泥浆在岩溶区冲(钻)孔桩施工的技术要领

泥浆是冲(钻)孔桩施工工艺的重要组成部分，其物质的构成，配比参数的选用以及工艺过程的适时调整诸环节都直接关系到的工程质量与项目效益。龙岩市裕福国际花园大厦桩基础施工初期，因孔内漏浆、孔壁坍塌等原因导致冲孔桩砼灌注充盈系数出现异常高位值，施工成本急剧攀升，工程处于亏损状态难以维继。施工单位精心组织技术攻关，通过对泥浆进行改良试验、推广，总结形成了一套泥浆工艺新技术，有效解决了施工中存在的问题，成效显著。

1 项目的背景和施工初期存在的问题

龙岩裕福国际花园大厦位于龙岩市区中心地段，其主体设计为三幢主楼28-30层，一层地下室，裙楼三层(局部为6层)组成，地上总建筑面积52482m2，地下总建筑面积7916m2，主楼高度达98.25m，是龙岩市高层建筑楼群之一。该建筑基础设计采用桩型为冲孔灌注桩，总桩数334根，桩径有 φ700mm～φ1000mm四种。其中 φ700mm89根，φ800mm99根，φ900mm93根，φ1000mm53 根，理论灌砼量约5000米3。

众所周知，龙岩盆地属石灰岩溶洞区域，本项目施工场地地层结构复杂、岩溶较为发育，因此成孔过程中频频出现了泥浆大量漏失现象，致使孔壁严重垮塌，工艺难度明显加大。根据桩基施工顺序，先期投入的4台冲孔桩机分别安排在场地中部和东部同时施工，结果首批4根成桩的砼灌注充盈系数分别为:205#桩 1.57、323#桩 2.06、320#桩 1.97、324#桩2.53，充盈系数平均值竞达到2.03，大大超过施工合同约定的1.35上限指标，项目施工一度陷入困境。特别是324#桩成孔施工时，因孔壁坍塌严重波及地面产生多处裂缝，导致桩机机台整体发生下沉，直接危及施工设备与人员的安全，施工工期也被大大的延误了。

2 技术攻关小组的成立及寻找问题的解决办法

为解决漏浆及孔壁垮塌问题，确保设备及施工人员安全，抢回延误的工期，避免不利情势继续恶化，施工单位及时成立了技术攻关小组，对现状进行认真分析研判，努力寻求应对措施。技术攻关小组发现，该场地地层自上而下依次为:杂填土层、沙石层、卵石层、含沙石角砾层、含碎石角砾粉质粘土层、岩溶层、灰岩层(局部已大理石化)。然而该区域灰岩溶洞却普遍发育，且地下水之间通联性强，势必加大了冲孔桩施工工艺的难度。在此情况下，技术攻关小组一致认为，必须必须切实做到在成孔施工中通过泥浆的不断循环流动，使孔壁的稳定性不被破坏，并且能一直持续到成桩砼灌工序结束。因此当务之急是必须对当下使用的泥浆进行改良，调配出一种适合本场地地层特性的新型泥浆。经过行业调研和专业泥浆厂商技术咨询，对多种造浆材料的性能比较之后，技术攻关小组最后决定选用上海哈利专用泥浆复合剂(下称HL)作为造浆辅助材料，配制出一种HL复合新泥浆。

3 试验结果纠正了泥浆前期使用认识上的误区

从早期的施工记录资料看，并且通过对几个充盈系数较大值的桩位在不同深度孔段商品砼的灌注量进行分析，绘制出冲孔桩砼灌注柱状图(如图1)。孔桩柱状图呈明显的“葫芦”形状，超量灌注的商品砼就是被这些“葫芦”边超出桩径部分的空间给“吃”掉了。再对照这几个孔桩位置的地层柱状图，表明“葫芦”均出现在含碎石角砾质粘土层以及含有充填溶洞的石灰岩地层段中。

结症找到了，解决问题的办法在哪呢?根据厂商提供的配浆方法，结合施工场地实际情况，新泥浆配制后首选位于场地西、中、东部不同地段的199#、296#、305#三根桩上进行试验。

