采用 PHP泥漿提高大直徑鉆孔樁施工速度研究

曹占良,藺敬躍

(1.中鐵十八局集團五公司,天津 300453;2.宜興市市政建設(shè)總公司,江蘇無錫 214200)

采用 PHP泥漿提高大直徑鉆孔樁施工速度研究

曹占良,藺敬躍

(1.中鐵十八局集團五公司,天津 300453;2.宜興市市政建設(shè)總公司,江蘇無錫 214200)

通過對容桂水道特大橋主跨鉆孔樁采用 P.H.P泥漿與普通泥漿施工的優(yōu)缺點進行對比,提出采用P.H.P泥漿的優(yōu)越性。通過在膨潤土中添加適當(dāng)?shù)募儔A(Na2CO3)、羥甲基纖維素(C.M.C.)、聚丙烯酰胺 P.H.P,以提高泥漿的提渣、護壁、潤滑作用。重點介紹基漿的制備,P.H.P鮮泥漿的配置、施工工藝以及施工中需要注意的問題。

大直徑鉆孔樁;P.H.P泥漿;施工工藝

1 工程概況

容桂水道特大橋為廣州至珠海城際軌道交通控制工程,全長 8.555 km。其中該橋主跨設(shè)計為 108m+2×185 m+115 m雙線連續(xù)剛構(gòu)。主墩基礎(chǔ)采用12φ2.3m鉆孔樁,其中左邊主墩和中主墩樁長 62 m,右邊主墩樁長 75m,設(shè)計均為柱樁。

容桂水道特大橋主跨位于容桂水道內(nèi),水深 6～12m,地質(zhì)情況為珠江三角洲海陸互交互相沉積平原地貌單元。水下依次為淤泥及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土 2～4 m、粉細砂 10-14m、全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖 15～20m、強風(fēng)化泥質(zhì)砂巖 15～17m、弱分化泥質(zhì)砂巖。

2 問題的提出

容桂水道特大橋主跨采用 12φ2.3m鉆孔樁承臺基礎(chǔ),每個承臺 12根鉆孔樁,采用在水中搭設(shè)鉆孔平臺,沖擊鉆機施工。每個施工平臺安排 4臺沖擊鉆機,3個循環(huán)完成鉆孔施工。在第一個循環(huán)施工過程中,泥漿采用普通黏土制備泥漿工藝制備泥漿,利用未施工的鉆孔樁護筒作為泥漿池。采用泥漿泵循環(huán)利用泥漿。泥漿的主要指標見表1。

表1 各施工階段鉆孔樁泥漿性能指標

施工階段,發(fā)現(xiàn)施工進度緩慢,通過分析發(fā)現(xiàn),影響鉆孔樁施工進度緩慢的主要原因如下。

(1)采用普通泥漿制備工藝,泥漿懸浮鉆渣慢,鉆渣出現(xiàn)沉積,影響施工進度。

根據(jù)以上原因,決定采用 P.H.P泥漿,以提高鉆孔樁施工速度。

3 P.H.P泥漿特點

(1)安全可靠

P.H.P泥漿通過調(diào)整指標,能保證在各種復(fù)雜的地質(zhì)情況(除喀斯特地層有時須特別處理外)下鉆孔壁具有防塌、防漏、不縮孔的性能。鉆孔后進行清孔以及采取措施能保證下放鋼筋籠到澆筑水下混凝土前,實現(xiàn)樁底沉淀為零,這樣大幅度地提高樁端反力。

(2)效率高

P.H.P泥漿在孔內(nèi)鉆進時不分散作用在孔內(nèi)懸浮鉆屑,在凈化系統(tǒng)中很容易實現(xiàn)沉淀。P.H.P泥漿膠體率大,含砂率小,比重輕,特別適用于反循環(huán)鉆進,其鉆進阻力和機件磨損都小,而所攜帶的鉆屑較多,出口含砂率提高到 4%。回流泥漿含砂率低(0.5%～1.0%)這兩者之差形成鉆機效率高。

(3)經(jīng)濟效益好

式中：ρw為水的密度，kg/m3；vi為斷面流速，m/s；xi、xj為距離，m；ρ為壓力，N；fi為質(zhì)量力，m/s2；v為流體運動的黏滯系數(shù)。

泥漿造價主要決定于總用量大及回收率高。由于P.H.P不分散泥漿必須采用膨潤土,造漿率比黏土高出 4～5倍。再加上完善的循環(huán)凈化系統(tǒng),使泥漿能回收 60%。因此按單項計算雖然價格較高,但綜合計算后單位體積泥漿的造價反而降低。

4 P.H.P泥漿主要材料

(1)膨潤土

膨潤土為泥漿膠體質(zhì)的主要來源。膨潤土采用鈣質(zhì)膨潤土,膨潤土摻量為泥漿體積的 8%～10%。

(2)純堿(Na2CO3)

純堿的主要作用為增大 pH值使黏土顆粒分散,并增加表面負電荷來吸附帶正電荷的鉆屑,使泥漿懸浮鉆屑效能更好。在施工過程中要注意隨時測定泥漿的 pH值,若 pH值過低時應(yīng)適當(dāng)加入純堿。純堿摻量為泥漿體積的 0.3%～0.5%。

(3)羥甲基纖維素(C.M.C)

