钻孔灌注桩泥浆固化工艺及强度特性研究

阚久彦 张苏龙 郭云龙

摘要：为研究钻孔灌注桩施工中废弃泥浆的处置方法和工艺，本文依托徐丰公路快速化改造工程，基于对固化剂材料种类和特点的调研分析，最终优选HAS固化剂对泥浆进行固化处理，设计不同固化剂掺量和养护龄期的试验方案，通过室内击实试验、无侧限抗压强度试验和承载比CBR试验，得出HAS固化剂最佳掺量为6%，同时根据现场不同龄期的固化土含水率测试结果，提出泥浆固化后至少应闷料7d以上方可填筑压实的施工建议。

关键词：道路工程 泥浆 固化 强度

中图分类号：TU&53

Research on the Mud Solidification Process and Strength

Characteristics of Bored Piles

GAN Jiuyan1      ZHANG Sulong2    GUO Yunlong2

（1. Xuzhou Highway Development Center， Xuzhou， Jiangsu Province， 221000 China; 2. Jiangsu East Trans Intelligent Control Technology Group Co.， Ltd.， Nanjing， Jiangsu Province， 210000 China）

Abstract： In order to study the disposal method and process of waste mud in the construction of bored piles， relying on the rapid reconstruction project of the Xufeng Highway， based on the investigation and analysis of the types and characteristics of curing agent materials， this paper  finally selects the HAS curing agent to solidify mud， and designs the test schemes of different curing agent dosages and curing periods. This paper concludes that the optimal dosage of the HAS curing agent is 6% through the indoor compaction test， the unconfined compressive strength test and the bearing ratio CBR test， and puts forward the construction suggestions that the mud should be stuffed for at least 7 days after solidification before it can be filled and compacted according to the test results of the moisture content of the solidified soil at different ages on the site.

Key Words：Road engineering; Mud ；Wedling; Strength（請确认）

近年来随着城市化的发展进程的不断加快，城市快速路建设日益显得重要和紧迫。调查发现在快速路施工建设过程中，几乎都采用了钻孔灌注桩工艺来进行高架桥桩基施工，为了防止在钻孔过程中出现孔壁坍塌的情况，通常在泥浆中掺加Na2OH3、NaOH或膨润土粉末等物质以提高泥浆的性能[1]。但在施工结束后，这些泥浆的处置成为了一个亟待解决的难题 [2]。

目前我国对泥浆的处置的方法有晾晒法、机械处理法、絮凝沉淀法和化学固化法，其中最常采用化学固化法，即在泥浆中添加固化剂，使其与泥浆中的水分发生反应，降低含水率的同时，水化反应的生成物可以提高固化土强度[3]。为此，本文依托实际工程，通过对一定含水率下的泥浆进行固化处置，并将其填筑到路基底基层中，以解决泥浆的再生利用问题，减少了泥浆对周围环境的影响，对促进城市快速路建设的可持续发展具有重要意义[3-5]。

1 工程概况

本项目依托徐丰公路快速化改造工程，其中庞庄涉铁段采用高架桥形式，全长648m，桥梁桩基采用钻孔灌注桩工艺施工，现场挖掘了储浆池来制备泥浆。由于现场施工场地有限，泥浆捞出后不能长时间堆放在现场，因此，本文通过采用HAS固化剂对泥浆进行固化处置[6-7]。

2 试验材料与方法

2.1 试验材料

2.1.1 泥浆

试验采用的泥浆为徐丰快速路改造庞庄涉铁段钻孔灌注桩产生的，依据《公路土工试验规程》（JTG 3430-2020），采用烘干法对未处理的泥浆和捞出晾晒1d、7d后的废弃泥浆进行含水率测试。测试结果如表1所示。

由表1分析可知，经过沉淀晾晒1d后的废弃泥浆含水率下降了约57%，而在1d基础上再晾晒7d后，含水率下降了约31%，说明废弃泥浆在初期含水率下降较快，后期逐渐减缓。由此可以看出，经过短期晾晒后，废弃泥浆含水率依然很高，说明采用常规的方法很难对其进行有效处理。

2.1.2 HAS固化剂

通过调研发现目前国内土壤固化剂的分类方法有三种，其中按是否与无机结合料共同使用分为A类固化剂和B类固化剂，按作用机理分为无机固化剂、有机固化剂、离子固化剂、生物酶固化剂，按形态分为液体固化剂和固体固化剂 [4]。

调研发现无机固化剂的成分以水泥、石灰等无机物为主，应用较广泛，有机固化剂的成分为高分子聚合物，而离子固化剂和生物酶固化剂的生产厂家以国外为主，这些固化剂对于不同类型的土壤处置存在一定局限性。针对本项目固化对象天然含水率高的特点，常用的水泥、石灰等无机类固化剂难以对其进行有效的处置。因此结合本项目的工程特点，选用HAS固化剂对废弃泥浆进行处置。

HAS土壤固化剂（简称“HAS固化剂”）是一种新型水硬性硅铝基胶凝材料，主要以工业废渣为生产原材料。HAS固化剂呈粉状，可以在常温下固化多种材料，如粉煤灰、工业废渣、工业尾矿、含泥石屑、土壤、山渣、城市垃圾、污淤泥等。HAS固化剂主要具备以下几项优势。

