施工规范对钻孔桩泥浆性能的规定与分析.pdf

1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 2006年1月 第35卷 第1期 施 工 技 术 CONSTRUCTION TECHNOLOGY 施工规范对钻孔桩泥浆性能的规定与分析 周红波 1 陈竹昌 2 1 1 上海建科建设监理咨询有限公司 上海 200032 21 同济大学 上海 200092 摘要 泥浆性能直接影响钻孔桩的承载力和桩侧摩阻力 讨论分析了建筑和公路桥涵施工规范对泥浆材料和性能 指标的规定 指出了泥浆材料和性能指标是与钻孔桩的施工工艺 桩的规格 土层条件以及设计桩侧摩阻力的要求 密切相关 关键词 钻孔桩 泥浆性能 施工规范 施工工艺 桩侧摩阻力 中图分类号 TU753165 文献标识码 A 文章编号 100228498 2006 0120041203 Analysis and Requirements of Construction Code for Slurry Property of Bored Pile ZHOU Hong2bo 1 CHEN Zhu2chang 2 1 1Shanghai Jianke Project Management Co Ltd Shanghai 200032 China 21Tongji University Shanghai 200092 China Abstract The slurry property has effect on the bearing capability and skin friction of bored pile and the different requirementsof buildingfrom highway and bridge for slurry material and slurry property are discussed The analysis results show the choice of slurry material and slurry property parameters is correlated to construction technology and the size of bored pile soil conditions and the design requirementsfor skin friction Key words bored pile slurry property construction code construction technology skin friction 收稿日期 2005206207 修订日期 2005208212 作者简介 周红波 1972 男 湖北应城人 上海建科建设监 理咨询有限公司总工程师 上海市宛平南路75号2号楼616室 200032 电话钻孔灌注桩的承载能力受施工工艺的影响较大 钻孔灌注桩的成孔过程也就是孔壁水平向有效应力 解除 的过程 粉土 粉砂容易塌孔 而淤泥质土或软 粘土则慢慢向孔内蠕变 造成缩颈 为了克服这些不 利因素 大多采用泥浆护壁 但钻孔灌注桩在灌注混凝 土时 由于混凝土自身重量产生水平向应力 致使孔壁 扩大 孔壁的水平应力得到部分恢复 随着时间的增 长 混凝土凝固收缩 吸附在其表面的泥浆也随之收缩 与混凝土连成一体 这样就形成了所谓的 泥皮 泥 皮的存在 导致钻孔桩与桩周土体的粘结力明显降低 这严重影响了桩侧摩阻力的发挥 特别当泥皮厚度较 大时 桩土剪切破坏面将发生在泥皮与土体的接触面 或泥皮中 因泥皮抗剪强度低 造成侧阻损失严重 正 因为人们认识到泥浆的好坏直接关系到钻孔灌注桩的 质量 关系到桩的承载力 所以要不断提高我国泥浆的 施工管理与工艺水平 而泥浆材料和泥浆性能指标又 是影响泥皮质量的直接因素 目前国内各规范对此的 规定各不相同 本文对此进行了分析讨论 1 建筑桩基技术规范对泥浆性能的规定与分析 建筑桩基技术规范 JG J94294第61311条规定 除 能自行造浆的土层外 均应制备泥浆 泥浆制备应选 用高塑性粘土或膨润土 拌制泥浆应根据施工机械 工艺及穿越土层进行配合比设计 膨润土泥浆可按表 1的性能指标制备 表1 泥浆的性能指标 项目性能指标检验方法 相对密度1110 1115泥浆比重计 粘度 s10 2550 000 70 000漏斗法 含砂率 95量杯法 失水量 mL 30min 30失水量仪 泥皮厚度 mm 30min 1 3失水量仪 静切力 mg cm2 