钻孔灌注桩泥浆处理技术研究现状综述*

上海建工集团工程研究总院 上海 201114

0 引言

钻孔灌注桩具有地层适应性强，施工中无挤土或少量挤土、无噪声、振动小、环境影响小，单桩承载力高等优点，已成为都市核心区高层建筑的主要桩型[1]。泥浆起着重要的保护孔壁、排渣、清孔等作用，但钻孔灌注桩施工过程也是产生泥浆最多、造成污染最严重的过程。因此，废弃泥浆的处理一直是困扰钻孔灌注桩桩基工程施工的难题[2]。

1 钻孔灌注桩泥浆作用及性能指标

泥浆在钻孔灌注桩施工中的主要作用包括：形成泥皮和平衡桩孔内外地层压力，保护孔壁、防止坍塌；悬浮钻渣、清洗孔底、冷却钻具。

泥浆的主要性能评价指标有：泥浆相对密度、黏度、含砂率、胶体率、酸碱度和稳定性等。每一个性能指标的变化都直接影响着孔壁稳定、排渣、清孔等一系列的钻井成孔工艺问题。

1.1 保护孔壁

泥浆在钻机旋转搅动的离心力作用下，在孔壁上形成一定厚度的泥皮，封闭了孔壁土面，依靠泥浆静压力平衡孔内外水、土压力。工程实践证明，泥浆的护壁效果与泥浆相对密度呈正相关性，但是泥浆相对密度过大会影响钻孔进度。

1.2 排渣

为保证钻孔工作的正常进行，泥浆应具有将钻头破碎的岩土屑带出钻孔的功能，同时能把钻屑悬浮住，防止浮渣快速下沉，造成卡钻事故。因此，泥浆应具有一定的黏度和流动性，泥浆的相对密度、黏度、含砂率应严格控制才能保证排渣正常。

1.3 清孔

正常施工中为防止砂粒在孔中沉淀，成孔后要立即清孔，以防超过设计规定的沉淀厚度，清孔过程中主要是控制泥浆含砂率。

通过以上对泥浆作用与泥浆性能指标之间关系的分析可知：在钻孔灌注桩施工中，泥浆质量控制尤为重要；同时，在钻孔灌注桩施工过程中泥浆性质不断劣化将会产生大量的废弃泥浆，因此，废浆的处理技术也将会直接影响施工中所用泥浆的质量。

2 钻孔灌注桩泥浆的处理技术

传统的泥浆处理方式主要包括：槽罐车外运至郊外使其自然干化，这种处理方式费用高、效率低；自然沉淀，这种处理方式不仅占地面积大，大面积自然沉淀泥浆池使得施工现场环境恶劣，而且该处理方式很难得到干渣，因而降低了泥浆的循环利用效率，导致产生大量废浆，循环泥浆含渣量大易导致坍孔、卡钻，影响生产安全[3]。

以上2 种方式都不能从根本上解决泥浆处置去向，更严重的是在巨大的经济利益驱动下，一些建筑工地趁监管漏洞，将建筑泥浆偷排乱排，造成大量市政管道堵塞、水体和土壤的环境污染。因此，为工程泥浆找到一条绿色、经济、环保的处理方式已成为建筑行业发展中亟待解决的问题。

钻孔灌注桩桩基施工是泥浆产生最多，造成环境污染最严重的工序。目前对于钻孔桩泥浆处理的研究较少，石油钻井施工领域对废弃泥浆处理研究较多，主要的处理方法有化学固化处理方法、化学强化固液分离法、MTC转化技术、坑内填埋、注入安全地层或环形空间、土地耕种[4]。借鉴石油钻井施工领域泥浆处理技术，近几年钻孔灌注桩泥浆处理技术也取得了一些进展。

龙莉波[5]根据上海地区土层中含砂率较高的特点，施工中采用正循环泥水循环系统，在砂层中成孔及清孔时使用泥浆净化装置，实现了对钻孔灌注桩施工中泥浆性能的优化。该系统泥浆净化循环过程如图1所示，沉淀池中的原始泥浆进入泥水净化装置，经除砂后优质泥浆排入循环池，供给各钻机使用。该方法起到了很好的保护孔壁和清孔的作用，同时筛除的砂被用来回填桩孔，泥浆外运量减少，外运成本降低。此方法为类似砂性土层中原土造浆成孔施工积累了一定经验。

