曲洪亮 盧華偉 蔣仁國

[摘要]目前，鉆孔灌注樁作為橋梁工程的一種基礎(chǔ)形式已被廣泛采用，我國幅員遼闊，地質(zhì)情況千差萬別，不同地質(zhì)條件下鉆孔樁施工工藝也不盡相同。本文結(jié)合南通市江海大道東段快速化工程F標(biāo)鉆孔樁施工過程中PHP泥漿在砂性土層中的成功應(yīng)用，主要介紹施工中如何對PHP泥漿進行現(xiàn)場控制，使其施工性能達到最佳。

[關(guān)鍵詞] 鉆孔樁 施工PHP泥漿護壁施工過程質(zhì)量控制

中圖分類號：O213文獻標(biāo)識碼： A

南通市江海大道東段快速化改造工程高架橋采用群樁基礎(chǔ)，共有樁基744根，其中：直徑1.5m鉆孔樁616根，樁深46～78m，總長度35890m；直徑1.2m鉆孔樁88根，樁深48～74m，總長度5880m；直徑1.0m鉆孔樁40根，樁深32～42m，總長度1552m。

本工程位于江蘇省南通市通州區(qū)境內(nèi)，處于長江下游三角洲北翼。項目前期勘察揭示巖土分層共劃分5個大層，第1層為近期人工堆填，第2層、第3層為Q4沖淤積地層，第4層為Q4三角洲淺海相地層，第5層為Q3河床相沉積，主要為粉土、粉砂及粉土粉砂夾層。樁基施工采用反循環(huán)鉆機鉆孔，PHP泥漿護壁，成功地在砂性土層進行鉆孔樁施工。施工過程中PHP泥漿發(fā)揮了重要作用，有效地保證了成孔質(zhì)量。本文主要介紹鉆孔樁施工過程中PHP泥漿的質(zhì)量控制。

1 PHP泥漿應(yīng)用

1.1 PHP泥漿的特點

PHP（partiallyhydrolyzed polyacrylamide）泥漿即丙烯酰胺泥漿，是以膨潤土、碳酸鈉、聚丙烯酰胺的水解物和鋸木屑、稻草、水泥或有機纖維復(fù)合物按一定比例配制的不分散、低固相、高粘度泥漿，它能使鉆渣處于不分散的絮凝狀態(tài)，易于清除。該泥漿在鉆孔中能起到保護孔壁、攜帶鉆渣、冷卻潤滑鉆頭、提高鉆進速度、延長鉆機使用壽命、保證成孔質(zhì)量、密實混凝土等作用。根據(jù)相關(guān)研究[3]，運用PHP泥漿鉆孔施工對提高樁基承載力有較大影響。

1.2 PHP泥漿的組成

制備泥漿的主要原料：

（1）膨潤土：PHP泥漿膠體質(zhì)的主要來源，主要分為鈉質(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。鈣質(zhì)膨潤土較鈉質(zhì)膨潤土性能稍差，但其價格相對低廉，選擇適當(dāng)?shù)呐浜媳纫材茌^好的滿足施工需要。

（2）水：取水時要求水質(zhì)好，水質(zhì)要求屬HCO3- ～Ca+型水，PH值在8.1 ～8.5間。

（3）堿粉：即工業(yè)碳酸鈉（Na2CO3）,其作用是可增大PH值到10，從而增加水化膜厚度，提高基漿的膠體率和穩(wěn)定性，降低失水量。同時可提供Na+，對膨潤土進行改性處理。

（4）聚丙烯酰胺（PAM）：為水溶性高分子聚合物，具有良好的絮凝性，即可單獨拌制泥漿，又可作為膨潤土泥漿中的摻加劑，提高泥漿的粘度，降低含砂率。

2 鉆孔前準(zhǔn)備工作

2.1原材料的質(zhì)量控制

制漿用土十分重要，土樣自身含砂率直接決定了孔中循環(huán)泥漿指標(biāo)和清孔泥漿指標(biāo)的好壞。好的膨潤土顏色一般呈灰黃色。根據(jù)工程地質(zhì)條件及類似施工經(jīng)驗選用浙江吉安生產(chǎn)的以脫蒙石為主的鈣基膨潤土，該土具有相對密度低、粘度好、含砂量少、失水量低、泥皮薄、穩(wěn)定性強、固壁能力高、鉆具回轉(zhuǎn)阻力小、鉆進率高、造漿能力大等優(yōu)點，質(zhì)量等級為二級標(biāo)準(zhǔn)。制漿用水取自通呂運河，水質(zhì)較好。原材料進場集中堆放，下墊上蓋，避免受潮變質(zhì)。