羥甲基纖維素能夠提高泥漿的黏度,具有使土壁表面形成化學(xué)膜泥皮和降低失水量的功能。它常作為膨潤土基漿的改性劑,摻量為泥漿體積的 0.5‰～1‰。

(4)聚丙烯酰胺 P.H.P

聚丙烯酰胺的作用是使泥漿具有觸變性,保持不分散、低固相、高黏度的優(yōu)質(zhì)性能。其摻用量為泥漿體積的 0.03‰左右。

5 P.H.P泥漿制備

5.1 基漿制備

基漿系指由膨潤土和純堿拌制而成的泥漿,即普通泥漿中摻入一定量的純堿。制備基漿采用膨潤土制漿機,膨潤土泥粉和水不能在自然狀態(tài)下混合成泥漿,必須通過強勁的攪動才能形成膠體。膨潤土制漿機拌和后注入池中,采用泥漿泵循環(huán)自吸 2～3 h使其充分混合。制備好的基漿一般存放 1～2 d后才能使用。

5.2 P.H.P鮮漿制備

(1)P.H.P鮮漿原料

P.H.P鮮漿用原料 PAM為非水解型,分子量為 1 000萬左右。使用前要先水解,水解后稱“P.H.P”。工地常用常溫法,提前水解的步驟如下。

①將 PAM(100)置于清水(6000)中浸泡 1d。

②同時加入燒堿(NaOH)在攪拌筒中攪拌以促溶。NaOH用量可按反應(yīng)量計算,用量多少與 PAM分子量和水解度成正比。約為 PAM的 10%左右。

③停置 2～3 d,使 PAM分子有效地分散于水中,形成濃 P.H.P鮮漿。

(2)P.H.P水解度的不同表現(xiàn)出不同的特性

①用于鉆孔時,為了控制失水量和堵漏以及懸浮鉆屑,在回流漿池中加入 60% ～70%的水解度的P.H.P濃鮮漿。

②用于沉淀池中,要求使泥漿中鉆屑細顆粒絮凝,要求制作 20%～30%水解度 P.H.P溶液。操作方法是加入補充膨潤土淡基漿,來將 P.H.P水解度降低。

(3)P.H.P新鮮泥漿的配制

將 P.H.P(60%～70%)的濃漿液加入到前敘膨潤土濃泥漿中,經(jīng)高壓反復(fù)噴射混合就形成 P.H.P新鮮濃泥漿。制后時應(yīng)注意：

①濃鮮漿的黏度要大幅度提高(即黏度 T≥25 s,達到 30 s以上)時,必須先將基漿 pH值加堿調(diào)至≥10～12。此種濃度很高的鮮漿,以專用罐存放在施工中可隨時摻用到不同泥漿中使用。

②P.H.P摻用劑量為泥漿體積的 0.003%左右。最合理的比例應(yīng)通過試驗來決定,可用表征來觀察。

③P.H.P鮮漿的表征：P.H.P含量不足泥漿呈紅黃色,含量合適時呈嫩豆腐色果凍狀;過量變成清水水土分層。

6 P.H.P泥漿的使用

容桂水道特大橋每個承臺共 12根 φ2.3 m鉆孔樁,鋼護筒直徑為 2.5m。一般到河床面高度 10～1 m,因此每個鋼護筒可以裝泥漿50m3左右。施工時利用沒有擺鉆機的鋼護筒作為泥漿池,如圖1所示。

圖1 P.H.P泥漿制備工藝示意

鉆機采用正循環(huán)沖擊鉆機,泥漿循環(huán)路線為鉆機→A沉淀池→B過濾池→C沉淀池→D泥漿池→鉆機。其中 A沉淀池主要為初次沉淀,在護筒上焊接鋼篩,過濾體積比較大的鉆渣。然后泥漿經(jīng)過 B過濾池過濾,再經(jīng)過 C沉淀池沉淀后,基本為清潔泥漿。在施工過程中根據(jù)實測指標逐步用 E池中 P.H.P鮮漿補充,用于調(diào)整整個泥漿的質(zhì)量。施工用膨潤土泥漿與 P.H.P基漿對比見表2。

表2 施工用膨潤土泥漿與P.H.P基漿對比

7 結(jié)語

容桂水道特大橋主跨鉆孔樁施工采用 P.H.P泥漿作為循環(huán)泥漿,使浮渣效率明顯提高,減少了沖擊鉆機每天重復(fù)沖擊鉆渣的現(xiàn)象。同時采用增加沉淀池和過濾池的辦法,更加減少回流泥漿中夾帶鉆渣的可能性,大大提高了沖擊的效率。第一輪施工的 4個鉆機完成一個 65m鉆孔樁需要 35 d時間,采用 P.H.P泥漿后僅需要 27d,時間縮短了 8 d。對施工完成的鉆孔樁取芯結(jié)果顯示,沒有采用 P.H.P泥漿鉆孔樁的沉渣厚度有 2～3 cm。而采用 P.H.P泥漿后沉渣幾乎為0,達到了預(yù)期的目標。通過實踐證明,采用 P.H.P泥漿既加快了鉆孔進度,同時又降低樁底沉渣厚度,保證了工程質(zhì)量。

[1]桂業(yè)昆,邱式中.橋梁施工專項技術(shù)手冊[M].北京：人民交通出版社,2005.

[2]殷萬壽.深水基礎(chǔ)工程[M].北京：中國鐵道出版社,2003.

[3]安文漢.鐵路工程試驗與檢測[M].太原：山西科學(xué)技術(shù)出版社,2006.

U 445.55+1

B

1004-2954(2010)03-0086-02

2009-10-26

曹占良(1974—),男,工程師,1998年畢業(yè)于西南交通大學(xué)。

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