純化學泥漿在旋挖成孔中的使用心得

純化學泥漿在旋挖成孔中的使用心得

摘要：傳統的膨潤土泥漿費時費力，而且操作要求較高，攪拌的原材料中大部分是有害的化學物，容易對人員造成傷害；純化學泥漿使用時，操作簡單方便，所以是以后施工的發展方向；但是純化學泥漿現在還存在一些問題，比如成孔至底部時需要等待約30分鐘的時間、孔深度超過40米以后的沉渣較難處理、粉土或砂層地層中沉渣凝絮的時間較長厚度較大、絮凝以后的沉積物不易清掏干凈、需要更長的時間凝結等諸多問題還需探討解決。

本文主要討論在直徑小于1200mm的灌注樁中使用，直徑大于1500mm使用氣舉反循環清孔以及卵石層等大粒徑的土層不在討論范圍。

傳統在施工中使用的泥漿費時費力，而且操作要求較高，攪拌的原材料中大部分是有害的化學物，容易對人員造成傷害；純化學泥漿使用時，操作簡單方便，所以是以后施工的發展方向；但是純化學泥漿現在還存在一些問題，比如成孔至底部時需要等待約30分鐘的時間（這個30分鐘是指成孔接近設計樁底標高短暫的停歇，作用是讓上部的懸浮物沉淀，以便最終成孔時將孔內的沉渣順便一起處理；但是實際施工中的情況是，由于成孔鉆具的不斷旋轉攪動和倒土出渣時鉆具上下的抽吸，孔內因鉆頭切削而未進入鉆具的渣土始終處于渾濁流塑狀態，即使使用封底撈砂鉆，比重雖然大于1.3但是像泥漿一樣的東西很難清掏干凈，如果是下鋼筋籠過程超過2個小時，鋼筋籠孔口搭接好以后測孔內沉渣有時候就會超過500mm，有的到2000mm，遇到這種情況，鋼筋籠就不能再繼續下入，必須拔出來進行清孔，而這種情況的孔往往深度40米以上，下鋼筋籠的吊車提升高度有限，鋼筋籠需要中間切割造成惡性循環；如果樁的設計孔徑大于1200mm，不拔鋼筋籠，直接下孔后可以采用小的清渣桶清掏或是利用泥漿泵進行二次清孔的效果不錯）。

總結3年來實際使用純化學泥漿的灌注樁工程，孔深度超過40米以后的沉渣較難處理、粉土或砂層地層中沉渣凝絮的時間較長厚度較大、絮凝以后的沉積物不易清掏干凈、需要更長的時間凝結等諸多問題還需探討解決。下面就近3年來施工中使用的一點體會分享，不妥之處請大家吐槽。

首次使用化學泥漿是在安徽宿州某工地，該場地地貌單元屬于黃淮沖積平原，河間地塊；土層由上至下分別為①雜填土，層厚1.0~1.5米；②粉質粘土，層厚2.3~3.5米；③粉土夾粘土，層厚1.3~2.7米，搖震反應中等；④粉質粘土，層厚1.0~4.0米；⑤粘土夾粉質粘土，層厚2.4~4.0米；⑥粉土，層厚5.3~7.8米，搖震反應迅速；⑦粉質粘土，層厚1.7~4.10米；⑧粉土夾粘土，層厚7.60~14.50米，層頂埋深18.5~22.9米；⑨粘土夾粉質粘土，夾鈣質結核，層頂埋深30.5~33.5米未揭穿。地下水為孔隙潛水，水位為地表下-2.0米（場地南側距沱河不到50m）。該項目為拆舊改造工程，場地內地下障礙物很多，周圍均有建筑物，施工難度非常大。

樁基采用泥漿護壁鉆孔灌注樁，樁徑采用Ф600、Ф800兩種，Ф600以第（8）層粉土夾粘土為樁端持力層，樁長為24米。Ф800以第（9）層粘土夾粉質粘土為樁端持力層，樁端應全截面進入（9）層粘土夾粉質粘土層不小于2.0米，且樁長不小于28米，樁長雙向控制。樁頂標高地面下6米。

