浅谈泥浆护壁在混凝土灌注桩中的应用

周晓曦 王 磊

（中冶成都勘察研究总院有限公司， 四川 成都 610023）

灌注桩作为一种常见的基础形式，被广泛的应用在工程项目建设当中，不同的工程项目因其拟建场地工程地质及水文地质条件各不相同，如何做好钻孔护壁工作尤为关键，其关系到能否成孔及成孔指标能否满足设计及规范要求。不少工程实例，就是因为护壁措施不当，成孔十分困难（只要表现在成孔难以达到设计要求的深度）、成孔指标不能满足设计及规范要求（主要表现在成孔缩颈、孔底沉渣超标等），以致于在施工过程中不断的变换护壁措施，使得施工成本增加，同时也延误了施工工期。

笔者通过简阳市高铁新城一期PPP 建设项目（高铁片区大井安置还房建设）钻孔桩施工的工程实例，详述泥浆护壁在该项目中的具体应用及施工要点。

1 工程概况

高铁片区大井安置还房建设项目场地位于简阳市高铁新城片区简城街道，站东大道以东，迎宾大道以南，总用地面积约18663.5 ㎡，总建筑面积约69990.31㎡（其中地上：51801.83 ㎡，地下：18188.48 ㎡）。

基础桩基设计概况表

2 场地工程地质及水文情况

2.1 工程地质条件

根据勘察报告，构成场地的地层为：主要由第四系人工堆积（Q4ml）素填土、坡洪积（Q4dl+pl）粉质粘土，下伏侏罗系蓬莱镇组（J3p）砂质泥岩、泥质砂岩，其岩性特征分述如下：

素填土：杂色，主要由粘性土、少量碎石及建筑垃圾系等组成，结构松散，系近期堆积，主要分布在场地南侧，厚度0.50～2.30m。

粉质粘土：黄褐、褐黄色为主，含铁锰质、钙质结核，湿，可塑，有光泽，无摇震反应，干强度高，韧性高，主要分布场地南侧，厚度1.00～6.30m

强风化砂质泥岩：褐红色、紫色夹灰绿色，泥质结构，薄～厚层状构造，泥质胶结，裂隙较发育，岩质极软，岩芯破碎，呈碎石状，岩石质量指标RQD=0～15%，岩体基本质量等级Ⅴ级，整个场地均有分布，层厚0.60～3.00m。

中等风化砂质泥岩：紫红、褐红色夹灰绿色，泥质结构，薄～厚层状构造，泥质胶结，裂隙一般发育，岩质较软，岩芯较完整，多呈短柱状、少量长柱状及碎石状。由于成分差异及构造裂隙造成岩石的差异风化，中风化带中局部偶见强风化夹层。为极软岩，岩体较破碎，岩石质量指标RQD=65%～75%，岩体基本质量等级Ⅳ级，偶夹薄层泥质砂岩或与泥质砂岩呈互层状，本次勘察该层未揭穿，最大揭露厚度43.00m。

强风化泥质砂岩：褐红色、灰白色，主要由长石、石英组成，泥质胶结，薄～厚层状构造，泥质胶结，裂隙较发育，岩质极软，岩芯破碎，呈碎石状，岩石质量指标RQD=0～15%，岩体基本质量等级Ⅴ级，整个场地均有分布，层厚0.80～2.20m。

中等风化泥质砂岩：褐红色、灰白色，主要由长石、石英组成，泥质胶结，中厚层状构造，节理裂隙一般发育，岩质较硬，岩芯较完整，呈短柱状及长柱状，属软岩。岩石质量指标RQD=75%～85%，岩体较完整，岩体基本质量等级等级Ⅳ级，由于成份及构造裂隙发育不同造成岩石的差异风化，中等风化层中局部偶夹强风化层，本次勘察该层未揭穿，最大揭露厚度18.50m。

2.2 水文地质条件

原始地形起伏较大，北高南低，场地地面标高介于414.40～451.00m，高差36.60m。场地地貌单元处剥蚀丘陵地段。场地内地下水主要为赋存于粉质粘土层中的上层滞水及基岩裂隙潜水，受大气降水及生活废水的补给，以地下迳流及蒸发等方式排泄，勘察期间测得混合稳定水位1.10～3.70m，标高412.61～413.60m之间。根据区域水文资料，场地地下水位年变化幅度0.50～1.00m。

3 桩基施工概况

桩基施工概况表

此次桩基施工，在3#楼及地下室其他区域因场地工程地质条件及水文地质条件良好，采用“东明220”型旋挖钻机，两瓣及双底截齿钻头干作业成孔，平地清孔钻头清孔，吊车吊放钢筋笼入孔，直升导管法浇筑水下C30 混凝土成桩。成孔十分顺利，各项指标均满足设计及桂芬要求，施工情况良好。

但是在地下室如下图所示的区域，采用干作业施工无法成孔，在成孔约10 米左右出现淤泥，淤泥上部为素填土，两者交界的位置有大量的水涌入孔内，造成素填土层局部垮塌，每个钻孔回次，待旋挖机提钻出孔，卸土后重新下钻，钻孔深度再一次恢复到原来的深度，如此钻进，均未有有效进尺。

核对地勘资料，并走访当地村民，最终了解到该区域为当初的一个蝌蚪型堰塘的边缘（蝌蚪的尾部），在场平回填时清淤不彻底或者未清淤所致。

为此经项目部商议决定采用水钻：在钻进过程中不断的注入清水，并保持孔内水位与孔口平齐，增加孔壁的水头压力，以维持孔壁的稳定性，阻止孔壁坍塌、淤泥缩颈等情况。经过一个上午时间的试验，仍然未成功。

