钻孔桩泥浆的控制.doc

PHP优质泥浆在苏通大桥钻孔桩施工中的应用景国强摘要：PHP(partially hydrolyzed polyacrylamide)泥浆是一个特别适合于超长超大直径钻孔灌注桩施工的泥浆系统。制作原料、制作过程、循环系统及施工控制等是决定其经济性、高效性的关键因素。苏通大桥工艺试桩工程根据工程场区独特的地质、水文条件确定了适合该工程的PHP泥浆循环系统，以实践证明采用该系统可以实现桩侧泥皮厚度小于1 mm、桩底沉渣厚度为0 cm。关键词：桥梁工程；PHP泥浆；苏通大桥；钻孔灌注桩 一、 苏通大桥工程概况苏通大桥为世界上跨径最大的斜拉桥，主桥跨径为1088m，主塔高306米，其桥址位于长江下游，距入海口90km左右，主桥基础为高桩承台，桥址处最深水深达30多米，水流流速达3.86m/s，施工条件恶劣。“万丈高楼从地起”，世界第一桥，桩基施工尤为重要。为此苏通大桥建设指挥部花数千万巨资，分别在长江南北两岸进行一、二期试桩，在长江中进行了第三期试桩。在试桩过程中有成功的经验，也有失败的教训，特别是在钻孔中泥浆的控制方面教训更为深刻。在正式工程中，C1标主桥有205根混凝土钻孔桩，桩底标高主1#墩为110m、主2#为110m、主3#墩102m、主4#墩124m，桩径均为2.80m/2.50m的变径桩。二、 工程特点该工程桩径大，桩孔深，地质情况复杂，桩基施工中存在很大的风险，泥浆配制及过程中控制的好坏，是整个工程成败的关键。典型地质柱状图： 粉细砂土层对钻孔泥浆的影响和破坏较大，松散的粉细砂土层很容易导致塌孔；密实的中粗砾砂对钻孔桩施工影响最大，在砾砂中钻进，容易导致泥浆泄漏；在土层交替变化处，因土层软硬不一，差异较大，易导致钻孔倾斜。因此钻孔桩施工应保持施工全过程的连续性，尽量缩短孔壁在泥浆中的浸泡时间。孔侧土层具有一定的渗透性，从孔壁向土层或砂土层渗透到一定的范围,泥浆就粘附在土颗粒上，泥浆的这种粘附作用可以减少孔壁的透水性，形成的透水性很低的泥皮以及在泥浆的静水压力作用下可以有效地保护孔壁,防止孔壁坍塌。三、PHP泥浆在钻孔中的重要作用PHP泥浆全称为聚丙烯酰胺不分散低固相泥浆，它能使钻渣处于不分散的絮凝状态，易于清除，从而保持泥浆的不分散，低固相，低比重，高粘度的性能。该泥浆在钻孔中能保护孔壁、携带钻渣、冷却润滑钻头、提高钻进速度、延长钻机寿命、保证成孔质量、密实混凝土等作用。四、 新浆的配制新制PHP泥浆是由钠基膨润土、纯碱、羧基纤维素CMC、聚丙烯酰胺等按照一定的比例在特制的造浆池内，由射流泵循环制成。制备新浆的性能指标：项目比重粘度含砂率胶体率失水量泥皮厚度静切力稳定性PH值性能指标1.06-1.0823-260.5%99%30ml/30min1.0-1.51min20-30mg/cm0.03g/ cm7-9检验方法比重计漏斗法含砂率计量筒法失水量计失水量计静切力计PH试纸五、泥浆主要性能指标对成桩质量的影响由于该工程桩径大、桩孔深、地质条件复杂等特点，决定了泥浆护壁在整个钻孔过程中的重要性，泥浆性能的好坏直接影响到成孔的质量。泥浆主要性能指标对成桩质量的影响：1、 比重：就压力而言，冲洗液在孔内产生的静液注压力主要取决于泥浆的相对密度，它是钻孔过程中维护孔壁稳定最主要的参数之一。在粘土和粉质粘土中，泥浆的比重控制在1.101.20之间；在砂土或较厚砂层成孔时出渣口泥浆的相对密度应控制1.101.20之间。泥浆的相对密度也是影响灌注混凝土的重要参数，在灌注水下混凝土前，必须测定泥浆相对密度和含砂量。苏通大桥桩基在清孔时泥浆相对密度控制在1.051.10之间。2、 含砂量：含砂量是泥浆内所含砂与粘土颗粒的体积百分比。相对密度和含砂量过高，在钻进过程中影响钻进速度，在成孔过程中，一方面使泥浆对钢筋的浮力增大，另一方面泥砂包裹钢筋笼。含砂量过高，在起钻和下钢筋笼过程中孔底沉渣较多，难以达到规范和设计要求，需要二次清孔，影响施工进度，并且易出现塌孔事故。