海水配制大直径海上钻孔桩泥浆的可行性研究

张清明

摘 要：平潭海峡公铁两用大桥，桩基础孔径大，桩基长，而且是群桩基础，开挖过程中泥浆的需求量大，而海上淡水缺乏，因此研究用海水代替淡水配制泥浆的意义十分重大，不仅可以节约大量淡水资源，降低成本，而且还可以就地取材，加快施工进度。

关键词：平潭海峡公铁两大桥；钻孔桩；海水泥浆

1 工程概况

平潭海峡公铁两用大桥是新建福州至平潭铁路站前工程中的控制性工程，该桥起于长乐市松下镇，从松下港规划的山前作业区与牛头湾作业区之间入海，经人屿岛，跨越松下元洪航道和鼓屿门水道，再依次通过长屿岛和小练岛、跨越小练岛水道抵达大练岛，跨越海峡北东口水道上平潭岛，大桥全长约16.323km，其中的鼓屿门水道桥设计有φ4.5m目前世界上直径最大的钻孔桩。该桥地处海洋环境，在海上进行钻孔桩施工作业时，若采用淡水拌制泥浆，很容易受到海水的污染，影响泥浆的性能，而且在海上施工，淡水供应十分困难。如能直接用海水配制出符合要求的泥浆，可以大大降低施工的难度和成本，加快工程进度。因此研究用海水配制泥浆的技术具有十分重要的现实意义。

2 泥浆的作用

泥浆是钻孔灌注桩施工质量好坏的重要环节。泥浆有护壁、排渣、清孔等作用。泥浆的护壁作用是因为泥浆液压柱压力作用在孔壁上，除了平衡土压力、水压力外，还给孔壁一个向外的作用力，部分泥浆深入岩土层，在孔壁表面形成一层固体颗粒的胶结物——泥皮，对维护孔壁稳定、防止塌孔起很大作用。

3 泥浆的性能指标要求

泥浆的主要性能指标见下表

除了要求满足表1要求的指标外，因为海水中含有大量的无机盐类，故要求其对盐类的明感性低，具有抗盐类污染、高稳定性等要求。

4 泥浆的配制

4.1 原材料的选择

配制泥浆性能的好坏，关键在于原材料的选取。本次探讨中的造浆材料分别选用：

a.膨润土：成分主要为蒙脱石，其作为主要的配浆材料，为泥浆胶体质的主要来源，采用以蒙脱石为主的钠质膨润土，该土阳离子交换容量大，具有较好的分散悬浮性和造浆性，流变性能好，泥皮薄，稳定性好，造浆率高，能有效提高泥浆黏度，降低失水率。

b.纯碱Na2CO3——分散剂：其指标符合GB210-92的Ⅲ类合格品的标准。主要作用是做泥浆的分散剂、除钙剂，调整泥浆的PH值，使粘土颗粒进行分散，并增加表面负电荷，来吸附带正电荷的钻屑，使泥浆悬浮钻屑效能更好，防止钻进过程中出现塌孔的现象。

c.聚阴离子纤维素——增粘剂：主要成分为PAC，具有提高泥浆黏度，降低失水率，防止泥浆漏失的作用；而且具有使土壁表面形成化学膜泥皮和降低失水量的功能，增强护壁效果。

d.海水：取自平潭海峡公铁两用大桥鼓屿门水道桥桥址处海水，未作任何处理。

4.2 泥浆配合比设计

首先采用淡水配出各项性能指标均符合要求的泥浆，然后考虑到海水中含有大量的无机盐类，其中的阳离子很容易进入膨润土的晶格中，影响到膨润土的湿涨性能，会造成泥浆的凝聚和沉降。于是我们在淡水泥浆配比的基础上，适当的增加膨润土、分散剂和增粘剂的用量以抵消海水带来的不利因素。泥浆配合比的试验数据见表2。

4.3 试验数据分析

通过表2和表3的试验数据，可以看出海水对泥浆性能的影响十分大。海水中丰富的盐类成分，在泥浆溶液中电离出大量的离子。根据双电层理论，膨润土矿物晶体带负电，在形成双电层时会进行离子交换。如果溶液中离子浓度过高会压缩膨润土颗粒双电层，抑制膨润土的分散和扩散，导致膨润土产生凝聚和聚结，所以跟淡水泥浆相比，海水泥浆的胶体率明显下降。为了消除海水带来的不利影响，适当的提高了膨润土、纯碱和聚阴离子纤维素的掺量，试验过程中，发现一味地提高聚阴离子纤维素的掺量，胶体率虽然会提高，但是会产生明显的分层现象，PAC果冻状晶体与膨润土明显分层，造成胶体性能不均匀。经过大量试验，最终确定编号为4的海水泥浆配合比，即海水：膨润土：纯碱：聚阴离子纤维素=1：0.16：0.003：0.004的各项性能指标基本满足施工设计要求。

5 结束语

1、平潭海峡公铁两用大桥地处海洋环境，采用海水配制泥浆不但有利于就地取材，减少施工难度，还大大降低了工程造价，符合绿色施工的理念。

2、现场施工要加强施工工艺的控制，尤其应注意聚阴离子纤维素PAC的水解工艺。PAC水解方法为：首先将PAC与水按1：20左右的比例配制成水溶液，用高速搅拌机高速搅动至PAC晶体完全溶解即溶液表面没有结晶体为止。否則PAC很难发挥其应有的效能。然后再按照海水泥浆的配合比，称量剩余的组分，施工现场应采用高压循环泵对泥浆进行快速循环，搅拌至均匀，方可使用。

3、施工过程中要根据各地层的不同条件，检测泥浆的各项性能指标，及时进行调整，以满足施工需要。

4、由于条件有限，没有进一步研究海水配制泥浆对桩基混凝土中钢筋的锈蚀影响，为保正平潭海峡公铁两用大桥结构使用寿命满足100年的要求，建议在配制泥浆的时候掺入适量的阻锈剂。

参考文献

[1] 雷建刚.浅谈钻孔灌注桩泥浆的配制，科技资讯，2006.

[2]肖可生.桥梁桩施工中海水配制泥浆如何控制，城市建设理论研究，2011.

[3]孙祥波、虢得华.青岛海湾大桥钻孔灌注桩海水泥浆的应用，城市建设与商业网点，2009.

[4]毛志坚、林海、高超.超大直径桩海水造浆的工艺研究与应用.公路，2006.