泥漿在巖溶區沖(鉆)孔樁施工的技術要領

泥漿是沖(鉆)孔樁施工工藝的重要組成部分，其物質的構成，配比參數的選用以及工藝過程的適時調整諸環節都直接關系到的工程質量與項目效益。龍巖市裕福國際花園大廈樁基礎施工初期，因孔內漏漿、孔壁坍塌等原因導致沖孔樁砼灌注充盈系數出現異常高位值，施工成本急劇攀升，工程處于虧損狀態難以維繼。施工單位精心組織技術攻關，通過對泥漿進行改良試驗、推廣，總結形成了一套泥漿工藝新技術，有效解決了施工中存在的問題，成效顯著。

1 項目的背景和施工初期存在的問題

龍巖裕福國際花園大廈位于龍巖市區中心地段，其主體設計為三幢主樓28-30層，一層地下室，裙樓三層(局部為6層)組成，地上總建筑面積52482m2，地下總建筑面積7916m2，主樓高度達98.25m，是龍巖市高層建筑樓群之一。該建筑基礎設計采用樁型為沖孔灌注樁，總樁數334根，樁徑有 φ700mm～φ1000mm四種。其中 φ700mm89根，φ800mm99根，φ900mm93根，φ1000mm53 根，理論灌砼量約5000米3。

眾所周知，龍巖盆地屬石灰巖溶洞區域，本項目施工場地地層結構復雜、巖溶較為發育，因此成孔過程中頻頻出現了泥漿大量漏失現象，致使孔壁嚴重垮塌，工藝難度明顯加大。根據樁基施工順序，先期投入的4臺沖孔樁機分別安排在場地中部和東部同時施工，結果首批4根成樁的砼灌注充盈系數分別為:205#樁 1.57、323#樁 2.06、320#樁 1.97、324#樁2.53，充盈系數平均值競達到2.03，大大超過施工合同約定的1.35上限指標，項目施工一度陷入困境。特別是324#樁成孔施工時，因孔壁坍塌嚴重波及地面產生多處裂縫，導致樁機機臺整體發生下沉，直接危及施工設備與人員的安全，施工工期也被大大的延誤了。

2 技術攻關小組的成立及尋找問題的解決辦法

為解決漏漿及孔壁垮塌問題，確保設備及施工人員安全，搶回延誤的工期，避免不利情勢繼續惡化，施工單位及時成立了技術攻關小組，對現狀進行認真分析研判，努力尋求應對措施。技術攻關小組發現，該場地地層自上而下依次為:雜填土層、沙石層、卵石層、含沙石角礫層、含碎石角礫粉質粘土層、巖溶層、灰巖層(局部已大理石化)。然而該區域灰巖溶洞卻普遍發育，且地下水之間通聯性強，勢必加大了沖孔樁施工工藝的難度。在此情況下，技術攻關小組一致認為，必須必須切實做到在成孔施工中通過泥漿的不斷循環流動，使孔壁的穩定性不被破壞，并且能一直持續到成樁砼灌工序結束。因此當務之急是必須對當下使用的泥漿進行改良，調配出一種適合本場地地層特性的新型泥漿。經過行業調研和專業泥漿廠商技術咨詢，對多種造漿材料的性能比較之后，技術攻關小組最后決定選用上海哈利專用泥漿復合劑(下稱HL)作為造漿輔助材料，配制出一種HL復合新泥漿。

3 試驗結果糾正了泥漿前期使用認識上的誤區

從早期的施工記錄資料看，并且通過對幾個充盈系數較大值的樁位在不同深度孔段商品砼的灌注量進行分析，繪制出沖孔樁砼灌注柱狀圖(如圖1)。孔樁柱狀圖呈明顯的“葫蘆”形狀，超量灌注的商品砼就是被這些“葫蘆”邊超出樁徑部分的空間給“吃”掉了。再對照這幾個孔樁位置的地層柱狀圖，表明“葫蘆”均出現在含碎石角礫質粘土層以及含有充填溶洞的石灰巖地層段中。

結癥找到了，解決問題的辦法在哪呢?根據廠商提供的配漿方法，結合施工場地實際情況，新泥漿配制后首選位于場地西、中、東部不同地段的199#、296#、305#三根樁上進行試驗。