1min 20 30 10min 50 100 静切力计 稳定性 g cm2 0103 pH值7 9pH试纸 建筑桩基技术规范对制备膨润土泥浆性能指标的 14 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 规定中 推荐的泥浆性能指标对不同的钻孔方法与地 层情况的适应性不够 失水量的要求偏松 并与泥皮厚 度的要求不协调 在具体工程情况下人们较难把握合 适的泥浆性能指标 并且该规范允许自行造浆 对能 自行造浆的土层又缺乏具体的限制与说明 由此产生 的缺口很容易造成泥浆性能指标实际上不能有效控 制 事实上在相当多的钻孔灌注桩工程中未做表1列出 的大多数指标的试验 因此这一条款在工程实践中不少 情况下可能引起泥浆性能与规定指标有相当大的偏差 2 公路桥涵施工规范对泥浆性能的规定与分析 公路桥涵施工技术规范 JT J04122000第61212条 关于泥浆性能指标有更加明确的规定 其特点如下 1 该规定强调 钻孔泥浆一般由水 粘土 或膨润 土 和添加剂以适当配合比配制而成 具体性能指标可 参照表2选用 我们认为 这里原则上要求按表2推 荐的泥浆性能指标配制钻孔泥浆 由于在不同的钻孔 方法与地层情况下表中推荐的指标较明确 在实施时 不会发生人们因理解的差异而较难把握指标的问题 如表1的情况 从而可避免自行造浆的不利影响 2 公路桥涵施工技术规范 JT J04122000有关泥 浆性能指标的规定明显比前一个规范要严格 如 失 水率要求高于JG J94294的 30mL min 粘度的允许变 化幅度比JG J94294严格 含砂率要求 4 也高于 JG J94294的 90 95 改为JT J04122000的 96 并在表中补充 了泥皮厚度指标 表2 泥浆性能指标选择 钻孔方法地层情况 泥浆性能指标 相对密度 粘度 s 含砂率 胶体率 失水率 mL 30min 泥皮厚度 mm 30min 静切力 Pa 酸碱度 pH值 正循环一般地层1105 112016 228 4 96 25 2110 2158 10 易坍地层1120 114519 288 4 96 15 2310 5108 10 反循环一般地层1102 110616 20 4 95 20 3110 2158 10 易坍地层1106 111018 28 4 95 20 3110 2158 10 卵石土1110 111520 35 4 95 20 3110 2158 10 推钻冲抓一般地层1110 112018 24 4 95 30 3110 2158 11 冲击易坍地层1120 114022 30 4 95 20 3310 5108 11 注 地下水位高或其流速大时 指标取高值 反之取低值 地质状态较好 孔径或孔深较小时 指标取低值 反之取高值 在不易坍塌 的粘性土层中 使用推钻 冲抓 反循环回转方法钻进时 可用清水提高水头 2m 维护孔壁 若当地缺乏优质粘土 远运膨润土亦很 困难 不能调出合格泥浆时 可掺用添加剂以改善泥浆性能 3 关于大直径钻孔灌注桩 该规定强调 直径 大于215m的大直径钻孔灌注桩对泥浆的要求较高 泥 浆的选择应根据钻孔的工程地质情况 孔位 钻机性 能 泥浆材料条件等确定 在地质复杂 覆盖层较厚 护筒下沉不到岩层的情况下 宜使用丙烯酰胺即PHP 泥浆 此泥浆的特点是不分散 低固相 高粘度 作 者理解采用相同类型的钻头在地层中进行回转钻开挖 施工时 随着桩径的增大 使得钻头的端面和侧面承受 的阻力增加 导致钻进速度减慢 易形成更为光滑的钻 孔孔壁 因此在大直径钻孔灌注桩的情况下 当桩土界 面存在相同的泥皮厚度时引起的桩侧摩阻力降低幅度 比在小直径桩的情况下要大 对于大直径桩 若采用 常规的泥浆必然导致桩侧摩阻力折减 因为常规泥浆 在桩土界面中形成的泥皮 具有厚度大而强度低的性 能 从而造成泥皮强度制约了桩侧摩阻力 强调大直 径钻孔灌注桩对泥浆有更高的要求 是更加注意到了 泥浆材料对提高施工质量的重要作用 PHP泥浆简称油田泥浆 全称为聚丙烯酰胺不分 散低固相泥浆 其主要成分包括 膨润土 碳酸钠 聚丙 烯酰胺的水解物 锯木屑 稻草 水泥或有机纤维复合 物 PHP泥浆的配比应通过试验确定 参考配比如下 膨润土为水质量的6 8 碳酸钠为膨润土质 量的013 015 羧甲基纤维素 CMC 为膨润土 质量的015 011 聚丙烯酰胺 PHP 为泥浆质量 的01003 PHP泥浆具有如下特点 不分散 指它对钻屑 和劣质土不水化分散的特点 由于其不分散的作用 失 水量小 使孔壁不会因水化膨胀而坍塌 