PHP泥漿在橋梁大直徑鉆孔樁施工中的應(yīng)用

姜開展（深圳市興班建筑工程有限公司，廣東　深圳　518000）

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PHP泥漿在橋梁大直徑鉆孔樁施工中的應(yīng)用

姜開展（深圳市興班建筑工程有限公司，廣東深圳518000）

泥漿為鉆孔樁的循環(huán)系統(tǒng)，起到護(hù)壁、固孔、排渣和冷卻潤滑鉆頭的作用，泥漿技術(shù)好壞是影響鉆孔灌注粧工程質(zhì)量的一個(gè)極為重要的因素，特別是直徑大于2.5m的大直徑鉆孔灌注樁，對(duì)泥漿的要求更高。PHP泥漿具有不分散、低固相、高粘度的特點(diǎn)，在地質(zhì)復(fù)雜，淤泥砂土層較厚，護(hù)筒下沉不到巖層的情況下，使用PHP泥漿，可以很好的發(fā)揮護(hù)壁效果，較大的提高鉆孔施工速度，有效減少樁底沉渣厚度，保證樁基施工質(zhì)量。

PHP泥漿；橋梁施工；大直徑鉆孔樁；粘度；樁底沉渣

1　引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，交通運(yùn)輸需求不斷增大，大跨徑橋梁建設(shè)工程也進(jìn)入了一個(gè)高潮期，隨著跨徑的增大，需要選擇超長超大直徑的樁基礎(chǔ)，以傳遞橋梁巨大的上部荷載，確保樁基礎(chǔ)承載力符合要求，是保證橋梁質(zhì)量安全的關(guān)鍵因素之一。影響大直徑鉆孔灌注樁工程質(zhì)量的因素很多，泥漿系統(tǒng)是一個(gè)極為重要的因素，特別是水中樁基礎(chǔ)，樁孔上部覆蓋的淤泥沙土層較厚，其自穩(wěn)能力差，普通泥漿護(hù)壁難以成孔，因此需要對(duì)泥漿性能進(jìn)行改進(jìn)提升，以提高鉆孔效率和成孔質(zhì)量。

PHP泥漿（partially hydrolyzed polyacrylamide），又稱聚丙烯酰胺不分散低固相泥漿，是由膨潤土、碳酸鈉、聚丙烯酰胺（PRM）的水解物和有機(jī)纖維復(fù)合物按一定比例配制。此泥漿具有粘度大、不分散、觸變性好、比重輕，低固相、膠體率大、失水量小的特點(diǎn)。在砂礫石土體中能夠形成一層化學(xué)膜封閉孔壁保持孔壁穩(wěn)定，且泥漿懸浮和攜帶鉆屑能力強(qiáng)，成孔后樁底沉渣少、孔壁泥皮厚度小。在大直徑鉆孔樁施工中使用該泥漿系統(tǒng)，有加快鉆孔進(jìn)度，保證孔壁的穩(wěn)定性，防止樁孔坍塌，減少樁底沉渣厚度，確保樁基承載力的良好作用。同時(shí)PHP泥漿循環(huán)凈化效率高，廢料無毒無害（pH值8～9），綠色環(huán)保，對(duì)環(huán)境污染小。

2　工程概況

永寧河新浦大橋新建工程，主橋跨徑布置為90m+160m+ 90m，分左右兩幅，橋面寬2m×16.25m，其中左幅8#、9#，右幅8#、9#橋墩采用群樁基礎(chǔ)，鉆孔灌注樁樁徑2.5m，一個(gè)承臺(tái)下設(shè)置8根，樁間距為5m，最大樁長52m。主墩樁基按嵌巖樁設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)要求樁底沉渣厚度不大于5cm。橋梁位于河流入?？?，場地內(nèi)埋藏地層自上而下為人工填土層、第四系全新統(tǒng)海積淤泥層、海沖積粘土層、細(xì)砂層，第四系全新統(tǒng)沖洪積粘土層、細(xì)砂層，第四系上更新統(tǒng)沖洪積淤泥質(zhì)粘土層、粉質(zhì)粘土層、礫砂層，第四系中更新統(tǒng)殘積砂質(zhì)粘土層，基底巖石為下古生界不同風(fēng)化程度的混合巖。

本工程土層有較厚的淤泥層、細(xì)砂層和礫砂層，考慮到2.5m直徑鉆孔樁施工時(shí)，孔壁土體黏聚力較差，容易塌孔，泥漿易失水、易沉渣，自然造漿及普通粘土造漿難以滿足施工需要，采用了PHP泥漿作為主橋樁基礎(chǔ)的的泥漿循環(huán)系統(tǒng)。

3　PHP泥漿的制作

PHP泥漿的制作，是在膨潤土配置的基漿中，摻入PHP水解膠體制成的，根據(jù)本項(xiàng)目的地質(zhì)情況和鉆機(jī)性能，樁基鉆孔采用的PHP泥漿配置如下：

