王 涵，黄志强

(沈阳工业大学 建筑与土木工程学院，辽宁 沈阳 110870)

0 前 言

我国大部分地区存在着钙质胶结地质，由于沉积物在胶结作用下，使钙质胶结地质富含大量的碳酸钙及其难溶的碳酸盐类物质。钙质胶结地质卵石形状不规则导致孔隙大从而强度低，并且在施工时，施加压力很容易破碎。工程实例中，在胶结钙质地质钻孔施工时，卵石层受到结构扰动使结构物间的应力骤减，影响桩基承载力。

在钻孔过程中，有塌孔、跑浆等现象，遇到卵石的时候，钻进速度较慢，需采用合理的施工工艺，保证桩基的成孔质量，其中最有效的方式是优化钻孔泥浆。目前，钻孔灌注桩技术已经比较成熟，然而在实际工程中，钙质胶结地层的钻孔施工很难满足开挖面稳定的条件,从而给施工带来困难，严重时甚至引发工程事故。在钻孔过程中很容易发生孔壁失稳现象，影响施工安全及进度，为了解决这一问题，发现优质的泥浆可以起到护壁的作用。影响泥浆性能的因素包括泥浆的原材料及添加剂的配合比等。泥浆的比重过小，则泥浆护壁的性能较差，然而泥浆比重并不是越大越好，当泥浆的比重过大时，泥浆的粘度也会随之增加，影响泥浆的流动性，在钻孔施工过程中出现磨损器具等问题。本文对众多学者的研究进行总结分析，希望为实际工程提供参考。

1 钻孔泥浆各种问题

对于钻孔施工中钻孔泥浆的各种问题，一般可概括为：①添加剂在施工中的使用具有一定的盲目性，一般很难满足钻孔施工泥浆要求；②目前常用的膨润土泥浆添加剂，添加量往往凭工程经验添加，其泥浆指标难以控制，缺乏相关理论指标支撑，而且单一的膨润土泥浆效果较差，单纯增加膨润土用量难以满足施工条件，造成大量浪费，还产生了废弃泥浆难以处理，污染环境等一系列问题，因此，新型不分散泥浆系统的研究与开发对材料的保护和泥浆的应用具有重要意义；③目前泥浆优化技术的研究和应用缺乏相应的标准，添加剂类型的选择、浆料比例、性能参数和指标的测定与控制方法、注入参数的选择和合理控制试验等都依赖工程经验，往往达不到预期效果，造成人力、物力、财力的巨大浪费，甚至可能造成工程事故。

2 泥浆护壁研究现状

目前国内外钻孔泥浆采用的大多是膨润土、水、添加剂所组成的泥浆体系，但当面对不同地质情况时，所需要的泥浆性能也不同。

耿永胜曾经提出电动泥浆护壁法施工工艺可以起到泥浆护壁的作用。李生才等通过对泥浆护壁机理研究，发现泥浆的比重、粘度、静切力等性质对孔壁稳定性起到重大作用。蒋龙[1]采用试验方法分析制浆添加剂对泥浆基本性能的影响规律，得出了常用的六种制浆添加剂在不同配合比条件下对泥浆主要性能指标的影响，将试验结果分析与工程实例相结合，初步确定适合于砂卵石地层的泥浆配合比参考值，对不同性能的泥浆开展渗透试验，研究了泥浆的三大性能指标对其渗透性能的影响。曾帅[2]以武汉地铁小镇车站施工为研究对象，分析岩溶地区钻孔灌注桩施工时，出现的孔壁失稳现象和泥浆护壁方法，对钻孔施工在岩溶地区常出现的质量事故提出相适应的预防措施。姚志伟[3]通过厚砂层钻孔灌注桩泥浆护壁稳定性研究，表明贯穿整个桩基施工流程的关键工序是泥浆工艺，并分析了泥浆制备工艺与孔壁稳定性和桩基承载力的联系，通过FLAC3D软件模拟分析了砂层厚度、泥浆比重与孔壁变形的关系，认为砂层厚度与泥浆比重呈反比关系，泥浆比重越小，孔壁变形越大，稳定性越差，为深厚砂层钻孔灌注桩的成孔工艺积累了一定经验[3]。董宏波、王秀芳采用正交试验在膨胀性软土地区对钻孔灌注桩泥浆护壁配比进行分析，得出泥皮的厚度主要与试验材料中的膨润土有关，其膨润土含量越高，泥皮的厚度越大。王建等[4]通过分析泥浆护壁过程，发现泥浆失水量和泥皮厚度是水敏性火山灰沉积岩地区土成孔和提高桩侧摩阻力的关键，并通过正交试验确定泥浆的最优配合比，较好地克服在苏拉马都海峡水敏性土体中钻孔施工时的塌孔、扩孔问题。王春河和许满吉针对目前国内单一使用膨润土泥浆存在成本高、不适应复杂地层等问题，以南京长江隧道为背景，利用废弃泥浆和高分子材料在不同配合比下，优化泥浆的性能以及应用在复杂地层。Bassey Akong在2011 年研究了孔壁失稳机理在于塌孔、开裂现象，同时提出泥浆护壁除了在保持孔壁稳定的同时，大大减少了钻孔灌注桩的施工成本以及提高了施工效率，减小施工工期。Heinz针对普通膨润土泥浆在强渗透地层中，经常无法形成稳定泥膜而导致孔壁失稳的问题，研究了添加剂对膨润土泥浆粘度、失水量等的影响，结果表明聚合物泥浆的流动性及在强渗透地层中成膜质量比普通膨润土泥浆要好。