本項目地下水位較高，地面下2.0米左右，試成孔時因為沒有挖泥漿池，不能進行泥漿的補充，4米以下孔壁坍塌，試鉆7米即停止；正式試樁施工時，先使用膨潤土、純堿、纖維素等進行了護壁液的攪制，靜置24小時后使用，埋設護筒后成孔效果很好。由于場地小，無法建立泥漿循環、沉淀池，而且場地有約1/3部分未拆除，施工時也沒有使用運輸車把泥漿置換外排，4—5天后成孔出現坍塌現象，坍塌部位主要在4—8米處，個別孔在20米下有縮頸現象，拔籠重新掃孔后正常施工；為了保證質量，項目部在同監理溝通后使用純化學泥漿，按純化學泥漿的要求，把原來使用的膨潤土泥漿全部抽排并把沉淀物進行了處理，重新攪拌純化學泥漿進行施工，使用后孔壁坍塌減少，鋼筋籠下放過程中順暢沒有再遇到卡阻現象，說明護壁效果比較好。（期間配合業主施工降水井2眼，成井后抽水出水量很小，后分析為使用化學泥漿堵漏效果所致）。

施工約二周后，由于泥漿池中沉淀較多，泥漿性能下降，有個別樁孔出現坍塌、沉渣增多，尤其是幾組抗拔樁，因為鋼筋籠孔口焊接時間都在2小時以上，再加上安放導管與等待預拌混凝土的時間一個多小時，在開灌前測量沉渣時，厚度有600mm左右，也就是說在3—4個小時中，孔內泥漿仍然在沉淀絮結，由懸浮狀態沉淀至孔底；

期間分析孔壁坍塌原因，第一是灌注樁孔徑小，600mm，二臺旋挖鉆機鉆桿直徑377mm和470mm，與孔壁間非常小，在鉆具掏土過程中上下提土，使得鉆斗帶動泥漿沖刷和負壓抽吸孔壁，引發高靈敏粉土、粉砂地層（搖震反應中）坍塌，孔內泥漿懸浮物增多沉渣加厚。

存在及需要解決的問題：絮結時間對比，使用礦泉水瓶從泥漿池中抽取泥漿，然后靜置觀察，半小時后即開始泥水分離，2小時后絮結物與水分離較嚴重，絮結物還可以攪動但已經沒有明顯流動性，6小時后絮結物全部沉淀板結，說明使用化學泥漿時，成孔后徹底清孔需要沉淀等待更長的時間。至少在2個小時以上，然后進行清孔下鋼筋籠等后續工作。

在粉質土或細砂層中施工時，需要添加化學增稠劑來增加泥漿的黏度。

薊縣某工地，灌注樁直徑800mm，樁有效長度40~49m，空樁長度11m，局部13m，實際成孔深度51~~63m。該場地土為中軟土，場地類別為Ⅲ類，該場地埋深約64.00m范圍內，地基土按成因年代可分為以下5層，按力學性質進一步劃分為15個亞層，自上而下為：1、人工填土（耕土）層（Qml）（2個亞層）全場地分布，厚度0.40～1.40 m。2、第四系全新統沖洪積層（Q4apl）（4個亞層），厚度14.70～17.50 m， ①粉質粘土：厚度為3.50～7.80 m，砂性大，局部夾粉土、粘土透鏡體。②粉質粘土，厚度為0.80～6.40 m，局部夾淤泥質粉質粘土、淤泥質粘土透鏡體，局部缺失該層。③粉土及粉砂：厚度為1.00～5.60 m，夾礫石，局部夾粉質粘土透鏡體，部分缺失該層。④角礫：厚度為5.20～8.90 m，粒徑0.2～1.0cm，礫石含量約70%，充填物以粉細砂為主，顆粒級配較好，頂部多見漂石，粒徑約20～30cm。局部夾粉砂、細砂透鏡體。3、第四系上更新統坡洪積層（Q3dpl）（5個亞層），厚度23.90～29.10 m，①粉質粘土及粘土：厚度為1.10～4.80 m；②粉砂為主局部為中砂：厚度為1.70～10.00 m；③粉質粘土及粘土：厚度為0.90～6.30 m，局部夾粉土、粉砂透鏡體；④粉砂為主局部為中砂：厚度為0.90～11.30 m，密實狀態，夾礫石，局部夾粉土、粉質粘土透鏡體，部分缺失該層。⑤角礫：厚度為6.80～18.80 m，密實狀態，粒徑0.3～3.0cm，礫石含量約60%，偶見卵石、漂石,粒徑約20～30cm，上部充填物以粉細砂為主，顆粒級配較好，下部充填物多為粘性土，顆粒級配較差。局部夾中砂、細砂、粉砂、粉質粘土透鏡體。4、第四系中更新統坡洪積層（Q2dpl）（2個亞層。）厚度5.10～14.50 m，①粉質粘土及粘土：厚度為3.00～9.20 m，夾礫石；②角礫：厚度為1.20～5.70 m，粒徑0.3～3.0cm礫石含量約55%，以粘性土填充，顆粒級配較差。5、上元古界（Pt）薊縣系霧迷山組白云巖（2個亞層）未穿透此層，揭露最大厚度14.50 m，①全風化白云巖：厚度為1.00～3.50 m，全風化狀態。部分缺失該層。②強風化白云巖：未穿透此層，揭露最大厚度12.40m，呈青灰色，強風化狀態，巖體較破碎，裂隙發育，RQD值約60～70%，巖體基本質量等級為Ⅳ。

