钻孔灌注桩中泥浆配制及施工应用

2014-08-09姚文青

河南科技 2014年20期

姚文青

（邳州远通公路工程有限公司，江苏邳州 221300）

桥梁桩基施工中钻孔灌注桩由于具有成桩快、节省材料、降低工程造价、承载力可靠等优点得到广泛应用。随着施工机械及施工工艺的发展，以前灌注桩施工的缺点被克服，现在可以做到快速成孔，连续浇注，工程质量明显提高，质量事故显著减少。本文就邳州沂河大桥桩基施工，依据自己的实践经验，浅谈泥浆在钻孔灌注桩中的作用、泥浆的配制及泥浆泵的选择，及钻进时泥浆的调整控制。

施工中泥浆的重要性往往极容易被忽视，虽然泥浆因素相对于其它因素对桩的质量的影响较小，但是充分认识它，做到合理选择，对于我们桩基的施工是大有好处的。对于泥浆的质量，施工人员只重视成孔后清孔时的泥浆检测和此时所要达到的技术指标及规范要求，其实我们应该全过程地检测其指标，这对于加速钻孔、节省机械台班、减少坍孔渗漏有着重要意义。《基础工程》一书中给出了泥浆在钻孔中的作用：在孔内产生较大的静水压力，可防止坍孔；泥浆自孔外渗漏，在钻进过程中由于钻头的活动，孔壁表面形成一层胶泥，具有护壁的作用，同时将孔内外水流切断，能稳定孔内外水位；泥浆比重大，具有挟带钻碴作用，有利于钻碴的排出。另一方面，选择恰当的泥浆在钻孔过程也可起到润滑作用，加快钻进速度，冷却钻头。

1 泥浆的配制

施工中由于地质条件的复杂及施工机械的差异，要根据地质情况、土壤状况等因素进行泥浆的配制。遵循的原则是具体问题具体分析，因地制宜配制泥浆，并且在钻进过程中应及时调整其各项指标。

1.1 指标的选择

经验表明泥浆过稠会增大钻头的阻力，影响钻进速度，还会增加孔壁的泥浆附着量，对受力不利，给以后的清孔增加难度；如果太稀，排碴的功能会降低，护壁效果也不明显。在地质条件差的情况下容易坍孔，若遇到砂层可能会严重失水，因此我们要根据情况，合理地确定泥浆各项指标。表1 为不同情况下泥浆指标的选择。

表1 泥浆指标选择

施工时可根据钻孔处的地质情况、钻碴大小、泥浆泵的能量、钻孔直径和深度等选择泥浆的比重和粘度。比重过小的泥浆不能使较大粒径的钻碴浮上排出孔外，因而影响钻进速度甚至导致无法钻进。孔壁穿越砂层时要严格掌握泥浆的比重，抛片卵石，粘土混合料要适当且勿抛量过少造成塌孔，或集中大量抛入而造成吸钻。如果地层透水性强而漏水则可加入较粗的泥浆。一般比重以1.1～1.3 为宜，当直冲击钻钻进大卵石层时，可选择为1.4 以上，粘度为20s，含砂率小于3%。在较好的粘性土层中钻孔也可灌入清水，使钻孔时孔内自造泥浆，达到固壁效果，调制泥浆的粘度塑性指数不宜小于15，粒径大于0.1mm 的颗粒不宜超过6%。

