混合泥浆控制法在旋挖成孔中的应用

(重庆交通大学 土木工程学院　重庆　400074)

前言

桩基在施工过程中经常出现的问题较为多样，桩基的在施工过程中的塌孔、缩(扩)径以及孔底的沉渣过厚等，对这些问题的处理方式尤为重要。泥浆是钻孔灌注桩影响因素中最重要的一个，控制泥浆的各种参数也是提高桩身质量的重要前提。本文主要介绍旋挖成孔在软土卵石地基进行桩基施工时采用的混合泥浆控制法及其出现的问题进行进一步的研究。

一、工程概况

本项目就哈尔滨至牡丹江的哈牡铁路客运专线某特大桥的一个承台的桩基进行描述。

该工程位于东北寒冷地区，最大冻结深度1.91米。根据勘探报告可知，本基础所处地层属于季节性冻土,表层3.50米以上具有冻胀性，淤泥质卵石土层埋深7.30米，强风化花岗岩13.53米，地下水位0.8～8.0米，水位变幅2～3米。本桥梁桩基多数选择钻孔灌注桩，其中对塌孔、扩颈等复打桩基选择冲击钻孔灌注桩。

二、泥浆的种类及作用

(一)传统泥浆。传统泥浆多选用膨润土、黄土以及其他掺加剂通过一定的配比拌制而成。传统泥浆的优点是泥浆成分稳定，护壁时间长且可以循环使用，保证泥浆的质量。但传统泥浆的制浆速度较慢；占地面积大，成本高；泥浆比重大，泥皮厚度大，黏度小，钻渣不易沉淀。因其泥皮厚度大，桩与土之间的接触面抗剪强度低，极限侧摩阻力低，尤其对摩擦桩的危害极大。其配比为(1水)黏土：膨润土=74%:7%～10%:20%～35%。泥浆比重为1.1～1.15,黏度10～25s，含砂率4%～8%。传统泥浆灌注桩多用在易塌孔的土质中。

(二)化学泥浆。化学泥浆是将水与化学聚合物造浆剂按一定比例混合进行调配并加入适量外加剂的一种新兴泥浆形式。它的优点主要概括为以下几点：

1.能快速沉淀钻屑，成孔后成渣厚度小，有效提高了成孔效率和成桩质量。

2.粘度大：传统泥浆该项指标为10～25s，化学泥浆在35～78s，粘度明显高，便于护壁和携渣。

3.比重小：传统泥浆该项指标为1.10～1.15，化学泥浆比重约为1.0，比重小，便于清孔。

4.科学环保：城市施工，泥浆排放永远是大难题，尤其是近几年，各地方政府均加大了环境治理力度，化学泥浆的低污染、高环保的优越性相比传统泥浆更胜出一筹。

化学泥浆的缺点表现在黏度较高造成混凝土与钢筋结合较弱，影响桩的质量；化学成分不稳定，泥皮厚度太小，泥浆护壁时间短，容易造成塌孔与缩颈；泥浆比重小，黏度大，钻渣置换能力差。化学泥浆适合土体稳定的且不易塌孔的地质情况。

(三)混合泥浆控制法。这里的混合泥浆主要是指在钻孔灌注桩施工时，制备化学泥浆，并在钻孔时人工适量向孔内投放黄土的施工方法。泥浆比重为1.05～1.10，黏度30～50s。这种施工方法继承了化学泥浆的优点也引入了传统泥浆护壁时间长，携带钻渣能力强等优点，并且减少了黄土使用量，减少污染，降低成本。泥皮厚度小，既能有效降低塌孔的出现，又能提高桩的侧摩阻力。在复杂地质情况下可减少桩基灾害的发生，提高桩基的施工效率。

三、试桩及施工工艺

本桩基的地质条件为上层7.30m的松散卵石软土地基，下层为强风化花岗岩，地下水位埋深0.8～8.0m，为此本桩基采用水下灌注桩施工工艺进行施工。

(一)试桩。在施工前对这种地质条件较差的水下灌注桩施工提出三种施工工艺进行试桩：

表1　试桩工艺

注：由于地基土流动性较大，土层厚，且化学泥浆的泥浆比重较小，经试验，采用3m、6m的护筒。

(二)试桩结果

通过试桩得出结果：

1.采用长度为3.0米的短护筒，传统黏土加膨润土造浆工艺施工工艺。试桩成功，但是膨润土用量较大，成本偏高；桩孔成孔后测量钻渣厚度合格，待灌注混凝土时，再次测得钻渣厚度时严重不合格，需再次清孔，耗时较长。

2.采用长度为6.0米的长护筒，普通化学聚合物造浆剂造浆施工工艺。本次试桩成功，长护筒起到了护壁作用，减少了地下水的影响，同时护筒对桩孔的支撑作用也是此次试桩成功的主要原因。虽然此次试桩成功，但是本施工工艺中，埋置护筒耗时较长，影响施工进度，费工费时；在灌注水下混凝土时，往外拔护筒时采用了两台28吨的吊车同时作业才拔出护筒，费工费力。

3.采用长度为3.0米短护筒，混合泥浆控制法施工工艺。这是在此工程中桩基施工的一次突破，也是该论文写作的重点。此次试桩成功，耗时比前两种方案短，施工机械使用较少，进度快，造价低。

表2　施工工艺比较

四、结论

混合泥浆控制法作为一种较为新颖的施工工艺，既采用了新兴的化学聚合物泥浆，又联合了传统造浆技术，其优势主要是加快在复杂地质情况下的施工进度，降低了施工成本，减少黏土、膨润土的使用，进而降低土体的材料成本和运输成本，还可以就地取材采用本地区适宜的土。速度比冲击钻孔桩施工更为快速，减少塌孔、缩(扩)颈的出现。同时也减少了对周围环境的破坏及污染，使施工现场更为清洁文明。