水下旋挖钻孔灌注桩化学泥浆粉造浆护壁施工技术

申 毅

(中国铁建股份有限公司，北京 100855)

1 工程概况

和泓四季一期工程位于重庆市九龙坡区华岩新城片区，总建筑面积263 015.77m2。包括19栋花园洋房、6栋高层住宅、1栋售楼处、1栋幼儿园及3个地下车库，其中花园洋房96 559.6m2，高层住宅112 396.6m2，车库50 000m2。花园洋房地下1层，地上共7(6+1)层，坡屋面，结构最高处23.100m，薄壁异形柱框架剪力墙结构，基础形式主要为钻孔灌注桩。

根据勘察报告，主楼场地地层为第四系全新统冲积层，下部基岩为第三系新余群地层。按其岩性及工程特性，自上而下依次划分为：③粉质黏土、④淤泥质粉质黏土、⑤细砂、⑥粗砂、⑦砾砂、⑧1强风化粉砂质泥岩、⑧2中风化粉砂质泥岩、⑧3微风化粉砂质泥岩。因钻孔需要穿过厚黏土和砂层，所以钻孔桩需要护壁确保在钻孔过程中不塌孔。

桩基直径800～1 000mm,孔深20～30m,共完成1 815根桩，采用化学泥浆造浆护壁、双底掏渣钻清孔、反循环清孔施工工艺，保证了施工进度和质量，经检测表明，I类桩98%、II类桩2%，合格率100%。

2 技术原理

2.1 化学泥浆粉造浆护壁原理

在护壁过程中通过液体压力差的作用，泥浆中的自由水通过孔壁裂隙向地层中渗透，将浆液和砂粒黏为一体，来平衡孔壁外侧压力。化学泥浆浆液能把砂粒黏为一体并且向外侧渗透10～15cm。

2.2 絮凝原理

因化学泥浆是以改性的高分子聚合物为基料，化学泥浆粉添加量为水质量的万分之五，当高分子浓度很低时，高分子的链可以同时吸附在几个胶体粒子上，通过“架桥”的方式将几个胶粒连在一起，由于高分子链的旋转和振动，将胶体粒子聚集在一起而产生沉降，所以化学泥浆可让钻屑迅速沉淀。

3 技术特点

应用化学泥浆粉造浆可让钻屑迅速沉淀的特点，采用双底捞砂钻掏渣，再结合泵吸反循环清孔施工工艺，清孔速度快，能使孔底沉渣得到有效控制，技术特点如下。

1)化学泥浆粉造浆便捷快速，可在10s内充分溶解，顺着喷射的水流冲入孔内，形成良好的护壁浆液。

2)化学泥浆粉用量小，100m3的水池加入50kg左右即可形成良好的泥浆液，成本较低。

3)浆液含砂率低，可自行清洁, 与混凝土自行分离, 延长钻头寿命, 提高混凝土的浇筑质量。

4)化学泥浆的造浆废浆少，可循环使用，无毒、易于降解，可直接抛弃而不会造成环境污染。

5)浮浆少，可减少混凝土超灌高度，节约混凝土用量。

6)泥浆池不会有大量沉渣出现，无需清理泥浆池。

4 施工工艺

4.1 材料与设备

1)材料 化学泥浆粉、纯碱、钢筋、焊条、混凝土、柴油、润滑油、液压油、钢丝绳等。

2)设备 SR280R旋挖钻机、钻头、起重机、电焊机、泥浆泵(排污)、砂石泵(清孔)、压浆泵、混凝土输送泵、铲车(泥渣外运)、运浆车(泥浆外运)、导管、扩筒等。

4.2 旋挖钻孔灌注桩施工工艺流程

施工工艺流程：施工准备→钻机就位→泥浆护壁→钻进成孔→吊放钢筋笼→导管安装→反循环清孔。

4.3 施工准备

1)场地进行平整压实，清除杂物、换除软土，保证旋挖钻机行走畅通。

2)根据现场实际情况布置泥浆池(不设沉淀池)，尺寸为长×宽×深=8m×4m×3m，保证有足够水源进行反循环泵吸泥浆回流到孔内。

3)桩位中心确定，护筒埋设。

4)人员、钻机、汽车式起重机及捞渣钻相应机具全部进场，机具资料齐全、合格。

5)确定钻机开行路线，根据比例尺在施工图标明桩位、编号、施工顺序，以便管理。

4.4 钻机就位

1)钻机就位前应对钻机各项准备工作进行检查，钻机安装后底座和顶端应平稳。

2)旋挖钻机调整平整，当钻头对准桩位中心十字线时，各项数据即可锁定，勿需再作调整。

4.5 泥浆护壁

1)化学泥浆粉比例按0.01%～0.1%配制，直接在喷洒的清水中冲入孔中，迅速溶解，形成较好黏度的浆液，也可顺喷洒的清水加入泥浆池内，用泥浆循环泵抽出和泵入进行循环，然后注入孔中，如图1所示。根据地质条件及实际情况确定配合比，如表1所示。