表2 泥浆性能指标

说明:（1）正循环冲击钻孔用上限，人工推钻、机动蜗杆推钻、冲抓及反循环用下限。（2）泥浆砂性大的用上限，粘性大的用下限。（3）土层本身为粘性土且能在钻进过程中形成合格泥浆时，可不另备浆料。（4）采用反循环钻、人工推钻、机动蜗杆推钻和冲抓钻钻进时，泥浆主要起护壁作用，后四项指标可以不考虑。在不坍塌的的粘性土层钻进时，可用清水提高水头护壁。（5）地质较好、孔径较小、桩较短，泥浆性指标采用下限，反之采用上限。（6）泥浆静切力应适当，若太大流动阻力大，砂碴不易沉淀，影响净化，比重增大。若太小，携带和悬浮钻碴效果不好。因故停钻时，钻碴易下沉造成积碴埋钻。（7）泥浆失水率小，有利于巩固孔壁和保护基岩。若失水率太大，在松散和砂岩地层易形成泥饼，而使钻孔缩径，在泥岩地层易造成岩石遇水软化，地层膨胀而塌孔。（8）泥浆的各种性能指标的测定必须由专职人员进行测试，并要求将测试结果及应采取的措施书面通知各施工班组。每次所测试的时间、所测性能数据、孔深等必须记录清楚，并整理成册，存档以便核查。

泥浆黏度大，结构强度大，在孔壁形成的泥皮较坚固，悬浮和携带土碴能力较大，但在黏土层钻进时，黏度过大，影响钻进速度，容易糊钻头。因此要按不同的土层，选用合理的泥浆黏度。

1.2 黏土的选择

最好选用水化快、造浆能力强、相同比重时黏度大的膨胀土或接近地表经过冻融的黏土，野外鉴定其特征为干燥时有较高的抗断性，用手难捏碎；浸湿后有黏滑感，加水搅拌后容易搓成直径1mm 的细长泥条；干土破碎后有坚固尖锐断口，刀切开面光滑，颜色较深，用手指揉搓无砂粒。黏土运到场地后摊开、打碎、晒干后使用。

泥浆黏度随比重增加而增加，比重超过一定额度，黏度提高增快。配制泥浆前应进行多种不同比重黏度的对比试验，了解规律，选择适当的比重与黏度和好黏土，好黏土在相同的比重时黏度较大，同时黏度随比重而增长的速度较快。

1.3 指标确定后经试验确定合理的配比

表3 制成不同比重泥浆的干土和水的配比

用来钻进时孔内造浆的循环泥浆，如比重过大，需在浆池内加水稀释或加稀泥浆稀释时（不允许在孔内直接加清水)，加水或稀泥浆量按下式计算：

式中，Q1—降低泥浆比重时需加水量（吨）；V1—原泥浆体积（m3）；g2—原泥浆比重（吨/m3）；g3—水的比重或稀泥浆比重（吨/m3）；g4—稀释后要求的稀泥浆比重（吨/m3）。

1.4 泥浆的的拌制

人力或机械搅拌，机械搅拌使用拌和机或自制简单搅拌设备，在搅拌机内加入水然后边搅拌边投入泡好的粘土。人力搅拌时可将碎粘土和水同时放入制浆池中，浸泡透后用木齿耙搅拌。

1.5 泥浆的循环和净化

建立良好的泥浆循环净化系统，首先应建造沉淀池。制浆池的容积应和孔的体积相匹配。两池相通，同时在孔口到沉淀池之间要有10-20m 左右的沉淀槽，沿途设置几个滤网，在沉淀池口也要设置滤砂网。为了保护泥浆泵不使砂料在循环过程中进入孔内，在制浆池设置滤砂罩防止砂粒进入联喷头管道。

2 泥浆泵流量的确定

泥浆泵能量与钻孔直径、孔深度、泥浆的性能都有很大的关系。在大孔径深钻孔灌注桩施工中，泥浆泵能量应根据施工实际情况进行计算，以求得较恰当的流量值。如果流量过小，排碴功能不足，孔底沉淀物增多，影响钻孔的进度和灌注混凝土的质量。一般用下式计算流量：

式中：m—安全系数即富余量，一般可取1.2；F—钻孔截面积（m2），钻杆所占面积可忽略不计；δ—钻碴的粒径（cm）；K—根据钻碴颗料形状而定的系数，圆形颗粒35～40，扁平状或不规格形状为25～30；r0—钻碴颗粒的比重，一般取2.6～2.7；K—输入钻孔的泥浆比重与返回孔口泥浆比重的差距，当缺乏实测资料时，可取0.01～0.03；r—输入钻孔的泥浆或清水的比重；S—最大纯钻进速度（分米/秒）。