究重点进行深入的分析。静态高分子聚合物的实际使用部分为以下几个方面，首先是对时下的化学制品的工艺要求较高，特别是高分子化合物，只有保证化学制品的安全才能从根本上控制聚合物泥浆的应用效果，如：聚乙烯醇冲洗液。该配方中以聚乙烯醇为助剂,以三氯化铁和硼砂做交联剂,形成结构较强的无固相冲洗液。优点在于,依靠聚乙烯醇的多个羟基与井壁吸附成膜,稳定松散层;缺点在于配制工序精细且复杂,可操作性较差。如聚乙烯醇需要在50℃左右加热溶解,交联剂的用量需要严格控制,而且需要分罐单独配制。三者均为化工产品,有一定的毒性,对人员损伤较大。在这里要特别指出的就是，两种材料进行混合搅拌的过程中，工作人员需要向相关材料中加入一定量的纯碱，进行该工序的主要目的就是，为了保证在后续施工过程中，能够使得实际的聚合物泥浆的钻孔效果更加理想化，此外，相关的施工人员还会根据实际工作环境和施工要求，加入一定量的高分子化合凝剂，其主要目的就是为了改变高分子化合物与水之间的整体比例，起到除砂除屑等杂质离子的最终目的。

3 聚合物泥浆在复杂地质钻孔桩施工中的应用简析

3.1 工程概况

杭政储出某地块围护工程的施工，位于杭州市拱墅区桃源路，围护施工采用旋挖钻孔灌注桩和三轴水泥搅拌桩，钻孔灌注桩桩径分别为ø600、ø700，桩长20～29m，持力层为中等风化凝灰岩。该区块是典型的复杂地质环境，根据工程地质勘察资料，地面以下16m左右范围内均为淤泥质粘土和粉质粘土地层，且地下水相对比较充足，施工难度大。施工工艺方案中采用普通的仇山粘土作泥浆材料，但在钻进施工过程中，钻孔出现了较严重的宿径、掉块甚至塌孔等现象，且成孔时间长难度大。针对施工出现的这些问题，现场技术人员认真分析工程地质勘察资料，并对泥浆的各种性能进行测试，经综合分析对施工方案作了调整，决定在旋挖钻进过程中使用聚合物化学泥浆，并进行了若干根桩的试验，试验表明，使用聚合物化学泥浆钻进效果良好，起降钻具对孔壁的抽吸作用明显减小，钻孔过程中未出现宿径、塌孔等现象，而且清孔时间也明显缩短，从此本工程的钻孔灌注桩全部使用聚合物化学泥浆，确保了工程质量和工期。

3.2 泥浆护壁性能的试验

3.2.1 泥浆配置工作

针对旋挖钻机钻孔桩施工进行深入的分析，可以发现相关的技术人员对化学聚合物的配比工作十分重视，因为该种化合物的实际比例将能够给钻孔施工产生十分重要的影响，在一般的情况下，相关的技术人员在钻进过程中会在施工泥浆中加入适量的稳定剂，这一步操作的实际工作目的就是为了提升钻进工作中所用泥浆的稳定性，进而改良钻孔桩孔壁的物理及化学性能，以提升其钻孔孔壁整体稳定性，从而进一步增加施工的安全性。对配置的高分子聚合物泥浆机性能进行深入的研究和分析，由于受到高分子化合物的实际性能属性的作用，其实际泥浆的粘接性也会受到不同程度的影响，其中一个最为关键的影响因素就是高分子化合物的水解程度，我们知道针对不同种类的高分子化合物，其水解程度在应用的过程中存在一定的差异，其对聚合物泥浆性能的影响表现如下，随着聚合物泥浆中高分子化合物的水解程度不断提升，所对应的聚合物泥浆的粘度将会随之提升，在通常的情况下，这种关系将是一个较为明显的正比关系，而且在图像表现上为线性关系。但是以高分子的相对分子质量为实际研究方向进行深入的分析，可以发现其也存在一个较为明显的临界点，也就是说当高分子相对分子质量处于200万以下的时候，技术人员如果将这部分的高分子材料应用于聚合物泥浆的连接，聚合物泥浆的粘接性的影响并不是十分大，甚至可以说这种影响可以忽略不计，即使技术人员在泥浆中大量使用该种型号的高分子材料的情况下，在后续的施工过程中，极易出现孔壁上各类岩层剥落甚至跨坍，导致的孔内事故影响桩孔质量。由于钻孔桩设计一般均较深,在受到岩土挤压和地下水侵蚀的双重影响下,钻孔很有可能出现变形甚至是坍塌的情况,影响后期混凝土正常浇筑和实际的使用效果。合理配置聚合物泥浆为钻孔桩的冲冼液,可以提高孔壁的稳定性。基于这些方面的考虑,引入聚合物无固相泥浆体系,利用该类型渗析胶结性质、吸附胶结作用,达到碎石土胶结目的,增强孔壁的稳定性。固壁主要通过吸附膜来实现,由于有较高的水分子、高聚合物分子吸附速度能够获取较好的浆液固壁效果。考虑到泥浆固壁要求,应注意根据井壁颗粒表面吸附点,使聚合物如聚乙烯醇分子长度适宜。从当前聚合物无固相泥浆应用看,交联剂通常选择硼砂,聚合物以非离子型聚合物为主。若聚合物为非离子、阴离子结合,交联剂选择氯化铝、硫酸铝等无机盐,这类交联剂内有Fe3+、Al3+阳离子存在,满足聚合物使用要求。

