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化学泥浆_造浆-奈普顿化学泥浆

2019-3-18 9:37:24      点击:
近年来,随着国家重点工程对桩基质量、成孔速度、环保等要求的不断提高,以及在高速铁路、地铁建设的带动下,旋挖钻机市场占有率迅速扩大。旋挖钻机施工具有成孔质量好、速度快,无噪音、污染小等优势。但是,由于旋挖成孔施工无循环造浆功能,只能采用静态泥浆稳定液护壁,靠不停的向孔内进行补浆来保证孔内外水压的平衡和护壁效果,所以泥浆的选用及性能指标在成孔过程中显得尤为重要。
本工程选用化学泥浆(泥浆粉)技术,它使用简单,小巧轻便,制浆速度快,护壁效果好,沉淀凝聚速度快,无污染,在泥浆制备中具有广泛的应用前景。
2.特点
化学泥浆(泥浆粉)是一种先进的国外技术的进口产品,是一种水溶性、易混合的粉末颗粒高分子聚合物,在水中充分溶解后成半透明糊状,粘度大。它具有如下特点:
2.1 由于化学泥浆(泥浆粉)分子量一般高达2800万以上,水解后分子链扩散并会与其他分子链重新连接,故会形成较为粘稠的近似糊状的泥浆,能够最大限度的粘住并快速沉淀钻屑。
2.2 在孔内由于钻具连续运动,化学泥浆(泥浆粉)和水混合的越均匀粘度就越强,凝聚力也就越快。
2.3 该泥浆体系能对孔壁提供压力,防止在不稳定地层中钻孔的坍塌
2.4 最大化旋挖钻的装载能力,提高掘进速度。
2.5 化学泥浆(泥浆粉)对钢筋机械性能无影响,某品牌化学泥浆(泥浆粉)试验数据如下:
试验项目:钢筋机械性能
溶液:0.05%聚合物溶液
试验结果:
试验条件 破坏荷载(KN) 弯曲 
清水泡1d 120.7 合格 
121.4 合格 
溶液中泡1d 122.2 合格 
122.1 合格 
试验结论:依据GB/T228-2002标准,化学泥浆(泥浆粉)对钢筋机械性能无影响。
2.6 化学泥浆(泥浆粉)对混凝土抗压强度无影响,化学泥浆(泥浆粉)试验数据如下:
试验项目:混凝土抗压强度
溶液:0.05%聚合物溶液
试验结果:
试验条件 破坏荷载(KN) 
清水泡7d 230 
236 
220 
溶液中泡7d 240 
242 
230 
试验结论:依据GB/T50081-2002标准,化学泥浆(泥浆粉)对混凝土抗压强度无影响。
2.7 无毒无污染。
3.适用范围
适用地层:粘土、砂层、人工填土及含有部分卵石碎石的地层,尤其砂性土中能发挥较大功效。
4.工艺原理
化学泥浆(泥浆粉)分子量一般高达2000万以上,水解后分子链扩散并会与其他分子链重新连接,故会形成较为粘稠的近似糊状的泥浆,能够最大限度的粘住并快速沉淀钻屑。
5.化学泥浆(泥浆粉)施工工艺流程及操作要点
5.1 施工工艺流程
5.1.1根据用量确定泥浆池的大小,并在池边上装好循环泵和空气压缩机。
5.1.2将清水注入泥浆池后,用20%氢氧化纳溶液调节水的PH值在8-10之间。
5.1.3在循环泵出水管口加入化学聚合物浆液,要求慢慢均匀加入,然后用空压机搅拌,使粘度到达使用要求。
5.1.4在钻进过程中,保持钻进液面,确保地层压力平衡。
5.1.5钻进完成后,根据地质、孔深,确定沉渣时间,然后打捞沉渣。若沉渣较多,应再次清渣,以确保下完钢筋笼和导管后沉渣达标。
5.1.6浇注混凝土时,应及时回收泥浆。由于混凝土会污染泥浆体系,所以最下面与混凝土接触的一米左右的泥浆不得回收,避免混凝土混入泥浆中,导致泥浆体系性能产生变化。
