全风化粉砂岩沉积地质钻孔灌注桩泥浆配合比探究

范艳明

（中铁二十二局集团市政工程有限公司，广东 广州 510000）

0 引言

在实际项目施工中，护壁泥浆的好坏直接关系到钻孔灌注桩孔壁的稳定性、钻进速度，以及孔内钻渣的清除。优良的护壁泥浆通过保持孔壁稳定，可降低施工中发生塌孔、桩身断层、桩径缩小等问题的概率，是影响钻孔灌注桩成桩质量的关键因素之一[1]。

广州市某海口湾桩基施工点为全风化粉砂岩沉积地段，且该处常年水位高于2.7m，在施工过程中，由于机械扰动，全风化粉砂岩孔壁极易塌孔，给钻孔灌注桩的施工带来了很大的困难。为了保证施工质量，本文从不同的护壁泥浆材料着手，研究护壁泥浆材料的最优配合比及施工工艺，以期为后续研究提供参考。

1 泥浆原材料

1.1 泥浆主材

本文选取了我国市场上最具代表性的膨润土材料做为试验对象，以这些膨润土材料试验后的结果更具指导性。膨润土材料技术指标如表1所示。

表1 膨润土材料技术指标

1.2 外加剂

本文试验选用羧甲基纤维素（CMC）和纯碱做为泥浆外加剂。

2 泥浆配合比

对于新配制的泥浆技术指标要求，主要从泥浆比重、黏度、失水量、泥皮厚度等指标上进行控制。较高的泥浆比重利于清除孔内渣土，但是过高又会阻碍混凝土的置换，施工现场土质为砂土、砾石等松散土层或松软潮湿时，泥浆比重值应适当调高[3-5]。根据本项目实际情况对泥浆各技术指标参考值要求如表2所示。

表2 泥浆技术指标要求

2.1 不同膨润土泥浆技术指标

初步拟定试验配合比为9%膨润土+0.02%CMC+0.3%纯碱，试验结果如表3所示。

表3 不同膨润土泥浆技术指标

从表3中数据可知，在同等试验条件下，A类土的失水量过大且泥浆絮凝严重，说明该种材料造浆性能劣于其他材料。D类土在试验中也出现了絮凝现象，且泥皮质量一般，因此也不是最佳选择。相比于其他膨润土材料，E类土比重大、黏度高、泥皮薄且密实、失水量更小，因此是作为泥浆主材最好的选择。

2.2 泥浆最优配合比的确定

以1m3水为勾兑基准，以E类土做为泥浆主材，研究膨润土的掺量范围，以得到经济成本最省、工程效益最好的泥浆配合比方案，泥浆配合比方案如表4所示。

表4 泥浆配合比方案

根据表4中泥浆配合比方案进行试验，试验结果如表5所示。

表5 泥浆配合比试验结果

从表5中数据可知，当膨润土掺量在7%～8%之间时，随着膨润土掺量的提高，泥浆比重、黏度和泥皮厚度不断增加，失水量不变减小，此阶段泥浆体系稳定，胶体率高；当膨润土掺量达到9%时，泥浆体系最稳定，其中当CMC掺量为0.02%，纯碱掺量为0.3%时，泥浆胶体率最高、失水量最小、泥皮质量高且密实；当膨润土掺量＞9%时，泥浆中有越来越多的絮凝产生，此时泥浆体系稳定状态被破坏，泥浆黏度不断增大导致泥浆粘滞不畅，泥皮厚度减小且粗糙。通过对比各泥浆配合比方案试验结果可知，膨润土最佳掺量范围在7%～9%，CMC最佳掺量范围在0.03%～0.05%，纯碱最佳掺量范围在0.3%～0.5%，最终选定方案9作为生产配合比方案。

3 项目现场实际应用研究

该项目位于广州市某海口湾，采用钻孔灌注桩的方式对桥梁基础进行加固，施工点为全风化粉砂岩沉积地段，且该处常年水位高于2.7m，是极易坍塌的地层。钻孔灌注桩采用正循环施工方法钻孔作业，桩深50m，桩径80cm。

3.1 泥浆的配制

首先按要求修建好泥浆储备池和回浆沉淀池，两池尺寸为长6m，宽3m，深3m，可用不透水塑料膜全覆盖，既可以防止泥浆渗漏，又可以防备外部水源进入泥浆池以保持泥浆技术指标的稳定。泥浆生产配合比如表6所示。

表6 泥浆生产配合比

新鲜泥浆在配制过程中要充分拌匀，静置24h后才可以做为循环泥浆使用。新鲜泥浆在配制过程中要符合泥浆配合比要求，并应在使用前对各项技术指标进行测定以满足技术要求，新鲜泥浆技术指标如表7所示。

表7 新鲜泥浆技术指标

3.2 泥浆质量控制

为了保持泥浆性能的稳定，需要在不同的使用阶段对泥浆进行维护。在护筒围护钻孔作业过程中，泥浆液面与护筒顶的高度差宜在1m以内，以维持泥浆对孔壁的压力，既可以防止塌孔，又可以防止泥浆溢出；同时，钻孔过程中的泥浆液面应高出地下水位0.5m以上，遇到涨水季节，应高出最高水位1.5m以上，如果发现孔内泥浆液面下降突然严重并且向外冒气泡，应立即停止施工，检查孔壁情况，防止塌孔发生。应在孔顶、孔中、孔底位置对泥浆进行取样测定，成孔各阶段泥浆技术指标如表8所示。

表8 成孔各阶段泥浆技术指标

从表8中数据可知，成孔各阶段泥浆技术指标有一定的波动性，但符合技术要求。钻孔完成后对各成孔质量进行检查，没有发现塌孔现象，说明泥浆对全风化粉砂岩土质护壁效果好，该泥浆配合比方案可靠。

3.3 桩基质量检测

混凝土桩施工完后，按规范要求对成桩质量进行了检测，检测结果如表9所示。

表9 桩基检测结果

从表9中数据可知，该项目成桩质量较好，说明钻孔灌注桩施工工艺可靠，施工技术稳定。

4 结束语

通过对比A类土、B类土、C类土、D类土，发现E类土做为主材生产的泥浆质量更好。

E类土最佳掺量范围在7%～9%，CMC最佳掺量范围在0.03%～0.05%，纯碱最佳掺量范围在0.3%～0.5%。

分别在泥浆的配制过程中、静置24h后、成孔前、孔上、孔中、孔下等不同阶段对泥浆技术指标进行测定，发现试验得出的泥浆配合比方案可靠，泥浆对全风化粉砂岩土质护壁效果好。