2.2泥漿循環(huán)系統(tǒng)

鉆孔樁鉆進過程中，泥漿的循環(huán)工藝對成孔質(zhì)量有著十分重要的影響。根據(jù)相關(guān)研究成果[4]，借鑒類似條件的蘇通大橋樁基施工經(jīng)驗，泥漿循環(huán)系統(tǒng)主要組成為：造漿機、基漿池、新漿池、循環(huán)沉淀池、維漿池、泥漿泵、絮凝池、砂石泵等，使泥漿來回循環(huán)且凈漿以保證泥漿質(zhì)量。

圖 1 泥漿循環(huán)系統(tǒng)示意圖

泥漿循環(huán)系統(tǒng)的布置原理是：鉆孔使用過的粗顆粒含量高的泥漿通過凈化、循環(huán)、絮凝、稀釋等過程后，大顆粒沉淀去除，加入PHP含量高的新漿，增加其粘度、減少其失水量、調(diào)整其性能指標(biāo)，使其重新滿足鉆孔需要。

泥漿循環(huán)系統(tǒng)中砂石泵的作用是將鉆孔形成的攜帶鉆渣的泥漿泵入泥漿凈化機凈化，并使維漿池中PHP含量高的合格泥漿泵入鉆孔使用。泵入泥漿凈化機的泥漿含渣量較高，一般達到3%—4%。一般情況下，泥漿凈化機將粒徑0.075mm以上的鉆渣顆粒及絮凝顆粒清除，粒徑小于0.075mm的顆粒隨泥漿流入循環(huán)沉淀池沉淀。為增大沉淀效果，可將泥漿沉淀池做成幾個隔離倉以加大循環(huán)路徑。經(jīng)沉淀池后，泥漿流入絮凝池。絮凝池中的泥漿通過控制流入的基漿性能調(diào)整其濃度和酸堿度。濃度和酸堿度通過加入膨潤土及堿粉調(diào)整。

2.3泥漿制備

由于膨潤土的充分水解需要一定時間，一般在開鉆之前24小時造好所需要的泥漿。在鉆孔前要準(zhǔn)備足夠的泥漿，一般為孔體積的1.5倍，造好的泥漿儲存在泥漿池中備用。

（1）基漿制作

將膨潤土、水、純堿等按比例制成基漿。新制泥漿配比參照表1，現(xiàn)場可根據(jù)實際情況由實驗室調(diào)配。

表1 新制泥漿配比（1m3漿液用量）

膨潤土 材料用量（Kg）

水 膨潤土 Na2CO3 PHP（當(dāng)基漿性能無法滿足時）

鈣土2級 968 58 3.194 0.484

先將一定量水加入造漿機中，再按比例加入膨潤土，拌制30分鐘，使膨潤土顆粒充分分散，再按比例加入純堿進行充分攪拌制成基漿，膨潤土泥漿在靜止24h后使用可提高其粘度，基漿性能的各項指標(biāo)要求如表2所示。

粘度（s） 比重（g/cm3） 含砂率（%） PH 膠體率（%）

20-22 1.02-1.06 0.3 8-10 98

表2 基漿性能指標(biāo)

（3）水解聚丙烯酰胺(PAM)

使用的PAM為分子量為800萬的非速溶水解型，使用前先水解成PHP膠體?，F(xiàn)場水解PAM用常溫法，提前水解，水解按PAM：NaOH：H2O=10:1:600比例進行，在攪拌筒攪拌直至PAM全部分散于水中，放置2-3天后即可使用。

（3）PHP泥漿制備

在原漿中加入一定比例的PHP使兩者充分攪拌混合即可，PHP用量根據(jù)實際測試的泥漿指標(biāo)而定，一般情況下，每方原漿中加入PHP水溶解液2.0-3.0Kg。新漿需提前配置，在新漿池中儲備24h后再使用。制作好的泥漿性能指標(biāo)如表3所示。

表3 PHP泥漿性能指標(biāo)

粘度 （s） 比重（g/cm3） 含砂率 （%） PH 膠體率（%） 失水量（ml/30min） 泥皮厚度（mm）

26-35 1.04左右 ≤0.3 8-10 ≥99 ＜18 ≤1.0

3 鉆孔過程中泥漿質(zhì)量控制

鉆孔過程中泥漿質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到成孔質(zhì)量，為保證泥漿性能符合要求，鉆進過程中一般每2h檢測一次泥漿指標(biāo)，若泥漿指標(biāo)不符合要求則停止鉆機進尺進行調(diào)漿，直至泥漿達到要求為止。泥漿各項指標(biāo)的調(diào)節(jié)主要通過泥漿循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)。在鉆孔過程中泥漿主要檢測相對密度、黏度、含砂率和PH值四個重要指標(biāo)，同時也對膠體率、失水量和泥皮厚度進行檢測，具體檢測方法參考《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）[1]。