本工程清孔时的含砂率控制在1%以下。3、 粘度：它是钻孔过程中的另一重要参数。一般控制在20s26s为宜。因为泥浆具有较大的粘度和相对密度，一方面有利于降低失水，稳定孔壁，防止塌孔和缩径等孔内事故，另一方面可增大泥浆悬浮携带钻渣钻屑的能力，降低孔底沉渣，确保成桩质量。本工程粘度控制在2025s。六、泥浆处理系统的应用1、泥浆处理系统的选定：根据试桩成果，结合本工程地层特点，每台钻机配备了一个造浆池，一个是沉淀池，一个是泥浆循环池。泥浆循环池一侧安装两台ZX-250泥浆净化器，泥浆沉淀池上面安装泥浆槽，将泥浆中碴土及大颗粒砂粒分离出来。两台泥浆净化器的泥浆最大处理量为500m3/h,净化除砂效率在99%以上（0.075mm粒级）。制作一个泥浆配制箱，专门用来配制新浆。当钻孔过程中泥浆参数达到警戒线时，用配制好的泥浆调配钻孔泥浆。泥浆循环流程:沉渣池振动筛泥浆净化器钻孔中造浆池泥浆循环系统2、泥浆处理设备泥浆净化器的组成和原理介绍ZX-250泥浆净化器的主要组成部分：泵系统，漩流除砂系统和振动筛。其作用原理：未处理泥浆经蝶阀进入净化器的储浆槽，由净化器的渣浆泵从槽内抽吸泥浆。在泵的出口有一定储量的泥浆沿输浆软管从水力漩流器的进浆口切向射入。经过水力漩流器的分选，粒径微细的泥浆由漩流器下端的排砂排到细筛，细筛脱水筛选后，较干燥的细渣料分离出来。经过第二道筛选的泥浆循环返回储浆槽内。处理后的干净泥浆从漩流器的溢流管进入中储箱，然后由总出浆管输送回孔。在净化器的渣浆泵出口安装了一条由反冲阀控制的支路与储浆槽连接。通过开启反冲阀可以搅动储浆槽内的泥浆，不致造成郁积。在储浆槽内有一浮标用来控制储浆槽内的浆面。泥浆净化器七、泥浆的现场监控及指标的修正1、泥浆参数控制措施：1)、严把泥浆原材料关。实行原材料供应招标，挑选最合理的质价比，在供应过程中加强检验力度，防止质量参差不齐，对不符合要求的材料坚决拒收。2)、认真做好配比试验，制定三个以上的配比方案，根据不同地层实施不同方案。3)、泥浆配制以监理批准的配比进行，泥浆配制开始和过程中应对泥浆性能参数进行测试，其过程控制为每配制100m3测试一次。钻孔过程中每2小时做一次进浆口泥浆常规参数化验，以监测泥浆的变化情况，以达到指导钻进的目的。控制指标：项目指标PH值比重粘度（s）胶体率（%）失水率（ml）含砂量（%）泥皮（mm）钻进中8101.081.10232696%以上20以下4%以下2清孔8101.031.10202499%20以下1%以下12、 泥浆性能指标修正方法：由于不同的施工场地地质条件不同，地层的变化在很大程度上影响施工。可见，对于不同和复杂的地层情况，根据现场的地质资料，相应地调整泥浆的各种性能指标是施工中必不可少的重要环节。所以我们对现场的泥浆进行相应地监控、测试和修正。具体方法为：抽检泥浆，如泥浆性能不符合施工要求，则采取措施进行修正。具体措施见下表：目的方法其他参数变化增大粘度加膨润土或PHP失水量减小、稳定性增大减小粘度加水失水量增大、相对密度减小增大相对密度加膨润土失水量减小、粘度增大减小相对密度加水失水量增大、稳定性减小、粘度减小调整PH值加Na2CO3影响泥浆稳定性及稠度八、结论在整个钻孔过程中，严密地按照制定的措施进行施工，在已成桩的150根钻孔桩中，没有发生成孔质量事故，所有桩的扩孔系数均在110%内，成孔垂直度最小为1/450，最大垂直度达到1/2400，所有孔沉渣都在规范要求范围内，个别孔在静置3天后（受外界情况影响），沉渣仍满足规范要求，部分孔还实现了零沉渣。经实践证明，该工程采用的泥浆处理系统具有施工简便、成本节约、质量可控、安全环保的特点，泥浆处理设备能够对泥浆充分净化，满足成桩施工的质量控制要求。泥浆的闭路循环净化方式有利于节省泥浆，泥浆的损耗仅限于钻孔的损耗和管路的漏失，大大降低了成本。参考文献1. 中华人民共和国交通部部标准.公路桥涵施工技术规范（JTJ0412000）.北京：人民交通出版社，20002. 中华人民共和国交通部