本发明涉及一种旋挖钻成孔无固相冲洗液及其制备方法，属于材料技术领域。
背景技术：
旋挖式钻孔工艺是在综合各种成孔工艺优势的基础上发展起来的一种较新的灌注桩成孔工艺，其主要优点是成孔速度快，机械化程度高，噪音低，振动小等。旋挖钻机在灌注桩成孔过程中因地层的千变万化，尤其是连续砂层(即较厚砂层)与卵砾石等复杂地层，对所需护壁的泥浆性能要求较高。通常旋挖钻成孔工法以静态泥浆稳定液护壁代替了循环造浆的设计，通过对钻孔持续补浆来平衡钻孔内外的水压，常以膨润土和外加剂等作为泥浆材料来配置泥浆进行孔内护壁。
然而，随着桩基深度的不断增加，以及不良地质条件的影响，会造成开泵困难、钻屑难以除去，严重时会导致桩基护壁发生塌陷等事故。旋挖钻机在泥浆护壁灌注桩砂土层钻孔施工中常见的问题有：孔壁坍塌、漏浆、扩径、沉渣层过厚以及埋钻等事故。以国内常见泥浆配方为例，泥浆方案配比为：水：膨润土：cmc：纯碱＝1000:140:2.5:4，需要注意的是：在泥浆池中加入膨润土、纤维素、纯碱后需静置24小时，等膨润土完全水合后，再在泥浆池中倒入粘土，充分拌合使其均匀。传统膨润土基泥浆成分简单、功能单一、分散性较差，难以满足不同地层的施工要求，尤其是在砂类土、碎(卵)石土或黏土夹层中，不能很好地形成泥膜，容易造成塌孔埋钻，清孔速度过慢，泥浆含砂率高及环境污染等问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种旋挖钻成孔无固相冲洗液及其制备方法。
本发明所采用的技术方案如下：
一种旋挖钻成孔无固相冲洗液，按重量份数包含以下原料：
水98～99份、非离子聚丙烯酰胺0.3～0.4份、植物胶0.02～0.08份、硫酸铝0.25～0.5份、羟乙基纤维素0.1～0.2份。
所述的植物胶为瓜尔胶或sh植物胶中的一种或两种。
一种旋挖钻成孔无固相冲洗液的制备方法，
1)按重量份选取水98～99份、非离子聚丙烯酰胺0.3～0.4份、植物胶0.02～0.08份、硫酸铝0.25～0.5份、羟乙基纤维素0.1～0.2份；
2)首先将非离子聚丙烯酰胺在常温条件下溶于50份水中，搅拌20～30分钟至均匀，密封静置4小时得到非离子聚丙烯酰胺溶液；
3)取余下水加入容器，在低速条件下，向容器内加入羟乙基纤维素，搅拌20分钟至所有羟乙基纤维素完全溶解，得到羟乙基纤维素溶液；
4)向步羟乙基纤维素溶液中同时加入植物胶和硫酸铝，搅拌30～40分钟，得到混合溶液；
5)将非离子型聚丙烯酰胺溶液加入到混合溶液中，搅拌20分钟至均匀，得到旋挖钻成孔无固相冲洗液。
本发明的积极效果是：
1、本发明提供的这种旋挖钻成孔无固相冲洗液通过具有操作简单，配制速度快，护壁效果好，沉淀凝聚速度快，可有效提高旋挖钻机施工钻孔质量，具有高效率、成本低、绿色环保、节省人工，可实现自然降解，有利于环境保护。
2、本发明的旋挖钻成孔无固相冲洗液具有粘度、失水量、流变参数和浸泡岩样等性能优良指标，其中：漏斗黏度40s，中压失水量6.8ml，动切力3.35dpa，砂样浸泡72h不散，具体性能如表1和表2所示。
表1旋挖钻成孔无固相冲洗液基本性能指标
表2旋挖钻成孔无固相冲洗液砂样浸泡性能指标
