泥浆性能对钻孔灌注桩质量影响分析论文_胡鹏

泥浆性能对钻孔灌注桩质量影响分析论文_胡鹏

广州市城市建设工程监理公司 510060

摘要:介绍了钻孔灌注桩泥浆的组成、作用以及对灌注桩质量的影响。

关键词:钻孔灌注桩;泥浆组成及作用;泥浆对成桩的影响和泥浆质量控制要求。

钻孔灌注桩基础具有承载力高,可以进行水下施工以及可以穿越不同地层,尤其是软弱地层,且沉降量小。由于具有上述的优点,钻孔灌注桩在高层建筑、公路桥梁等工程得到了大量的应用。影响钻孔灌注桩质量因素较多,其中泥浆性能对钻孔灌注桩的质量影响是一个不可忽视的因素,下面就泥浆性能对钻孔灌注桩质量的影响及泥浆的施工管理和质量控制进行分析和总结。

1、泥浆的组成及作用

钻孔灌注桩的泥浆主要是由水、膨润土(或粘土)和泥浆处理剂(纯碱、重晶石粉、羟甲基纤维素钠、水解聚丙烯酰胺)等组成的混合浆体。在钻孔施工过程中,泥浆循环时,利用泥浆与地下水之间的压力差来控制水压力,使泥浆能在孔壁上形成泥皮而加固孔壁和防止坍塌,同时稳定孔内水位。在泥浆停止循环时,泥浆能迅速转换为溶胶状而悬浮携带岩屑,防止钻渣沉淀到孔底而造成沉渣厚度过大,同时泥浆还具有冷却和润滑钻头的作用。

2、泥浆的主要性能指标

钻孔灌注桩的泥浆性能主要有泥浆比重、粘度、静切力、含砂率、胶体率、失水率和稳定性。

(1)比重

泥浆的比重是指泥浆与4℃时同体积水的重量之比。泥浆的比重越大,对孔壁的静压力就越大,对孔壁的稳定性越有利。泥浆比重的大小决定于泥浆中固相含量和固相的比重,其次与泥浆液中可溶性盐的数量有关。但是泥浆比重过大,其失水量也越大,孔壁泥皮增厚,加大钻具的磨损,加大清孔、灌注砼的难度,降低钻进速度。

(2)粘度

泥浆粘度是泥浆流变性主要指标,指单位面积上的切向力与产生的形变之比。泥浆的粘度越大,悬浮钻渣的能力越强,护壁的能力也越强,泥浆产生的孔壁泥皮厚,孔壁稳定,但易粘结钻头,影响钻进速度,增加泥浆净化难度。

(3)含砂率

泥浆含砂率是泥浆内所含的砂和粘土颗粒的体积百分比。当含砂率大时,会降低粘度,增加沉淀,容易磨损泥浆泵和钻具;停钻时易造成埋钻、卡钻事故。

(4)静切力

反映泥浆在静止状态时,内部凝胶网状结构的强度。静切力以希腊字母θ表示,法定计量单位为帕(Pa)。静切力的大小决定于单位体积内流体中结构链的数目与单个结构链的强度。流体内部结构序列逐渐趋向稳定,结构发育趋向完善,静切力也增大。因此,衡量凝胶强度增长的快慢,规定静切力必须测两次,按API标准规定是测量静止10秒和10分的静切力,分别称为初切力和终切力。静切力的大小,反应了悬浮岩粉的能力。特别是加重泥浆,加重剂重晶石等的密度大,一旦泥浆泵停止工作,冲洗液循环中断时,泥浆中粗的岩屑颗粒很快下沉而造成孔内埋钻事故。因此静切力应保持一定的数值。

(5)胶体率

泥浆胶体率是表示泥浆中粘土颗粒分散和水化程度

(6)失水率

泥浆在钻井中有水渗入孔壁的现象叫失水。失水是指一个大气压差30 min从泥浆里渗出的体积(mL)。泥皮厚度与泥浆过滤失水率成正比。

(7)稳定性

泥浆中粘土颗粒分散的均匀程度及悬浮能力。又称泥浆沉降稳定性。

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3、泥浆对成桩质量的影响

(1)对成孔的影响

在钻孔灌注桩成孔过程中采用泥浆护壁、防止塌孔,应要求泥浆具有适应的比重,如果泥浆比重过大,虽能维持钻孔和地层间的压力平衡,维护孔壁的稳定,加强悬浮钻渣的能力,但同时也会造成泥浆中无用固相含量较多,附着在孔壁的泥皮过厚,而且泥皮疏松,韧性较低,不但会使钻孔缩颈,而且会引起孔壁水化崩塌,导致泥皮脱落,致使孔内不能净化,造成清孔困难。有时候还会使泥浆泵堵塞,使混凝土的置换产生困难。况且,泥浆中的无用固相含量过高时,也会拖拽钻头的钻进,使得岩屑颗粒重复破碎,导致机械钻速下降,同时对钻头、水泵、叶轮等产生较大的磨损,降低其使用寿命。如果泥浆比重过小,泥浆护壁就容易失去阻挡孔壁土体坍塌的作用,造成塌孔,也会使清孔困难。