图1 化学泥浆护壁

表1 各地层化学泥浆粉掺量

2)根据地质与水质等因素适量添加纯碱调整pH值并增加黏度，建议pH值在8～10(先在小桶里进行试验确定添加纯碱的含量)。

3)浆液面始终不能低于地面1m，更不能采取半孔浆成孔，因半孔浆成孔压强降低，护壁能力就降低；同时灌注混凝土时，没经过浆液浸泡的地层极有可能塌方。

4)不能与膨润土泥浆混用，因为二者的机理不一样，膨润土泥浆可以悬浮钻屑，而化学泥浆让钻屑迅速沉淀。

4.6 钻进成孔

1)当钻机就位准确，泥浆制备合格后即开始钻进，钻进时每回次进尺控制在600mm左右，刚开始要放慢旋挖速度，并注意放斗要稳，提斗要慢，特别是在孔口5～8m段旋挖过程中要注意通过控制盘来监控垂直度，如有偏差及时纠正。

2)在钻进过程中钻机不能产生位移或沉陷，否则应及时处理，在钻孔排渣、提钻除土或因故停钻时，应保持孔内具有规定的水位和要求的泥浆相对密度和黏度。处理孔内事故或因故停钻时，必须将钻头提出孔外。

3)旋挖钻机一般先采用筒式钻头，施工时在孔内将钻头下降到预定深度后，转钻头并加压，旋起的土挤入钻筒内，泥土挤满钻筒后,反转钻头，钻头底部封闭并提出孔外，然后自动开启钻头底部开关，倒出弃土成孔，在钻进过程中将钻头提出钻孔外后，向孔内注泥浆液。

4)最后成孔的1～2钻要静置20min左右再成孔，因为化学泥浆让钻屑迅速沉淀，然后采用双底捞砂钻掏渣清孔。

5)钻进至设计孔深后，采用双底捞砂钻斗在原处机械旋转数圈，将孔底虚土尽量装入斗内，对孔底泥渣进行清理。

4.7 钢筋笼吊装

1)桩基钢筋笼制作按图纸要求施工完成，验收合格。

2)桩基钢筋笼采用汽车式起重机进行两点起吊，第1点设在骨架的下部，第2点设在骨架长度的中点到上三分点之间。对于长骨架，起吊前应在骨架内部加强刚度。起吊时，先提第1点，使骨架稍提起，再与第2点同时起吊；待骨架离地面后，第1点停吊，继续提升第2点。随着第2点不断上升，慢慢放松第1吊点，直到骨架与地面垂直，停止起吊，如图2所示。解除第1吊点，检查骨架是否顺直，如有弯曲应整直。

图2 钢筋笼吊装示意

3)吊入钢筋笼时对准孔位轻放、慢放。若遇阻碍，随起随落和正反旋转使之下放。不高起猛落、强行下放，以防碰坏孔壁而引起塌孔。

4)下放过程中，时刻注意观察孔内水位情况，如发现异常现象，马上停放，检查是否坍孔。

4.8 导管安装

导管采用5mm厚无缝钢管制作，导管接头处橡胶垫密闭进行丝口连接，导管内径300mm；导管节长3.0～2.0m，漏斗下配节长1.0，0.5m导管。导管使用前应进行试拼接及气密性试验，试压好的导管表面用磁漆标出0.5m一格的连续标尺，并注明导管全长尺寸，以便灌注混凝土时掌握提升高度和埋入深度。

4.9 反循环清孔

1)反循环清孔导管下放深度以出浆管底距沉淤面300～500mm为宜。

2)清孔过程中，特别要注意补浆量，严防因补浆不足(水头损失)而造成塌孔。

3)当孔底沉渣较厚、块度较大或沉淀板结时，可适当加大泵吸，并摇动出水管(导管)，以利排渣。

4)清孔完成后立即进行水下混凝土浇筑。

5 效益分析

膨润土造浆与化学泥浆粉造浆对比分析如表2，3所示。采用化学泥浆粉造浆施工工艺有以下优点：①大大加快了施工进度，并且不受任何天气的影响；②场地清洁，保障文明施工；③确保施工质量；④造价方面每m3泥浆可以节省14.1元。采用化学泥浆粉造浆对比膨润土造浆护壁每根桩造浆产生的人工成本要节约393.9元，其中采用化学泥浆粉造浆+反循环清孔对比膨润土造浆护壁+正循环清孔完成1 815根桩基，要节约工期212d。因节约工期产生的电费、水费、人工费和管理人员的工资及间接费用未作计算。

表2 膨润土造浆与化学泥浆粉造浆对比分析

6 结语

钻孔灌注桩多在水下及地下进行，对于降水量较多地区及地下水丰沛的黏土、填土、砂土、砾砂，利用传统的膨润土造浆，护壁效果差，宜塌孔、颈缩，成孔率相对较低，且成本较高，安全文明施工不宜管理，对进度也会造成一定影响。而化学泥浆粉可以广泛应用于旋挖钻孔灌注桩的泥浆护壁，在大砂，中砂，细砂，粉砂，流砂，淤泥等地质条件下效果比较显著。

表3 效益对比分析