本发明是一种用于钻孔灌注桩护壁的有机泥浆及其制备方法，属于建筑基础施工技术领域。
背景技术：
桩基工程中大直径钻孔灌注桩施工，对于易塌孔地层：砂层、卵石层和粉土层，钻孔时往往需要进行泥浆护壁，以确保孔壁稳定，不塌孔，钢筋笼顺利放入孔内，混凝土水下灌注桩身质量完整，孔底沉渣厚度满足要求。普通泥浆配制需要在施工场地内挖一个或多个泥浆池，在泥浆池中提前进行搅拌造浆，泥浆质量通常用比重、粘度、滤失量、泥皮厚度来进行衡量，造好的泥浆质量合格后通过泥浆泵泵入桩孔内，以保证钻机钻孔穿越砂卵石等易塌孔地层时，桩孔壁不塌孔。目前工程中大多数采用膨润土、粘土、红粘土进行搅拌造浆，这样钻孔出渣会夹带大量泥浆，且废弃泥浆会含有较多的沙砾，会给施工现场处理这些出渣和废弃的泥浆带来很大的麻烦，施工现场极度泥泞，现场文明程度极差。且由于渣土和废弃的泥浆土颗粒极细，保水性好，现场晾干、消纳非常困难，外运消纳成本极高且会造成二次污染环境。研发经济、环保、简单易行、性能良好的护壁材料非常必要。
技术实现要素：
本发明正是针对上述现有施工中存在的问题而设计提供了一种用于钻孔灌注桩护壁的有机泥浆，其目的是减少粘性土的使用量，节约成本，减少钻孔出渣土中粘土含量，减少现场的泥浆污染。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明技术方案提供了一种用于钻孔灌注桩护壁的有机泥浆，该有机泥浆是由聚丙烯酰胺、粘性土和水混合而成，聚丙烯酰胺、粘性土、水的重量配比关系为：0.02～0.08∶3～20∶100；
所述粘性土为膨润土、红粘土、粘土或粉质粘土。
本发明技术方案还提供了一种制备该用于钻孔灌注桩护壁的有机泥浆的方法，其特征在于：该方法的步骤为：
步骤一、桩位定位，旋挖钻机就位、预钻孔，埋设护筒；
步骤二、继续钻进，旋挖至一定深度至不塌孔为止；
步骤三、往钻孔内先加入一定量的水，再加入粘性土，下放钻杆进行充分混合搅拌，直至形成浑水；
步骤四、再往搅拌好的浑水里，均匀的加入聚丙烯酰胺，边加边进行充分搅拌，形成符合配比的有机泥浆；
步骤五、采用泥浆粘度计、比重计和含砂率计等进行有机泥浆的质量检验；
步骤六、有机泥浆达到要求后，下放钻机钻杆进行砂层、卵石层等易塌孔层钻进。
本发明技术方案中，有机泥浆中的有机成分主要是聚丙烯酰胺，其余为粘性土和水。桩基工程，在旋挖钻孔中，由粘性土、聚丙烯酰胺和水按照一定的添加顺序和配比，充分搅拌而成的溶液称为有机泥浆。有机泥浆的命名分为有机膨润土泥浆、有机红粘土泥浆、有机粘土泥浆、有机粉质粘土泥浆等。有机膨润土泥浆的命名是因为其成分中有机物聚丙烯酰胺含量少，膨润土含量多；有机红粘土泥浆的命名是因为其成分中有机物聚丙烯酰胺含量少，红粘土含量多；有机粘土泥浆的命名是因为其成分中有机物聚丙烯酰胺含量少，粘土含量多；有机粉质粘土泥浆的命名是因为其成分中有机物聚丙烯酰胺含量少，粉质粘土含量多。有机泥浆粘度随聚丙烯酰胺的含量增加而增加，在相同的聚丙烯酰胺含量条件下，粘粒含量越高有机泥浆粘度越大，比如加入膨润土的有机泥浆粘度大于一般粘性土的泥浆粘度；在粘粒含量一定的条件下，聚丙烯酰胺的含量增减对有机泥浆的比重影响较小；在粘粒含量小于5％条件下，有机泥浆比重为1.01～1.04；有机泥浆的滤失量指标随聚丙烯酰胺含量的增加而逐渐减小，粘粒含量越高，滤失量越小，同时在不添加粘性土的纯净的聚丙烯酰胺溶液的护壁性能较差，主要是形成不了泥皮，滤失量大。不同性质的粘性土与不同量的聚丙烯酰胺搅拌而成的有机泥浆的基本物理性质通过试验测得的数据如下表1、表2、表3、表4。
表1膨润土含量5％时，有机泥浆物理指标
表2粉质粘土含量5％时，有机泥浆物理指标
表3膨润土含量0.04％时，有机泥浆物理指标与膨润土含量关系
表4粉质粘土含量0.04％时，有机泥浆物理指标与粉质粘土含量关系
由于本发明技术方案中有机泥浆中加入的粘性土含量少，这样就减少了钻孔出渣土中粘土含量，同时也就减少了现场的泥浆污染。而且有机泥浆在自然环境下可自行化学降解和生物降解，最终降解成CO2、H2O、CH4和有机酸等无污染的碳水化合物。