3 泥浆渗透研究现状

程展林等通过室内模型试验，研究了聚合物泥浆在中粗砂地层中的成膜情况，研究表明泥浆的粘度太大时，泥浆无法渗入进土体，无法有效成膜保持孔壁稳定。袁大军等[5]以砂卵石地层为背景，研究了泥浆相对密度、粘度以及渗透压差对泥浆渗透成膜的影响规律，试验结果表明：泥浆在地层中渗透的时间与泥膜抗渗性能呈正比关系；形成泥膜时的压差越大，泥膜越致密坚韧，抵抗渗透破坏的能力越强。闵凡路等[6]以不同性质的泥浆开展渗透试验，通过泥浆渗透装置测定泥膜形成过程中地层超静孔隙水应力的变化规律，分析影响其分布的因素，明确了泥膜的作用机理。Tao Xu[7]在改进的实验室装置中进行了膨润土泥浆渗透到饱和砂土中的试验，研究泥浆渗入过程及泥膜的形成条件，对于低密度的泥浆，由于泥膜中含有大量颗粒，因而泥膜相对更厚，但是具有更高的渗透性。LIU Dongshuang 以南宁地铁圆砾石层施工中使用泥浆为例，利用自行设计的泥浆渗透装置，进行了不同配比泥浆在圆砾石层中的渗透成膜试验，研究了泥浆比重、粘度、渗透系数等对成膜的影响，并对灌浆压力对渗水量、成膜时间、浆膜形状等进行了现场验证。结果表明：泥浆比重随黏土含量的增加而线性增加，粘度随CMC含量的增加而线性增加。浆液比重越高，成膜质量越好。浆液粘度越高，形成浆液膜的时间越早，浆液中渗入的水量越小。泥浆比重对渗透水量的影响大于粘度对渗透水量的影响。日本学者Takeshi Watanabe 和Hirnobu Yamazaki在强渗透地层开展泥浆渗透实验，测量泥浆渗透成泥膜时的失水量，分析泥浆比重对泥浆成膜时泥浆失水量的影响，研究表明：泥浆渗透时的失水量与泥浆比重呈反比关系，与泥浆渗透压力呈现正比关系，并且向泥浆中添加细砂颗粒，可以有效提高泥浆比重，从而达到降低泥浆渗透成膜时产生的失水量，同时也说明提高一定泥浆比重，渗透形成的泥膜质量会较好。

4 结 语

由于我国地质复杂，很多地方的地质都不满足建筑施工要求，这时就要用到桩基础。为避免钻孔过程中孔壁出现失稳现象，采用优质性能的泥浆来解决这一问题，而泥浆的性能则是泥浆护壁成败的关键因素。因此，对泥浆制备的研究成为施工的关键，而目前泥浆优化技术的研究和应用缺乏相应的标准，添加剂类型的选择、浆料比例、性能参数和指标的测定与控制方法、注入参数的选择和合理控制试验等都依赖工程经验，往往达不到预期效果，因此，对泥浆的制备仍需进行大量研究。

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