現場有直徑1000mm長度15m的支護樁施工時使用化學泥漿，我們在現場觀察后覺得效果不錯，再加上原來也使用過，所以剛開始施工時，也使用了化學泥漿，成孔效果（護壁、成孔速度）不錯，按化學泥漿的使用說明，最后2m成孔時靜置30分鐘后清掏孔底沉渣，成孔驗收時沉渣厚度符合規范要求，但是由于樁深較深，而且驗收工序繁雜（工地施工設備10套以上，業主、監理人員每個點都要驗收），等待時間較長，一般從成孔到開始灌注約需4個小時以上，鋼筋籠分三段，全部焊接完畢約需1個半小時，在焊接完畢下鋼筋籠時，就出現鋼筋籠下不到位的情況發生，經技術人員測量沉渣，厚度在3m以上，其中有1根沉渣厚度約9m。出現這種情況，只能是把鋼筋籠從孔內提出，鋼筋籠切割，鉆機重新清孔。之后，項目部把現場泥漿池中的化學泥漿全部置換清除，重新攪拌膨潤土泥漿，使用材料及比例見表，攪拌靜置24小時后測泥漿比重1.05g/cm3，PH值9，重新使用后護壁與沉渣檢查驗收效果很好，沒有發生過下籠后再次拔出鋼筋籠清孔的現象。

泥漿成份及配合比

泥漿性能指標測試

以上情況再次印證使用純化學泥漿成孔的樁長度不宜超過35m，或是成孔后到灌注的時間不能超過2小時，（或是我們機組操作工藝程序有問題？期間我們還請化學泥漿廠家到在現場進行分析）否則二次清孔需使用氣舉反循環效果才好。

內蒙古東烏珠穆沁旗某工地，灌注樁直徑800mm，設計樁深40m，有效樁長35m。該項目施工時，一直使用純化學泥漿，有個別孔發生坍塌，成孔效果比較好；由于施工設備多，工程量大，又是在冬季，商品混凝土供應不足，灌注前等待時間太長，灌注后有個別樁返漿不好，灌注不暢，分析原因為長時間等待造成泥漿中的懸浮物板結所致。

經多個工地、多種地層的使用，認為純化學泥漿使用方便，堵漏護壁效果明顯，施工中輔助工種勞動強度低，適合在深度不大于40米的所有地層的灌注樁中使用。如果現場條件允許，旋挖鉆機流水作業2個以上成孔，讓接近設計樁深度的樁在孔底部留2米左右靜置2小時（30分鐘太短，15米以內的樁可以）以上后再施工，清渣效果會更好。

參考文獻：

高英杰  復雜地質條件下化學泥漿護壁旋挖高效成孔技術 [J]鐵道建筑技術