PHP泥漿在橋梁大直徑鉆孔樁施工中的應用

姜開展（深圳市興班建筑工程有限公司，廣東　深圳　518000）

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PHP泥漿在橋梁大直徑鉆孔樁施工中的應用

姜開展（深圳市興班建筑工程有限公司，廣東深圳518000）

泥漿為鉆孔樁的循環系統，起到護壁、固孔、排渣和冷卻潤滑鉆頭的作用，泥漿技術好壞是影響鉆孔灌注粧工程質量的一個極為重要的因素，特別是直徑大于2.5m的大直徑鉆孔灌注樁，對泥漿的要求更高。PHP泥漿具有不分散、低固相、高粘度的特點，在地質復雜，淤泥砂土層較厚，護筒下沉不到巖層的情況下，使用PHP泥漿，可以很好的發揮護壁效果，較大的提高鉆孔施工速度，有效減少樁底沉渣厚度，保證樁基施工質量。

PHP泥漿；橋梁施工；大直徑鉆孔樁；粘度；樁底沉渣

1　引言

隨著國民經濟的飛速發展，交通運輸需求不斷增大，大跨徑橋梁建設工程也進入了一個高潮期，隨著跨徑的增大，需要選擇超長超大直徑的樁基礎，以傳遞橋梁巨大的上部荷載，確保樁基礎承載力符合要求，是保證橋梁質量安全的關鍵因素之一。影響大直徑鉆孔灌注樁工程質量的因素很多，泥漿系統是一個極為重要的因素，特別是水中樁基礎，樁孔上部覆蓋的淤泥沙土層較厚，其自穩能力差，普通泥漿護壁難以成孔，因此需要對泥漿性能進行改進提升，以提高鉆孔效率和成孔質量。

PHP泥漿（partially hydrolyzed polyacrylamide），又稱聚丙烯酰胺不分散低固相泥漿，是由膨潤土、碳酸鈉、聚丙烯酰胺（PRM）的水解物和有機纖維復合物按一定比例配制。此泥漿具有粘度大、不分散、觸變性好、比重輕，低固相、膠體率大、失水量小的特點。在砂礫石土體中能夠形成一層化學膜封閉孔壁保持孔壁穩定，且泥漿懸浮和攜帶鉆屑能力強，成孔后樁底沉渣少、孔壁泥皮厚度小。在大直徑鉆孔樁施工中使用該泥漿系統，有加快鉆孔進度，保證孔壁的穩定性，防止樁孔坍塌，減少樁底沉渣厚度，確保樁基承載力的良好作用。同時PHP泥漿循環凈化效率高，廢料無毒無害（pH值8～9），綠色環保，對環境污染小。

2　工程概況

永寧河新浦大橋新建工程，主橋跨徑布置為90m+160m+ 90m，分左右兩幅，橋面寬2m×16.25m，其中左幅8#、9#，右幅8#、9#橋墩采用群樁基礎，鉆孔灌注樁樁徑2.5m，一個承臺下設置8根，樁間距為5m，最大樁長52m。主墩樁基按嵌巖樁設計，設計要求樁底沉渣厚度不大于5cm。橋梁位于河流入海口，場地內埋藏地層自上而下為人工填土層、第四系全新統海積淤泥層、海沖積粘土層、細砂層，第四系全新統沖洪積粘土層、細砂層，第四系上更新統沖洪積淤泥質粘土層、粉質粘土層、礫砂層，第四系中更新統殘積砂質粘土層，基底巖石為下古生界不同風化程度的混合巖。

本工程土層有較厚的淤泥層、細砂層和礫砂層，考慮到2.5m直徑鉆孔樁施工時，孔壁土體黏聚力較差，容易塌孔，泥漿易失水、易沉渣，自然造漿及普通粘土造漿難以滿足施工需要，采用了PHP泥漿作為主橋樁基礎的的泥漿循環系統。

