曹占良,藺敬躍

(1.中鐵十八局集團(tuán)五公司,天津 300453;2.宜興市市政建設(shè)總公司,江蘇無(wú)錫 214200)

采用 PHP泥漿提高大直徑鉆孔樁施工速度研究

曹占良,藺敬躍

(1.中鐵十八局集團(tuán)五公司,天津 300453;2.宜興市市政建設(shè)總公司,江蘇無(wú)錫 214200)

通過(guò)對(duì)容桂水道特大橋主跨鉆孔樁采用 P.H.P泥漿與普通泥漿施工的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比,提出采用P.H.P泥漿的優(yōu)越性。通過(guò)在膨潤(rùn)土中添加適當(dāng)?shù)募儔A(Na2CO3)、羥甲基纖維素(C.M.C.)、聚丙烯酰胺 P.H.P,以提高泥漿的提渣、護(hù)壁、潤(rùn)滑作用。重點(diǎn)介紹基漿的制備,P.H.P鮮泥漿的配置、施工工藝以及施工中需要注意的問(wèn)題。

大直徑鉆孔樁;P.H.P泥漿;施工工藝

1 工程概況

容桂水道特大橋?yàn)閺V州至珠海城際軌道交通控制工程,全長(zhǎng) 8.555 km。其中該橋主跨設(shè)計(jì)為 108m+2×185 m+115 m雙線連續(xù)剛構(gòu)。主墩基礎(chǔ)采用12φ2.3m鉆孔樁,其中左邊主墩和中主墩樁長(zhǎng) 62 m,右邊主墩樁長(zhǎng) 75m,設(shè)計(jì)均為柱樁。

容桂水道特大橋主跨位于容桂水道內(nèi),水深 6～12m,地質(zhì)情況為珠江三角洲海陸互交互相沉積平原地貌單元。水下依次為淤泥及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土 2～4 m、粉細(xì)砂 10-14m、全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖 15～20m、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖 15～17m、弱分化泥質(zhì)砂巖。

2 問(wèn)題的提出

容桂水道特大橋主跨采用 12φ2.3m鉆孔樁承臺(tái)基礎(chǔ),每個(gè)承臺(tái) 12根鉆孔樁,采用在水中搭設(shè)鉆孔平臺(tái),沖擊鉆機(jī)施工。每個(gè)施工平臺(tái)安排 4臺(tái)沖擊鉆機(jī),3個(gè)循環(huán)完成鉆孔施工。在第一個(gè)循環(huán)施工過(guò)程中,泥漿采用普通黏土制備泥漿工藝制備泥漿,利用未施工的鉆孔樁護(hù)筒作為泥漿池。采用泥漿泵循環(huán)利用泥漿。泥漿的主要指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 各施工階段鉆孔樁泥漿性能指標(biāo)

施工階段,發(fā)現(xiàn)施工進(jìn)度緩慢,通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),影響鉆孔樁施工進(jìn)度緩慢的主要原因如下。

(1)采用普通泥漿制備工藝,泥漿懸浮鉆渣慢,鉆渣出現(xiàn)沉積,影響施工進(jìn)度。

根據(jù)以上原因,決定采用 P.H.P泥漿,以提高鉆孔樁施工速度。

3 P.H.P泥漿特點(diǎn)

(1)安全可靠

P.H.P泥漿通過(guò)調(diào)整指標(biāo),能保證在各種復(fù)雜的地質(zhì)情況(除喀斯特地層有時(shí)須特別處理外)下鉆孔壁具有防塌、防漏、不縮孔的性能。鉆孔后進(jìn)行清孔以及采取措施能保證下放鋼筋籠到澆筑水下混凝土前,實(shí)現(xiàn)樁底沉淀為零,這樣大幅度地提高樁端反力。

