黃志強(qiáng) 張業(yè) 王涵

摘 要：針對(duì)存在鈣質(zhì)膠結(jié)地層地區(qū)灌注樁的施工中出現(xiàn)的塌孔問(wèn)題，提出了采用環(huán)向加壓狀態(tài)下泥漿成膜試驗(yàn)裝置，對(duì)不同膠結(jié)程度的地層進(jìn)行成膜試驗(yàn)和環(huán)向加壓的泥漿滲透試驗(yàn)，分析護(hù)壁泥漿對(duì)鈣質(zhì)膠結(jié)地層的適應(yīng)性．結(jié)果表明，在相同壓力持續(xù)時(shí)間、泥漿壓力條件下，優(yōu)化后的泥漿在鈣質(zhì)膠結(jié)地層能有效提高成孔質(zhì)量，保證孔壁穩(wěn)定性．經(jīng)過(guò)護(hù)壁泥漿滲透性能試驗(yàn)研究可知，優(yōu)化后的護(hù)壁泥漿可有效改善鈣質(zhì)膠結(jié)地層施工中的塌孔問(wèn)題．

關(guān) 鍵 詞：鈣質(zhì)膠結(jié)地層；灌注樁；環(huán)向加壓；滲透試驗(yàn)；護(hù)壁泥漿；適應(yīng)性；泥漿壓力；穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)：ＴＵ４１ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ 文章編號(hào)：１０００－１６４６（２０２３）０２－０２２１－０８

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工程建設(shè)項(xiàng)目遍布全國(guó)各地，與此同時(shí)出現(xiàn)地層多樣化的情況，也為施工帶來(lái)不同程度的困難．例如，我國(guó)鄂爾多斯盆地、冀中平原地區(qū)、新疆的部分地區(qū)均存在鈣質(zhì)膠結(jié)地層［１－２］．該地層多由碳酸鹽膠結(jié)作用形成，具有孔隙多且分布不均勻、強(qiáng)度低、易破碎及顆粒易膠結(jié)的特征［３］．工程實(shí)踐證明，該地層的結(jié)構(gòu)受擾動(dòng)后與結(jié)構(gòu)物間的應(yīng)力驟減，尤其是對(duì)樁基承載力的影響尤為顯著，導(dǎo)致在鉆孔過(guò)程中，有塌孔、跑漿等現(xiàn)象．

