混合泥漿控制法在旋挖成孔中的應(yīng)用

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院　重慶　400074)

前言

樁基在施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題較為多樣，樁基的在施工過程中的塌孔、縮(擴(kuò))徑以及孔底的沉渣過厚等，對這些問題的處理方式尤為重要。泥漿是鉆孔灌注樁影響因素中最重要的一個(gè)，控制泥漿的各種參數(shù)也是提高樁身質(zhì)量的重要前提。本文主要介紹旋挖成孔在軟土卵石地基進(jìn)行樁基施工時(shí)采用的混合泥漿控制法及其出現(xiàn)的問題進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

一、工程概況

本項(xiàng)目就哈爾濱至牡丹江的哈牡鐵路客運(yùn)專線某特大橋的一個(gè)承臺的樁基進(jìn)行描述。

該工程位于東北寒冷地區(qū)，最大凍結(jié)深度1.91米。根據(jù)勘探報(bào)告可知，本基礎(chǔ)所處地層屬于季節(jié)性凍土,表層3.50米以上具有凍脹性，淤泥質(zhì)卵石土層埋深7.30米，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖13.53米，地下水位0.8～8.0米，水位變幅2～3米。本橋梁樁基多數(shù)選擇鉆孔灌注樁，其中對塌孔、擴(kuò)頸等復(fù)打樁基選擇沖擊鉆孔灌注樁。

二、泥漿的種類及作用

(一)傳統(tǒng)泥漿。傳統(tǒng)泥漿多選用膨潤土、黃土以及其他摻加劑通過一定的配比拌制而成。傳統(tǒng)泥漿的優(yōu)點(diǎn)是泥漿成分穩(wěn)定，護(hù)壁時(shí)間長且可以循環(huán)使用，保證泥漿的質(zhì)量。但傳統(tǒng)泥漿的制漿速度較慢；占地面積大，成本高；泥漿比重大，泥皮厚度大，黏度小，鉆渣不易沉淀。因其泥皮厚度大，樁與土之間的接觸面抗剪強(qiáng)度低，極限側(cè)摩阻力低，尤其對摩擦樁的危害極大。其配比為(1水)黏土：膨潤土=74%:7%～10%:20%～35%。泥漿比重為1.1～1.15,黏度10～25s，含砂率4%～8%。傳統(tǒng)泥漿灌注樁多用在易塌孔的土質(zhì)中。

(二)化學(xué)泥漿。化學(xué)泥漿是將水與化學(xué)聚合物造漿劑按一定比例混合進(jìn)行調(diào)配并加入適量外加劑的一種新興泥漿形式。它的優(yōu)點(diǎn)主要概括為以下幾點(diǎn)：

1.能快速沉淀鉆屑，成孔后成渣厚度小，有效提高了成孔效率和成樁質(zhì)量。

2.粘度大：傳統(tǒng)泥漿該項(xiàng)指標(biāo)為10～25s，化學(xué)泥漿在35～78s，粘度明顯高，便于護(hù)壁和攜渣。

3.比重?。簜鹘y(tǒng)泥漿該項(xiàng)指標(biāo)為1.10～1.15，化學(xué)泥漿比重約為1.0，比重小，便于清孔。

4.科學(xué)環(huán)保：城市施工，泥漿排放永遠(yuǎn)是大難題，尤其是近幾年，各地方政府均加大了環(huán)境治理力度，化學(xué)泥漿的低污染、高環(huán)保的優(yōu)越性相比傳統(tǒng)泥漿更勝出一籌。

化學(xué)泥漿的缺點(diǎn)表現(xiàn)在黏度較高造成混凝土與鋼筋結(jié)合較弱，影響樁的質(zhì)量；化學(xué)成分不穩(wěn)定，泥皮厚度太小，泥漿護(hù)壁時(shí)間短，容易造成塌孔與縮頸；泥漿比重小，黏度大，鉆渣置換能力差?；瘜W(xué)泥漿適合土體穩(wěn)定的且不易塌孔的地質(zhì)情況。

(三)混合泥漿控制法。這里的混合泥漿主要是指在鉆孔灌注樁施工時(shí)，制備化學(xué)泥漿，并在鉆孔時(shí)人工適量向孔內(nèi)投放黃土的施工方法。泥漿比重為1.05～1.10，黏度30～50s。這種施工方法繼承了化學(xué)泥漿的優(yōu)點(diǎn)也引入了傳統(tǒng)泥漿護(hù)壁時(shí)間長，攜帶鉆渣能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并且減少了黃土使用量，減少污染，降低成本。泥皮厚度小，既能有效降低塌孔的出現(xiàn)，又能提高樁的側(cè)摩阻力。在復(fù)雜地質(zhì)情況下可減少樁基災(zāi)害的發(fā)生，提高樁基的施工效率。

三、試樁及施工工藝

本樁基的地質(zhì)條件為上層7.30m的松散卵石軟土地基，下層為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，地下水位埋深0.8～8.0m，為此本樁基采用水下灌注樁施工工藝進(jìn)行施工。

(一)試樁。在施工前對這種地質(zhì)條件較差的水下灌注樁施工提出三種施工工藝進(jìn)行試樁：

表1　試樁工藝

注：由于地基土流動性較大，土層厚，且化學(xué)泥漿的泥漿比重較小，經(jīng)試驗(yàn)，采用3m、6m的護(hù)筒。

(二)試樁結(jié)果

通過試樁得出結(jié)果：

1.采用長度為3.0米的短護(hù)筒，傳統(tǒng)黏土加膨潤土造漿工藝施工工藝。試樁成功，但是膨潤土用量較大，成本偏高；樁孔成孔后測量鉆渣厚度合格，待灌注混凝土?xí)r，再次測得鉆渣厚度時(shí)嚴(yán)重不合格，需再次清孔，耗時(shí)較長。

2.采用長度為6.0米的長護(hù)筒，普通化學(xué)聚合物造漿劑造漿施工工藝。本次試樁成功，長護(hù)筒起到了護(hù)壁作用，減少了地下水的影響，同時(shí)護(hù)筒對樁孔的支撐作用也是此次試樁成功的主要原因。雖然此次試樁成功，但是本施工工藝中，埋置護(hù)筒耗時(shí)較長，影響施工進(jìn)度，費(fèi)工費(fèi)時(shí)；在灌注水下混凝土?xí)r，往外拔護(hù)筒時(shí)采用了兩臺28噸的吊車同時(shí)作業(yè)才拔出護(hù)筒，費(fèi)工費(fèi)力。

3.采用長度為3.0米短護(hù)筒，混合泥漿控制法施工工藝。這是在此工程中樁基施工的一次突破，也是該論文寫作的重點(diǎn)。此次試樁成功，耗時(shí)比前兩種方案短，施工機(jī)械使用較少，進(jìn)度快，造價(jià)低。

表2　施工工藝比較

四、結(jié)論

混合泥漿控制法作為一種較為新穎的施工工藝，既采用了新興的化學(xué)聚合物泥漿，又聯(lián)合了傳統(tǒng)造漿技術(shù)，其優(yōu)勢主要是加快在復(fù)雜地質(zhì)情況下的施工進(jìn)度，降低了施工成本，減少黏土、膨潤土的使用，進(jìn)而降低土體的材料成本和運(yùn)輸成本，還可以就地取材采用本地區(qū)適宜的土。速度比沖擊鉆孔樁施工更為快速，減少塌孔、縮(擴(kuò))頸的出現(xiàn)。同時(shí)也減少了對周圍環(huán)境的破壞及污染，使施工現(xiàn)場更為清潔文明。