鉆孔灌注樁泥漿固化工藝及強度特性研究

闞久彥 張蘇龍 郭云龍

摘要：為研究鉆孔灌注樁施工中廢棄泥漿的處置方法和工藝，本文依托徐豐公路快速化改造工程，基于對固化劑材料種類和特點的調研分析，最終優選HAS固化劑對泥漿進行固化處理，設計不同固化劑摻量和養護齡期的試驗方案，通過室內擊實試驗、無側限抗壓強度試驗和承載比CBR試驗，得出HAS固化劑最佳摻量為6%，同時根據現場不同齡期的固化土含水率測試結果，提出泥漿固化后至少應悶料7d以上方可填筑壓實的施工建議。

關鍵詞：道路工程?泥漿?固化?強度

中圖分類號：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（請確認）

近年來隨著城市化的發展進程的不斷加快，城市快速路建設日益顯得重要和緊迫。調查發現在快速路施工建設過程中，幾乎都采用了鉆孔灌注樁工藝來進行高架橋樁基施工，為了防止在鉆孔過程中出現孔壁坍塌的情況，通常在泥漿中摻加Na2OH3、NaOH或膨潤土粉末等物質以提高泥漿的性能[1]。但在施工結束后，這些泥漿的處置成為了一個亟待解決的難題?[2]。

目前我國對泥漿的處置的方法有晾曬法、機械處理法、絮凝沉淀法和化學固化法，其中最常采用化學固化法，即在泥漿中添加固化劑，使其與泥漿中的水分發生反應，降低含水率的同時，水化反應的生成物可以提高固化土強度[3]。為此，本文依托實際工程，通過對一定含水率下的泥漿進行固化處置，并將其填筑到路基底基層中，以解決泥漿的再生利用問題，減少了泥漿對周圍環境的影響，對促進城市快速路建設的可持續發展具有重要意義[3-5]。

1?工程概況

本項目依托徐豐公路快速化改造工程，其中龐莊涉鐵段采用高架橋形式，全長648m，橋梁樁基采用鉆孔灌注樁工藝施工，現場挖掘了儲漿池來制備泥漿。由于現場施工場地有限，泥漿撈出后不能長時間堆放在現場，因此，本文通過采用HAS固化劑對泥漿進行固化處置[6-7]。

2?試驗材料與方法

2.1?試驗材料

2.1.1?泥漿

試驗采用的泥漿為徐豐快速路改造龐莊涉鐵段鉆孔灌注樁產生的，依據《公路土工試驗規程》（JTG?3430-2020），采用烘干法對未處理的泥漿和撈出晾曬1d、7d后的廢棄泥漿進行含水率測試。測試結果如表1所示。

由表1分析可知，經過沉淀晾曬1d后的廢棄泥漿含水率下降了約57%，而在1d基礎上再晾曬7d后，含水率下降了約31%，說明廢棄泥漿在初期含水率下降較快，后期逐漸減緩。由此可以看出，經過短期晾曬后，廢棄泥漿含水率依然很高，說明采用常規的方法很難對其進行有效處理。

2.1.2?HAS固化劑

通過調研發現目前國內土壤固化劑的分類方法有三種，其中按是否與無機結合料共同使用分為A類固化劑和B類固化劑，按作用機理分為無機固化劑、有機固化劑、離子固化劑、生物酶固化劑，按形態分為液體固化劑和固體固化劑?[4]。

調研發現無機固化劑的成分以水泥、石灰等無機物為主，應用較廣泛，有機固化劑的成分為高分子聚合物，而離子固化劑和生物酶固化劑的生產廠家以國外為主，這些固化劑對于不同類型的土壤處置存在一定局限性。針對本項目固化對象天然含水率高的特點，常用的水泥、石灰等無機類固化劑難以對其進行有效的處置。因此結合本項目的工程特點，選用HAS固化劑對廢棄泥漿進行處置。

HAS土壤固化劑（簡稱“HAS固化劑”）是一種新型水硬性硅鋁基膠凝材料，主要以工業廢渣為生產原材料。HAS固化劑呈粉狀，可以在常溫下固化多種材料，如粉煤灰、工業廢渣、工業尾礦、含泥石屑、土壤、山渣、城市垃圾、污淤泥等。HAS固化劑主要具備以下幾項優勢。

（1）早期強度高：使用HAS固化劑處理后的材料具有快速硬化的特性，能夠在短時間內形成較高的強度。

（2）后期強度穩定發展：經過一段時間的固化，材料的強度會進一步發展并趨于穩定。

（3）水穩定性好：經過固化處理的材料在水分環境中具有良好的穩定性，不易受水分侵蝕。

（4）耐久性好：固化后的材料具有良好的耐久性，能夠長時間保持結構的穩定性和強度。

（5）施工方便：HAS固化劑使用簡便，可與材料混合均勻后直接施工。

（6）施工周期短：因為固化速度快，施工周期相對較短。

本項目通過對HAS固化劑相關技術指標進行試驗，結果如表2所示。

2.2?試驗方法

2.2.1?擊實試驗

本項目依據《公路土工試驗規程》（JTG?3430-2020）中的T?0131-2019擊實試驗方法，對泥漿固化土進行成型，并確定最大干密度和最佳含水率。

2.2.2?無側限抗壓強度試驗

為了保證公路基層具有一定承載能力，依據《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》（JTG?E51-2009）中的T0805-1994無機結合料穩定材料無側限抗壓強度試驗方法，對不同齡期的泥漿固化土進行無側限抗壓強度試驗。

