鉆孔灌注樁施工中泥漿的控制

張金波

浙江舜江建設(shè)集團有限公司，浙江 紹興 312000

鉆孔灌注樁作為一種深基礎(chǔ)形式，在我國60年代初得到了推廣，其具有承載力高、施工噪音低、振動小、適應(yīng)性廣、建筑費用低、樁長和直徑可以按設(shè)計要求變化等優(yōu)點，保證灌注樁的樁尖能可靠的進入持力層，在工程中受到日益廣泛的應(yīng)用。灌注樁根據(jù)鉆孔機械在土壤含水層中的施工可以分為泥漿護壁成孔和干作業(yè)成孔兩種施工方法，在工程施工中常用的是泥漿護壁成孔施工方法，其施工的關(guān)鍵是泥漿的制備，因為泥漿在鉆孔和成孔中起到了十分關(guān)鍵的作用，正確的認識泥漿護壁的性狀，可靠的評估鉆孔灌注樁承載力，對工程認識泥漿護壁具有舉足輕重的作用。在鉆孔中由于泥漿的靜水壓力比水大，在凈水壓力的作用下，泥漿在井孔壁形成一層泥壁，阻隔孔內(nèi)外滲流，保護鉆孔的穩(wěn)定，使鉆孔正常進行。對鉆孔灌注樁泥漿護壁的物理性質(zhì)進行研究，可以分析泥漿護壁對樁側(cè)摩擦力和鉆孔灌注樁承載力的影響。

1 泥漿的比重

泥漿是由水、粘土或膨脹土、添加劑調(diào)配而成，在鉆孔灌注樁施工中起到護壁、懸浮攜渣及潤滑鉆頭等作用，鉆頭鉆孔時，鉆頭與孔壁接觸，泥漿可以保護孔壁的穩(wěn)定。

制備泥漿要選擇良好品質(zhì)的粘土，保證具有良好的水化作用、分散作用、離子交換作用和膠體性質(zhì)，其中所制備的泥漿的比重對成孔質(zhì)量具有很大的影響，如果泥漿比重過低，在鉆頭鉆孔時，鉆具上下的泥漿紊亂而使孔壁表面受到?jīng)_刷，泥漿過稀，就會出現(xiàn)孔壁坍塌等現(xiàn)象，泥漿比重過低，控制指標不能達到設(shè)計要求，也會使得排渣能力減弱，鉆出的碎屑不能及時排除，沉淀在孔底，造成成孔困難，樁長也不能達到設(shè)計要求；如果制備的泥漿比重過大，其粘性、凝塑性會增加，增大了鉆頭和孔壁之間的阻力，降低了鉆機的速率，同時鉆具多所受的浮力也會增大，降低了施工速度，增加了施工成本。

因此，為了保證鉆孔的質(zhì)量，一定要合理調(diào)配泥漿，保證泥漿的比重符合設(shè)計要求，根據(jù)施工經(jīng)驗，鉆孔泥漿比重應(yīng)控制在1.lg/cm3～1.2g/cm3之間，當遇到砂夾層或容易坍塌的底層時，可適當增加泥漿的比重，但要控制在1.3g/cm3～1.5g/cm3之間。

2 泥漿的粘度

在制備泥漿中，所選粘土的含量、粘土顆粒的分散度、粘土顆粒的聚結(jié)穩(wěn)定狀況或絮凝強度和處理劑的性質(zhì)、分子量和濃度是影響泥漿粘度的主要因素，為了提高泥漿的質(zhì)量，需要對這些性質(zhì)進行控制。如果泥漿的粘度大，鉆孔的孔壁泥皮比較厚，可以防止翻砂，并阻隔滲漏，泥漿可以攜帶鉆渣及時排除，提高鉆孔的速率，尤其對正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進有利，但是粘度過大，將影響到鉆具的正常工作，因為粘性大的泥漿容易黏在鉆頭，增加了鉆孔的阻力和泥漿的凈化難度，降低了鉆孔的速度；如果粘性過小，鉆孔留下的碎渣不容易被泥漿帶出孔，增加了鉆孔的難度，并且粘性小的泥漿泥皮薄，容易出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

在泥漿制備中，要控制好粘土的含量，合適的粘土含量才能保證良好的粘度，如果粘土的含量增加，會增加泥漿的粘性，同時會增加粘土的比重，因此設(shè)計人員要根據(jù)泥漿的配合比合理控制粘土的含量；控制泥漿的分散度可以提高泥漿的質(zhì)量，可以選用優(yōu)質(zhì)膨潤土、以蒙脫石為主的粘土、混合型普通粘土；處理劑可以提高泥漿制備的質(zhì)量，保證粘土中的水分以不同形態(tài)存在，由分散度的大小分別對應(yīng)著分散、絮凝、聚結(jié)三種形態(tài)。綜上，控制泥漿中粘土的含量、粘土的分散度、顆粒聚結(jié)穩(wěn)定狀況和處理劑的性質(zhì)，可以提高泥漿制備的質(zhì)量。