(2)效率高

P.H.P泥漿在孔內(nèi)鉆進(jìn)時(shí)不分散作用在孔內(nèi)懸浮鉆屑,在凈化系統(tǒng)中很容易實(shí)現(xiàn)沉淀。P.H.P泥漿膠體率大,含砂率小,比重輕,特別適用于反循環(huán)鉆進(jìn),其鉆進(jìn)阻力和機(jī)件磨損都小,而所攜帶的鉆屑較多,出口含砂率提高到 4%?；亓髂酀{含砂率低(0.5%～1.0%)這兩者之差形成鉆機(jī)效率高。

(3)經(jīng)濟(jì)效益好

式中：ρw為水的密度，kg/m3；vi為斷面流速，m/s；xi、xj為距離，m；ρ為壓力，N；fi為質(zhì)量力，m/s2；v為流體運(yùn)動(dòng)的黏滯系數(shù)。

泥漿造價(jià)主要決定于總用量大及回收率高。由于P.H.P不分散泥漿必須采用膨潤(rùn)土,造漿率比黏土高出 4～5倍。再加上完善的循環(huán)凈化系統(tǒng),使泥漿能回收 60%。因此按單項(xiàng)計(jì)算雖然價(jià)格較高,但綜合計(jì)算后單位體積泥漿的造價(jià)反而降低。

4 P.H.P泥漿主要材料

(1)膨潤(rùn)土

膨潤(rùn)土為泥漿膠體質(zhì)的主要來(lái)源。膨潤(rùn)土采用鈣質(zhì)膨潤(rùn)土,膨潤(rùn)土摻量為泥漿體積的 8%～10%。

(2)純堿(Na2CO3)

純堿的主要作用為增大 pH值使黏土顆粒分散,并增加表面負(fù)電荷來(lái)吸附帶正電荷的鉆屑,使泥漿懸浮鉆屑效能更好。在施工過(guò)程中要注意隨時(shí)測(cè)定泥漿的 pH值,若 pH值過(guò)低時(shí)應(yīng)適當(dāng)加入純堿。純堿摻量為泥漿體積的 0.3%～0.5%。

(3)羥甲基纖維素(C.M.C)

羥甲基纖維素能夠提高泥漿的黏度,具有使土壁表面形成化學(xué)膜泥皮和降低失水量的功能。它常作為膨潤(rùn)土基漿的改性劑,摻量為泥漿體積的 0.5‰～1‰。

(4)聚丙烯酰胺 P.H.P

聚丙烯酰胺的作用是使泥漿具有觸變性,保持不分散、低固相、高黏度的優(yōu)質(zhì)性能。其摻用量為泥漿體積的 0.03‰左右。

5 P.H.P泥漿制備

5.1 基漿制備

基漿系指由膨潤(rùn)土和純堿拌制而成的泥漿,即普通泥漿中摻入一定量的純堿。制備基漿采用膨潤(rùn)土制漿機(jī),膨潤(rùn)土泥粉和水不能在自然狀態(tài)下混合成泥漿,必須通過(guò)強(qiáng)勁的攪動(dòng)才能形成膠體。膨潤(rùn)土制漿機(jī)拌和后注入池中,采用泥漿泵循環(huán)自吸 2～3 h使其充分混合。制備好的基漿一般存放 1～2 d后才能使用。

5.2 P.H.P鮮漿制備

(1)P.H.P鮮漿原料

P.H.P鮮漿用原料 PAM為非水解型,分子量為 1 000萬(wàn)左右。使用前要先水解,水解后稱“P.H.P”。工地常用常溫法,提前水解的步驟如下。

①將 PAM(100)置于清水(6000)中浸泡 1d。

②同時(shí)加入燒堿(NaOH)在攪拌筒中攪拌以促溶。NaOH用量可按反應(yīng)量計(jì)算,用量多少與 PAM分子量和水解度成正比。約為 PAM的 10%左右。

③停置 2～3 d,使 PAM分子有效地分散于水中,形成濃 P.H.P鮮漿。

(2)P.H.P水解度的不同表現(xiàn)出不同的特性

①用于鉆孔時(shí),為了控制失水量和堵漏以及懸浮鉆屑,在回流漿池中加入 60% ～70%的水解度的P.H.P濃鮮漿。

②用于沉淀池中,要求使泥漿中鉆屑細(xì)顆粒絮凝,要求制作 20%～30%水解度 P.H.P溶液。操作方法是加入補(bǔ)充膨潤(rùn)土淡基漿,來(lái)將 P.H.P水解度降低。