3、本发明具有良好的抗污染性，在溶液中加入5％浓度的ca2+离子时，旋挖钻成孔无固相冲洗液仍能具有良好的流变性能，其表观粘度为20.5mpa·s，塑性粘度为14mpa·s，动切力为6.2dpa，动塑比为0.44，流性指数为0.60，稠度系数为0.31；溶液中加入5％浓度的膨润土时，旋挖钻成孔无固相冲洗液其表观粘度为34.5mpa·s，塑性粘度为18mpa·s，动切力为15.8dpa，动塑比为0.88，流性指数为0.44，稠度系数为1.62；通过对表3和表4的数据可知，旋挖钻成孔无固相冲洗液能够较好地满足第四系覆盖层、松散破碎地层、砂卵石层的钻进与取心的要求，在岩土工程勘察中，它更以其独特的优越性，避免了冲洗液中因固相颗粒而造成的地层孔隙受堵或岩心污染的现象。
4、本发明具有密度低、粘度可调、流动性好的优点，并且在钻进过程中由于高聚物絮凝剂对固相颗粒的自动絮凝清除，不会产生钻屑积累，能大幅度提高孔底钻头的碎岩效率。其中旋挖钻成孔无固相冲洗液是由植物胶、非离子聚丙烯酰胺和羟乙基纤维素三种高分子聚合物(简称高聚物)混合形成的复合溶液，这些高聚物随溶液沿微通道进入岩石内部，高聚物的分子具有多种吸附基和水化基，众多的吸附基在孔壁表面上产生多点网膜吸附，在通道内壁上由网成膜，从内部胶结岩石颗粒，减慢了水对岩层的渗透速度。另外高聚物众多的水化基束缚住了大量的自由水，降低了复合溶液的失水量。从而有效地防止和减少复杂地层的水化分散与膨胀，有效防止水敏、松散等不稳定地层的井壁坍塌掉块，保证地层的稳定性，从而起到了护壁作用。
具体实施方式
实施例1：
本实施案例的旋挖钻成孔无固相冲洗液，由以下重量份数的原料制成：水98份、非离子聚丙烯酰胺0.3份、植物胶0.02份、硫酸铝0.25份、羟乙基纤维素0.1份。
其中，所述植物胶为瓜尔胶。
制备上述旋挖钻成孔冲洗液，采用以下步骤：
1)首先将非离子聚丙烯酰胺在常温条件下溶于50份水中，搅拌20～30分钟至均匀，密封静置4小时得到非离子聚丙烯酰胺溶液；
2)取余下水加入容器，在低速条件下，向容器内加入羟乙基纤维素，搅拌20分钟至所有羟乙基纤维素完全溶解，得到羟乙基纤维素溶液；
3)向步羟乙基纤维素溶液中同时加入植物胶和硫酸铝，搅拌30～40分钟，得到混合溶液；
4)将非离子型聚丙烯酰胺溶液加入到混合溶液中，搅拌20分钟至均匀，得到旋挖钻成孔无固相冲洗液。
实施例2：
本实施案例的旋挖钻成孔无固相冲洗液，由以下重量份数的原料制成：水98份、非离子聚丙烯酰胺0.35份、植物胶0.03份、硫酸铝0.35份、羟乙基纤维素0.15份。
其中，所述植物胶为瓜尔胶。
制备上述旋挖钻成孔冲洗液，采用以下步骤：
1)首先将非离子聚丙烯酰胺在常温条件下溶于50份水中，搅拌20～30分钟至均匀，密封静置4小时得到非离子聚丙烯酰胺溶液；
2)取余下水加入容器，在低速条件下，向容器内加入羟乙基纤维素，搅拌20分钟至所有羟乙基纤维素完全溶解，得到羟乙基纤维素溶液；
3)向步羟乙基纤维素溶液中同时加入植物胶和硫酸铝，搅拌30～40分钟，得到混合溶液；
4)将非离子型聚丙烯酰胺溶液加入到混合溶液中，搅拌20分钟至均匀，得到旋挖钻成孔无固相冲洗液。
实施例3：
本实施案例的旋挖钻成孔无固相冲洗液，由以下重量份数的原料制成：水98份、非离子聚丙烯酰胺0.4份、植物胶0.04份、硫酸铝0.5份、羟乙基纤维素0.2份。
其中，所述植物胶为瓜尔胶。
制备上述旋挖钻成孔冲洗液，采用以下步骤：
1)首先将非离子聚丙烯酰胺在常温条件下溶于50份水中，搅拌20～30分钟至均匀，密封静置4小时得到非离子聚丙烯酰胺溶液；
2)取余下水加入容器，在低速条件下，向容器内加入羟乙基纤维素，搅拌20分钟至所有羟乙基纤维素完全溶解，得到羟乙基纤维素溶液；
3)向步羟乙基纤维素溶液中同时加入植物胶和硫酸铝，搅拌30～40分钟，得到混合溶液；