其次 由于它 的不分散性使循环泥浆在地面净化系统中易于净化 低固相 指密度在1 100kg m3以内 泥浆中膨润土 和岩屑的总固相含量在4 体积 以下 岩屑和膨润 土的比例不得超过2 1 在大直径桩钻孔中 为了保持 钻速就要维持一定的低密度 而维持的方法是使用化 学絮凝剂而不是采用加水的办法 由于钻屑絮凝使泥 浆保持低固相 这样泥浆具有清水的特点 阻力小 而 又没有清水扰动的缺点 高粘度 低密度泥浆又要 保持高粘度 才具有强的化学防渗透性能 有效防止孔 漏和对不良地段起堵漏作用 4 与JT J041289规范相比 JT J04122000规范有如 下特点 在泥浆性能指标中 补充了泥皮厚度指标 24施工技术第35卷 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 列入该指标在工程实践中将有利于积累失水率 静切 力同泥皮厚度之间室内试验指标关系的资料 积累室 内与现场泥皮厚度的对比资料 正循环钻孔方法的 胶体率从JT J041289的90 95 提高到JT J04122000 的 96 提高后的胶体率比其它钻孔方法 95 都更大 JT J04122000规定正循环钻孔方法的泥皮厚度 为 2mm 30min 该要求也比其它钻孔方法 泥皮厚度 3mm 30min 都要严格 对于其它钻孔方法的泥浆 性能指标 公路桥涵施工技术新老规范的规定几乎没 有什么变动 较大幅度提高正循环钻孔方法泥浆性 能指标的要求是JT J04122000规范的重要特点 事实 上 国内诸规范中只有该规范率先较明确地将控制与 改善钻孔泥浆性能列为解决正循环钻孔灌注桩侧摩阻 力明显偏低的重要技术措施之一 在我国钻孔灌注桩 施工技术的发展进程中 采用天然土层自行造浆的泥 浆护壁技术对于在公路 铁路 港口 建筑 市政交通等 部门推广和使用钻孔灌注桩基础起着不可估量的贡献 与作用 但是 随着桩长或桩径的增加 桩承载力的增 大 工程地质与水文地质条件变得复杂 人们从工程实 践中越来越意识到不能控制钻孔泥浆性能的自行造浆 施工方法存在的种种弊病 5 作为施工规范 JT J04122000关于泥浆性能指标 的规定还有待进一步完善 施工规范在控制泥浆性能指标时不仅要考虑开挖 成孔施工可操作性 例如防止流砂 坍孔等 的需要 还 要考虑钻孔灌注桩在施工完毕后其侧摩阻力能够满足 设计的需要 按照这个标准来评价JT J041289规范中 控制泥浆性能指标实际上仅考虑施工可操作性 而忽 略了后者 对于JT J04122000规范 在考虑前者的基础 上 已经开始注意到通过选择泥浆材料 控制泥浆性能 指标来改善桩侧摩阻力性状以满足设计的要求 上述 有关变动正循环钻孔方法的泥浆性能指标 强调大直 径钻孔桩的泥浆要求较高 强调钻孔泥浆配制 推荐 PHP泥浆等措施与提法将有利于缩小施工与设计之间 的差距 对于正循环钻孔方法 表2按一般地层和易坍地 层两种情况分别列出泥浆性能指标 硬粘土和软粘土 均属一般地层 这两种粘土按表2要用相同的泥浆性 能指标 似乎还是按施工可操作性来选择泥浆性能指 标 如果从施工与设计协调的观点来处理 硬粘土宜 选用的泥浆性能指标比软粘土要好些 为此正循环钻 孔方法的地层情况不宜只有两种 表2规定 地质状态较好 泥浆性能指标取低限 该规定仍从施工可操作考虑 忽略了设计对侧摩阻力 的要求 对于反循环钻孔方法 地层情况分为一般地层 易 坍地层及卵石土 这3种地层情况下的泥浆性能指标 除了泥浆的密度与粘度外均相同 由于卵石土的设计 桩侧极限摩阻力比另外两种地层要高很多 采用基本 相近的泥浆性能指标进行施工 势必造成卵石土的实 际桩侧极限摩阻力明显偏低 3 结论 通过对比分析建筑桩基技术规范和公路桥涵施工 规范对钻孔桩泥浆性能的规定 可以看出 公路桥涵施 工规范的规定更加严格 合理 科学和全面 基本反映 国内外泥浆材料与性能的研究方向 即人工造的有机 泥浆 同时 也可以看出该规范仅强调钻孔桩的可施 工性 未规定设计桩侧摩阻力对其的要求 并分析了钻 孔桩实测摩阻力偏低的施工原因 参考文献 1 O Neill M W Side resistance in piles and drilled shafts J Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 2001 1 2 Mingfang Chang Hong Zhu Construction effect on load transfer along bored pile J Journ