5.1.7在工程施工结束后,可以在泥浆池中添加适量的强氧化剂,如双氧水或者次氯酸钠等处理剂,同时通过空压机将泥浆混合均匀,静止片刻。化学泥浆(泥浆粉)就会被降解,粘度逐渐降低直至清水状态,待泥浆完全降解后即可直接排放。
5.2 操作要点
5.2.1 泥浆配比
泥浆的配比对泥浆的性能影响很大,一般情况下比例按0.01%~0.1%配制,现场应根据实地情况试验确定配合比例。
表5-1 泥浆配比参照表
地层状况 泥浆(公斤∕立方水) 粘度(秒) 
粘土与页岩 0.2-0.6 24-30 
淤泥,细、中砂 0.3-0.7 26-32 
粗砂,较小的砾石 0.4-0.9 26-35 
卵砾石 0.7-1.1 35-45 
注:上表为奈普顿化学泥浆(泥浆粉)配比参考指标
5.2.2 注意事项
(1)在挖池过程中,尽量保证其大小的准确性,以保证配浆的准确性,避免浪费。
(2)在配碱过程中,一定要先把氢氧化纳配制成20%水溶液,切记直接把固体氢氧化纳直接加入泥浆池中,以便充分溶解。
(3)在上层钻进过程中,正常情况下,泥浆的黏度可以小一些,大概28秒左右就可以使用,如果上层过早出现沙层,尽量不要降低泥浆粘度。
(4)在一个泥浆池一次配浆不要过多,否则不利于搅拌,在配浆的时候,要留出充足时间,使产品充分溶解,可以达到节约成本的目的,不得在没有完全溶解的情况下使用。
(5)对孔内泥浆的浆面下1m处及离孔底以上1m处各取一次试样测试。若达不到标准规定,要及时调整泥浆性能。新制泥浆应静置24小时,测试合格后方能应用。
(6)在钻进过程中,保持液面很关键,一般情况下,要求液面不低于护筒的1/2高度处,在钻进完成后,下钢筋笼和导管的时候也要保护液面,就是说要提前配制好足够的泥浆量。
(7)钻头在出入孔口时,提、放的速度要放缓,尽量减轻对孔内泥浆的扰动,保护孔壁的稳定,避免孔口坍塌,护筒下沉现象的出现。当钻头打满提钻时,要适当反钻几下再缓慢提钻,这样可避免孔底因抽吸力过大而造成孔底部分出现坍蹋。
(8)当孔钻到设计孔深后,钻机先暂不挪位,停留在原地,等待一会(视孔深而定,一般情况下三十分钟为宜),用测绳测量孔深度,计算出沉渣厚度,再重新下钻捞取沉渣。当钻头接近孔底时,需轻放,以免扰动沉渣,使沉渣浮起,捞起沉渣将钻头提起到孔口时,不要停留控浆,应迅速将沉渣甩出。沉渣捞清后,孔内将不再有沉渣出现,便随即可下放钢筋笼,在放钢筋笼时应保持垂直,避免碰撞孔壁,以免造成新的沉渣产生。
(9)要求钻机工作人员注意保持好泥浆液面的高度,要及时给予孔内补浆。
6.材料与设备
6.1 材料
清水、20%氢氧化钠溶液、化学聚合物、双氧水或次氯酸钠。
6.2 设备(空压机造浆法)
挖掘机、循环泵、空气压缩机、比重计、重锤、工程漏斗。
7.质量控制
7.1 出产检验报告
产品进场后,应重点检查产品的出厂检验报告,下图为化学泥浆(泥浆粉)的产品检验报告。

7.2 规范对泥浆的要求
规范对泥浆的性能及检测方法给出了依据,现场泥浆应满足规范要求。
7.2.1 地下铁道工程施工及验收规范(2003年版GB50299-1999)对泥浆提出以下要求:
(1)粘性土中成孔,可注入清水,以原土泥浆护壁,排渣泥浆比重应控制在1.1-1.2;
(2)砂土和较厚夹砂层中成孔,泥浆比重应控制在1.1-1.3,在穿越砂夹卵石层或容易坍孔土层中成孔时,泥浆比重控制在1.3-1.5;