（1）早期强度高：使用HAS固化剂处理后的材料具有快速硬化的特性，能够在短时间内形成较高的强度。

（2）后期强度稳定发展：经过一段时间的固化，材料的强度会进一步发展并趋于稳定。

（3）水稳定性好：经过固化处理的材料在水分环境中具有良好的稳定性，不易受水分侵蚀。

（4）耐久性好：固化后的材料具有良好的耐久性，能够长时间保持结构的稳定性和强度。

（5）施工方便：HAS固化剂使用简便，可与材料混合均匀后直接施工。

（6）施工周期短：因为固化速度快，施工周期相对较短。

本项目通过对HAS固化剂相关技术指标进行试验，结果如表2所示。

2.2 试验方法

2.2.1 击实试验

本项目依据《公路土工试验规程》（JTG 3430-2020）中的T 0131-2019击实试验方法，对泥浆固化土进行成型，并确定最大干密度和最佳含水率。

2.2.2 无侧限抗压强度试验

为了保证公路基层具有一定承载能力，依据《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51-2009）中的T0805-1994无机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验方法，对不同龄期的泥浆固化土进行无侧限抗压强度试验。

2.2.3 承载比CBR试验

为了确定泥浆固化土在实际应用中的性能，通常采用承载比CBR试验对其进行验证。承载比CBR试验中的一个关键设计参数是加州承载比（CBR），它指的是在最佳含水率下，材料在经过击打压实并饱水12h后，用贯入试验测定的局部剪切强度。本项目依据《公路土工试验规程》（JTG 3430-2020）中的T 0134-2019承载比（CBR）试验，对固化处理后的泥浆进行试验，为后续的实际应用提供理论支撑。

2.3 试验方案

通过对HAS固化剂设置不同的掺量水平，来探究固化剂掺量、龄期对泥浆固化效果的影响规律，确定HAS固化剂的掺量范围。试验安排如表3所示。

3 结果与讨论

3.1 击实试验结果分析

将泥浆置于烘箱烘干至恒重后，用2mm的篩对泥浆进行筛分，取4.5kg筛下部分平均分为5份，每份加入不同掺量的HAS固化剂和蒸馏水，击实完成后测定每个试样的干密度和含水率，结果如表4所示。

由表4、图2分析可知，随着HAS固化剂掺量的增加，固化泥浆的最佳含水率逐渐增大，最大干密度逐渐减小。主要是由于固化剂掺入泥浆后，固化剂中的矿物成分与泥浆中的水分、土颗粒发生一系列物理化学反应，吸收更多水分来恢复结合水膜的厚度，从而提高了最佳含水率；此外，经过离子交换作用，细小土颗粒逐渐结团变成大颗粒，导致其最大干密度逐渐降低。

3.2 无侧限抗压强度试验结果分析

为了确定泥浆在含水率较高条件下的固化剂掺量和养护龄期，通过对现场捞出晾晒1d后的泥浆进行固化处理，并测定其无侧限抗压强度，结果如表5所示。

由表5分析可知：泥浆固化土的无侧限抗压强度随着固化剂掺量、养护龄期的增加逐渐增大，而含水率随着固化剂掺量、养护龄期的增加逐渐减小。在不同养护龄期下，固化剂掺量在0%～6%内，固化土无侧限抗压强度增长速率较快，而当固化剂掺量在6%～9%内，固化土无侧限抗压强度的增长速率逐渐减缓，因此，从经济性方面考虑，初步确定HAS固化剂的最佳掺量为6%。

3.3 承载比CBR试验结果分析

为了验证泥浆固化土的承载比强度，对不同HAS固化剂掺量下的固化土进行CBR试验，结果如表6所示。

由表6分析可知，随着HAS固化剂掺量的增加，泥浆固化土的CBR值逐渐增大，且掺量从0%～6%时CBR值增长速率较快，当掺量大于6%后，CBR值增长速率逐渐减缓，考虑到经济性和规范要求，最终推荐HAS固化剂最佳掺量为6%。

4 结论

本文依托徐丰公路快速化改造工程，采用HAS固化剂对钻孔灌注桩产生的废弃泥浆进行固化处理，并对泥浆固化土的强度进行试验，提出泥浆固化工艺，主要结论如下：从沉淀池刚捞出的泥浆含水率较高，而捞出晾晒7d后含水率下降至26.3%，说明短期内无法快速降低泥浆的含水率；通过对不同HAS固化剂掺量下的固化土进行无侧限抗压强度和承载比CBR试验，当掺量为6%时的强度满足规范技术要求，因此推荐HAS固化剂最佳掺量为6%；现场对高含水率的泥浆进行固化处理，至少闷料7d以上，确保固化土含水率达到最佳含水率方可进行填筑压实。

参考文献

[1] 孟凡伦. 高含水率盾构废弃泥浆固化及强度特性研究[J]. 城市轨道交通研究，2023，26（3）：152-159.

[2] 叶会峰，王明，钱海磊，等. 钻孔灌注桩泥浆固化填料化利用技术研究[J]. 建筑科技，2021，5（4）：25-27.

[3] 朱偉，闵凡路，吕一彦，等. “泥科学与应用技术”的提出及研究进展[J]. 岩土力学，2013，34（11）：3041-3054.

[4] 龙开荃. 淤泥快速固化及力学特性研究[D].重庆：重庆大学，2022.

[5] 张子洋. 复杂海相地层灌注桩施工孔壁稳定性分析与护壁泥浆配比优化研究[D].长沙：中南大学，2022.

[6] 金欣欣.聚合物泥浆系统在旋挖钻孔灌注桩中的应用[J].珠江水运，2022（10）：33-35.

[7] 杨明. 护壁泥浆对钻孔灌注桩承载性能影响研究分析[D].合肥：安徽建筑大学，2021.