(2)对浮渣的影响

理论上,理想的泥浆是一种胶体,不会产生沉淀现象,但实际的泥浆中粘土颗粒要比理想的胶体颗粒大的多。因此,泥浆的浓度会随时间的变化而变化,泥浆中的固相颗粒容易沉淀,颗粒越大越容易沉淀。在施工过程中,各道工序之间可能会有较长的时间间隔,如果泥浆中的固体颗粒大量沉淀,其悬浮钻渣的能力大大减弱,会造成大量沉渣,这些沉渣如不能及时循环冲洗,将对成桩质量造成明显影响。

(3)对水下混凝土的影响

目前灌注桩水下混凝土的浇筑多采用直升导管法灌注水下混凝土,在砼灌注时,主要依靠导管内混凝土柱的压力来升顶管外的混凝土和泥浆,同时冲击挤出孔壁泥皮。在砼灌注过程中,若不能很好的控制泥浆比重、含砂率等,例如比重过大、含砂率过高时,随着混凝土的不断灌注,也不断的挤出孔壁泥皮,并使之进入上部的泥浆和浮浆中。这样,在整个灌注阶段,管外混凝土面以上的泥浆相对密度在不断增大,使得砼水下灌注阻力增大,使砼骨料大部分堆积在桩芯部位,而钢筋笼外几乎无骨料,不仅桩身质量不好而且桩的侧摩阻力也难以发挥,从而严重影响混凝土质量。另外稠浆在钢筋笼上沉积粘附,导致钢筋与砼握裹力降低。

4、对泥浆的质量控制

(1)泥浆配制控制

①用普通的天然粘土配制泥浆时, 配制前要事先将粘土浸泡在水中进行预水化处理,预水化时间可根据粘土质量而定,—般不得少于浸泡8h。

②在用浸泡好的粘土按配比设计中的土量加水搅拌时,由于搅拌时间不可能很长,粘土颗粒短时间内难以充分水化分散,因此要将所搅拌出来的新泥浆集中存放在储浆池里进行24 h 以上陈化处理,陈化处理后的泥浆,其粘滞度和附着力都有明显提高。

③对于高分子处理添加剂,如PHP 等,由于这类材料很难溶于水,使用时要先将其配制成低浓度的溶液后再掺加到泥浆中。

④配制泥浆的过程,实际上是选择、调节其性能的过程。这往往不是一次可以完成的,在了解工地土层结构的基础上,需要多次对比调试,经过初选—试用—改性—再应用等环节,逐步达到满意的效果。

(2)泥浆的施工管理

除了泥浆配合质量的控制以外,泥浆的循环控制系统的合理安排也是十分重要的。要实现优质泥浆的施工,须采用“工厂化生产模式”,即集中制浆,拥有大体积泥浆池,设备完善的除砂循环和回收系统。泥浆循环系统由基浆池、除砂器、除泥器、沉淀池、运渣设备、维浆池及回收池等几大部分组成。具体工序包括泥浆循环系统的布置、泥浆配制、泥浆循环、泥浆净化、泥浆的回收等。这些前期投入较大,但其回报也是巨大的,可提高钻孔速度约20%左右,泥浆回收率可达30%~40%,桩承载力增大20%左右,并且在施工中不塌孔,泥皮薄,质量上乘,桩底无沉渣,不需二次清孔。

5、结束语

钻孔灌注桩的施工质量是一项复杂的系统工程,影响施工中的成孔、清孔、水下砼灌注等各个环节的所有因素都将对成桩质量产生影响。因此,施工中应坚持预防为主的原则,加强施工中各道工序和各环节的管理。根据土质的变化及施工工序要求,及时调整泥浆性能指标,在施工过程中,按照各道工序的质量控制要求,对泥浆进行有效管理,从而确保钻孔灌注桩的工程质量。

参考文献

1、张四林,何梦兵.优质护壁泥浆在大口径钻孔扩底桩中的应用[J].施工技术, 2006, 35 (1) : 44245。

2、祝和芬. 影响钻孔灌注桩成桩质量的几个问题分析[J]. 石 家庄铁道学院学报, 2006, 19(5): 106–108。

论文作者:胡鹏

论文发表刊物:《基层建设》2017年第7期

论文发表时间:2017/7/14

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