海水配制大直徑海上鉆孔樁泥漿的可行性研究

張清明

摘 要：平潭海峽公鐵兩用大橋，樁基礎孔徑大，樁基長，而且是群樁基礎，開挖過程中泥漿的需求量大，而海上淡水缺乏，因此研究用海水代替淡水配制泥漿的意義十分重大，不僅可以節約大量淡水資源，降低成本，而且還可以就地取材，加快施工進度。

關鍵詞：平潭海峽公鐵兩大橋；鉆孔樁；海水泥漿

1 工程概況

平潭海峽公鐵兩用大橋是新建福州至平潭鐵路站前工程中的控制性工程，該橋起于長樂市松下鎮，從松下港規劃的山前作業區與牛頭灣作業區之間入海，經人嶼島，跨越松下元洪航道和鼓嶼門水道，再依次通過長嶼島和小練島、跨越小練島水道抵達大練島，跨越海峽北東口水道上平潭島，大橋全長約16.323km，其中的鼓嶼門水道橋設計有φ4.5m目前世界上直徑最大的鉆孔樁。該橋地處海洋環境，在海上進行鉆孔樁施工作業時，若采用淡水拌制泥漿，很容易受到海水的污染，影響泥漿的性能，而且在海上施工，淡水供應十分困難。如能直接用海水配制出符合要求的泥漿，可以大大降低施工的難度和成本，加快工程進度。因此研究用海水配制泥漿的技術具有十分重要的現實意義。

2 泥漿的作用

泥漿是鉆孔灌注樁施工質量好壞的重要環節。泥漿有護壁、排渣、清孔等作用。泥漿的護壁作用是因為泥漿液壓柱壓力作用在孔壁上，除了平衡土壓力、水壓力外，還給孔壁一個向外的作用力，部分泥漿深入巖土層，在孔壁表面形成一層固體顆粒的膠結物——泥皮，對維護孔壁穩定、防止塌孔起很大作用。

3 泥漿的性能指標要求

泥漿的主要性能指標見下表

除了要求滿足表1要求的指標外，因為海水中含有大量的無機鹽類，故要求其對鹽類的明感性低，具有抗鹽類污染、高穩定性等要求。

4 泥漿的配制

4.1 原材料的選擇

配制泥漿性能的好壞，關鍵在于原材料的選取。本次探討中的造漿材料分別選用：

a.膨潤土：成分主要為蒙脫石，其作為主要的配漿材料，為泥漿膠體質的主要來源，采用以蒙脫石為主的鈉質膨潤土，該土陽離子交換容量大，具有較好的分散懸浮性和造漿性，流變性能好，泥皮薄，穩定性好，造漿率高，能有效提高泥漿黏度，降低失水率。

b.純堿Na2CO3——分散劑：其指標符合GB210-92的Ⅲ類合格品的標準。主要作用是做泥漿的分散劑、除鈣劑，調整泥漿的PH值，使粘土顆粒進行分散，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，防止鉆進過程中出現塌孔的現象。

c.聚陰離子纖維素——增粘劑：主要成分為PAC，具有提高泥漿黏度，降低失水率，防止泥漿漏失的作用；而且具有使土壁表面形成化學膜泥皮和降低失水量的功能，增強護壁效果。

d.海水：取自平潭海峽公鐵兩用大橋鼓嶼門水道橋橋址處海水，未作任何處理。

4.2 泥漿配合比設計

首先采用淡水配出各項性能指標均符合要求的泥漿，然后考慮到海水中含有大量的無機鹽類，其中的陽離子很容易進入膨潤土的晶格中，影響到膨潤土的濕漲性能，會造成泥漿的凝聚和沉降。于是我們在淡水泥漿配比的基礎上，適當的增加膨潤土、分散劑和增粘劑的用量以抵消海水帶來的不利因素。泥漿配合比的試驗數據見表2。

4.3 試驗數據分析

通過表2和表3的試驗數據，可以看出海水對泥漿性能的影響十分大。海水中豐富的鹽類成分，在泥漿溶液中電離出大量的離子。根據雙電層理論，膨潤土礦物晶體帶負電，在形成雙電層時會進行離子交換。如果溶液中離子濃度過高會壓縮膨潤土顆粒雙電層，抑制膨潤土的分散和擴散，導致膨潤土產生凝聚和聚結，所以跟淡水泥漿相比，海水泥漿的膠體率明顯下降。為了消除海水帶來的不利影響，適當的提高了膨潤土、純堿和聚陰離子纖維素的摻量，試驗過程中，發現一味地提高聚陰離子纖維素的摻量，膠體率雖然會提高，但是會產生明顯的分層現象，PAC果凍狀晶體與膨潤土明顯分層，造成膠體性能不均勻。經過大量試驗，最終確定編號為4的海水泥漿配合比，即海水：膨潤土：純堿：聚陰離子纖維素=1：0.16：0.003：0.004的各項性能指標基本滿足施工設計要求。

5 結束語

1、平潭海峽公鐵兩用大橋地處海洋環境，采用海水配制泥漿不但有利于就地取材，減少施工難度，還大大降低了工程造價，符合綠色施工的理念。

2、現場施工要加強施工工藝的控制，尤其應注意聚陰離子纖維素PAC的水解工藝。PAC水解方法為：首先將PAC與水按1：20左右的比例配制成水溶液，用高速攪拌機高速攪動至PAC晶體完全溶解即溶液表面沒有結晶體為止。否則PAC很難發揮其應有的效能。然后再按照海水泥漿的配合比，稱量剩余的組分，施工現場應采用高壓循環泵對泥漿進行快速循環，攪拌至均勻，方可使用。

3、施工過程中要根據各地層的不同條件，檢測泥漿的各項性能指標，及時進行調整，以滿足施工需要。

4、由于條件有限，沒有進一步研究海水配制泥漿對樁基混凝土中鋼筋的銹蝕影響，為保正平潭海峽公鐵兩用大橋結構使用壽命滿足100年的要求，建議在配制泥漿的時候摻入適量的阻銹劑。

參考文獻

[1] 雷建剛.淺談鉆孔灌注樁泥漿的配制，科技資訊，2006.

[2]肖可生.橋梁樁施工中海水配制泥漿如何控制，城市建設理論研究，2011.

[3]孫祥波、虢得華.青島海灣大橋鉆孔灌注樁海水泥漿的應用，城市建設與商業網點，2009.

[4]毛志堅、林海、高超.超大直徑樁海水造漿的工藝研究與應用.公路，2006.