钙质胶结地层灌注桩护壁泥浆渗透性能

黄志强 张业 王涵

摘 要：针对存在钙质胶结地层地区灌注桩的施工中出现的塌孔问题，提出了采用环向加压状态下泥浆成膜试验装置，对不同胶结程度的地层进行成膜试验和环向加压的泥浆渗透试验，分析护壁泥浆对钙质胶结地层的适应性．结果表明，在相同压力持续时间、泥浆压力条件下，优化后的泥浆在钙质胶结地层能有效提高成孔质量，保证孔壁稳定性．经过护壁泥浆渗透性能试验研究可知，优化后的护壁泥浆可有效改善钙质胶结地层施工中的塌孔问题．

关 键 词：钙质胶结地层；灌注桩；环向加压；渗透试验；护壁泥浆；适应性；泥浆压力；稳定性

中图分类号：ＴＵ４１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－１６４６（２０２３）０２－０２２１－０８

随着国家经济的不断发展，工程建设项目遍布全國各地，与此同时出现地层多样化的情况，也为施工带来不同程度的困难．例如，我国鄂尔多斯盆地、冀中平原地区、新疆的部分地区均存在钙质胶结地层［１－２］．该地层多由碳酸盐胶结作用形成，具有孔隙多且分布不均匀、强度低、易破碎及颗粒易胶结的特征［３］．工程实践证明，该地层的结构受扰动后与结构物间的应力骤减，尤其是对桩基承载力的影响尤为显著，导致在钻孔过程中，有塌孔、跑浆等现象．

目前，国家正在大力建设新疆地区，实现经济协调发展，因此，解决钙质胶结地层灌注桩施工过程中塌孔问题，具有十分重要的工程价值和经济价值．为达到孔壁稳定性要求，首先要对护壁泥浆性能进行研究，学者们往往会进行泥浆优化配制，然后针对影响因素进行具体探究，本文先进行护壁泥浆最优配制，再进行实验室模拟渗透试验，并通过加压研究泥浆的渗透特性．曾帅［４］以武汉地铁小镇车站施工为研究对象，分析钻孔灌注桩施工时，孔壁失稳和泥浆护壁机理过程，得出工程地质条件、地下水、泥浆是保证孔壁稳定的三个重要因素．Ｒｉｔａ等［５］在泥浆中添加不同浓度的ＣＭＣ和Ｎａ２ＣＯ３，通过比重、粘度、泥皮厚度、ｐＨ值可以看出，泥浆中的ＣＭＣ和Ｎａ２ＣＯ３ 起到了增粘作用，并且改善了泥浆的流变性．李思慧等［６］采用均匀设计试验法进行泥浆配合比试验，运用数理统计软件对试验数据进行相关性分析和回归分析并建立各变量的回归方程，根据所需要泥浆性能指标对各回归方程进行寻优处理，得出泥浆最优配合比并进行验证性试验，将计算值与试验值对比．周中等［７］针对断层破碎地层施工所需泥浆配制问题，采用室内试验研究方法，对断层破碎地层泥浆配比、泥浆渗透及泥浆与地层适应性进行系统研究，得到断层破碎地层泥浆建议配比．Ｍｉｎ等［８］采用ＮＸＳ１１Ａ旋转粘度计对９组泥浆流体性质进行了测试，以研究泥浆在砂层中的渗透．此外，Ｍｉｎ等还采用自行设计的渗透装置进行了一系列渗透试验．Ｌｉｕ等［９］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、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．叶伟涛等［１０］以福州中粗砂层为工程背景，进行泥浆成膜室内试验，结果表明：黏度对试验最终相对密度的影响大于滤水量的影响；随着泥浆中含砂率的增加，试验最终滤水量先减小后增大．吴笛等［１１］以武汉典型地层为例，通过自主研发的准三轴泥浆渗透测试仪器，测试地层应力作用下泥浆的渗透性能，验证泥皮的护壁作用．刘建楼等［１２］在中砂地层中对不同流变性质的泥浆展开渗透试验，得到了泥浆渗透成膜过程中滤水量的变化规律，分析了泥浆特性对泥浆渗透成膜的影响．闵凡路等［１３］在自制的渗透装置中，以不同性质的泥浆开展渗透试验，通过测定泥膜形成过程中地层超静孔隙水应力的变化，明确了泥膜的作用机理．魏代伟等［１４］研究了泥膜的形成时间及相关规律，表明泥浆性质对泥膜的形成时间有重要影响．通过自行设计的压力泥浆渗透试验装置开展渗透试验，研究了地层中超静孔隙水压力的转化模式及其影响因素，为泥浆配制及泥浆压力的控制提供依据．目前，国内外钙质胶结地质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，但几乎都是凭工程经验，缺少系统性研究．不同工程对泥浆有着不同的要求，为了能适应实际工程，满足工程需要，应根据泥浆在工程实际中的作用，来选择较为合适的泥浆性能分析方法［１５］．本文分析了泥浆压力持续时间及泥浆压力对桩周地层浸润渗透作用，同时根据渗透后试件表面的泥皮厚度判断护壁泥浆对钙质胶结地层的适应性，以此确定适用于钙质胶结地层的护壁泥浆，并确定泥浆的渗透性，为实际工程提供可靠理论依据．