针对以上情况，项目部组织技术部、质量部等部门召开技术专题会，专门研究讨论本区域两根桩的钻孔护壁措施：

（1）钢护筒护壁：采用机械振动锤跟进长护筒，设计桩径为1.0 米，根据规范及类似工程施工经验，护筒外径为1.2m，壁厚为8mm，长度13 米。但是拟建项目附近无机械振动锤及钢护筒的租赁资源，须从成都调配，费用估算在伍万伍仟元左右（含桩径变为1.2 米所超出的混凝土费用）。

（2）泥浆护壁：采用膨润土泥浆，同时掺和纤维素及氢氧化钠，根据类似工程施工经验，钻孔问题可以得到有效解决，费用估算在贰万元左右。

以上两种方案，从经济的合理性、技术的可行性、资源调配的时效等方面进行对比分析，最终项目部决定采用泥浆护壁施工工艺。

4 泥浆护壁施工工艺及技术措施

4.1 泥浆拌制

此次施工，护壁泥浆采用膨润土泥浆，掺和氢氧化钠及纤维素，膨润土为钠基膨润土，氢氧化钠为片状氢氧化钠，纤维素为羧甲基纤维素钠，泥浆材料配比参数为水：膨润土：烧碱：纤维素=980:180:10:5（每方泥浆中的材料含量，单位为Kg）。

因此次施工需要泥浆护壁施工只有两根桩，泥浆用量比较小，现场采用简易拌制。在现场孔底挖设一个容积在25 方左右的泥浆池，其内侧采用塑料布予以铺垫，护壁泥浆材料根据以上配比倒入池内，用小型挖掘机搅拌拌合，搅拌确保浆液均匀，拌制好后发酵24 小时。发酵后用NB-1 型泥浆比重计测得其比重为1.26克/厘米3，用漏斗粘度计测得其粘度为18.17S。

4.2 钻孔施工

此次泥浆护壁钻孔采用“东明220”型旋挖钻机，双底截齿钻头旋挖钻进成孔，钻孔前埋设好孔口钢护筒，挖设好泥浆排导槽，在钻进过程中用泥浆泵不断的向孔内输送泥浆，保持孔内泥浆面与孔口基本平齐，确保孔内水头压力，以维持孔壁的稳定性，防止淤泥层缩颈等。如此钻进至设计深度要求。在钻进过程中，孔壁稳定，未有坍塌情况发生，淤泥层亦未有涌泥或缩颈的的情况发生。

成孔施工过程中指定专人输送泥浆，施钻之前给机手再次进行了技术交底，慢速下钻，慢速起钻，特别是在淤泥层跟是如此，一是为了配合输浆速度，二是为了防止起钻过快，孔内形成负压而造成孔壁坍塌。在淤泥层每个回次要求多回转少进尺，确保泥浆对该层的护壁效果。

4.3 成孔验收

钻孔深度达到设计要求后，施工班组自检成孔各项指标合格后，项目技术及质量组同监理工程师、地质工代等进行检查验收，用自制测孔器检查成孔质量指标（孔径及孔斜）。

测孔器为长度为6.0 米的钢筋笼，其外径为1.0 米（与设计桩径相同），钢筋材料的规格、型号数量与对应桩的钢筋笼相同，测孔器的下端挂设沙袋作为配重，通过汽车吊提吊，对中桩孔中心放入孔内，通过吊车提吊测孔器在孔内上下串动，测孔器上下十分顺利，未有被“卡”的情况，说明成孔孔径不小于设计要求。同时通过平放于孔口且紧贴提吊钢丝绳的十字杆观测，提吊钢丝绳的最大位移量为18mm，对于成孔深度为16 米的桩孔来说，孔斜率亦满足设计要求，利用水文测绳及沉渣测定仪测得孔底沉渣为32mm，用测锤通过测绳进行“感受”，孔底质地比较坚硬，测锤有“回弹”感，亦即清孔质量也满足设计及规范要求。

4.4 钢筋笼安装

此次施工，钢筋笼采用模具法在地面加工成一根设计要求场地的整体，采用30T 汽车吊整体提吊，对准桩孔中心下入孔内。

4.5 混凝土浇筑

此次施工采用商品混凝土，强度等级为水下C30，坍落度为200±20mm，浇筑采用直升导管水下浇筑法。导管直径300mm，初灌前导管底端距离孔底30～50cm，初灌量确保导管底端埋入混凝土的深度不小于80cm。

5 施工质量检测

施工结束后，建设单位委托四川四正建设工程质量检测有限公司进行了桩基质量检测工作，对此次采用泥浆护壁施工的两根桩均检测采用小应变、钻芯、超声波检测，检测结果为Ⅰ类桩，检测结论是桩身质量完整，各项指标均满足设计及规范要求。

6 结束语

泥浆护壁作为一种常见的桩基护壁措施，在拟建场地工程地质及水文地质条件比较复杂的情况下，相对于其他护壁措施，泥浆护壁具有一定的优势，因此其在许多工程建设桩基施工领域被广泛应用。泥浆护壁施工中，泥浆原材料的好坏、各种材料的配比关系、泥浆拌制的质量等等关系到泥浆护壁的最终效果，因此，这三点是泥浆护壁施工的重点也是关键点。

通过本工程实例，详细介绍了泥浆护壁施工在本项目中的具体应用，说明在基桩施工时，针对回填土坍塌、淤泥层涌泥（缩颈）问题，采用钠基膨润土泥浆（掺和氢氧化钠、纤维素）护壁，通过不断向孔内输送泥浆，不仅增大了孔内水头压力，同时在孔壁上形成了一层薄而致密的泥皮，有效解决了孔壁坍塌、淤泥层缩颈的问题，其技术上是切实可行的，结果是良好的。