深水特殊地質條件下大直徑超長樁基泥漿 制備技術研究

薛 勇

（中鐵十六局集團有限公司， 北京 100018）

1 工程背景

永寧黃河公路大橋位于寧夏回族自治區銀川市永寧縣和靈武市之間，屬于銀川市綜合交通規劃中的銀川市第二繞城通道的一部分，是跨越黃河天塹的又一通道。

永寧黃河公路大橋起點樁號為K11+789.7，終點樁號為K15+542.8。主橋全長3743m，橋跨結構布置為(110+260+110)m 雙塔雙索面斜拉橋。主墩樁基104 根，直徑2.2m，樁長80m；地質主要為飽和液化砂土及卵石土，鉆孔揭示實際地質：12m～28m 為細砂，28m～30m 粉砂，30m～31m 砂礫，31m～40m 細砂，40m～41m 粉砂，41m～45m 細砂，45m～58m 粘土，58m～93m 細砂。

根據項目工期要求和現場施工條件，通過鉆機機型比選選用XR360 旋挖鉆機成孔，但由于鉆進速度快、土質擾動大、施工過程易塌孔、易縮徑，所以泥漿性能的控制是保證本工程質量與進度的一個重難點[1]。

2 工程特點

本項目主墩樁基施工具有以下幾個特點：

（1）樁基鉆孔時間長，鋼筋籠長，主筋數量多，主筋對接時間長，樁基施工過程中泥漿靜置時間長，泥漿含砂率大，清孔時間長，鋼筋籠孔口連接到砼灌注結束至少需要36 小時。

（2）樁基施工過程中泥漿靜置時間長，混凝土方量大，混凝土灌注時間長，施工過程中易發生縮徑、夾層或塌孔現象。

（3）地質情況以粉細砂為主，泥漿的浮砂性能要求高，普通泥漿不能滿足施工要求。

3.動態相關系數圖分析與配對樣本T檢驗。“深港通”開通前后兩階段深港兩地的收益率對沖擊的反應表現出非對稱性，同時兩地之間也存在著較強的持續動態相關性，為了更加清晰、直觀地考察深港兩地之間的動態關聯度，需要通過動態相關系數圖進行分析。

（4）主墩樁基均位于河道中，采用旋挖鉆機施工，容易發生呼吸效應，泥漿的護壁要求有較高的泥皮韌性。

（5）水上作業施工安全風險大。

3 泥漿的制配

3.1 泥漿的作用及性能

泥漿在樁基施工過程中的作用：

（1）護壁作用，防滲、防水帷幕。以孔內高于地下水位的泥漿的側壓力平衡孔壁土壓力和孔周水壓力[2]。

（2）懸浮土渣，攜帶土渣出樁孔。避免土渣沉入孔底造成樁底沉渣厚度超標。

樁基采用XR360 型旋挖鉆鉆孔成孔，高性能泥漿進行護壁和清孔作用，要求施工過程中泥漿應具備以下性能：

（1）物理穩定性：即靜置相當長時間其性質不變化，不因重力而沉淀。

（2）化學穩定性：不因水泥等異物混入而污染。

（3）適當的比重：鉆孔過程中泥漿比重大對孔內護壁、浮渣有利，但比重過大會使泥漿泵的工作能力下降，同時妨礙混凝土灌注。

（4）良好的觸變性：要求泥漿在流動時，阻力很小，以便泵送。當停止鉆孔時，泥漿能很快凝聚成凝膠狀，避免漿中砂粒迅速下沉；而附著在孔壁的泥漿能很快固結，以維持孔壁穩定[3]。

（5）形成薄而韌的泥皮，附于孔壁上，不透水。

（6）不產生過多氣泡。

3.2 泥漿最優配合比的確定

3.2.1 制漿材料選取

根據泥漿性能要求，結合本項目特定的地理位置及樁基施工工藝特點等，對制備泥漿材料進行了選取。

（1）土的選取：鈉基膨潤土泥漿具有相對密度低、黏度好、失水量小、泥皮薄、穩定性強、固壁能力高、氣具回轉阻力小、鉆進率高、制漿能力大等特點[3]，作為了本項目首選造漿土源。選取了5 種膨潤土土源(分別為：湖南膨潤土、鶴壁膨潤土、中衛膨潤土、濰坊膨潤土、邯鄲膨潤土)。

（2）水的選取：根據地理位置、用水成本等考慮，選取了3 種水源，即地下井水、池塘水、黃河水)。

（3）分散劑的選取：采用純堿（Na2CO3）作為分散劑。分散劑的首要作用是使進入水中的膨潤土顆粒分散開來，形成外包水化膜的膠體顆粒，可有效改善泥漿的性能[4]。

（4）改性劑的選取：采用羥甲基纖維素能夠提高泥漿的黏度，具有使護壁表面形成化學膜泥皮和降低失水量的功能。

3.2.2 制漿試驗

通過調整泥漿配合比中的土、水、減、纖維素的比例，對不同配比的泥漿性能進行了反復試驗比對，比選出了最優的泥漿施工配合比，該配比的泥漿不僅能滿足鉆孔和混凝土灌注過程的護壁需求，還能使懸浮的細砂在泥漿中保持至少36小時不沉淀，為樁基成樁的質量與進度提供了有力保障。泥漿試驗結果見表1。

