泥漿護(hù)壁技術(shù)及配比應(yīng)用實(shí)踐報(bào)告一、引言泥漿護(hù)壁是地下工程（如鉆孔灌注樁、地下連續(xù)墻、頂管施工等）中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)，其核心功能是通過泥漿的物理化學(xué)作用，維持孔壁穩(wěn)定、攜帶鉆渣、冷卻鉆頭及潤滑鉆具。在松散砂土、粉土或地下水豐富的地質(zhì)條件下，泥漿護(hù)壁的效果直接決定了成孔質(zhì)量與施工安全。然而，泥漿性能受地質(zhì)條件、施工工藝及原材料等多因素影響，不合理的配比設(shè)計(jì)或施工控制易導(dǎo)致塌孔、沉渣超標(biāo)、鉆進(jìn)效率低下等問題。本文基于多項(xiàng)工程實(shí)踐，系統(tǒng)闡述泥漿護(hù)壁技術(shù)原理、配比設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用效果，為同類工程提供參考。二、泥漿護(hù)壁技術(shù)原理泥漿的護(hù)壁效果依賴于其物理力學(xué)性能與界面化學(xué)作用的協(xié)同，主要原理包括以下三方面：（一）護(hù)壁機(jī)理1.靜壓力平衡：泥漿密度高于地下水密度，形成的靜壓力可抵消孔壁外側(cè)的土壓力與水壓力，防止孔壁坍塌。2.泥皮形成：泥漿中的黏土顆粒與外加劑（如降濾失劑）在孔壁表面形成一層致密的“泥皮”（厚度約1-3mm），可有效阻止地下水滲入孔內(nèi)，同時(shí)減少泥漿濾液對(duì)孔壁土體的軟化。3.膠體保護(hù)：泥漿中的膨潤土顆粒形成穩(wěn)定的膠體體系，通過靜電斥力與范德華力吸附在孔壁土體顆粒表面，增強(qiáng)土體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。（二）攜渣原理泥漿的流變性能（如黏度、動(dòng)切力）決定了其攜渣能力。當(dāng)泥漿在孔內(nèi)循環(huán)時(shí)，流動(dòng)的泥漿通過剪切作用將鉆渣懸浮，并隨泥漿循環(huán)帶出孔外。合理的黏度（20-30s，馬氏漏斗法）可保證鉆渣不沉降，而動(dòng)切力（≥1Pa）則確保鉆渣在停止循環(huán)時(shí)仍能保持懸浮狀態(tài)。（三）冷卻與潤滑作用泥漿循環(huán)過程中，通過熱交換降低鉆頭溫度（尤其是在硬巖鉆進(jìn)時(shí)），防止鉆頭因過熱損壞；同時(shí)，泥漿中的潤滑劑（如廢機(jī)油、聚合物）可減少鉆具與孔壁的摩擦力，降低鉆進(jìn)阻力。三、泥漿配比設(shè)計(jì)泥漿配比設(shè)計(jì)需遵循“適配地質(zhì)、滿足工藝、經(jīng)濟(jì)合理”的原則，核心是通過調(diào)整原材料比例，使泥漿性能滿足工程要求（如密度、黏度、濾失量、含砂率、膠體率等）。（一）設(shè)計(jì)原則1.地質(zhì)適應(yīng)性：松散砂土（如粉砂、細(xì)砂）需高黏度、低濾失泥漿（防止塌孔）；黏土或粉質(zhì)黏土可采用低黏度、高膠體率泥漿（減少泥皮厚度）；硬巖地層需提高泥漿密度（平衡孔壁壓力）。2.工藝匹配性：鉆孔灌注樁要求泥漿具有良好的攜渣能力（黏度25-30s）；地下連續(xù)墻要求泥漿穩(wěn)定性高（膠體率≥95%）；頂管施工要求泥漿流動(dòng)性好（黏度15-20s）。3.經(jīng)濟(jì)合理性：在滿足性能要求的前提下，優(yōu)先選擇低成本原材料（如本地膨潤土），減少外加劑用量。（二）原材料選擇與作用泥漿的主要原材料包括膨潤土、水、外加劑，各組分的作用如下：原材料作用常用類型膨潤土提供膠體性能，形成泥皮，是泥漿的基礎(chǔ)原料鈉基膨潤土（優(yōu)于鈣基）水稀釋膨潤土，調(diào)節(jié)泥漿密度與流動(dòng)性自來水或地下水（需澄清）增黏劑提高泥漿黏度與動(dòng)切力，增強(qiáng)攜渣能力CMC（羧甲基纖維素）、聚丙烯酰胺降濾失劑減少泥漿濾液流失，防止孔壁軟化淀粉、纖維素衍生物分散劑調(diào)節(jié)泥漿pH值（最佳8-10），改善膨潤土分散性純堿（Na?CO?）