4)将非离子型聚丙烯酰胺溶液加入到混合溶液中，搅拌20分钟至均匀，得到旋挖钻成孔无固相冲洗液。
实施例4：
本实施案例的旋挖钻成孔无固相冲洗液，由以下重量份数的原料制成：水99份、非离子聚丙烯酰胺0.3份、植物胶0.06份、硫酸铝0.25份、羟乙基纤维素0.1份。
其中，所述植物胶为sh植物胶。
制备上述旋挖钻成孔冲洗液，采用以下步骤：
1)首先将非离子聚丙烯酰胺在常温条件下溶于50份水中，搅拌20～30分钟至均匀，密封静置4小时得到非离子聚丙烯酰胺溶液；
2)取余下水加入容器，在低速条件下，向容器内加入羟乙基纤维素，搅拌20分钟至所有羟乙基纤维素完全溶解，得到羟乙基纤维素溶液；
3)向步羟乙基纤维素溶液中同时加入植物胶和硫酸铝，搅拌30～40分钟，得到混合溶液；
4)将非离子型聚丙烯酰胺溶液加入到混合溶液中，搅拌20分钟至均匀，得到旋挖钻成孔无固相冲洗液。
实施例5：
本实施案例的旋挖钻成孔无固相冲洗液，由以下重量份数的原料制成：水99份、非离子聚丙烯酰胺0.35份、植物胶0.07份、硫酸铝0.35份、羟乙基纤维素0.15份。
其中，所述植物胶为sh植物胶。
制备上述旋挖钻成孔冲洗液，采用以下步骤：
1)首先将非离子聚丙烯酰胺在常温条件下溶于50份水中，搅拌20～30分钟至均匀，密封静置4小时得到非离子聚丙烯酰胺溶液；
2)取余下水加入容器，在低速条件下，向容器内加入羟乙基纤维素，搅拌20分钟至所有羟乙基纤维素完全溶解，得到羟乙基纤维素溶液；
3)向步羟乙基纤维素溶液中同时加入植物胶和硫酸铝，搅拌30～40分钟，得到混合溶液；
4)将非离子型聚丙烯酰胺溶液加入到混合溶液中，搅拌20分钟至均匀，得到旋挖钻成孔无固相冲洗液。
实施例6：
本实施案例的旋挖钻成孔无固相冲洗液，由以下重量份数的原料制成：水99份、非离子聚丙烯酰胺0.4份、植物胶0.08份、硫酸铝0.5份、羟乙基纤维素0.2份。
其中，所述植物胶为sh植物胶。
制备上述旋挖钻成孔冲洗液，采用以下步骤：
1)首先将非离子聚丙烯酰胺在常温条件下溶于50份水中，搅拌20～30分钟至均匀，密封静置4小时得到非离子聚丙烯酰胺溶液；
2)取余下水加入容器，在低速条件下，向容器内加入羟乙基纤维素，搅拌20分钟至所有羟乙基纤维素完全溶解，得到羟乙基纤维素溶液；
3)向步羟乙基纤维素溶液中同时加入植物胶和硫酸铝，搅拌30～40分钟，得到混合溶液；
4)将非离子型聚丙烯酰胺溶液加入到混合溶液中，搅拌20分钟至均匀，得到旋挖钻成孔无固相冲洗液。
实施例7：
本实施案例的旋挖钻成孔无固相冲洗液，由以下重量份数的原料制成：水99份、非离子聚丙烯酰胺0.4份、植物胶0.08份、硫酸铝0.5份、羟乙基纤维素0.2份。
其中，所述植物胶为sh植物胶0.06份，瓜尔胶0.02份。
制备上述旋挖钻成孔冲洗液，采用以下步骤：
1)首先将非离子聚丙烯酰胺在常温条件下溶于50份水中，搅拌20～30分钟至均匀，密封静置4小时得到非离子聚丙烯酰胺溶液；
2)取余下水加入容器，在低速条件下，向容器内加入羟乙基纤维素，搅拌20分钟至所有羟乙基纤维素完全溶解，得到羟乙基纤维素溶液；
3)向步羟乙基纤维素溶液中同时加入植物胶和硫酸铝，搅拌30～40分钟，得到混合溶液；
4)将非离子型聚丙烯酰胺溶液加入到混合溶液中，搅拌20分钟至均匀，得到旋挖钻成孔无固相冲洗液。
旋挖钻成孔无固相冲洗液抗钙流变特性如表3所示。
旋挖钻成孔无固相冲洗液抗膨润土流变特性如表4所示。
表3旋挖钻成孔无固相冲洗液抗钙流变特性
表4旋挖钻成孔无固相冲洗液抗膨润土流变特性