（1）相對密度

泥漿的相對密度是泥漿與同體積的水的質(zhì)量比，是鉆孔過程中一個重要參數(shù)。泥漿的相

對密度增大時，在鉆進中對孔壁的側(cè)壓力也增大，孔壁越穩(wěn)定，懸浮攜帶鉆渣的能力也越大。但相對密度過大的泥漿其失水量也相應(yīng)增大，孔壁上的泥皮也越厚，這就增大了泥漿原料的消耗，而且會給清孔和混凝土灌注帶來困難。對于摩擦樁，泥皮影響混凝土與樁側(cè)土的直接結(jié)合，從而降低了混凝土樁樁側(cè)摩阻力，泥皮越厚，降低程度越大[3]。同時，泥漿密度的增大意味著泥漿中固體顆粒含量加大，就會對鉆具產(chǎn)生較大的磨損，鉆進中泥漿密度控制在1.1～1.2之間。鉆進中泥漿的相對密度若是過大，則需往孔中加入基漿或停止鉆進進行降砂處理。若基漿合適在施工中一般不存在相對密度偏小的現(xiàn)象，因為只要新泥漿參與鉆進，必定攜帶一定的鉆渣。檢測的泥漿是鉆機從孔底抽出的泥漿而不是經(jīng)過泥漿循環(huán)系統(tǒng)重新流入到孔中的泥漿，這才能真實反映出孔內(nèi)泥漿的性能。

（2）黏度

黏度是鉆孔過程中另一重要參數(shù)。一般控制在25～28s，黏度大的泥漿有利于降低失水、穩(wěn)定孔壁、防止坍塌和縮孔等事故，也有利于泥漿懸浮攜帶鉆渣鉆屑的能力，降低孔底沉渣，確保成樁質(zhì)量。黏度大的泥漿產(chǎn)生的孔壁泥皮厚，對懸浮攜帶鉆渣、防止翻砂和阻隔滲漏有利。但黏度大的泥漿容易糊鉆，影響泥漿泵的正常工作，增加泥漿的凈化難度，從而影響鉆進速度。若黏度偏小，鉆渣不易懸浮，泥皮薄，對防止翻砂和滲漏不利。

（3）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。泥漿的含砂率大時，會降低黏度，增加沉淀，容易磨損鉆孔機具。停鉆時易造成埋鉆事故。若提鉆時泥漿中含砂率偏大，經(jīng)過幾個小時的沉淀，孔底的沉渣量會積多而超出設(shè)計及規(guī)范要求，必須進行二次清孔。在鉆進中含砂率控制在4%以內(nèi)，提鉆前含砂率需降到2%以下，這樣可以有效減少灌注前孔底沉渣厚度，避免或減少二次清孔時間。

（4）PH值

PH值表示泥漿的酸堿度，PH值等于7時為中性泥漿，小于7時為酸性，大于7時為堿性。PHP泥漿的PH值一般控制在8～10，這時粘土顆?？梢赃M行分散，水分子進入粘土內(nèi)部使其膨化，顆粒表面形成一層吸附性水化膜，相當(dāng)于增加了泥漿的固相成分，使失水量小，能較快形成薄而堅韌的泥皮，起到很好的固壁效果。水化膜還可以阻止粗土顆粒黏結(jié)在一起而沉淀，因而增加了泥漿的穩(wěn)定性和膠體率。如PH值過小，失水量會急劇上升；如PH值過大，泥漿濾液將滲透到孔壁的黏土，使孔壁表面軟化，黏土顆粒之間的凝聚力減弱，造成裂解而使孔壁坍塌。PH值現(xiàn)場用PH試紙測定。

（5）膠體率

膠體率亦稱穩(wěn)定率，用于評價泥漿中土顆粒保持懸浮狀態(tài)的性能。膠體率大的泥漿，黏土顆粒不易沉淀，懸浮鉆渣能力強。鉆渣中的土顆粒處于懸浮狀態(tài)，利用泥漿膠體的黏結(jié)力使懸浮著的鉆渣隨著泥漿的循環(huán)流動被帶出樁孔，最終將樁孔內(nèi)的鉆渣清干凈。