3.1PHP泥漿原材料選擇

（1）膨潤土：膨潤土是基漿制作的主要原料和膠體質(zhì)的主要來源，分為鈉質(zhì)和鈣質(zhì)兩類。鈉質(zhì)膨潤土泥皮薄、穩(wěn)定性好、造漿率高（1t膨潤土可造15～18m3泥漿）。鈣質(zhì)膨潤土較鈉質(zhì)膨潤土性能稍差（1t膨潤土可造8～12m3泥漿），但其價(jià)格相對(duì)低廉，選擇適當(dāng)?shù)呐浔纫材茌^好的滿足工程需要。本工程選用的鈣基膨潤土，膨潤土膠體率大于96%，含砂率小（0～0.3%）；蒙脫石含量≥85%，膨脹倍數(shù)20～30倍，表觀粘度＞12MPa·s。

（2）水：由于河水與海水連通，含鹽量大且污染嚴(yán)重，不適合作為施工用水，本項(xiàng)目采用市政自來水作為制漿用水，經(jīng)檢測PH值在7.3～7.5之間。

（3）純堿（NaCO3）：主要作用是增大泥漿pH值，通常純堿的添加可將泥漿pH值提高到10，提高泥漿的膠體率和粘度，并增加泥漿表面負(fù)電荷，以吸附帶正電荷的鉆屑，使泥漿懸浮鉆屑效能更好，同時(shí)可提供Na+離子，對(duì)鈣土進(jìn)行改性處理，在泥漿制作過程中純堿摻量為泥漿體積的0.3～0.5%。

（4）羧甲基纖維素（CMC）：其水溶液具有增稠、成膜、黏接、水分保持、膠體保護(hù)、乳化及懸浮等作用。適合淡水、海水、飽和鹽水水基泥漿；可控制粘度和降失水量；能夠穩(wěn)定軟土結(jié)構(gòu)，防止孔壁崩塌；提高造漿量，降低濾失量，其摻用量為膨潤土質(zhì)量的0.5%。

（5）聚丙烯酰胺（PAM）：為線性的高分子聚合物，分子量1200～1500萬，易溶于水，無毒無腐蝕性。PAM水解溶液具有絮凝性、粘合性、降阻性、增稠性等特點(diǎn)，同時(shí)穩(wěn)定性好。突出功能是能使泥漿具有觸變性保持不分散、低固相、高粘度的性能，其摻用量為泥漿量的0.003%。

（6）燒堿（NaOH）：燒堿主要用于PAM原料的水解促溶，以及在泥漿循環(huán)過程中參與泥漿PH值的調(diào)節(jié)，通過NaOH的濃度控制，可使泥漿pH值接近12。

3.2PHP泥漿制備

PHP泥漿循環(huán)系統(tǒng)中需制備兩種泥漿：①不含PHP的膨潤土基漿；②含有PHP的新漿。

3.2.1基漿制作

基漿由膨潤土純堿和水拌制而成，其配置比例根據(jù)水質(zhì)、膨潤土性質(zhì)，結(jié)合試驗(yàn)確定，最終用于本項(xiàng)目的配比為：1m3基漿中，水：膨潤土：純堿=968kg：58kg：3.194kg。制備過程中先將水加入制漿機(jī)中，按比例加入膨潤土，經(jīng)過多次攪拌而使膨潤土顆粒充分分散，再加入一定比例的純堿（NaCO3），羧甲基纖維素（CMC），充分拌和形成基漿，靜置 24h后使用，可提高其粘度?；鶟{性能指標(biāo)見表1-①基漿。

3.2.2PHP膠體水解

PAM原料需要在燒堿溶液中水解成PHP，首先將PAM原料和清水按100：6000的質(zhì)量比例混合，再加入燒堿NaOH促溶，在攪拌桶中充分?jǐn)嚢?。水解時(shí)NaOH用量與PAM分子量和水解度成正比，一般情況下，NaOH用量為PAM重量的10%左右，具體需現(xiàn)場試驗(yàn)，以PAM全部分散為準(zhǔn)。攪拌完成后，靜置2d使PAM分子充分溶解分散，形成PHP膠體新漿備用。

3.2.3PHP泥漿新漿制作

在基漿中加入一定重量的PHP膠體即為PHP新漿，加入PHP膠體的量應(yīng)根據(jù)實(shí)際測試的泥漿指標(biāo)調(diào)配，一般情況下每立方米基漿中加入PHP膠體1.8～2.5kg。PHP摻量是否正確，可以從泥漿情況粗略判斷，PHP若不足相對(duì)密度控制不佳，泥漿呈紅黃色，PHP若過量則泥漿很快變清水，水土分層；PHP量合適時(shí)，泥漿顏色發(fā)白似嫩豆腐。配置好的新漿性能指標(biāo)見表1-②新漿。