3 泥漿的失水率

泥漿失水率即鉆孔失水量，鉆孔過程中孔內(nèi)外受水頭壓力差的作用，泥漿中的水分在一定時間內(nèi)滲入地層的水量。為了保證鉆孔的質(zhì)量，在制備泥漿中，要控制較小的失水率，保證泥漿的膠體率，保證鉆孔中泥漿鞏固孔壁和保護基巖；如果泥漿的失水率控制不好，在鉆孔過程中，泥漿中的水分大量流失，鉆孔的直徑將縮小，在泥巖地層遇水軟化，地層受水膨脹，最終導(dǎo)致鉆孔坍塌，影響到成孔質(zhì)量。

在施工現(xiàn)場，為了控制泥漿的失水率，可以采取簡便的方法大致估算失水率，根據(jù)施工經(jīng)驗，可以采用濾紙法，首先選用一張12cm×12cm的濾紙，平鋪在水平玻璃板上，在濾紙上畫出一個直徑為3cm的圓，再將制備的泥漿滴入圓心中，待30min后測量濕圓圈的半徑，再減去泥漿攤平后的平均半徑，即為失水率。在濾紙上量出泥漿皮的厚度，即為泥皮厚度，如果泥皮比較平坦，則制備的泥漿質(zhì)量比較高，為了施工方便，一般控制在2mm～3mm之間。

4 泥漿的含砂率

含砂率是泥漿內(nèi)所含的砂和粘土顆粒的體積百分比。在鉆孔灌注樁施工中，泥漿護壁當中，含砂率大時，會降低粘度，增加沉淀，容易磨損泥漿泵和鉆機，一旦停止施工，就會造成埋鉆、卡鉆事故。

為了控制泥漿的含砂率，在施工中可以利用含砂率計測定含砂率。在測量中，首先將調(diào)好的50mL泥漿倒入含砂率計重，然后倒入清水，制成總體積為500mL的懸濁液，封堵入口，均勻搖1min，然后將儀器垂直靜放3min，計算時，將下端沉淀物的體積乘以2，即可得含砂率。

5 泥漿的膠體率

膠體率是泥漿中的土粒保持懸浮狀態(tài)的性能。為了體現(xiàn)泥漿在試管中的分離程度，可以選用150mL的量筒，在倒入100mL的泥漿，穩(wěn)定24h，最后獨處泥漿沉降的刻度，即為膠體率，其表現(xiàn)是呈懸浮狀態(tài)后粘土顆粒與水分子分離程度，如果膠體率越大，粘土顆粒容易懸浮，不宜沉淀，有利于鉆孔，因為懸浮狀態(tài)的泥漿容易將鉆渣隨著鉆頭的轉(zhuǎn)動帶出樁孔，加快鉆進速度。

6 泥漿的酸堿度

泥漿酸堿度是評價泥漿的指標之一，一般以pH值表示。根據(jù)pH值的一般知識：pH值即為溶液中氫離子濃度的負對數(shù)，當pH值等于7時為中性，當大于7時為堿性，當小于7時為酸性，在土壤中，pH值一般為8～10，這是因為粘土顆粒在水中分散時，水分子可以進入粘土內(nèi)部引起膨脹，顆粒表面形成了一層吸附性的水化膜，使泥漿的失水率減小，提高了粘土的固相成分，容易在鉆孔的孔壁形成一層薄而堅硬的泥皮，這種泥漿固壁性較好。

7 泥漿的穩(wěn)定性

在地球重力和外部環(huán)境作用下，泥漿體系中的粘土顆粒會經(jīng)常出現(xiàn)絮凝和聚結(jié)，這種作用是經(jīng)常的、絕度的，而泥漿處于懸浮狀態(tài)，其分散和穩(wěn)定是暫時的、相對的。處于懸浮狀態(tài)的泥漿在穩(wěn)定狀態(tài)下能長久保持這種分散狀態(tài)，粘土顆粒分布均勻。

在懸浮狀態(tài)下的粘土可以在重力作用下未出現(xiàn)下沉，從力學(xué)的角度是粘土顆粒的重力和液體的阻力相等，并在泥漿中粘土顆粒之間存在著相互的吸引力和排斥力，最終保證了粘土的聚結(jié)穩(wěn)定。由于泥漿中的粘土顆粒表面都帶有負電荷，粘土顆粒表面具有雙電層和水化膜，當相同電荷的顆粒相互接近時或碰撞時，靜電斥力會使兩個顆粒不能繼續(xù)靠近而保持分離狀態(tài)，同時粘土顆粒四周的水化膜也使得顆粒不能接近，最終的表現(xiàn)就是泥漿的粘土顆粒懸浮，具有一定的穩(wěn)定性。

穩(wěn)定性好的粘土泥漿在鉆孔過程中會增加鉆具的阻力，使得鉆進變慢，但是穩(wěn)定性好的泥漿具有維護泥壁、攜帶鉆渣的作用，使得鉆孔更加規(guī)則，值得注意的是穩(wěn)定性好的泥漿不能再巖性甚至致密的地區(qū)使用。

8 結(jié)論

在實際施工過程中，泥漿性能的好壞將直接影響到樁基礎(chǔ)成樁質(zhì)量。雖然影響泥漿性能指標的因素較多，但只要通過嚴格的施工管理，將各項指標控制在科學(xué)合理的標準范圍之內(nèi)，泥漿性能和質(zhì)量便能很好的滿足施工要求，為樁基施工提供可靠的保障。

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