浅谈泥浆在钻孔灌注桩中的应用

杨学杰

近几年，随着我国水利、民建、交通事业的迅速发展，钻孔灌注桩作为一种相当成熟的施工工艺，在基础工程中得到广泛的应用，钻孔施工中所采用的泥浆护壁技术也日趋完善。笔者结合自己的施工实践经验，谈一下泥浆在钻孔灌注桩施工中的应用。

一、泥浆在钻孔灌注桩中的作用

1.泥浆是粘土和水搅拌而成的混合物。在钻孔中，由于泥浆比重比水大，可产生较大的悬浮液压力，在孔内外形成较大压差，使泥浆向孔壁土层渗透。在钻孔过程中，随着钻头的运动，使孔壁表面形成一层胶泥，不仅具有护壁作用，而且可以将孔内外水流截断，能稳定孔内水位，防止坍孔。

2.泥浆比重大，具有使钻渣悬浮起来的作用，可在浆液循环中将钻渣挟出孔外。

3.泥浆具有润滑钻头、冷却钻头的作用。减少了钻头钻进的阻力，提高了钻孔速度。

二、泥浆的性能

1.比重。泥浆在钻孔中对孔壁的侧压力随着泥浆比重的增大而加大，使孔壁越趋稳定，且浮渣能力也越大。然而，随着泥浆比重的增加，孔壁上的泥皮增厚，这样会给清孔和灌注混凝土造成困难，并会降低摩擦桩效果。

2.粘度。粘度越大，挟带钻渣能力越强，但易粘钻头，影响钻进速度；粘度过小，钻渣不易悬浮，影响清孔速度。

3.含砂量。含砂量大，会降低粘度，增加沉淀，易摩损泥浆泵。

4.失水量。泥浆失水量是指泥浆在钻孔内受压力差的作用渗入地层的水量，失水量小，有利于护壁清孔；失水量大，在松散和砂岩地层易形成厚泥饼使灌注桩缩颈，在膨胀地层易造成岩石遇水软化，地层膨胀而塌孔。

5.静切力。静切力是静止的泥浆受外力开始流动所需的最小力。静切力太大，则流动阻力大，砂渣不易沉淀，影响净化，比重易增大；静切力太小，则携带和悬浮钻渣效果不好，因故停钻时，钻渣易下沉，造成积砂埋钻。

6.胶体率。胶体率是指泥浆静止后，其中呈悬浮状态的较大颗粒与水分离的程度。胶体率高，粘土颗粒不易沉淀，悬浮钻渣的能力则高。

三、泥浆的制备

1.制备泥浆使用的粘土，以水化快、造浆能力强、粘度大的膨润土或接近地表经过冻融的粘土为好，但应尽量就地取材。具备下列特征的粘土均可制造泥浆：（1）自然风干后，用手不易掰开捏碎；（2）干土破碎时断面有坚硬的尖锐棱角；（3）用刀切开时，切面光滑，颜色较深；（4）水浸湿后有粘滑感，加水和成泥膏后容易搓成直径小于1mm的细长泥条，用手指揉捻，感觉砂粒不多。

2.泥浆拌制。可用砂浆拌合机拌和，先加适量的水，开动拌合机，再加适量的浸泡好的粘土进行拌制。人工拌和时先将粘土加水放入泥浆池浸透，再人工搅拌。

施工中常直接在钻孔内投放粘土，利用钻头冲击制造泥浆；当表层面为粘土时，可直接在钻孔内加水拌合。

若当地无较好粘土，不能调制出符合要求的泥浆，可在泥浆中掺入Na2CO3、NaOH或膨润粉末，以提高泥浆性能指标，Na2CO3的掺量一般为孔中泥浆重的0.1%～0.2%。

3.调制钻孔泥浆时，应根据钻孔方法和地质情况采用不同的性能指标，性能指标如表1。

表中泥浆性能指标仅供参考，实施中应根据行业标准和实际情况调整。当采用正循环、冲击钻时用表中数值的上限，人工推钻、冲抓钻及循环钻孔用下限。砂性大的用上限，粘性大的用下限。

四、钻孔对泥浆的要求

1.钻孔时应根据通过的土层情况控制钻进速度，同时调整泥浆的稠度。当通过砂砾或含砂量大的卵石层时，应加大泥浆稠度，反复冲击使侧壁坚实，防止坍孔；当基岩桩施工时，泥浆比重可达到1.4～1.6，甚至可达到1.8；当通过粘性土层时，因土层本身可造浆，应降低输入的泥浆稠度。

2.在透水性强的地层钻孔时，泥浆会向孔外漏失，水位不稳定，应增加泥浆比重。

3.因故停钻时，严禁钻头留在孔内，以防埋钻。

五、对清孔的要求

1.终孔检查后，应立即清孔，尽量减少孔底沉淀。

2.清孔的目的是抽、换孔内泥浆，清除钻渣和沉淀层，尽量减少孔底沉淀厚度，防止桩底存留过厚沉淀土而降低桩的承载力。

3.终孔检查后，应立即清孔，不宜隔时过久，以免泥浆、钻渣沉淀增多，造成清孔工作困难，甚至坍孔，清孔后应在最短的时间内灌注混凝土。

表1 钻孔泥浆性能指标表

表2 换浆清孔实验数据表

六、清孔后对泥浆的要求

施工规范中对泥浆性能要求为含砂率低于4%～8%，比重小于1.25，粘度小于28s。但在基岩桩使用正循环换浆清孔施工时，比重常常会超出规范而放宽到1.3～1.35，这是因为泥浆比重过小时，泥浆胶结力、粘度都较小，不能使泥浆中的0.5cm左右的大颗粒碎渣保持悬浮状态，碎渣会在换浆工作停止时快速沉淀，使沉渣厚度超出规范要求。笔者曾在水库库区码头做过实验，该桩为基岩桩，采用冲击钻孔，正循环换浆清孔，实验数据如表2。

一般情况下，灌注桩清孔工作停止后，浇注混凝土之前要进行下钢筋笼、导管、接漏斗、设隔水栓、漏斗内倒混凝土等工序，到首批混凝土灌注时，至少需要30min。如果泥浆比重过小，往往满足不了对沉渣厚度的要求；而泥浆比重过大，在灌注混凝土时对首批混凝土量的要求就越大，而且因混凝土与泥浆比重差较小，浇筑的混凝土不密实，桩头凿除也较深。因此选择合适的泥浆比重对水下灌注混凝土的质量至关重要。

七、水下混凝土灌注

灌注前对孔底沉淀层厚度应再进行一次测定，如厚度超过规定，应再次进行清孔。如果因泥浆比重过小而造成沉淀层厚度始终达不到规范要求，可采用在换浆时往泥浆中加水泥或烧碱，加入时要均匀搅拌，并随时测量泥浆比重，水泥的掺入量不应超过0.15%。

灌注即将结束时，由于导管内混凝土柱高度减小，超压力降低，而导管外的泥浆及所含泥渣稠度增大，比重增大，可能会出现混凝土顶升困难，可在孔内加水稀释泥浆，降低泥浆比重。

八、结语

选择适宜的泥浆是保证钻孔质量和进度的主要因素，只要施工人员严格按照操作规程、工艺流程进行操作，重视泥浆的作用，水下灌注桩的质量完全可以得到保证■