鉆孔灌注樁施工中泥漿的控制

張金波

浙江舜江建設集團有限公司，浙江 紹興 312000

鉆孔灌注樁作為一種深基礎形式，在我國60年代初得到了推廣，其具有承載力高、施工噪音低、振動小、適應性廣、建筑費用低、樁長和直徑可以按設計要求變化等優點，保證灌注樁的樁尖能可靠的進入持力層，在工程中受到日益廣泛的應用。灌注樁根據鉆孔機械在土壤含水層中的施工可以分為泥漿護壁成孔和干作業成孔兩種施工方法，在工程施工中常用的是泥漿護壁成孔施工方法，其施工的關鍵是泥漿的制備，因為泥漿在鉆孔和成孔中起到了十分關鍵的作用，正確的認識泥漿護壁的性狀，可靠的評估鉆孔灌注樁承載力，對工程認識泥漿護壁具有舉足輕重的作用。在鉆孔中由于泥漿的靜水壓力比水大，在凈水壓力的作用下，泥漿在井孔壁形成一層泥壁，阻隔孔內外滲流，保護鉆孔的穩定，使鉆孔正常進行。對鉆孔灌注樁泥漿護壁的物理性質進行研究，可以分析泥漿護壁對樁側摩擦力和鉆孔灌注樁承載力的影響。

1 泥漿的比重

泥漿是由水、粘土或膨脹土、添加劑調配而成，在鉆孔灌注樁施工中起到護壁、懸浮攜渣及潤滑鉆頭等作用，鉆頭鉆孔時，鉆頭與孔壁接觸，泥漿可以保護孔壁的穩定。

制備泥漿要選擇良好品質的粘土，保證具有良好的水化作用、分散作用、離子交換作用和膠體性質，其中所制備的泥漿的比重對成孔質量具有很大的影響，如果泥漿比重過低，在鉆頭鉆孔時，鉆具上下的泥漿紊亂而使孔壁表面受到沖刷，泥漿過稀，就會出現孔壁坍塌等現象，泥漿比重過低，控制指標不能達到設計要求，也會使得排渣能力減弱，鉆出的碎屑不能及時排除，沉淀在孔底，造成成孔困難，樁長也不能達到設計要求；如果制備的泥漿比重過大，其粘性、凝塑性會增加，增大了鉆頭和孔壁之間的阻力，降低了鉆機的速率，同時鉆具多所受的浮力也會增大，降低了施工速度，增加了施工成本。

因此，為了保證鉆孔的質量，一定要合理調配泥漿，保證泥漿的比重符合設計要求，根據施工經驗，鉆孔泥漿比重應控制在1.lg/cm3～1.2g/cm3之間，當遇到砂夾層或容易坍塌的底層時，可適當增加泥漿的比重，但要控制在1.3g/cm3～1.5g/cm3之間。

2 泥漿的粘度

在制備泥漿中，所選粘土的含量、粘土顆粒的分散度、粘土顆粒的聚結穩定狀況或絮凝強度和處理劑的性質、分子量和濃度是影響泥漿粘度的主要因素，為了提高泥漿的質量，需要對這些性質進行控制。如果泥漿的粘度大，鉆孔的孔壁泥皮比較厚，可以防止翻砂，并阻隔滲漏，泥漿可以攜帶鉆渣及時排除，提高鉆孔的速率，尤其對正循環回轉鉆進有利，但是粘度過大，將影響到鉆具的正常工作，因為粘性大的泥漿容易黏在鉆頭，增加了鉆孔的阻力和泥漿的凈化難度，降低了鉆孔的速度；如果粘性過小，鉆孔留下的碎渣不容易被泥漿帶出孔，增加了鉆孔的難度，并且粘性小的泥漿泥皮薄，容易出現滲漏現象。

在泥漿制備中，要控制好粘土的含量，合適的粘土含量才能保證良好的粘度，如果粘土的含量增加，會增加泥漿的粘性，同時會增加粘土的比重，因此設計人員要根據泥漿的配合比合理控制粘土的含量；控制泥漿的分散度可以提高泥漿的質量，可以選用優質膨潤土、以蒙脫石為主的粘土、混合型普通粘土；處理劑可以提高泥漿制備的質量，保證粘土中的水分以不同形態存在，由分散度的大小分別對應著分散、絮凝、聚結三種形態。綜上，控制泥漿中粘土的含量、粘土的分散度、顆粒聚結穩定狀況和處理劑的性質，可以提高泥漿制備的質量。