3.2.2 旋挖钻机施工工作简析

针对旋挖钻机钻孔桩施工进行深入分析，可以发现在该工作进程中，共包括几个不同的工作阶段，首先就是施工前的准备工作，在这一施工阶段，相关的施工人员需要将相应的高分子聚合物泥浆制备完成，进行这项工作的主要目的就是为了保证在后续的施工过程中能够保证充分的泥浆供应，确保地层对孔壁的压力平衡，因为在实际的施工过程中，如果泥浆出现断层的情况，还会由于聚合物泥浆之间的分子粘性的问题，导致钻孔桩施工中出生产事故。其次，需要特别注重的一点就是在钻孔桩施工的过程中，需要将实际施工的温度控制在一个合理的范围之内，因为如果温度较低的话，将会给聚合物泥浆的工作性能造成较大的影响，严重的情况下甚至会导致聚合物泥浆出现凝结的问题，若工作温度过高的话，将会使聚合物泥浆的粘接性出现较大的问题，造成聚合物泥浆分子间存在问题导致一系列的施工质量问题的产生。

3.3 实际施工特点简析

对整个钻孔桩施工工艺进行深入的分析，旋挖钻孔桩成孔达到设计深度后，经过一段时间的调浆清孔、安放钢筋笼，即可下入合适的导管进入水下混凝土灌注前的准备，进行水下混凝土灌注前，首先进入清孔程序，规范要求钻孔桩孔底沉渣一般不能超过10cm，由于聚合物泥浆具有很好流变性和携带岩屑等杂质的能力，相比传统的普通泥浆其清孔的时间可以缩短三分之一，为后续工序争取更充足的时间，另外务必提前做好导管清理和疏通等检查工作,避免浇筑过程中出现导管堵塞问题。随着混凝土灌注量的不断增加,操作人员应缓慢提升孔内导管，同时技术人员应随时检测混凝土液面的深度，及时安全快速地浆导管提拔并拆除,避免因为压力过大导致混凝土浇筑困难。但是在这里要特别注意的是，在整体的施工工作完成之后，相关的施工团队以及相应的施工人员，还需要完成后续的施工废浆清除工作，其中最为重要的一项工作就是清除施工中产生的岩屑，因为这些岩屑从本质上来讲属于施工垃圾，如果不经过任何的处理，直接排放到自然环境之中的话，将会对复杂地质钻孔桩施工区域的自然地理环境造成巨大的影响，因为这些高分子聚合物泥浆在自然条件下很难被清理；直接排放到大自然中的话，就会给周围环境和植被生长带来不利影响，这将严重地破坏本地的生物链以及生物组成结构，即使在这种工作环境下有较少的植物生存下来的话，这些高分子聚合物在被植物吸收之后，也会导致植物的基因产生变异，这些不可控的变化对于当地的生态圈而言无疑是一种危害。

4 综合效益分析

4.1 经济效益分析

聚合物泥浆在复杂地质钻孔桩施工中的应用，相对于传统施工材料而言，都具有很强的经济性和适用性。相对于传统材料而言在复合地质桩孔桩施工中应用的经济优势，主要表现为以下几点：首先在材料生成阶段，聚合物泥浆相对传统泥浆材料而言，其生产工艺以及实际的加工步骤都较为简洁和方便，所以其施工材料成本较低；其次，聚合物泥浆在使用中的经济优势表现在其实际性能方面，由于该种材料在生产的过程中，就应用了较为先进的化学生产工艺，其材料间的粘接性以及材料承载能力都相对较好，所以聚合物泥浆性能相对于传统泥浆材料而言性能更稳定，进一步保证了钻孔质量，缩短了钻孔桩成孔成桩时间，更好的降低了钻孔桩的施工成本。

4.2 社会效益分析

在社会效益上，聚合物泥浆在使用的过程中的优势，主要表现为以下两个方面，首先，高分子聚合物泥浆在使用过程中的实际施工成本相对于传统材料而言，具有着先天性的优势；另一方面的优势表现在聚合物泥浆相对于传统材料而言，实际的固化效果将更加的理想，针对以往复杂地质桩孔桩施工中经常用到的膨润土泥浆进行深入的分析，可以发现这种材料在工作完成之后，其实际的固化效果需要长达三天才能表现出来，而高分子聚合物泥浆在使用的过程中及固化效果，仅仅需要一天就能够表现的较为明显。

4.3 环保效益分析

环保效益也是聚合物泥浆在复杂地质钻孔桩施工中的优势之一，因为在实际使用的过程中，高分子聚合物泥浆相对于传统泥浆而言，将能够切实提高泥浆的实际应用率，这就在一定程度上降低了废泥浆的排放及处理，强化绿色发展的理念，推动企业产业结构绿色转型升级，实现蓝天碧水净土的环境发展。除此之外，聚合物泥浆在实际应用过程中，对复杂地质条件的适应能力更好更广，这就在很大程度上提升了钻孔桩施工的成孔率，也会使聚合物泥浆在实际使用的过程中的社会效率表现得更加明显。但是在这里要特别指出，虽然聚合物泥浆在使用的过程中，相对于传统材料而言，其在环保方面有着更为突出的表现，但是这也并不意味着在复杂地质桩孔桩施工中，使用聚合物泥浆将不会产生施工废渣，使用聚合物泥浆仅仅只是在一定程度上降低了这种废渣产生的数量，所以相关的施工人员应当按照国家标准注重施工废渣处理工作[2]。

5 结语

综上所述，文章首先针对聚合物泥浆的相关材料性能进行了简要的分析，之后本文结合聚合物泥浆在复杂地质桩孔桩施工工作中的应用，进行了深入的探究，指出了聚合物泥浆在实际使用过程中的一些优势，之后又在以上分析的基础上对聚合物泥浆在使用过程中的一些综合效益进行了深入探讨，希望本次的研究工作为聚合物泥浆研究及使用工作提供一定帮助。