化學(xué)泥漿配合旋挖鉆機快速成孔在橋梁基樁中的應(yīng)用

范悅讓

(河南省公路工程局集團有限公司，河南 鄭州 450052)

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化學(xué)泥漿配合旋挖鉆機快速成孔在橋梁基樁中的應(yīng)用

范悅讓

(河南省公路工程局集團有限公司，河南 鄭州 450052)

就河南省商丘至登封高速公路跨南水北調(diào)斜拉橋基樁施工實例，介紹化學(xué)泥漿配合旋挖鉆機快速成孔在橋梁基樁中的應(yīng)用。

化學(xué)泥漿；懸挖鉆；快速成孔

1 化學(xué)泥漿的優(yōu)缺點

(1)優(yōu)點

①化學(xué)泥漿和沙、泥塊、小顆粒物質(zhì)等不相容，且密度接近清水，旋挖鉆挖至設(shè)計標高后可直接落鋼筋骨架，不需要循環(huán)清孔，縮短了成孔到砼灌注的時間間隔，降低了塌孔的風險，提高了混凝土質(zhì)量。

②化學(xué)泥漿是將高效泥漿(高分子材料)和NaOH直接與水在孔內(nèi)摻和，不需要單獨造漿，縮短了施工準備時間。

③化學(xué)泥漿可以循環(huán)使用，大大降低了成本。

④含化學(xué)泥漿的鉆渣經(jīng)風干、翻曬可做路基填料使用。

⑤化學(xué)泥漿配合旋挖鉆具有成孔質(zhì)量好、速度快、無噪聲、無污染或污染小等優(yōu)勢。

⑥化學(xué)泥漿成本比傳統(tǒng)膨潤土礦物泥漿成本低，具有一定經(jīng)濟效益。

⑦化學(xué)泥漿的主要成分高分子聚合物由國外引進，現(xiàn)在國內(nèi)已可以生產(chǎn)，得到了普遍應(yīng)用。

⑧化學(xué)泥漿外觀如同清水，與混泥土不相容。如果混凝土灌注過程中出現(xiàn)意外，如混凝土不坍落等可拔出導(dǎo)管重新灌注，不會出現(xiàn)夾層、斷樁等質(zhì)量事故，降低了風險。

⑨孔徑控制更加精準，減少了縮孔、擴孔等鉆孔灌注樁施工過程中常出現(xiàn)的問題，減少了鉆渣量及混凝土灌注量，節(jié)約了成本。

(2)缺點

①化學(xué)泥漿的粘度與地質(zhì)條件有關(guān)系，施工配比需要一定施工經(jīng)驗，要及時調(diào)整。化學(xué)材料摻的少，粘度低不能起到護壁作用，有造成塌孔的風險，摻的太多粘度大，糊著鉆頭，影響鉆進速度。

②由于化學(xué)泥漿與沙子、泥塊、小顆粒物質(zhì)不相容，造成了清理孔底沉淀難度。這就要求：一是成孔后凈放一小時左右，用鉆具再次把孔底沉淀一次性掏出；二是落鋼筋骨架過程中嚴禁骨架碰到孔壁，減少孔壁的部分脫落，形成沉淀。

2 化學(xué)泥漿配置比例、性能指標

根據(jù)高效泥漿(高分子聚合物)生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品使用說明，化學(xué)泥漿調(diào)配比例及性能指標如下。

材料配置比例：

地層狀況高效泥漿/(kg/100m3水)粘度/s粘土與頁巖20～6017～19淤泥、細砂到中砂30～7018～22粗砂、較小的礫石40～9023～30卵礫石90～12030～38

化學(xué)泥漿性能指標：

項目指標檢測方法密度/(kg/cm3)澆筑混凝土前落鋼筋骨架前≤1.02泥漿重度儀(密度)粘度/s鉆進過程中澆筑混凝土前19～3817～30馬氏漏斗粘度測定pH值8.0～10.0pH值測試儀或pH試紙含砂率(澆筑混凝土前)≤0.5含砂率測試儀