（6）失水量

失水量又叫滲透量，是泥漿在鉆孔中受內(nèi)外水頭壓力差的作用在一定時間內(nèi)滲入地層的水量，以mL/30min為單位。泥漿的失水量越小，則它的膠體率越大。失水量小的泥漿有利于鞏固孔壁；失水量過大的泥漿，形成孔壁泥皮過厚而使鉆孔直徑縮小，同樣不利于孔壁穩(wěn)定。故泥漿的失水量越小越好。

（7）泥皮厚度

泥皮是泥漿失水的同時，在孔壁表面形成的一層液固相壓的結(jié)合物。泥皮主要在泥漿相對密度、黏度、PH值、失水量等指標(biāo)綜合作用形成，與泥漿質(zhì)量有直接關(guān)系。對于摩擦樁，泥皮的薄厚對樁側(cè)摩阻力影響十分明顯[5]。優(yōu)質(zhì)泥漿形成薄而韌、結(jié)構(gòu)致密的泥皮,有利于穩(wěn)固孔壁。經(jīng)現(xiàn)場檢測，使用PHP泥漿泥皮厚度小于1mm。

泥漿的各項指標(biāo)是相輔相成的，不是單獨孤立的，泥漿中若有一個指標(biāo)達不到要求，就會影響其他的性能指標(biāo)不符合要求。為保證泥漿質(zhì)量，施工時應(yīng)注意新制備泥漿要靜置24小時再使用，且不可將膨潤土直接倒入正在鉆進的孔內(nèi)，利用鉆頭旋轉(zhuǎn)造漿；鉆進過程中，要根據(jù)地層地質(zhì)條件，調(diào)整現(xiàn)場泥漿指標(biāo)，以滿足施工性能要求。

4 成孔及混凝土灌注前泥漿質(zhì)量控制

反循環(huán)鉆進成孔并檢驗合格后，停止鉆具回轉(zhuǎn)，提升鉆錐至距孔底鉆渣面0.1-0.3m，維持泥漿的反循環(huán)，并向孔中注入新泥漿。清孔過程中經(jīng)常測量孔底沉渣厚度和孔中泥漿性能指標(biāo)，滿足要求后停止清孔。應(yīng)注意在清孔過程中，必須始終保持孔內(nèi)原有水頭高度。灌注水下混凝土前再次對孔底沉渣厚度和孔內(nèi)泥漿指標(biāo)進行檢查，如超過規(guī)定（孔底沉渣厚度，泥漿相對密度1.03-1.10，粘度17-20Pa.s，含砂率小于2%，膠體率大于98%），則需進行第二次清孔。

5 結(jié)束語

在本標(biāo)段鉆孔樁施工過程中，PHP泥漿在砂性土層的使用是成功的，鉆孔施工期間沒有出現(xiàn)任何質(zhì)量事故，取得了良好的成樁質(zhì)量。經(jīng)檢測試樁承載力滿足設(shè)計要求，全部744根樁均為I類樁。

使用PHP泥漿完全能夠滿足砂性土層鉆孔樁施工要求，但其成本相對較高。在施工過程中如何充分利用其性能優(yōu)點而降低生產(chǎn)成本，做到投入與產(chǎn)出比最小，這就要求現(xiàn)場控制有理、有利、有節(jié)。PHP泥漿在施工中如果現(xiàn)場控制得當(dāng)，使其工作性能充分發(fā)揮，對樁基成孔質(zhì)量與成孔速度是一項強有力保障，同時樁基的成孔成本也會降低。

參考文獻

[1]JTG/T F50—2011.公路工程橋涵施工技術(shù)規(guī)范[M].北京:中國人民交通出版社.

[2]砂性、粉砂性土層鉆孔灌注樁施工要點.探礦工程(巖土鉆掘工程)[B].1672-7428(2006)11-0019-02.

[3]吳鵬,龔維明,任偉新,游慶仲.鉆孔灌注樁護壁泥漿對樁基承載性能的影響.巖土工程學(xué)報[A].2008（9）:1327-1332.

[4]張雄文,管義軍,周建華.PHP泥漿在橋梁超長超大直徑鉆孔灌注樁施工中的應(yīng)用.巖石力學(xué)與工程學(xué)報[A].2005（7）:2571-2575.

[5]馬茂軍,曲學(xué)進.護壁泥漿對抗浮樁承載力的影響分析.青島理工大學(xué)學(xué)報[A].1673-4602(2007)0-01

14-03.