目前，國(guó)家正在大力建設(shè)新疆地區(qū)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展，因此，解決鈣質(zhì)膠結(jié)地層灌注樁施工過(guò)程中塌孔問(wèn)題，具有十分重要的工程價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值．為達(dá)到孔壁穩(wěn)定性要求，首先要對(duì)護(hù)壁泥漿性能進(jìn)行研究，學(xué)者們往往會(huì)進(jìn)行泥漿優(yōu)化配制，然后針對(duì)影響因素進(jìn)行具體探究，本文先進(jìn)行護(hù)壁泥漿最優(yōu)配制，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬滲透試驗(yàn)，并通過(guò)加壓研究泥漿的滲透特性．曾帥［４］以武漢地鐵小鎮(zhèn)車站施工為研究對(duì)象，分析鉆孔灌注樁施工時(shí)，孔壁失穩(wěn)和泥漿護(hù)壁機(jī)理過(guò)程，得出工程地質(zhì)條件、地下水、泥漿是保證孔壁穩(wěn)定的三個(gè)重要因素．Ｒｉｔａ等［５］在泥漿中添加不同濃度的ＣＭＣ和Ｎａ２ＣＯ３，通過(guò)比重、粘度、泥皮厚度、ｐＨ值可以看出，泥漿中的ＣＭＣ和Ｎａ２ＣＯ３ 起到了增粘作用，并且改善了泥漿的流變性．李思慧等［６］采用均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)法進(jìn)行泥漿配合比試驗(yàn)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析和回歸分析并建立各變量的回歸方程，根據(jù)所需要泥漿性能指標(biāo)對(duì)各回歸方程進(jìn)行尋優(yōu)處理，得出泥漿最優(yōu)配合比并進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)，將計(jì)算值與試驗(yàn)值對(duì)比．周中等［７］針對(duì)斷層破碎地層施工所需泥漿配制問(wèn)題，采用室內(nèi)試驗(yàn)研究方法，對(duì)斷層破碎地層泥漿配比、泥漿滲透及泥漿與地層適應(yīng)性進(jìn)行系統(tǒng)研究，得到斷層破碎地層泥漿建議配比．Ｍｉｎ等［８］采用ＮＸＳ１１Ａ旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)對(duì)９組泥漿流體性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)試，以研究泥漿在砂層中的滲透．此外，Ｍｉｎ等還采用自行設(shè)計(jì)的滲透裝置進(jìn)行了一系列滲透試驗(yàn)．Ｌｉｕ等［９］以南寧地鐵圓礫石層施工中使用泥漿為例，利用自行設(shè)計(jì)的泥漿滲透裝置，進(jìn)行了不同配比泥漿在圓礫石層中的滲透成膜試驗(yàn)，研究了泥漿比重、粘度、滲透系數(shù)等對(duì)成膜的影響，并對(duì)灌漿壓力、滲水量、成膜時(shí)間、漿膜形狀等進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證．結(jié)果表明，泥漿比重隨黏土含量的增加而線性增加，粘度隨ＣＭＣ含量的增加而線性增加．葉偉濤等［１０］以福州中粗砂層為工程背景，進(jìn)行泥漿成膜室內(nèi)試驗(yàn)，結(jié)果表明：黏度對(duì)試驗(yàn)最終相對(duì)密度的影響大于濾水量的影響；隨著泥漿中含砂率的增加，試驗(yàn)最終濾水量先減小后增大．吳笛等［１１］以武漢典型地層為例，通過(guò)自主研發(fā)的準(zhǔn)三軸泥漿滲透測(cè)試儀器，測(cè)試地層應(yīng)力作用下泥漿的滲透性能，驗(yàn)證泥皮的護(hù)壁作用．劉建樓等［１２］在中砂地層中對(duì)不同流變性質(zhì)的泥漿展開(kāi)滲透試驗(yàn)，得到了泥漿滲透成膜過(guò)程中濾水量的變化規(guī)律，分析了泥漿特性對(duì)泥漿滲透成膜的影響．閔凡路等［１３］在自制的滲透裝置中，以不同性質(zhì)的泥漿開(kāi)展?jié)B透試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)定泥膜形成過(guò)程中地層超靜孔隙水應(yīng)力的變化，明確了泥膜的作用機(jī)理．魏代偉等［１４］研究了泥膜的形成時(shí)間及相關(guān)規(guī)律，表明泥漿性質(zhì)對(duì)泥膜的形成時(shí)間有重要影響．通過(guò)自行設(shè)計(jì)的壓力泥漿滲透試驗(yàn)裝置開(kāi)展?jié)B透試驗(yàn)，研究了地層中超靜孔隙水壓力的轉(zhuǎn)化模式及其影響因素，為泥漿配制及泥漿壓力的控制提供依據(jù)．目前，國(guó)內(nèi)外鈣質(zhì)膠結(jié)地質(zhì)鉆孔泥漿采用的大多是膨潤(rùn)土、水、添加劑所組成的泥漿體系，但幾乎都是憑工程經(jīng)驗(yàn)，缺少系統(tǒng)性研究．不同工程對(duì)泥漿有著不同的要求，為了能適應(yīng)實(shí)際工程，滿足工程需要，應(yīng)根據(jù)泥漿在工程實(shí)際中的作用，來(lái)選擇較為合適的泥漿性能分析方法［１５］．本文分析了泥漿壓力持續(xù)時(shí)間及泥漿壓力對(duì)樁周地層浸潤(rùn)滲透作用，同時(shí)根據(jù)滲透后試件表面的泥皮厚度判斷護(hù)壁泥漿對(duì)鈣質(zhì)膠結(jié)地層的適應(yīng)性，以此確定適用于鈣質(zhì)膠結(jié)地層的護(hù)壁泥漿，并確定泥漿的滲透性，為實(shí)際工程提供可靠理論依據(jù)．