化學泥漿配合旋挖鉆機快速成孔在橋梁基樁中的應用

范悅讓

(河南省公路工程局集團有限公司，河南 鄭州 450052)

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化學泥漿配合旋挖鉆機快速成孔在橋梁基樁中的應用

范悅讓

(河南省公路工程局集團有限公司，河南 鄭州 450052)

就河南省商丘至登封高速公路跨南水北調斜拉橋基樁施工實例，介紹化學泥漿配合旋挖鉆機快速成孔在橋梁基樁中的應用。

化學泥漿；懸挖鉆；快速成孔

1 化學泥漿的優缺點

(1)優點

①化學泥漿和沙、泥塊、小顆粒物質等不相容，且密度接近清水，旋挖鉆挖至設計標高后可直接落鋼筋骨架，不需要循環清孔，縮短了成孔到砼灌注的時間間隔，降低了塌孔的風險，提高了混凝土質量。

②化學泥漿是將高效泥漿(高分子材料)和NaOH直接與水在孔內摻和，不需要單獨造漿，縮短了施工準備時間。

③化學泥漿可以循環使用，大大降低了成本。

④含化學泥漿的鉆渣經風干、翻曬可做路基填料使用。

⑤化學泥漿配合旋挖鉆具有成孔質量好、速度快、無噪聲、無污染或污染小等優勢。

⑥化學泥漿成本比傳統膨潤土礦物泥漿成本低，具有一定經濟效益。

⑦化學泥漿的主要成分高分子聚合物由國外引進，現在國內已可以生產，得到了普遍應用。

⑧化學泥漿外觀如同清水，與混泥土不相容。如果混凝土灌注過程中出現意外，如混凝土不坍落等可拔出導管重新灌注，不會出現夾層、斷樁等質量事故，降低了風險。

⑨孔徑控制更加精準，減少了縮孔、擴孔等鉆孔灌注樁施工過程中常出現的問題，減少了鉆渣量及混凝土灌注量，節約了成本。

(2)缺點

①化學泥漿的粘度與地質條件有關系，施工配比需要一定施工經驗，要及時調整。化學材料摻的少，粘度低不能起到護壁作用，有造成塌孔的風險，摻的太多粘度大，糊著鉆頭，影響鉆進速度。

②由于化學泥漿與沙子、泥塊、小顆粒物質不相容，造成了清理孔底沉淀難度。這就要求：一是成孔后凈放一小時左右，用鉆具再次把孔底沉淀一次性掏出；二是落鋼筋骨架過程中嚴禁骨架碰到孔壁，減少孔壁的部分脫落，形成沉淀。

2 化學泥漿配置比例、性能指標

根據高效泥漿(高分子聚合物)生產廠家提供的產品使用說明，化學泥漿調配比例及性能指標如下。

材料配置比例：

地層狀況高效泥漿/(kg/100m3水)粘度/s粘土與頁巖20～6017～19淤泥、細砂到中砂30～7018～22粗砂、較小的礫石40～9023～30卵礫石90～12030～38

化學泥漿性能指標：

項目指標檢測方法密度/(kg/cm3)澆筑混凝土前落鋼筋骨架前≤1.02泥漿重度儀(密度)粘度/s鉆進過程中澆筑混凝土前19～3817～30馬氏漏斗粘度測定pH值8.0～10.0pH值測試儀或pH試紙含砂率(澆筑混凝土前)≤0.5含砂率測試儀

3 化學泥漿配合旋挖鉆機在本項目的實際應用

3.1 化學泥漿配制

化學泥漿的配置是在鉆孔過程中，往孔中注入清水的同時，人工用鐵掀按比例加入高效泥漿、氫氧化鈉，化學物品經過泵水的沖散和旋挖鉆鉆具的攪合均勻摻加到水中形成化學泥漿。本項目的實際經驗數據：對于第一根基樁，樁徑2.0 m，孔深102.4 m，摻加片狀氫氧化鈉約14袋(25 kg/袋)左右，旋挖鉆機專用高效泥漿10袋(25 kg/袋)左右。對于以后的基樁，由于老泥漿要重新使用，但是又要補充清水，視情況加入片狀氫氧化鈉約7袋左右，旋挖鉆機專用高效泥漿5袋左右。鉆孔過程中化學泥漿實測為比重1.02，pH=9，粘度=18～22 s。

化學泥漿沒有確定的比例，本項目以目測效果為準。旋挖鉆鉆桿從孔中提出時，鉆桿上明顯有泥漿掛臂，并且鉆頭提出時，泥漿從鉆頭滴落呈長細絲狀，如同“拔絲蘋果”的絲狀一樣。