、燒堿（NaOH）加重劑提高泥漿密度，平衡高壓力地層（如深孔、承壓水層）重晶石（BaSO?）、鐵礦粉（三）配比設(shè)計(jì)步驟與實(shí)例1.設(shè)計(jì)步驟（1）確定目標(biāo)性能：根據(jù)地質(zhì)報(bào)告（如土的類別、地下水位）與施工工藝（如孔徑、孔深），參考《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ____）確定泥漿目標(biāo)性能（見表1）。地質(zhì)條件密度（g/cm3）黏度（s，馬氏漏斗）濾失量（ml/30min）含砂率（%）膠體率（%）粉砂土1.1-1.220-30≤20≤1≥95黏土1.05-1.115-25≤25≤1≥98硬巖1.1-1.325-35≤15≤1≥95（2）選擇原材料：優(yōu)先選用鈉基膨潤土（蒙脫石含量≥70%），水需澄清（含砂率≤0.5%），外加劑根據(jù)目標(biāo)性能選擇（如粉砂土中添加CMC與純堿）。（3）試配與調(diào)整：按比例混合原材料（如膨潤土10%、水89%、純堿0.5%、CMC0.5%），攪拌20分鐘后靜置24小時(shí)，測(cè)試性能指標(biāo)（密度、黏度、濾失量等），若不滿足目標(biāo)要求，調(diào)整外加劑用量（如黏度低則增加CMC，濾失量高則增加降濾失劑）。（4）性能驗(yàn)證：試配合格后，在現(xiàn)場小批量制備，模擬施工循環(huán)（如循環(huán)3次），檢測(cè)性能衰減情況，確保泥漿在施工過程中保持穩(wěn)定。2.工程實(shí)例工程概況：某地鐵2號(hào)線鉆孔灌注樁工程，地質(zhì)為粉砂土（層厚6-12m），地下水位埋深1.5m，孔徑1.0m，孔深25m。目標(biāo)性能：密度1.15-1.2g/cm3，黏度25-30s，濾失量≤18ml/30min，含砂率≤1%，膠體率≥95%。配比設(shè)計(jì)：鈉基膨潤土12%、水87%、純堿0.4%、CMC0.3%、淀粉0.3%（降濾失劑）。性能測(cè)試：攪拌靜置24小時(shí)后，密度1.18g/cm3，黏度28s，濾失量15ml/30min，含砂率0.8%，膠體率98%，符合目標(biāo)要求。四、實(shí)踐應(yīng)用案例分析（一）工程概況某市政排水管道頂管工程，管徑1.2m，頂進(jìn)長度300m，地質(zhì)為粉質(zhì)黏土（層厚8-15m），地下水位埋深3m。施工采用泥水平衡頂管機(jī)，要求泥漿具有良好的流動(dòng)性與穩(wěn)定性。（二）泥漿制備與循環(huán)系統(tǒng)1.制備流程：（1）將水注入攪拌池（占比88%），加入純堿（0.3%）攪拌5分鐘（調(diào)節(jié)pH至9）；（2）加入膨潤土（11%）攪拌15分鐘（形成均勻膠體）；（3）加入CMC（0.2%）與淀粉（0.5%）攪拌10分鐘，靜置24小時(shí)后使用。2.循環(huán)系統(tǒng)：采用“三級(jí)凈化”系統(tǒng)：（1）振動(dòng)篩：去除直徑≥2mm的鉆渣；（2）沉淀池：沉淀直徑0.5-2mm的鉆渣；（3）離心機(jī)：去除直徑≤0.5mm的鉆渣（含砂率降至1%以下）。（三）施工控制要點(diǎn)1.性能監(jiān)測(cè)：每2小時(shí)檢測(cè)一次泥漿性能（密度、黏度、濾失量），當(dāng)黏度低于20s時(shí)，補(bǔ)充0.1%的CMC；當(dāng)密度低于1.05g/cm3時(shí)，補(bǔ)充1%的膨潤土。2.循環(huán)維護(hù)：定期清理沉淀池（每日1次），防止鉆渣堆積影響凈化效果；離心機(jī)每運(yùn)行8小時(shí)更換一次濾芯。3.異常處理：若出現(xiàn)塌孔（表現(xiàn)為泥漿密度突然降低、孔內(nèi)水位下降），立即停止頂進(jìn)，向孔內(nèi)注入高濃度泥漿（密度1.2g/cm3，黏度35s），待孔壁穩(wěn)定后繼續(xù)施工。