4　鉆孔過程中的PHP泥漿循環(huán)及相關(guān)指標(biāo)控制

施工采用采用沖擊鉆機(jī)成孔，配備相應(yīng)的泥漿循環(huán)系統(tǒng)，PHP泥漿在施工過程中循環(huán)利用。

（1）PHP泥漿系統(tǒng)包括膨潤土基漿池、PHP新泥漿池、泥漿凈化沉淀池、混合池、絮凝沉淀池和維持加粘池，它具有調(diào)節(jié)泥漿比重、粘度、酸堿度（pH）值、含砂率等指標(biāo)的功能。樁孔中排出的粗顆粒含量高的泥漿，通過凈化循環(huán)絮凝及稀釋等過程后，泥漿中大顆粒沉淀，然后往泥漿里加入PHP含量高的新漿增加其粘度，減小其失水率，調(diào)整其性能指標(biāo)，從而使之重新成為滿足鉆進(jìn)需要的泥漿，可使PHP泥漿的重復(fù)利用率接近60%。泥漿循環(huán)流程如圖1所示。

圖1　PH P泥漿循環(huán)流程示意圖

（2）PHP泥漿性能控制

鉆進(jìn)過程中對(duì)泥漿性能的控制尤為重要，它關(guān)系到鉆進(jìn)速度與成孔質(zhì)量。泥漿的抽檢頻率為2h一次，鉆孔各階段泥漿性能指標(biāo)，按①基漿、②新漿、③鉆進(jìn)漿、④回流漿、⑤清孔漿、⑥棄用漿進(jìn)行劃分，在現(xiàn)場主要對(duì)泥漿的比重、粘度、含砂率和PH值等指標(biāo)（表1）進(jìn)行控制。若泥漿性能超標(biāo)時(shí)嚴(yán)禁直接往樁孔內(nèi)倒膨潤土或兌入清水，需暫停鉆進(jìn)并通過添加膨潤土基漿和PHP原漿進(jìn)行漿液調(diào)試和補(bǔ)充，直至泥漿達(dá)到要求為止。

表1　鉆孔過程中泥漿性能指標(biāo)控制一覽表

由于不同的施工場地地質(zhì)條件不同，地層的變化在很大程度上影響施工，對(duì)于不同的地層情況，根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)資料，相應(yīng)的調(diào)整泥漿的性能指標(biāo)也是必不可少的環(huán)節(jié)。鉆頭在砂層中，尤其中粗砂和砂礫層中，其滲透性大，失水量大，要適當(dāng)?shù)脑黾幽酀{的粘度和相對(duì)密度，以減少砂層的失水量，增大孔壁的穩(wěn)定性。而在粘土層中鉆進(jìn)時(shí)，要減少泥漿的粘度，以為在此土層中鉆進(jìn)時(shí)，粘土參與了造漿而增大了泥漿的粘度，此時(shí)泥漿粘度過大容易造成粘糊。

（3）清孔泥漿控制

當(dāng)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高經(jīng)驗(yàn)收后，進(jìn)行清孔作業(yè)，通過泥漿循環(huán)系統(tǒng)不斷循環(huán)流動(dòng)孔內(nèi)泥漿以保證孔底沉渣和孔壁泥皮厚度滿足要求，孔內(nèi)泥漿需符合表1-⑤清孔泥漿指標(biāo)要求，清孔完成后，利用注漿管在孔底壓注5m高的PHP新漿作為隔離層，以防止樁底沉渣增加。隨后可展開鋼筋籠的安裝和混凝土澆注工作，由于PHP新漿隔離層的存在，主墩樁基各孔澆筑混凝土前，測得的樁底沉渣厚度均在3cm以下，不需要進(jìn)行二次清孔作業(yè)。

同時(shí)因其比重小的特點(diǎn)，在澆筑混凝土過程中，對(duì)混凝土上升阻礙作用較小，不易形成軟弱夾層和斷層。施工完成后經(jīng)試驗(yàn)檢測，樁身完整性良好，本項(xiàng)目橋梁主墩下的32根2.5m大直徑灌注樁均達(dá)到I類樁標(biāo)準(zhǔn)。

5　結(jié)束語

PHP泥漿以其優(yōu)良性能，較好的發(fā)揮護(hù)壁作用，減少樁底沉渣厚度，極大的縮短了清孔時(shí)間，降低清孔難度，是特別適合于大直徑鉆孔灌注樁施工的泥漿系統(tǒng)。但其原材料成本較高，制作原料、制作過程、循環(huán)系統(tǒng)及施工控制等是決定其經(jīng)濟(jì)性、高效性的關(guān)鍵因素。在施工過程中需設(shè)計(jì)好泥漿制作和循環(huán)系統(tǒng)，加強(qiáng)泥漿循環(huán)利用，做好工序銜接，減少材料浪費(fèi)，充分利用PHP泥漿的性能優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到加快進(jìn)度，保證質(zhì)量、控制成本的目的。

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姜開展（1984-），男，路橋工程師，本科，任項(xiàng)目經(jīng)理，主要從事市政路橋工程施工管理工作。

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2095-2066（2016）14-0162-02

2016-5-1