3 泥漿的失水率

泥漿失水率即鉆孔失水量，鉆孔過程中孔內外受水頭壓力差的作用，泥漿中的水分在一定時間內滲入地層的水量。為了保證鉆孔的質量，在制備泥漿中，要控制較小的失水率，保證泥漿的膠體率，保證鉆孔中泥漿鞏固孔壁和保護基巖；如果泥漿的失水率控制不好，在鉆孔過程中，泥漿中的水分大量流失，鉆孔的直徑將縮小，在泥巖地層遇水軟化，地層受水膨脹，最終導致鉆孔坍塌，影響到成孔質量。

在施工現場，為了控制泥漿的失水率，可以采取簡便的方法大致估算失水率，根據施工經驗，可以采用濾紙法，首先選用一張12cm×12cm的濾紙，平鋪在水平玻璃板上，在濾紙上畫出一個直徑為3cm的圓，再將制備的泥漿滴入圓心中，待30min后測量濕圓圈的半徑，再減去泥漿攤平后的平均半徑，即為失水率。在濾紙上量出泥漿皮的厚度，即為泥皮厚度，如果泥皮比較平坦，則制備的泥漿質量比較高，為了施工方便，一般控制在2mm～3mm之間。

4 泥漿的含砂率

含砂率是泥漿內所含的砂和粘土顆粒的體積百分比。在鉆孔灌注樁施工中，泥漿護壁當中，含砂率大時，會降低粘度，增加沉淀，容易磨損泥漿泵和鉆機，一旦停止施工，就會造成埋鉆、卡鉆事故。

為了控制泥漿的含砂率，在施工中可以利用含砂率計測定含砂率。在測量中，首先將調好的50mL泥漿倒入含砂率計重，然后倒入清水，制成總體積為500mL的懸濁液，封堵入口，均勻搖1min，然后將儀器垂直靜放3min，計算時，將下端沉淀物的體積乘以2，即可得含砂率。

5 泥漿的膠體率

膠體率是泥漿中的土粒保持懸浮狀態的性能。為了體現泥漿在試管中的分離程度，可以選用150mL的量筒，在倒入100mL的泥漿，穩定24h，最后獨處泥漿沉降的刻度，即為膠體率，其表現是呈懸浮狀態后粘土顆粒與水分子分離程度，如果膠體率越大，粘土顆粒容易懸浮，不宜沉淀，有利于鉆孔，因為懸浮狀態的泥漿容易將鉆渣隨著鉆頭的轉動帶出樁孔，加快鉆進速度。

6 泥漿的酸堿度

泥漿酸堿度是評價泥漿的指標之一，一般以pH值表示。根據pH值的一般知識：pH值即為溶液中氫離子濃度的負對數，當pH值等于7時為中性，當大于7時為堿性，當小于7時為酸性，在土壤中，pH值一般為8～10，這是因為粘土顆粒在水中分散時，水分子可以進入粘土內部引起膨脹，顆粒表面形成了一層吸附性的水化膜，使泥漿的失水率減小，提高了粘土的固相成分，容易在鉆孔的孔壁形成一層薄而堅硬的泥皮，這種泥漿固壁性較好。

7 泥漿的穩定性

在地球重力和外部環境作用下，泥漿體系中的粘土顆粒會經常出現絮凝和聚結，這種作用是經常的、絕度的，而泥漿處于懸浮狀態，其分散和穩定是暫時的、相對的。處于懸浮狀態的泥漿在穩定狀態下能長久保持這種分散狀態，粘土顆粒分布均勻。

在懸浮狀態下的粘土可以在重力作用下未出現下沉，從力學的角度是粘土顆粒的重力和液體的阻力相等，并在泥漿中粘土顆粒之間存在著相互的吸引力和排斥力，最終保證了粘土的聚結穩定。由于泥漿中的粘土顆粒表面都帶有負電荷，粘土顆粒表面具有雙電層和水化膜，當相同電荷的顆粒相互接近時或碰撞時，靜電斥力會使兩個顆粒不能繼續靠近而保持分離狀態，同時粘土顆粒四周的水化膜也使得顆粒不能接近，最終的表現就是泥漿的粘土顆粒懸浮，具有一定的穩定性。

穩定性好的粘土泥漿在鉆孔過程中會增加鉆具的阻力，使得鉆進變慢，但是穩定性好的泥漿具有維護泥壁、攜帶鉆渣的作用，使得鉆孔更加規則，值得注意的是穩定性好的泥漿不能再巖性甚至致密的地區使用。

8 結論

在實際施工過程中，泥漿性能的好壞將直接影響到樁基礎成樁質量。雖然影響泥漿性能指標的因素較多，但只要通過嚴格的施工管理，將各項指標控制在科學合理的標準范圍之內，泥漿性能和質量便能很好的滿足施工要求，為樁基施工提供可靠的保障。

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