图1 冲孔桩砼灌注与地层柱状对照图

试验初期我们先在原有的泥浆池中加入一定量的HL复合剂拌匀后使用，效果不甚明显，随后再逐步添加HL复合剂量，同时调高泥浆的浓度和粘稠度，结果发现依然没有效果。这时有人对HL复合剂的防漏护壁实用性产生了怀疑。带着疑问技术攻关小组紧接着又对HL复合剂与普通泥浆的工艺性能作进一步的深入研究。图2是实验室的三张泥皮性能对比图。其中A图是取场地原状土(主要是沙质粉土)用清水调配好的泥浆;B图是在原浆的基础上加入纯碱和聚合物的泥浆;C图则是在B图的基础上再加入HL复合剂的泥浆。三种泥皮都分别放置在实验室大理石台面上专用的地层模拟试纸上，指标参数均调配到粘度24秒、密度1.22、PH值9.5。可以看出，A图中泥皮没有成形;B图的泥皮虽已成形但呈松软状;C图的泥皮薄且致密。图3是图2中AC两种泥皮放大十万倍后的横纵切面图，可以清晰地看出两种泥皮结构的镜下差异。这样的泥浆居然对角砾层护壁不起作用真是令人费解!是不是泥浆的粘稠度过高了?这种质疑首次提出时曾引起众人的吃惊，因为传统的冲孔桩施工经验一向认为泥浆调配是越粘稠越好。

事实上，泥浆粘稠度过高的不利影响在前期孔桩冲击施工中的反映是明显的:一是会使井底冲(钻)岩效率降低，粘稠度越大，冲(钻)岩效率越低;二是增加了泥浆自身循环的流动阻力，流动阻力超过一定值限时，钻头活动困难，容易造成卡钻、脱钻事故。这两点容易想到也容易理解，但从理论上讲这两点是不会直接造成孔壁扩大的。关键是我们忽略了以下两个重要的因素，那就是粘附磨擦和激动压力。泥浆粘稠度过高就会造成粘附磨擦系数增大，破坏了地层的稳定性;激动压力是指在起下钻和钻进过程中由于钻头上下运动以及泥浆泵开动等原因，使得井内液压力发生变化，给井壁增加一个附加压力现象。泥浆粘稠度越大、激动压力就越大，对孔壁的附加压力(抽吸力)也就越大，从而将原先冲击形成的锯齿型的孔壁拉垮。

这应该就是在角砾层和岩溶层中出现“葫芦”型状的真正原因。据此分析，技术攻关小组决定在施工中采用适时下调泥浆粘稠度的方法再行试验。项目部在打218#号桩时果断地把泥浆的粘度调到24m以下(实测23.4m)、密度调到1.2g/㎝3左右(实测 1.23g/㎝3)，PH 值保持在8～9.5之间(通过试纸测试)，效果马上显现了，218#桩砼灌注充盈系数只达到1.168，不仅充盈系数降低了而且进尺速度也明显提高了。

图2 实验室泥皮对比图

图3 上图AC两种泥皮放大十万倍横纵切面图

为验证这种方法的普遍性，避免因单桩客观条件差异而产生偶然性结果，因此项目部特意安排218#孔桩相邻的213#桩施工仍按老方法(即中途不调整泥浆的粘稠度)，结果“葫芦”又出现了，充盈系数高达1.47，进尺速度也慢了许多。与此同时287#、289#桩采用新的试验参数配浆施工则达到了预期的效果，充盈系数分别为1.09和1.13，泥浆新参数的确定已有成功试验结果作为依据。接下来项目部又继续试验了五个孔桩(294#、212#、244#、200#、142#)，充盈系数都在 1.25 以下，最小的只达到1.03，效果相当理想。

裕福工地科研试验推广孔桩数据表

4 结论

“裕福工地科研推广孔桩数据表”即是把本次试验成果进行推广取得的实际数据，推广应用获得了成功。在这次试验、推广过程中，通过反复测试对比、分析研究，对泥浆的组材配比，泥浆的性能参数及工艺流程控制方面逐步形成并完善了泥浆应用新的技术要领:(1)泥浆性能总体要求:在具备有效护壁基础上以刚好能够有效带出孔内钻屑为基点，尽量调低其粘稠度。(2)各地层泥浆粘度(漏斗粘度)指标参数:卵石层以上的包括沙层及杂填土层的泥浆粘度可以较高些，一般要求控制在25～30秒，到角砾层时，粘度下调到23～25秒之间，到较深部的含碎石粉质粘土的角砾层及灰岩层时，要求粘度保持在21～23秒左右;相应的密度要求控制在 1.3 ～1.5g/㎝3、1.2～1.4g/㎝3、1.2g/㎝3左右。(3)酸碱度的要求:PH值施工全过程均要求控制在8～9.5之间。