3.2 鉆進成孔

(1)護筒

本項目采用14 mm厚鋼護筒，護筒長度6 m，埋設護筒按常規工藝。

(2)護筒內注泥漿后(距出漿口約1.5 m)開始鉆進，鉆進過程中視泥漿面下降不斷補充泥漿，保持水頭高度不小于護筒高度的1/2，防止塌孔。

(3)注意控制鉆具提放速度，特別是鉆頭進出泥漿面、護筒底部和鉆頭切入提出孔底部時，要平穩，盡可能減少對泥漿的擾動以加速泥漿中鉆屑的沉淀，也有利于孔壁的穩定。

(4)與傳統的膨潤土礦物泥漿不同，傳統泥漿清孔是靠泥漿的正反循環來降低泥漿比重、泥漿含泥率以及孔底沉淀。而化學泥漿比重接近于清水，和沙子、泥塊及小顆粒不相容。因此泥漿的比重、砂率幾乎不需要調整，但是孔底沉淀物也不易清出。對于孔底沉淀物處理辦法是：成孔以后泥漿靜放一小時左右，待泥漿徹底沉淀或者說泥漿徹底與鉆屑分離后，用鉆具一次性把沉淀物掏出。

(5)鉆進結束后用檢控器檢測孔徑、孔深、垂直度。驗收合格后進行下一道工序。由于化學泥漿清孔有一定難度，建議工藝成熟以后，盡量減少探孔工藝，減少了對孔壁的損傷。

3.3 鋼筋籠制作及吊放

(1)鋼筋籠制作采用標準化施工要求的智能設備滾焊機，要特別注意鋼筋籠的順直度和凈保護層的準確度。

(2)鋼筋籠的吊放要對準孔位中心，扶穩、緩慢下落，避免碰撞孔壁，遇到下落困難時，要輕提輕放，嚴禁猛烈沖擊，破壞孔壁的穩定性，造成沉淀物超標。

(3)鋼筋籠接長時，要對中掛垂球確保兩節籠子接頭的垂直度，以免扭曲的鋼筋籠下落時碰撞孔壁。

(4)鋼筋籠下放時按設計位置和要求安裝導向鼻或砼塊確保保護層厚度，進而保證不影響基樁檢測結果。

3.4 二次清孔

由于化學泥漿與沙子、泥塊、小顆粒物不相容性，在成孔后經過泥漿的靜放，泥漿中的懸浮物已經幾乎全部沉淀，所以要鋼筋骨架下放后如果不出現碰撞孔壁情況，沉淀厚度幾乎為零。如果出現鋼筋骨架碰撞孔壁，造成沉淀厚度超標，只有采用小于鋼筋籠內徑約20 cm的鉆頭，緩慢落入孔底適當擾動孔底鉆渣，并掏出孔底鉆渣，但這種情況非常少見。

3.5 水中混凝土灌注

(1)因為化學泥漿并不在孔壁上形成泥皮，且泥漿體系中不含鉆屑，所以能有效地提高樁側摩阻力。

(2)因為使用化學泥漿樁底幾乎沒有沉淀，所以有效地提高了樁底承載力。

(3)通過對南水北調斜拉橋基樁檢測統計實例，主橋主墩共62根基樁，檢測結果100%的基樁為Ⅰ類樁。

(4)由于化學泥漿除了粘度以外幾乎等同于清水，幾乎含沙所以在混凝土灌注過程中，如果出現不能連續灌注完成的情況，可以在短時間內進行二次灌注，不會出現夾層等引起的斷樁問題，降低了質量事故的風險。

3.6 化學泥漿的排放

(1)化學泥漿無毒，可直接拋棄而不會造成環境污染。

(2)含有化學泥漿的鉆渣經長期風干，翻曬后若含水量合適，可直接用于路基填筑。

3.7 化學泥漿施工過程中注意事項

(1)在鉆孔過程中，保持孔內水位高度不小于1/2護筒長度，盡量保持鉆頭勻速提放，特別注意在鉆頭在出入泥漿面、經過護筒底部、切入掏離孔底時要輕提輕放，這樣能減輕鉆具對孔內泥漿的擾動強度，減弱鉆孔過程中對泥漿護壁的破壞，降低了塌孔事故的風險。

(2)鉆到設計標高以后，要靜放一小時左右，待泥漿中的鉆屑徹底沉淀后一次性掏出孔底沉淀物。

(3)鋼筋籠制作要采用智能加工設備滾焊機，這樣可以確保每節鋼筋籠的順直度和每兩節之間接頭的順直度，避免鋼筋骨架下落時碰撞孔壁，造成沉淀厚度超標。

(4)鉆進過程中，確保孔內水頭大于1/2護筒高度，水頭高度不足時，及時補充同等性能的泥漿。

(5)泥漿回收時，混凝土表面以上1～2 m泥漿廢棄，具體廢棄數量視現場情況確定，比如雜質含量、砂漿含量等指標，確保回收泥漿質量。

4 結束語

化學泥漿作為一種新的材料，被引入作為配合旋挖鉆成孔的水下灌注樁護壁材料，與傳統的膨潤土礦物泥漿相比，有著配置簡單方便、廉價高效、綠色環保的優越性。能帶來很好的經濟效益和時間效益，特別適宜粉砂層、大直徑、超長樁群樁基礎和市政橋梁工程。作為一種新型材料，必將有廣闊的市場前景，被廣大橋梁建筑者熟知并得以廣泛的認可、應用。

[1] 公路橋涵施工技術規范(JTG/T F50-2011)[S].北京：人民交通出版社，2011.

[2] 公路工程質量檢驗評定標準(JTG F80/1-2004)[S].北京：人民交通出版社，2004.

2015-12-14

范悅讓(1978-)，男，工程師。

U443.15+9

C

1008-3383(2016)07-0086-02