膨润土泥浆在钻孔灌注桩施工中的运用

■黄 崴，曹思民 ■中国路桥工程有限责任公司，广东 广州 510000

如今气举反循环钻机逐渐从自然造浆转向通过泥浆搅拌站制备优质的膨润土泥浆。本文主要阐述膨润土泥浆的作用机理、制备流程、检测方法和频率、施工中的使用、使用后的处理等供各方在钻孔灌注桩施工中参考。

1 膨润土泥浆的作用及护壁机理

钻孔桩成孔施工中，膨润土泥浆的主要作用是护壁。膨润土泥浆对孔壁的静压力和膨润土泥浆在孔壁上形成的隔水膜可以有效地防止孔壁坍塌。除此之外，膨润土泥浆还具有携渣和冷却、润滑机具作用，具有一定粘度的膨润土泥浆不但可以携带钻渣一起排出，还可以作为钻具的润滑和冷却剂，在冲洗钻具的同时，也冷却钻具。

膨润土泥浆的护壁机理主要表现在两个方面:隔水膜的形成及膨润土泥浆的液态静压力.由于膨润土泥浆具有一定的比重，当孔内膨润土泥浆液面高于地下水位一定高度时，膨润土泥浆在液压作用下浸入土层，在一定范围内膨润土泥浆的凝胶体粘附在土颗粒上，固定了土颗粒的相对位置，在孔壁周围(0～2m)形成较稳定的土层，使土层抗剪强度增加，从而维持了孔壁的稳定。膨润土泥浆的继续渗透使膨润土泥浆中的土颗粒逐渐填补了孔壁土层的空隙，从而堵塞了水道，在孔壁形成隔水膜。这样泥浆的液态静压力可以有效的作用在孔壁上，且减少了渗透性，保持了孔壁的稳定。泥浆的液态静压力可以抵抗作用在孔壁上的土压力和水压力，并防止地下水的渗入。虽然钻孔破坏了原状土的受力平衡，孔壁面土体静土压力减少，孔壁的空隙水压成为负值，对土体产生了抗拉作用。然而，当孔内充满膨润土泥浆时，液压力在孔壁面上平衡土压力。同时，膨润土泥浆中的细小土颗粒向土层的渗入也增强了土层的强度，从而保持了孔壁的稳定。

2 膨润土泥浆的制备

膨润土泥浆的拌制由一套专门的制浆系统来完成。该系统可将膨润土等粉料与水及其他添加剂混合幷快速制成稳定浆液，从物料配制，膨润土制浆，输浆采用全自动控制，具有制浆速度快，浆液搅拌均匀等特点。其制浆工艺流程如下:

制浆系统流程示意图

(1)膨润土储料:每袋1吨的膨润土，人工拆包，装入本系统5立方卧式供料器内。开启摆式空压机，膨润土被流化后吹入40吨料仓内.需要物料时，料仓下配的螺旋输送机，对粉料进行输送。

(2)制浆设备上清水:现场设置约4.5立方的水箱，通过自来水人工上水。启动清水泵，向制浆机加入设定水量。

(3)上物料预称重:在加清水同时，干物料也开始预称重。

(4)制浆机投干物料:当同时具备清水、干物料达到预设定重量的条件时，实施制浆机投干物料。物料投入桶内后，即刻进入下个周期干物料上料称重过程。

(5)制浆及输浆:在清水和干物料都上完情况下，执行制浆循环;制浆完成后，转入输浆;输浆完成后进入下一个循环。

(6)辅助说明:①膨润土泥浆须用清水调配，水中不得含有油质、不合规定的酸碱物、有机物质或其他杂质;②每立方的膨润土膨润土泥浆的拌制参考比例:BENTONIL GTC4膨润土:35KG;清水:987L;完成拌制后，膨润土泥浆将被泵送至中央储浆池。

3 膨润土泥浆的取样与检测

现场需设置膨润土膨润土泥浆的质量测试场地。于基桩施工中，膨润土泥浆之调配使用、测定及检验控制如下表之规定:

根据LECM品质控制手册 ARP/DG/18之标准

不同阶段膨润土泥浆取样频率及位置

辅助说明:(1)上列测定次数为一般情形下之测量次数，可按现场实际情况考虑增减测量之次数。同时下雨前后、久置后、停工前及土层有变化情况或发生坍孔时，应加做必要之试验;(2)膨润土泥浆控制纪录至少应包括试验时间、取样地点、工作状况及上表所列之检验项目。

4 膨润土泥浆的使用

整个膨润土泥浆的使用和处理主要包括以下几个环节:(1)膨润土泥浆的注入:制备好成的膨润土泥浆由中央池(工作浆区)，随钻挖过程注入桩孔，保持桩孔内的水头压力，幷保持临时护筒以下(CDG层及以下)桩孔壁的稳定;(2)膨润土泥浆的自回圈:反回圈钻机在钻进过程中，开启空压机进行自回圈，膨润土泥浆携带出的钻渣经过筛网过滤和沉淀缸沉淀净化后循环回入桩孔内，如膨润土泥浆面因钻进而下降可由中央池补充以保持水头;(3)膨润土泥浆的置换:钻至基岩底标高幷验收后，自回圈2－4小时以分离膨润土泥浆中携带的钻渣(大于2mm)，之后用中央池中的各项指标达到要求的膨润土泥浆置换桩孔中的膨润土泥浆，置换出的膨润土泥浆排入中央池中的旧浆区待处理;(4)膨润土泥浆的回收:浇筑砼时，桩孔中的膨润土泥浆回收到中央池的旧浆区待处理;(5)膨润土泥浆的净化:旧浆区的膨润土泥浆经沉淀后进入泥浆净化装置进行净化处理，处理后可再次使用。

5 废弃膨润土泥浆的处理

(1)废浆区的清理:施工期间，被污染或无法改良处理的膨润土泥浆(包括浇筑过程中被污染的最后5米浆液)将排入中央池中废浆区，收集于废浆区的膨润土泥浆经沉淀后，其渣土将定期用装载泥浆罐的卡车运至路凼堆填区弃置。

(2)中央池的清理:施工完成后，中央池中所有剩余膨润土泥浆也将用装载泥浆罐的卡车运至堆填区弃置。

(3)所有运载废浆及钻渣的车辆在出地盘之前将清洗车轮，幷做好覆盖措施，防止运输途中污染街面。

6 工程实例

在澳门的工程实践中，凼仔新码头海上桩基础、轻轨车场一期基础工程C380、重型停车场、星丽门等桩基础施工中均采用了稳定液护壁的施工工艺。其中，在C380施工中有钻孔灌注桩299支，采用稳定液进行护壁的最大成孔深度超过100m;在青洲坊公共房屋第1及第2地段之桩基础建造工程中，共有大直径钻孔灌注桩187支，平均离地面深度约为72.5m。

7 结语

膨润土泥浆的使用，起到了良好的护壁效果，提高了成孔质量。在以后的工程实践中，还需要进一步的探索研究，通过添加合适的辅助制剂帮助膨润土更好的发挥作用，提高利用率。

［1］乌效鸣，等.钻井液与岩土工程浆液实验原理与方法.武汉:中国地质大学出版社，2010.

［2］穆剑，等.钻井液及处理剂评价手册.北京:石油工业出版社，2007.

［3］澳门土木工程实验室质量控制手册.

［4］美国机械工程师学会振动筛委员会.钻井液处理手册.北京:石油工业出版社，2008.