3 化學(xué)泥漿配合旋挖鉆機在本項目的實際應(yīng)用

3.1 化學(xué)泥漿配制

化學(xué)泥漿的配置是在鉆孔過程中，往孔中注入清水的同時，人工用鐵掀按比例加入高效泥漿、氫氧化鈉，化學(xué)物品經(jīng)過泵水的沖散和旋挖鉆鉆具的攪合均勻摻加到水中形成化學(xué)泥漿。本項目的實際經(jīng)驗數(shù)據(jù)：對于第一根基樁，樁徑2.0 m，孔深102.4 m，摻加片狀氫氧化鈉約14袋(25 kg/袋)左右，旋挖鉆機專用高效泥漿10袋(25 kg/袋)左右。對于以后的基樁，由于老泥漿要重新使用，但是又要補充清水，視情況加入片狀氫氧化鈉約7袋左右，旋挖鉆機專用高效泥漿5袋左右。鉆孔過程中化學(xué)泥漿實測為比重1.02，pH=9，粘度=18～22 s。

化學(xué)泥漿沒有確定的比例，本項目以目測效果為準。旋挖鉆鉆桿從孔中提出時，鉆桿上明顯有泥漿掛臂，并且鉆頭提出時，泥漿從鉆頭滴落呈長細絲狀，如同“拔絲蘋果”的絲狀一樣。

3.2 鉆進成孔

(1)護筒

本項目采用14 mm厚鋼護筒，護筒長度6 m，埋設(shè)護筒按常規(guī)工藝。

(2)護筒內(nèi)注泥漿后(距出漿口約1.5 m)開始鉆進，鉆進過程中視泥漿面下降不斷補充泥漿，保持水頭高度不小于護筒高度的1/2，防止塌孔。

(3)注意控制鉆具提放速度，特別是鉆頭進出泥漿面、護筒底部和鉆頭切入提出孔底部時，要平穩(wěn)，盡可能減少對泥漿的擾動以加速泥漿中鉆屑的沉淀，也有利于孔壁的穩(wěn)定。

(4)與傳統(tǒng)的膨潤土礦物泥漿不同，傳統(tǒng)泥漿清孔是靠泥漿的正反循環(huán)來降低泥漿比重、泥漿含泥率以及孔底沉淀。而化學(xué)泥漿比重接近于清水，和沙子、泥塊及小顆粒不相容。因此泥漿的比重、砂率幾乎不需要調(diào)整，但是孔底沉淀物也不易清出。對于孔底沉淀物處理辦法是：成孔以后泥漿靜放一小時左右，待泥漿徹底沉淀或者說泥漿徹底與鉆屑分離后，用鉆具一次性把沉淀物掏出。

(5)鉆進結(jié)束后用檢控器檢測孔徑、孔深、垂直度。驗收合格后進行下一道工序。由于化學(xué)泥漿清孔有一定難度，建議工藝成熟以后，盡量減少探孔工藝，減少了對孔壁的損傷。

3.3 鋼筋籠制作及吊放

(1)鋼筋籠制作采用標準化施工要求的智能設(shè)備滾焊機，要特別注意鋼筋籠的順直度和凈保護層的準確度。

(2)鋼筋籠的吊放要對準孔位中心，扶穩(wěn)、緩慢下落，避免碰撞孔壁，遇到下落困難時，要輕提輕放，嚴禁猛烈沖擊，破壞孔壁的穩(wěn)定性，造成沉淀物超標。

(3)鋼筋籠接長時，要對中掛垂球確保兩節(jié)籠子接頭的垂直度，以免扭曲的鋼筋籠下落時碰撞孔壁。

(4)鋼筋籠下放時按設(shè)計位置和要求安裝導(dǎo)向鼻或砼塊確保保護層厚度，進而保證不影響基樁檢測結(jié)果。

3.4 二次清孔

由于化學(xué)泥漿與沙子、泥塊、小顆粒物不相容性，在成孔后經(jīng)過泥漿的靜放，泥漿中的懸浮物已經(jīng)幾乎全部沉淀，所以要鋼筋骨架下放后如果不出現(xiàn)碰撞孔壁情況，沉淀厚度幾乎為零。如果出現(xiàn)鋼筋骨架碰撞孔壁，造成沉淀厚度超標，只有采用小于鋼筋籠內(nèi)徑約20 cm的鉆頭，緩慢落入孔底適當擾動孔底鉆渣，并掏出孔底鉆渣，但這種情況非常少見。