本发明技术方案中有机泥浆的干燥速度比普通泥浆快，其特点体现在以下方面：
1)有机泥浆随着时间的增加，干燥降解速度先增加后减小直至完全干燥；
2)试验中，在聚丙烯酰胺含量相同的情况下，含膨润土的有机泥浆的干燥速度最慢，在72小时之后才逐渐完全干燥；含粉质粘土的有机泥浆的干燥速度居中，在48小时后基本完全干燥；不含粘性土的聚丙烯酰胺溶液干燥降解速度最快，在8-24小时之间就基本完全干燥；
3)随着聚丙烯酰胺含量的逐渐增加，有机泥浆的干燥降解速度逐渐减慢，此情况是由聚丙烯酰胺具有吸水保湿的作用所导致。
在实际工程施工中，有机泥浆的制作是先将粘性土加入到桩孔内搅拌成一定浓度的稀泥浆，再向桩孔内加入聚丙烯酰胺，经搅合后形成符合配比的有机泥浆，所使用的粘性土可以就地开挖。
本发明技术方案的特点及有益效果体现在以下几点：
1.有机泥浆是首次应用于桩基工程钻孔灌注桩护壁，加入了高分子化合物聚丙烯酰胺，由于聚丙烯酰胺具有桥联作用，使有机泥浆中粘性颗粒聚结成抗剪强度较高的泥皮，泥皮形成后，拉拢作用会使泥皮更加致密，从而更加有效地稳固孔壁，防止孔壁坍塌；
2.普通泥浆通过不断加大粘性土含量提高泥浆粘度，来增加护壁效果，而聚丙烯酰胺是大分子化合物具有很强的增粘效果，在极稀浓度的普通泥浆中加入少量的聚丙烯酰胺就能达到增粘效果，聚丙烯酰胺掺入量一般在万分之四到万分之六，大大减少了粘性土的用量，有利于保护环境，节约资源；
3.有机泥浆在自然状态下容易干燥降解，降解后，除剩余粘性土外，其余为CO2、H2O、CH4等，有利于环境再生。且干燥降解速度随温度和紫外线照射条件的增强而增加。随粘性土含量减少而提高。
附图说明
图1为本发明制备方法的流程示意图
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
以成都某工程为例，该工程为多层大跨度厂房，结构形式为框架结构，单柱竖向荷载20000-26000KN，场地稳定地下水位9.3-13.7m，场地地层依次为1、层杂填土，2、层粉质黏土，3、1层粉砂夹层，4、层松散卵石，5、层稍密卵石，6、层中密卵石，7、层密实卵石，8、1层粗砂夹层，9、层密实卵石，10、1层粗砂夹层，11、层密实卵石，12、1层粗砂夹层，其卵石一般粒径2～7cm，最大粒径达20cm以上，卵石含量约60％～70％，且局部含少量漂石。
该工程基础形式采用桩基，桩长8.5-12.0m，桩径800mm，单桩极限承载力要求8500-13000KN，桩端持力层为6层密实卵石层，桩基施工采用旋挖钻机成孔、泥浆护壁、水下灌注混凝土工艺，在基础桩施工时，护壁材料选用了当地的红粘土和聚丙烯酰胺制作有机泥浆，该有机泥浆中聚丙烯酰胺、红粘土、水的重量配比关系为：0.04∶5～10∶100，该有机泥浆比重为1.1～1.15，粘度21～23s，混凝土充盈系数1.25～1.3之间，施工结束后对桩进行了钻芯试验，根据试验取芯观测孔底的塌孔现象表明，孔壁不塌孔，孔底无沉渣。
参见附图1所示，该有机泥浆的制作步骤为：
步骤一、桩位定位，旋挖钻机就位、预钻孔，埋设护筒；
步骤二、继续钻进，旋挖至一定深度至不塌孔为止；
步骤三、往钻孔内先加入一定量的水，再加入红粘土，下放钻杆进行充分混合搅拌，直至形成浑水；
步骤四、再往搅拌好的浑水里，均匀的加入阴离子聚丙烯酰胺，边加边进行充分搅拌，形成符合配比的有机泥浆；
步骤五、采用泥浆粘度计、比重计和含砂率计等进行有机泥浆的质量检验；
步骤六、有机泥浆达到要求后，下放钻机钻杆进行砂层、卵石层等易塌孔层钻进。
通过实际工程施工表明，采用本发明所述的有机泥浆能起到很好的护壁作用，其取材方便、粘性土用量大大减少，造浆容易、速度快，经济成本低；孔内造浆，减少了泥浆池使用；跑浆少，节约了水的使用量；钻孔出土、出渣含泥量低，能快速晾干，且晾干后不用外运，可以直接做为场区的回填材料使用；沉渣清理彻底,能满足桩身完整性要求。