1.宁波杭州湾新区开发建设有限公司 浙江宁波 315000；
2.宁波市政工程建设集团股份有限公司 浙江宁波 315000
摘要：针对滨海地区较厚砂土层引发的钻孔灌注桩缩径、塌孔等风险，宁波杭州湾新区兴慈八路跨十塘横江桥采用PHP泥浆及除砂机等多种工艺方法，质量优良，为该地区其他类似工程提供参考。
关键词：滨海地区；厚砂土；钻孔灌注桩
1.工程概况
宁波杭州湾新区兴慈八路跨十塘横江桥采用（20+20）m预应力混凝土空心板梁桥+（83+83）m异形钢管混凝土系杆拱桥+（20+20）m预应力混凝土空心板梁桥。全桥共设106根钻孔灌注桩，，直径为1.5m桩长为90m的有48根；直径为1.3m桩长为69m的有24根；直径为1.0m桩长为64m的有48根。桥位区域属于滨海淤积平原区，且陆地部分为近10年围海吹填而成，钻孔灌注桩范围内的地质情况具有以下几个特点：
1）基岩深度大，其顶标高仅-130m，不作为持力层，故桩基础为全摩擦桩；
2）粘土层厚度小，仅5.4~8.8m，且埋深大，其顶标高约-50m；
3）存有显著的软弱层：顶层砂土以下为30m淤泥质粉质粘土，其内摩擦角仅12~14°，粘聚系数仅10kPa；
4）砂土层厚度大，除30m的淤泥质粉质粘土层及不足10m的粘土层后，其余均为砂性土层；
5）顶层砂土为近10年围海吹填的海砂，属于欠固结土，原位试验表明，吹填土的渗透系数约10-1m/s。
2.工程难点分析
为确保工程质量，在永久结构施工前，进行试验性钻孔，钻进深度90cm，每钻进1m即检测泥浆的比重、粘度及含砂率。试桩成孔期间出现不同程度的缩径、塌孔，且成孔后桩底淤积现象显著导致清孔时间较长。
图 2 试桩阶段泥浆不合格参数频率分布图
依据现场条件，泥浆指标不合格的因素主要有以下几点：
1）首层土为砂质粉土层，粘土矿物含量低，导致原层土自然造浆性能较差；
2）钻孔灌注桩穿越含砂层较厚，受渗流作用影响，泥浆砂率居高不下。首层土尚处于未固结状态，渗流作用效应更显著；
3）成孔后，钻头移除，泥浆内砂土逐渐沉积，一方面导致泥浆比重下降，缩径、塌孔风险提高；另一方面，桩底砂土淤泥严重，极难清除，严重影响成桩质量。
综上所述，滨海吹填地区钻孔灌注桩施工需针对性地解决以下2个问题：① 提高泥浆的护壁能力；② 降低泥浆的含砂率。
3.泥浆配置
滨海滩涂地区钻孔灌装桩泥浆除具有较强的护壁能力外，还需具备选择性絮凝功能，将悬浮在泥浆中细小颗粒凝结沉淀，选用PHP（partially hydrolyzed polyacrylamide）泥浆。
PHP 泥浆原料的主要由膨润土、聚丙烯酰胺（PAM）、纯碱（NaCO 3）和 NaOH构成。其中，膨润土主要成分为蒙脱石，是构成泥浆胶体质及护壁的主体成分；聚丙烯酰胺与烧碱在沸水中反应，形成具有强吸附力的胶体，NaCO 3 可提高泥浆的 pH 值及PHP泥浆的粘度。各组分的配方如表 所示。
表 1 PHP泥浆组分含量统计表
4.除砂工艺
泥浆除砂工艺通常采用“二次沉淀法”与“除砂机法”两类。
二次沉淀法指在场地内设置2个不小于300m2的沉淀池，通过静置沉淀效应将砂土从泥浆中分离，如图 、图 （a）所示。其中，泥浆在沉淀池A中静置一段时间后，将浓缩浆液输入至沉淀池B，将上层原浆回流至钻孔内循环使用。
除砂机法是指在整个泥浆循环系统中设置除砂机（如图 （b）所示），通过振动将砂土从泥浆中分离，进而降低泥浆砂率。
二次沉淀法优点是成本低，缺点是除砂效率低：① 砂土粒径小，需添加外加剂以确保沉淀速度；② 泥浆与沉淀砂土间无有效分隔，沉淀砂粒易进入泥浆循环通道，占用场地大。除砂机法优点是速度快，除砂效率高，占用场地小，缺点是成本相对较高。考虑到泥浆含砂率较高，钻孔灌注桩所需循环的泥浆容量较大，故选择除砂机方案。
图 1 沉淀池立面示意图
a）二次沉淀方案
b）除砂机方案
图 2 泥浆循环示意图
5.施工控制要点
在选用合适工艺的基础上，还应严格控制钻孔灌注桩施工期间各关键节点，以确保工程质量。主要有以下8点：
1）护筒采用厚度为8 mm的钢板卷制而成，内径比钻机钻头直径大15~20cm。护筒埋设在素填土中，上口比地面高250 mm。埋设护筒时，护筒中心轴线对正桩位中心线，位置偏差控制在2cm以内，护筒外土层需夯实。
2）钻机就位时，通过经纬仪控制保证钻具中心和护筒中心重合，偏差控制在20 mm以内。
3）开钻时，在护筒下一定范围内慢速钻进，待导向部位或钻头全部进入土层后，方可加速钻进。
4）在钻孔、排渣或因故障停钻时，为保持孔壁稳定，孔内水位应高出地下水位2．0 m以上，并保持孔内泥浆相对密度和粘度稳定。泵吸反循环钻杆内流体上升速度控制在2.5～3.5 m/s。
5）加接钻杆时，应先停止钻进，将钻头提离孔底80~100mm，维持泥浆循环l一3 min，待钻渣排净后停泵加接钻杆。
6）在钻进过程中，根据不同的地质情况，及时调整泥浆的性能指标。在钻进过程中每个班次至少测量泥浆性能指标2次，在地质条件变化时，加大泥浆指标测定频率，出现异常情况及时采取措施调整。
7）在钻进过程中，起钻、下钻要稳，开泵不要太猛，防止钻具对孔壁拖刮；严格控制泥浆在钻孔内的流速和泵压，防止产生紊流冲刷井壁；泥浆性能要稳定，防止性能大幅度波动造成孔壁损害；如果遇到强透水层，漏浆得不到有效控制，则在浆液中加锯末或水泥以堵塞孔隙。
8）钻进达到设计深度后，将钻具提离孔底50~80mm，用冲洗液清孔至符合要求。
6.结论
宁波杭州湾新区兴慈八路跨十塘横江桥106根钻孔灌注桩的合格率100%，其中一类桩103根，占总数的97.2%，意味着PHP泥浆及除砂机工艺可有效确保滨海地区钻孔灌注桩的工程质量，且工艺操作简单，成本不高，值得在该地区类似工程中推广使用。
参考文献：
[1]张雄文．PHP泥浆在桥梁超长直径钻孔灌注桩施工中的应用[J]．岩石力学与工程学报，2005．
[2]陈新泉．聚丙烯酰胺泥浆在多砂砾层钻孔灌注桩施工中的应用[J]．四川建材，2013．
[3]刘水周．大直径桩厚砂层地质钻孔灌注桩施工[J]．交通世界，2016．
论文作者:王战国1,徐声亮2
论文发表刊物:《基层建设》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/3
标签：泥浆论文; 钻孔论文; 除砂论文; 砂土论文; 滨海论文; 直径论文; 粘土论文; 《基层建设》2017年第27期论文;