3　PHP泥漿的制作

PHP泥漿的制作，是在膨潤土配置的基漿中，摻入PHP水解膠體制成的，根據本項目的地質情況和鉆機性能，樁基鉆孔采用的PHP泥漿配置如下：

3.1PHP泥漿原材料選擇

（1）膨潤土：膨潤土是基漿制作的主要原料和膠體質的主要來源，分為鈉質和鈣質兩類。鈉質膨潤土泥皮薄、穩定性好、造漿率高（1t膨潤土可造15～18m3泥漿）。鈣質膨潤土較鈉質膨潤土性能稍差（1t膨潤土可造8～12m3泥漿），但其價格相對低廉，選擇適當的配比也能較好的滿足工程需要。本工程選用的鈣基膨潤土，膨潤土膠體率大于96%，含砂率小（0～0.3%）；蒙脫石含量≥85%，膨脹倍數20～30倍，表觀粘度＞12MPa·s。

（2）水：由于河水與海水連通，含鹽量大且污染嚴重，不適合作為施工用水，本項目采用市政自來水作為制漿用水，經檢測PH值在7.3～7.5之間。

（3）純堿（NaCO3）：主要作用是增大泥漿pH值，通常純堿的添加可將泥漿pH值提高到10，提高泥漿的膠體率和粘度，并增加泥漿表面負電荷，以吸附帶正電荷的鉆屑，使泥漿懸浮鉆屑效能更好，同時可提供Na+離子，對鈣土進行改性處理，在泥漿制作過程中純堿摻量為泥漿體積的0.3～0.5%。

（4）羧甲基纖維素（CMC）：其水溶液具有增稠、成膜、黏接、水分保持、膠體保護、乳化及懸浮等作用。適合淡水、海水、飽和鹽水水基泥漿；可控制粘度和降失水量；能夠穩定軟土結構，防止孔壁崩塌；提高造漿量，降低濾失量，其摻用量為膨潤土質量的0.5%。

（5）聚丙烯酰胺（PAM）：為線性的高分子聚合物，分子量1200～1500萬，易溶于水，無毒無腐蝕性。PAM水解溶液具有絮凝性、粘合性、降阻性、增稠性等特點，同時穩定性好。突出功能是能使泥漿具有觸變性保持不分散、低固相、高粘度的性能，其摻用量為泥漿量的0.003%。

（6）燒堿（NaOH）：燒堿主要用于PAM原料的水解促溶，以及在泥漿循環過程中參與泥漿PH值的調節，通過NaOH的濃度控制，可使泥漿pH值接近12。

3.2PHP泥漿制備

PHP泥漿循環系統中需制備兩種泥漿：①不含PHP的膨潤土基漿；②含有PHP的新漿。

3.2.1基漿制作

基漿由膨潤土純堿和水拌制而成，其配置比例根據水質、膨潤土性質，結合試驗確定，最終用于本項目的配比為：1m3基漿中，水：膨潤土：純堿=968kg：58kg：3.194kg。制備過程中先將水加入制漿機中，按比例加入膨潤土，經過多次攪拌而使膨潤土顆粒充分分散，再加入一定比例的純堿（NaCO3），羧甲基纖維素（CMC），充分拌和形成基漿，靜置 24h后使用，可提高其粘度。基漿性能指標見表1-①基漿。

3.2.2PHP膠體水解

PAM原料需要在燒堿溶液中水解成PHP，首先將PAM原料和清水按100：6000的質量比例混合，再加入燒堿NaOH促溶，在攪拌桶中充分攪拌。水解時NaOH用量與PAM分子量和水解度成正比，一般情況下，NaOH用量為PAM重量的10%左右，具體需現場試驗，以PAM全部分散為準。攪拌完成后，靜置2d使PAM分子充分溶解分散，形成PHP膠體新漿備用。

3.2.3PHP泥漿新漿制作

在基漿中加入一定重量的PHP膠體即為PHP新漿，加入PHP膠體的量應根據實際測試的泥漿指標調配，一般情況下每立方米基漿中加入PHP膠體1.8～2.5kg。PHP摻量是否正確，可以從泥漿情況粗略判斷，PHP若不足相對密度控制不佳，泥漿呈紅黃色，PHP若過量則泥漿很快變清水，水土分層；PHP量合適時，泥漿顏色發白似嫩豆腐。配置好的新漿性能指標見表1-②新漿。