表1 泥漿試驗結果表

3.2.3 確定最優施工配合比

通過對國內不同地區膨潤土、不同水源、不同配合比配制的泥漿性能進行了反復試驗比對，得出以下結論：

（1）膨潤土在黃河水中膨化效果最好，池塘水次之，地下井水最差；

（2）對本項目土源制漿性能來看，湖南膨潤土最好，鶴壁膨潤土次之，而邯鄲土、寧夏中衛土、濰坊土不適合本項目制漿施工；

（3）水:土:堿:纖維素為400:40:3.2:0.24 時，湖南土、鶴壁土均能滿足施工需求；水：土：堿：纖維素為400:35:3.2:0.24 時，僅湖南土能滿足施工需求。

綜合考慮施工成本、泥漿比重、泥漿黏度及施工實際可操作性，優先確定選用400:40:3.2：0.24 的配合比作為最優泥漿施工配合比；土源選用湖南鈉基膨潤土，施工用水采用黃河水或池塘水(不得使用地下井水制備泥漿)。水質檢測結果及泥漿配合比比選結果見表2。

表2 水質檢測結果及泥漿配合比比選結果

4 泥漿制作及循環系統

采用造漿機在造漿池內按照試驗確定的最優施工配合比制備泥漿，制備完成的泥漿采用泥漿泵泵送至泥漿池內儲存備用。主墩每個鉆孔平臺泥漿制備機具采用兩臺泥漿攪拌機、1 個800m2 的泥漿儲漿池、2 臺22KW 泥漿泵和2 個20m的鋼箱沉淀池，泥漿循環凈化系統由鋼管組成的泥漿循環通道、儲漿池、泥漿濾砂器(兩臺)及泥漿沉淀池、泥漿泵等組成。泥漿循環通道連接儲漿池與鋼護筒之間用于泥漿循環。泥漿攪拌機置于泥漿池的上面，用于制拌泥漿[5]。泥漿濾砂器用于分離處理泥漿中大顆砂粒，凈化泥漿。泥漿循環系統示意圖見圖1。

圖1 泥漿循環系統示意圖

5 施工注意事項

（1）第一次制作泥漿時，先將定量的清水加入攪拌機，然后慢慢地加進膨潤土，再加纖維素和工業堿。由于纖維素和堿可能會影響膨潤土的溶脹，所以要在膨潤土之后放入。并開動機械攪拌，成漿后，打開出漿門將泥漿流入儲漿池中。泥漿的攪拌方法對膨潤土的溶脹程度影響很大。攪拌個夠充分，泥漿的粘度和失水量都會受到影響。泥漿攪拌完全均勻所需的時間根據攪拌機的攪拌能力、膨潤土的質量以及加料方式不同而有所差異，原則上要根據攪拌試驗的結果在現場決定攪拌時間[6]。

（2）為了保證施工各階段的泥漿性能指標，對鉆孔全過程進行泥漿性能監測監控。開鉆施工期間，每1 小時檢測一次，等到泥漿性能穩定后，每2 小時檢測一次，并根據鉆進過程中地層變化情況增加檢測頻率。

（3）根據施工現場的實際情況在鋼棧橋橋頭設置泥漿沉淀池、儲漿池，用兩根鋼管連接到鉆孔平臺，一根為進漿，一根為回漿，鉆孔平臺上設置泥漿中轉箱。鉆孔時泥漿通過進漿口進入樁孔內，灌注時排出泥漿通過泥漿泵抽入中轉箱回入儲漿池。

（3）鉆孔樁施工時，為及時排除孔內鉆渣，提高鉆孔效率，泥漿循環系統中采用先進的ZX-250 型泥漿處理器排渣。泥漿處理機可直接將鉆渣從泥漿中分離，處理后的泥漿可循環回入孔內，縮短了清孔時間。

（4）在黃河區域內施工，環保最為重要，產生的鉆渣和泥漿不能就近倒入河中，應將鉆渣集中收集堆放，用汽車轉運到指定棄土場進行處理。

6 結語

通過試驗對比得出的最優泥漿配合比滿足實際施工需求，完成的260 根樁基實體經第三方檢測全部為Ⅰ類樁基。施工過程中未出現塌孔、縮徑等不良現象，施工的沉渣厚度也得到了有效控制。該泥漿配合比在飽和液化砂土、砂礫土等特殊地質情況下的樁基泥漿制備施工具有很好的指導意義，值得在類似工程的施工過程中推廣應用。