混合泥漿控制法在旋挖成孔中的應用

(重慶交通大學 土木工程學院　重慶　400074)

前言

樁基在施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題較為多樣，樁基的在施工過程中的塌孔、縮(擴)徑以及孔底的沉渣過厚等，對這些問題的處理方式尤為重要。泥漿是鉆孔灌注樁影響因素中最重要的一個，控制泥漿的各種參數(shù)也是提高樁身質(zhì)量的重要前提。本文主要介紹旋挖成孔在軟土卵石地基進行樁基施工時采用的混合泥漿控制法及其出現(xiàn)的問題進行進一步的研究。

一、工程概況

本項目就哈爾濱至牡丹江的哈牡鐵路客運專線某特大橋的一個承臺的樁基進行描述。

該工程位于東北寒冷地區(qū)，最大凍結(jié)深度1.91米。根據(jù)勘探報告可知，本基礎所處地層屬于季節(jié)性凍土,表層3.50米以上具有凍脹性，淤泥質(zhì)卵石土層埋深7.30米，強風化花崗巖13.53米，地下水位0.8～8.0米，水位變幅2～3米。本橋梁樁基多數(shù)選擇鉆孔灌注樁，其中對塌孔、擴頸等復打樁基選擇沖擊鉆孔灌注樁。

二、泥漿的種類及作用

(一)傳統(tǒng)泥漿。傳統(tǒng)泥漿多選用膨潤土、黃土以及其他摻加劑通過一定的配比拌制而成。傳統(tǒng)泥漿的優(yōu)點是泥漿成分穩(wěn)定，護壁時間長且可以循環(huán)使用，保證泥漿的質(zhì)量。但傳統(tǒng)泥漿的制漿速度較慢；占地面積大，成本高；泥漿比重大，泥皮厚度大，黏度小，鉆渣不易沉淀。因其泥皮厚度大，樁與土之間的接觸面抗剪強度低，極限側(cè)摩阻力低，尤其對摩擦樁的危害極大。其配比為(1水)黏土：膨潤土=74%:7%～10%:20%～35%。泥漿比重為1.1～1.15,黏度10～25s，含砂率4%～8%。傳統(tǒng)泥漿灌注樁多用在易塌孔的土質(zhì)中。

(二)化學泥漿。化學泥漿是將水與化學聚合物造漿劑按一定比例混合進行調(diào)配并加入適量外加劑的一種新興泥漿形式。它的優(yōu)點主要概括為以下幾點：

1.能快速沉淀鉆屑，成孔后成渣厚度小，有效提高了成孔效率和成樁質(zhì)量。

2.粘度大：傳統(tǒng)泥漿該項指標為10～25s，化學泥漿在35～78s，粘度明顯高，便于護壁和攜渣。

3.比重?。簜鹘y(tǒng)泥漿該項指標為1.10～1.15，化學泥漿比重約為1.0，比重小，便于清孔。

4.科學環(huán)保：城市施工，泥漿排放永遠是大難題，尤其是近幾年，各地方政府均加大了環(huán)境治理力度，化學泥漿的低污染、高環(huán)保的優(yōu)越性相比傳統(tǒng)泥漿更勝出一籌。

化學泥漿的缺點表現(xiàn)在黏度較高造成混凝土與鋼筋結(jié)合較弱，影響樁的質(zhì)量；化學成分不穩(wěn)定，泥皮厚度太小，泥漿護壁時間短，容易造成塌孔與縮頸；泥漿比重小，黏度大，鉆渣置換能力差?；瘜W泥漿適合土體穩(wěn)定的且不易塌孔的地質(zhì)情況。

(三)混合泥漿控制法。這里的混合泥漿主要是指在鉆孔灌注樁施工時，制備化學泥漿，并在鉆孔時人工適量向孔內(nèi)投放黃土的施工方法。泥漿比重為1.05～1.10，黏度30～50s。這種施工方法繼承了化學泥漿的優(yōu)點也引入了傳統(tǒng)泥漿護壁時間長，攜帶鉆渣能力強等優(yōu)點，并且減少了黃土使用量，減少污染，降低成本。泥皮厚度小，既能有效降低塌孔的出現(xiàn)，又能提高樁的側(cè)摩阻力。在復雜地質(zhì)情況下可減少樁基災害的發(fā)生，提高樁基的施工效率。

三、試樁及施工工藝

本樁基的地質(zhì)條件為上層7.30m的松散卵石軟土地基，下層為強風化花崗巖，地下水位埋深0.8～8.0m，為此本樁基采用水下灌注樁施工工藝進行施工。

(一)試樁。在施工前對這種地質(zhì)條件較差的水下灌注樁施工提出三種施工工藝進行試樁：

表1　試樁工藝

注：由于地基土流動性較大，土層厚，且化學泥漿的泥漿比重較小，經(jīng)試驗，采用3m、6m的護筒。

(二)試樁結(jié)果

通過試樁得出結(jié)果：

1.采用長度為3.0米的短護筒，傳統(tǒng)黏土加膨潤土造漿工藝施工工藝。試樁成功，但是膨潤土用量較大，成本偏高；樁孔成孔后測量鉆渣厚度合格，待灌注混凝土時，再次測得鉆渣厚度時嚴重不合格，需再次清孔，耗時較長。

2.采用長度為6.0米的長護筒，普通化學聚合物造漿劑造漿施工工藝。本次試樁成功，長護筒起到了護壁作用，減少了地下水的影響，同時護筒對樁孔的支撐作用也是此次試樁成功的主要原因。雖然此次試樁成功，但是本施工工藝中，埋置護筒耗時較長，影響施工進度，費工費時；在灌注水下混凝土時，往外拔護筒時采用了兩臺28噸的吊車同時作業(yè)才拔出護筒，費工費力。

3.采用長度為3.0米短護筒，混合泥漿控制法施工工藝。這是在此工程中樁基施工的一次突破，也是該論文寫作的重點。此次試樁成功，耗時比前兩種方案短，施工機械使用較少，進度快，造價低。

表2　施工工藝比較

四、結(jié)論

混合泥漿控制法作為一種較為新穎的施工工藝，既采用了新興的化學聚合物泥漿，又聯(lián)合了傳統(tǒng)造漿技術(shù)，其優(yōu)勢主要是加快在復雜地質(zhì)情況下的施工進度，降低了施工成本，減少黏土、膨潤土的使用，進而降低土體的材料成本和運輸成本，還可以就地取材采用本地區(qū)適宜的土。速度比沖擊鉆孔樁施工更為快速，減少塌孔、縮(擴)頸的出現(xiàn)。同時也減少了對周圍環(huán)境的破壞及污染，使施工現(xiàn)場更為清潔文明。