(3)施工中应经常测定泥浆比重,并定期测定粘度、含砂率和胶体率,其指标控制:粘度为18-22s,含砂率为4%-8%,胶体率不小于90%;
(4)孔壁土质较差时,宜用泥浆循环清孔,清孔后泥浆比重应控制在1.15-1.25。
(5)聚合物化学泥浆为轻质泥浆,泥浆比重控制在1-1.1之间。
7.2.2 轨道交通车站工程施工质量验收标准(QGD-006-2005)同样对泥浆提出要求:
(1)膨润土泥浆的比重(粘土或砂性土)控制在1.15~1.20(用比重计测,清孔后在距孔底1250px处取样);化学泥浆(泥浆粉)为轻质泥浆,泥浆比重控制在1.1以内。
(2)泥浆面标高应高于地下水位0.5-1.0m(目测);
(3)沉渣厚度:端承桩≤50mm;摩擦桩≤150mm(用沉渣仪或重锤测量)。
8.安全文明措施
8.1 现场安全文明措施
8.1.1 泥浆池周边按国家安全规范要求做好临边防护。
8.1.2 所有施工设备和机具使用时必须由专职人员负责进行检查和维修,确保状况良好。各技术工种必须经过培训考核取得合格证,方可持证上岗操作,杜绝违章作业。
8.1.3施工人员必带安全帽。
8.1.4所有施工人员应掌握安全用电的基本知识和所用设备性能,用电人员各自保护好设备的负荷线、地线和开关,发现问题及时找电工解决,严禁非专业电气操作人员乱动电器设备。
9.环保措施
9.1 化学泥浆(泥浆粉)环保措施
9.1.1泥浆经过降解沉淀后方可排放;
9.1.2对裸露土体应及时覆盖,防止扬尘;
9.1.3专业绿色文明施工队伍洒水降尘,保持施工现场整洁干净;
9.1.4外出车辆应冲洗,防止挟渣带泥上路。
10.经济比选
以地铁15号线10标围护桩施工为例,基坑围护桩直径均为Φ800mm,桩长23.05m,间距1400mm,土层为以细、中砂层为主。若以膨润土为造浆材料,则每立方米的水需用80kg膨润土,若以化学聚合物为造浆材料,则每立方米的水需用0.8kg的化学聚合物。若以膨润土400元/吨,化学聚合物20000元/吨计算,则单桩理论用量如下:
单桩理论用量表
材料 单桩理论用量 单价 单桩总价 
膨润土 80KG/m3x15m3=1200KG 400元/吨 480元 
化学聚合物 0.8KG/m3x15m3=12KG 20000元/吨 240元 
由上表可以看出,就泥浆这一项而言,与以膨润土为造浆材料相比,以化学聚合物为造浆材料,单桩成本节约50%。该工程主体结构围护桩共计323颗,若都以化学聚合物为造浆材料,则可节约成本77520元。
此外,目前北京市场,泥浆外运消纳100元/ m3左右,土方外运30元/ m3左右,由于化学泥浆(泥浆粉)可以降解,因此降解处理后的泥浆可直接按土方外运,而膨润土泥浆外运则有1.2-1.5的消纳系数(本例取1.2)。仍以上述工程为例,则单桩泥浆消纳理论费用比较见下表:
单桩泥浆消纳理论费用对比表
材料 单桩理论泥浆量 消纳方式 单桩总价 
膨润土 15m3x1.2=18m3 泥浆外运 18x100=1800元 
化学聚合物 15m3 降解后按土方外运 15x30=450元 

实际应用中,虽不可能每颗桩都消纳泥浆,但也会依据场地条件和围护桩的数量,设置多个泥浆池。因此,从上表可以看出,化学泥浆(泥浆粉)在消纳上的经济效益远远高于膨润土泥浆。


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