钻孔护壁泥浆配比及物理力学试验分析

张子洋

摘要：本文以深圳盐田区梅沙桩基工程为背景开展了泥浆配比及泥浆物理力学试验，分析了固相材料组成成分、水、泥浆添加剂对泥浆特效的影响根据盐田区梅沙街道桩基工程的实际工程地质条件，分析了护壁泥浆性能需求，给出了泥浆配比优化方案。

关键字：钻孔灌注桩；孔壁稳定；泥浆配比；泥浆护壁作用；

引言：大量的工程实例表明，泥浆特性是影响钻孔灌注桩孔壁稳定的关键[1]，而泥浆材料组成和配比则很大程度上决定了泥浆性能。由于泥浆本身在复杂地层的适用性较差，在地质条件复杂的地区往往需要针对地层条件配置适用的泥浆，且施工条件复杂，目前难以形成统一的泥浆配比方案[2]，所以当前许多泥浆配比是依托工程背景发现的，在工程中泥浆配比可能无法满足需要，大量的泥浆还会造成不必要的浪费，大大提高工程成本，故开展泥浆配比优化，研究绿色环保的泥浆体系十分必要，这对节约材料、保护环境以及泥浆护壁技术的推广都具有重要的意义[3]。

1.工程概况

03-01地块位于深圳市盐田区梅沙街道小梅沙海滨旅游区，距离小梅沙湾约200m，是深圳市旅游业态的首个城市更新项目。本工程基坑开挖面积8350m2，支护周长412m，考虑底板厚度及垫层，开挖深度约9.5~15.0m；坑中坑开挖深度6.0m，支护长度144m。，采用钻孔灌注桩+内支撑支护方案，钻孔灌注桩直径1200mm间距1800mm，竖向设置1道钢筋砼支撑，桩间设置三轴水泥土搅拌桩。

2.钻孔护壁泥浆物理力学试验

为探究混合固相聚合物泥浆配比，试验采用单一因素变量法，通过制浆配比试验，逐一研究试验所用泥浆材料对泥浆特性的影响，并进行对比分析。在探究固相材料对泥浆特性影响时，会保持泥浆中的制浆添加剂种类和数量不变，有规律地改变泥浆中不同种类固相材料的含量，研究试验所用不同固相材料的含量对泥浆特性的影响。在探究制浆添加剂对泥浆特性影响时，会在之前的固相材料试验中确定一个最优比例，在此基础上改变制浆添加剂种类及含量，研究不同制浆添加剂及含量对泥浆特性的影响，分析各自的优点和不足。

2.1实验结果

图2.1-1膨润土和粘土含量对泥浆特性影响试验结果

图2.1-2水对泥浆特性影响试验结果

图2.1-3CMC对泥浆特性影响试验结果

图2.1-4聚丙烯酸钠对泥浆特性影响试验结果

随着粘土和膨润土含量的增加，泥浆比重、粘度都呈现增大的趋势，固相含量的提高可以显著提高泥浆比重，在粘度方面固相含量提升作用较小，随着水含量的提高，泥浆的比重、粘度都随之降低，制浆添加剂中羧甲基纤维素钠和聚丙烯酸钠主要作用是提高泥浆粘度。

3.钻孔护壁泥浆配比优化

工程原计划使用的泥浆为水︰膨润土︰烧碱︰CMC（羧甲基纤维素）=1000︰200︰5︰1配置出的膨润土泥浆，泥浆在充分搅拌并静置3h后呈胶凝态，抽选一根降水井桩作为试验桩，测定得到的原泥浆比重达到1.11g/cm3，泥浆粘度达到20.14s。结合上述分析，优化泥浆的参数控制为比重1.14-1.18g/cm3、粘度25-30s的区间，给出了如下三种泥浆配比方案：

(1)水：粘土：膨润土：CMC：碳酸钠=:800：110：90：2：0.5

(2)水：粘土：膨润土：CMC：碳酸钠=:700：110：90：1.5：0.5

(3)水：粘土：膨润土：聚丙烯酸钠：碳酸钠=:800：110：90：1：0.5

其中配比(1)比重为1.14 g/cm3、粘度为29.58s， 配比(2)比重为1.17 g/cm3、粘度为28.74s，配比(3)比重为1.14 g/cm3、粘度为27.31s。相比配比(3)，配比(1)和配比(2)使用CMC作为制浆添加剂泥膜更加厚实，且泥浆颗粒小，机械搅拌磨损较小，泥浆颗粒更加容易渗入地层，而配比(3)使用聚丙烯酸钠泥浆颗粒在水中呈絮凝状，可以有效减小泥浆水分向地层渗漏，且钻孔沉渣不易沉底

4.结论

本文以深圳盐田区梅沙桩基工程为背景开展了钻孔护壁泥浆配比及物理力学试验分析，泥浆配比研究实验表明泥浆的固相材料成分增加，泥浆比重、粘度及含砂量都呈现增大的趋势，固相含量的提高可以显著提高泥浆比重，在粘度方面固相含量提升作用较小，随着水含量的提高，泥浆的比重、粘度及含砂量都随之降低，制浆添加剂中羧甲基纤维素钠和聚丙烯酸钠主要作用是提高泥浆粘度，并给出了适用于海相砂层的泥浆配比优化方案。

参考文献：

[1]杨旭林,刘伟.不稳定土层钻孔桩泥浆调配方法研究[J].工程技术研究,2021,6(10):162-163.

[2]Kai, C.-M., et al., Design synthesis and performance of anti-collapse drilling polymer mud with higher stability[J]. Pigment & Resin Technology, 2021. 51(1): p. 101-109.

[3]蒋龙.砂卵石地层泥水盾构泥浆材料选择及配比优化分析[D].北京交通大学,2014.