3.5 水中混凝土灌注

(1)因為化學(xué)泥漿并不在孔壁上形成泥皮，且泥漿體系中不含鉆屑，所以能有效地提高樁側(cè)摩阻力。

(2)因為使用化學(xué)泥漿樁底幾乎沒有沉淀，所以有效地提高了樁底承載力。

(3)通過對南水北調(diào)斜拉橋基樁檢測統(tǒng)計實例，主橋主墩共62根基樁，檢測結(jié)果100%的基樁為Ⅰ類樁。

(4)由于化學(xué)泥漿除了粘度以外幾乎等同于清水，幾乎含沙所以在混凝土灌注過程中，如果出現(xiàn)不能連續(xù)灌注完成的情況，可以在短時間內(nèi)進行二次灌注，不會出現(xiàn)夾層等引起的斷樁問題，降低了質(zhì)量事故的風險。

3.6 化學(xué)泥漿的排放

(1)化學(xué)泥漿無毒，可直接拋棄而不會造成環(huán)境污染。

(2)含有化學(xué)泥漿的鉆渣經(jīng)長期風干，翻曬后若含水量合適，可直接用于路基填筑。

3.7 化學(xué)泥漿施工過程中注意事項

(1)在鉆孔過程中，保持孔內(nèi)水位高度不小于1/2護筒長度，盡量保持鉆頭勻速提放，特別注意在鉆頭在出入泥漿面、經(jīng)過護筒底部、切入掏離孔底時要輕提輕放，這樣能減輕鉆具對孔內(nèi)泥漿的擾動強度，減弱鉆孔過程中對泥漿護壁的破壞，降低了塌孔事故的風險。

(2)鉆到設(shè)計標高以后，要靜放一小時左右，待泥漿中的鉆屑徹底沉淀后一次性掏出孔底沉淀物。

(3)鋼筋籠制作要采用智能加工設(shè)備滾焊機，這樣可以確保每節(jié)鋼筋籠的順直度和每兩節(jié)之間接頭的順直度，避免鋼筋骨架下落時碰撞孔壁，造成沉淀厚度超標。

(4)鉆進過程中，確保孔內(nèi)水頭大于1/2護筒高度，水頭高度不足時，及時補充同等性能的泥漿。

(5)泥漿回收時，混凝土表面以上1～2 m泥漿廢棄，具體廢棄數(shù)量視現(xiàn)場情況確定，比如雜質(zhì)含量、砂漿含量等指標，確保回收泥漿質(zhì)量。

4 結(jié)束語

化學(xué)泥漿作為一種新的材料，被引入作為配合旋挖鉆成孔的水下灌注樁護壁材料，與傳統(tǒng)的膨潤土礦物泥漿相比，有著配置簡單方便、廉價高效、綠色環(huán)保的優(yōu)越性。能帶來很好的經(jīng)濟效益和時間效益，特別適宜粉砂層、大直徑、超長樁群樁基礎(chǔ)和市政橋梁工程。作為一種新型材料，必將有廣闊的市場前景，被廣大橋梁建筑者熟知并得以廣泛的認可、應(yīng)用。

[1] 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTG/T F50-2011)[S].北京：人民交通出版社，2011.

[2] 公路工程質(zhì)量檢驗評定標準(JTG F80/1-2004)[S].北京：人民交通出版社，2004.

2015-12-14

范悅讓(1978-)，男，工程師。

U443.15+9

C

1008-3383(2016)07-0086-02