圖1 沖孔樁砼灌注與地層柱狀對照圖

試驗初期我們先在原有的泥漿池中加入一定量的HL復合劑拌勻后使用，效果不甚明顯，隨后再逐步添加HL復合劑量，同時調高泥漿的濃度和粘稠度，結果發現依然沒有效果。這時有人對HL復合劑的防漏護壁實用性產生了懷疑。帶著疑問技術攻關小組緊接著又對HL復合劑與普通泥漿的工藝性能作進一步的深入研究。圖2是實驗室的三張泥皮性能對比圖。其中A圖是取場地原狀土(主要是沙質粉土)用清水調配好的泥漿;B圖是在原漿的基礎上加入純堿和聚合物的泥漿;C圖則是在B圖的基礎上再加入HL復合劑的泥漿。三種泥皮都分別放置在實驗室大理石臺面上專用的地層模擬試紙上，指標參數均調配到粘度24秒、密度1.22、PH值9.5。可以看出，A圖中泥皮沒有成形;B圖的泥皮雖已成形但呈松軟狀;C圖的泥皮薄且致密。圖3是圖2中AC兩種泥皮放大十萬倍后的橫縱切面圖，可以清晰地看出兩種泥皮結構的鏡下差異。這樣的泥漿居然對角礫層護壁不起作用真是令人費解!是不是泥漿的粘稠度過高了?這種質疑首次提出時曾引起眾人的吃驚，因為傳統的沖孔樁施工經驗一向認為泥漿調配是越粘稠越好。

事實上，泥漿粘稠度過高的不利影響在前期孔樁沖擊施工中的反映是明顯的:一是會使井底沖(鉆)巖效率降低，粘稠度越大，沖(鉆)巖效率越低;二是增加了泥漿自身循環的流動阻力，流動阻力超過一定值限時，鉆頭活動困難，容易造成卡鉆、脫鉆事故。這兩點容易想到也容易理解，但從理論上講這兩點是不會直接造成孔壁擴大的。關鍵是我們忽略了以下兩個重要的因素，那就是粘附磨擦和激動壓力。泥漿粘稠度過高就會造成粘附磨擦系數增大，破壞了地層的穩定性;激動壓力是指在起下鉆和鉆進過程中由于鉆頭上下運動以及泥漿泵開動等原因，使得井內液壓力發生變化，給井壁增加一個附加壓力現象。泥漿粘稠度越大、激動壓力就越大，對孔壁的附加壓力(抽吸力)也就越大，從而將原先沖擊形成的鋸齒型的孔壁拉垮。

這應該就是在角礫層和巖溶層中出現“葫蘆”型狀的真正原因。據此分析，技術攻關小組決定在施工中采用適時下調泥漿粘稠度的方法再行試驗。項目部在打218#號樁時果斷地把泥漿的粘度調到24m以下(實測23.4m)、密度調到1.2g/㎝3左右(實測 1.23g/㎝3)，PH 值保持在8～9.5之間(通過試紙測試)，效果馬上顯現了，218#樁砼灌注充盈系數只達到1.168，不僅充盈系數降低了而且進尺速度也明顯提高了。

圖2 實驗室泥皮對比圖

圖3 上圖AC兩種泥皮放大十萬倍橫縱切面圖

為驗證這種方法的普遍性，避免因單樁客觀條件差異而產生偶然性結果，因此項目部特意安排218#孔樁相鄰的213#樁施工仍按老方法(即中途不調整泥漿的粘稠度)，結果“葫蘆”又出現了，充盈系數高達1.47，進尺速度也慢了許多。與此同時287#、289#樁采用新的試驗參數配漿施工則達到了預期的效果，充盈系數分別為1.09和1.13，泥漿新參數的確定已有成功試驗結果作為依據。接下來項目部又繼續試驗了五個孔樁(294#、212#、244#、200#、142#)，充盈系數都在 1.25 以下，最小的只達到1.03，效果相當理想。

裕福工地科研試驗推廣孔樁數據表

4 結論

“裕福工地科研推廣孔樁數據表”即是把本次試驗成果進行推廣取得的實際數據，推廣應用獲得了成功。在這次試驗、推廣過程中，通過反復測試對比、分析研究，對泥漿的組材配比，泥漿的性能參數及工藝流程控制方面逐步形成并完善了泥漿應用新的技術要領:(1)泥漿性能總體要求:在具備有效護壁基礎上以剛好能夠有效帶出孔內鉆屑為基點，盡量調低其粘稠度。(2)各地層泥漿粘度(漏斗粘度)指標參數:卵石層以上的包括沙層及雜填土層的泥漿粘度可以較高些，一般要求控制在25～30秒，到角礫層時，粘度下調到23～25秒之間，到較深部的含碎石粉質粘土的角礫層及灰巖層時，要求粘度保持在21～23秒左右;相應的密度要求控制在 1.3 ～1.5g/㎝3、1.2～1.4g/㎝3、1.2g/㎝3左右。(3)酸堿度的要求:PH值施工全過程均要求控制在8～9.5之間。