2.2.3?承載比CBR試驗

為了確定泥漿固化土在實際應用中的性能，通常采用承載比CBR試驗對其進行驗證。承載比CBR試驗中的一個關鍵設計參數是加州承載比（CBR），它指的是在最佳含水率下，材料在經過擊打壓實并飽水12h后，用貫入試驗測定的局部剪切強度。本項目依據《公路土工試驗規程》（JTG?3430-2020）中的T?0134-2019承載比（CBR）試驗，對固化處理后的泥漿進行試驗，為后續的實際應用提供理論支撐。

2.3?試驗方案

通過對HAS固化劑設置不同的摻量水平，來探究固化劑摻量、齡期對泥漿固化效果的影響規律，確定HAS固化劑的摻量范圍。試驗安排如表3所示。

3?結果與討論

3.1?擊實試驗結果分析

將泥漿置于烘箱烘干至恒重后，用2mm的篩對泥漿進行篩分，取4.5kg篩下部分平均分為5份，每份加入不同摻量的HAS固化劑和蒸餾水，擊實完成后測定每個試樣的干密度和含水率，結果如表4所示。

由表4、圖2分析可知，隨著HAS固化劑摻量的增加，固化泥漿的最佳含水率逐漸增大，最大干密度逐漸減小。主要是由于固化劑摻入泥漿后，固化劑中的礦物成分與泥漿中的水分、土顆粒發生一系列物理化學反應，吸收更多水分來恢復結合水膜的厚度，從而提高了最佳含水率；此外，經過離子交換作用，細小土顆粒逐漸結團變成大顆粒，導致其最大干密度逐漸降低。

3.2?無側限抗壓強度試驗結果分析

為了確定泥漿在含水率較高條件下的固化劑摻量和養護齡期，通過對現場撈出晾曬1d后的泥漿進行固化處理，并測定其無側限抗壓強度，結果如表5所示。

由表5分析可知：泥漿固化土的無側限抗壓強度隨著固化劑摻量、養護齡期的增加逐漸增大，而含水率隨著固化劑摻量、養護齡期的增加逐漸減小。在不同養護齡期下，固化劑摻量在0%～6%內，固化土無側限抗壓強度增長速率較快，而當固化劑摻量在6%～9%內，固化土無側限抗壓強度的增長速率逐漸減緩，因此，從經濟性方面考慮，初步確定HAS固化劑的最佳摻量為6%。

3.3?承載比CBR試驗結果分析

為了驗證泥漿固化土的承載比強度，對不同HAS固化劑摻量下的固化土進行CBR試驗，結果如表6所示。

由表6分析可知，隨著HAS固化劑摻量的增加，泥漿固化土的CBR值逐漸增大，且摻量從0%～6%時CBR值增長速率較快，當摻量大于6%后，CBR值增長速率逐漸減緩，考慮到經濟性和規范要求，最終推薦HAS固化劑最佳摻量為6%。

4?結論

本文依托徐豐公路快速化改造工程，采用HAS固化劑對鉆孔灌注樁產生的廢棄泥漿進行固化處理，并對泥漿固化土的強度進行試驗，提出泥漿固化工藝，主要結論如下：從沉淀池剛撈出的泥漿含水率較高，而撈出晾曬7d后含水率下降至26.3%，說明短期內無法快速降低泥漿的含水率；通過對不同HAS固化劑摻量下的固化土進行無側限抗壓強度和承載比CBR試驗，當摻量為6%時的強度滿足規范技術要求，因此推薦HAS固化劑最佳摻量為6%；現場對高含水率的泥漿進行固化處理，至少悶料7d以上，確保固化土含水率達到最佳含水率方可進行填筑壓實。

參考文獻

[1] 孟凡倫.?高含水率盾構廢棄泥漿固化及強度特性研究[J].?城市軌道交通研究，2023，26（3）：152-159.

[2] 葉會峰，王明，錢海磊，等.?鉆孔灌注樁泥漿固化填料化利用技術研究[J].?建筑科技，2021，5（4）：25-27.

[3] 朱偉，閔凡路，呂一彥，等.?“泥科學與應用技術”的提出及研究進展[J].?巖土力學，2013，34（11）：3041-3054.

[4] 龍開荃.?淤泥快速固化及力學特性研究[D].重慶：重慶大學，2022.

[5] 張子洋.?復雜海相地層灌注樁施工孔壁穩定性分析與護壁泥漿配比優化研究[D].長沙：中南大學，2022.

[6] 金欣欣.聚合物泥漿系統在旋挖鉆孔灌注樁中的應用[J].珠江水運，2022（10）：33-35.

[7] 楊明.?護壁泥漿對鉆孔灌注樁承載性能影響研究分析[D].合肥：安徽建筑大學，2021.