五、應(yīng)用效果分析（一）成孔質(zhì)量提升通過優(yōu)化泥漿配比與施工控制，頂管成孔質(zhì)量顯著提高：孔徑偏差：從±40mm降至±15mm（規(guī)范要求≤±30mm）；垂直度偏差：從0.4%降至0.2%（規(guī)范要求≤0.5%）；沉渣厚度：從12cm降至5cm以內(nèi)（規(guī)范要求≤10cm）。（二）施工效率提高頂進(jìn)速度：從每小時(shí)0.8m提高到每小時(shí)1.2m（提升50%）；清孔時(shí)間：從每段3小時(shí)縮短到每段1.5小時(shí)（縮短50%）；設(shè)備故障率：因泥漿問題導(dǎo)致的停機(jī)次數(shù)從每月5次降至每月1次（降低80%）。（三）成本控制效果泥漿循環(huán)利用次數(shù)：從3次增加到6次（提升100%）；膨潤土消耗量：從每立方米18kg降至每立方米10kg（降低44%）；外加劑消耗量：從每立方米1.2kg降至每立方米0.6kg（降低50%）；每米頂管泥漿成本：從30元降至18元（降低40%）。六、常見問題與改進(jìn)措施（一）泥漿性能衰減問題問題表現(xiàn)：循環(huán)過程中，鉆渣混入導(dǎo)致泥漿黏度降低、濾失量增大（如某工程循環(huán)5次后，黏度從28s降至20s，濾失量從15ml/30min升至25ml/30min）。原因分析：鉆渣中的細(xì)小顆粒（如粉土）吸附泥漿中的黏土顆粒，破壞膠體結(jié)構(gòu)；外加劑（如CMC）在循環(huán)中逐漸降解。改進(jìn)措施：增加離心機(jī)凈化頻率（每循環(huán)2次凈化1次），去除細(xì)小鉆渣；每循環(huán)1次補(bǔ)充0.1%的CMC與0.2%的膨潤土，恢復(fù)泥漿膠體性能。（二）外加劑相容性問題問題表現(xiàn)：某工程同時(shí)使用聚丙烯酰胺（增黏劑）與純堿（分散劑），導(dǎo)致泥漿出現(xiàn)絮凝現(xiàn)象（黏度從25s降至15s）。原因分析：聚丙烯酰胺是陰離子型聚合物，純堿（Na?CO?）會(huì)增加泥漿中的鈉離子濃度，降低聚合物的分散性，導(dǎo)致絮凝。改進(jìn)措施：更換增黏劑（用CMC替代聚丙烯酰胺），CMC與純堿相容性好；先測(cè)試外加劑相容性（如將兩種外加劑混合后觀察是否絮凝），再確定組合。（三）低溫環(huán)境下的性能調(diào)整問題表現(xiàn)：冬季施工（溫度-5℃），泥漿黏度從25s升至35s，流動(dòng)性差，頂進(jìn)阻力增大（從100kN增至150kN）。原因分析：低溫導(dǎo)致泥漿中的水分子運(yùn)動(dòng)減緩，黏土顆粒聚集，黏度升高。改進(jìn)措施：減少增黏劑用量（將CMC從0.3%降至0.2%）；加入抗凍劑（乙二醇，用量0.5%），降低泥漿冰點(diǎn)（至-10℃），保持流動(dòng)性。七、結(jié)論與展望（一）結(jié)論1.泥漿護(hù)壁技術(shù)的核心是合理配比設(shè)計(jì)與嚴(yán)格施工控制，二者缺一不可。2.泥漿性能需根據(jù)地質(zhì)條件（如砂土、黏土）與施工工藝（如鉆孔、頂管）調(diào)整，優(yōu)先選用鈉基膨潤土與相容性好的外加劑。3.實(shí)踐證明，優(yōu)化泥漿配比可顯著提升成孔質(zhì)量（如孔徑偏差、沉渣厚度）、提高施工效率（如頂進(jìn)速度）、降低工程成本（如材料消耗）。（二）展望1.環(huán)保型泥漿：開發(fā)生物降解型外加劑（如纖維素酶、淀粉衍生物），減少泥漿對(duì)環(huán)境的污染。2.智能泥漿系統(tǒng)：采用傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泥漿性能（密度、黏度、濾失量），通過PLC控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整外加劑用量，實(shí)現(xiàn)泥漿性能的動(dòng)態(tài)優(yōu)化。3.高性能泥漿：針對(duì)深孔（如孔深＞50m）、高承壓水（如壓力＞0.5MPa）等復(fù)雜地質(zhì)條件，開發(fā)高穩(wěn)定性、高抗污染的泥漿體系（如聚合物泥漿、水泥基泥漿）。參考