4　鉆孔過程中的PHP泥漿循環及相關指標控制

施工采用采用沖擊鉆機成孔，配備相應的泥漿循環系統，PHP泥漿在施工過程中循環利用。

（1）PHP泥漿系統包括膨潤土基漿池、PHP新泥漿池、泥漿凈化沉淀池、混合池、絮凝沉淀池和維持加粘池，它具有調節泥漿比重、粘度、酸堿度（pH）值、含砂率等指標的功能。樁孔中排出的粗顆粒含量高的泥漿，通過凈化循環絮凝及稀釋等過程后，泥漿中大顆粒沉淀，然后往泥漿里加入PHP含量高的新漿增加其粘度，減小其失水率，調整其性能指標，從而使之重新成為滿足鉆進需要的泥漿，可使PHP泥漿的重復利用率接近60%。泥漿循環流程如圖1所示。

圖1　PH P泥漿循環流程示意圖

（2）PHP泥漿性能控制

鉆進過程中對泥漿性能的控制尤為重要，它關系到鉆進速度與成孔質量。泥漿的抽檢頻率為2h一次，鉆孔各階段泥漿性能指標，按①基漿、②新漿、③鉆進漿、④回流漿、⑤清孔漿、⑥棄用漿進行劃分，在現場主要對泥漿的比重、粘度、含砂率和PH值等指標（表1）進行控制。若泥漿性能超標時嚴禁直接往樁孔內倒膨潤土或兌入清水，需暫停鉆進并通過添加膨潤土基漿和PHP原漿進行漿液調試和補充，直至泥漿達到要求為止。

表1　鉆孔過程中泥漿性能指標控制一覽表

由于不同的施工場地地質條件不同，地層的變化在很大程度上影響施工，對于不同的地層情況，根據現場的地質資料，相應的調整泥漿的性能指標也是必不可少的環節。鉆頭在砂層中，尤其中粗砂和砂礫層中，其滲透性大，失水量大，要適當的增加泥漿的粘度和相對密度，以減少砂層的失水量，增大孔壁的穩定性。而在粘土層中鉆進時，要減少泥漿的粘度，以為在此土層中鉆進時，粘土參與了造漿而增大了泥漿的粘度，此時泥漿粘度過大容易造成粘糊。

（3）清孔泥漿控制

當鉆進至設計標高經驗收后，進行清孔作業，通過泥漿循環系統不斷循環流動孔內泥漿以保證孔底沉渣和孔壁泥皮厚度滿足要求，孔內泥漿需符合表1-⑤清孔泥漿指標要求，清孔完成后，利用注漿管在孔底壓注5m高的PHP新漿作為隔離層，以防止樁底沉渣增加。隨后可展開鋼筋籠的安裝和混凝土澆注工作，由于PHP新漿隔離層的存在，主墩樁基各孔澆筑混凝土前，測得的樁底沉渣厚度均在3cm以下，不需要進行二次清孔作業。

同時因其比重小的特點，在澆筑混凝土過程中，對混凝土上升阻礙作用較小，不易形成軟弱夾層和斷層。施工完成后經試驗檢測，樁身完整性良好，本項目橋梁主墩下的32根2.5m大直徑灌注樁均達到I類樁標準。

5　結束語

PHP泥漿以其優良性能，較好的發揮護壁作用，減少樁底沉渣厚度，極大的縮短了清孔時間，降低清孔難度，是特別適合于大直徑鉆孔灌注樁施工的泥漿系統。但其原材料成本較高，制作原料、制作過程、循環系統及施工控制等是決定其經濟性、高效性的關鍵因素。在施工過程中需設計好泥漿制作和循環系統，加強泥漿循環利用，做好工序銜接，減少材料浪費，充分利用PHP泥漿的性能優點，達到加快進度，保證質量、控制成本的目的。

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姜開展（1984-），男，路橋工程師，本科，任項目經理，主要從事市政路橋工程施工管理工作。

U445.55+1

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2016-5-1