图1 泥浆净化循环处理示意

邓金金等[6]针对槽罐车外运至郊外使泥浆自然干化处理方式的缺点，研发了一整套的城建工程泥浆处理及零排放工艺。该工艺的主要原理是通过泥浆净化设备对回收泥浆进行处理，其中得到的净化泥浆经性能测试后加料拌制再生泥浆，以满足施工过程中对泥浆性能的要求，进而循环使用。劣化泥浆进行压滤处理，要求压滤分离出的固体颗粒含水率≤30%，以降低泥浆排放成本。图2为泥浆零排放处理工艺泥浆循环示意，从图中可知，从新鲜泥浆配制到回收泥浆净化处理循环使用及最终排放工艺流程分为2 个部分：泥浆净化、废浆压滤处理。

该工艺实现了泥浆的循环利用，降低了新鲜泥浆配制费用；将劣化泥浆分离为水和干渣（含水率≤30%）分类处理，其中清水直接排入下水道管网，干渣回填或外运，实现泥浆的零排放。

图2 泥浆零排放处理工艺泥浆循环示意

以上的泥浆净化工艺流程主要采用振动筛配合旋流器进行泥浆净化，直接筛除泥浆中的固体大颗粒，之后通过旋流器处理细小固体颗粒，处理得到的净化泥浆循环使用。对于废弃泥浆除采用机械压滤处理外，也有一些地方借鉴污水絮凝固液分离的处理方式，向泥浆中加入絮凝剂，生成絮团后静置沉淀，上清液达标排放，底泥就地填埋或外运。

万玉纲等[2]研究了化学絮凝和物理离心脱水方式，试验结果表明采用单纯化学絮凝方式进行泥浆絮凝固液分离，高分子量的HPAM对泥浆水的脱水最有效；通过对真空吸滤、压滤和离心3 种物理脱水干化工艺进行了比较试验，结果表明吸滤法效果最差，压滤法效果尚可，离心脱水干化处理效果最好。结合以上2 种方法的优点，万玉纲等设计了化学与物理方法相结合的泥浆水现场处理工艺流程，如图3所示。

图3 泥浆水处理工艺

此外，李冲等[7]采用X射线衍射、激光粒度仪及微电泳仪对废弃泥浆的理化性质进行了分析，采用阴离子型聚丙烯酰胺（APAM）进行废弃泥浆絮凝分离实验，结果表明：APAM对废弃泥浆絮凝分离处理效果明显，作为废弃泥浆减量化处理的前期工作具有一定的可行性。

杨春英等[8]研究也发现有机絮凝剂聚丙烯酰胺相比无机絮凝剂聚合氯化铝、硫酸铝等在絮凝固液分离上有较大优势；另外，絮凝剂针对不同类型的泥浆具有最佳投放量；若废弃泥浆经过自然沉淀和离心分离后，絮凝剂的最佳投放量与泥浆密度成正比。

3 结语

本文简要介绍了钻孔灌注桩泥浆的功能及其与泥浆性能评价指标之间的关系。详细论述了目前钻孔灌注桩泥浆处理技术的发展情况，对于钻孔灌注桩泥浆处理技术的发展有以下几点建议：

1）泥浆无害化的处理多以化学絮凝和物理离心脱水进行固化为主，在一定程度上改变了泥浆的形态，减少了泥浆对施工现场和环境的污染，具有显著的环保效益。因此，在实现泥浆减量化再利用的过程中，脱水减量化是关键的环节。

2）加强对劣化泥浆废渣的再利用研究，目前泥浆再利用的研究主要集中在对回收泥浆本身净化循环检测再调配利用上，而对于净化回收泥浆产生的劣化泥浆的再循环利用则少有研究。劣化泥浆通过化学絮凝或机械压滤产生的废渣仍然采用外运或就地填埋等处理方式，这并没有实现废渣的资源化再利用。因此，泥浆处理技术的重点应转向废渣的资源化再利用方面，这样不仅节省了外运的成本，同时也创造了再利用价值。