(3)P.H.P新鮮泥漿的配制

將 P.H.P(60%～70%)的濃漿液加入到前敘膨潤(rùn)土濃泥漿中,經(jīng)高壓反復(fù)噴射混合就形成 P.H.P新鮮濃泥漿。制后時(shí)應(yīng)注意：

①濃鮮漿的黏度要大幅度提高(即黏度 T≥25 s,達(dá)到 30 s以上)時(shí),必須先將基漿 pH值加堿調(diào)至≥10～12。此種濃度很高的鮮漿,以專用罐存放在施工中可隨時(shí)摻用到不同泥漿中使用。

②P.H.P摻用劑量為泥漿體積的 0.003%左右。最合理的比例應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)來(lái)決定,可用表征來(lái)觀察。

③P.H.P鮮漿的表征：P.H.P含量不足泥漿呈紅黃色,含量合適時(shí)呈嫩豆腐色果凍狀;過(guò)量變成清水水土分層。

6 P.H.P泥漿的使用

容桂水道特大橋每個(gè)承臺(tái)共 12根 φ2.3 m鉆孔樁,鋼護(hù)筒直徑為 2.5m。一般到河床面高度 10～1 m,因此每個(gè)鋼護(hù)筒可以裝泥漿50m3左右。施工時(shí)利用沒(méi)有擺鉆機(jī)的鋼護(hù)筒作為泥漿池,如圖1所示。

圖1 P.H.P泥漿制備工藝示意

鉆機(jī)采用正循環(huán)沖擊鉆機(jī),泥漿循環(huán)路線為鉆機(jī)→A沉淀池→B過(guò)濾池→C沉淀池→D泥漿池→鉆機(jī)。其中 A沉淀池主要為初次沉淀,在護(hù)筒上焊接鋼篩,過(guò)濾體積比較大的鉆渣。然后泥漿經(jīng)過(guò) B過(guò)濾池過(guò)濾,再經(jīng)過(guò) C沉淀池沉淀后,基本為清潔泥漿。在施工過(guò)程中根據(jù)實(shí)測(cè)指標(biāo)逐步用 E池中 P.H.P鮮漿補(bǔ)充,用于調(diào)整整個(gè)泥漿的質(zhì)量。施工用膨潤(rùn)土泥漿與 P.H.P基漿對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 施工用膨潤(rùn)土泥漿與P.H.P基漿對(duì)比

7 結(jié)語(yǔ)

容桂水道特大橋主跨鉆孔樁施工采用 P.H.P泥漿作為循環(huán)泥漿,使浮渣效率明顯提高,減少了沖擊鉆機(jī)每天重復(fù)沖擊鉆渣的現(xiàn)象。同時(shí)采用增加沉淀池和過(guò)濾池的辦法,更加減少回流泥漿中夾帶鉆渣的可能性,大大提高了沖擊的效率。第一輪施工的 4個(gè)鉆機(jī)完成一個(gè) 65m鉆孔樁需要 35 d時(shí)間,采用 P.H.P泥漿后僅需要 27d,時(shí)間縮短了 8 d。對(duì)施工完成的鉆孔樁取芯結(jié)果顯示,沒(méi)有采用 P.H.P泥漿鉆孔樁的沉渣厚度有 2～3 cm。而采用 P.H.P泥漿后沉渣幾乎為0,達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。通過(guò)實(shí)踐證明,采用 P.H.P泥漿既加快了鉆孔進(jìn)度,同時(shí)又降低樁底沉渣厚度,保證了工程質(zhì)量。

[1]桂業(yè)昆,邱式中.橋梁施工專項(xiàng)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社,2005.

[2]殷萬(wàn)壽.深水基礎(chǔ)工程[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,2003.

[3]安文漢.鐵路工程試驗(yàn)與檢測(cè)[M].太原：山西科學(xué)技術(shù)出版社,2006.

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1004-2954(2010)03-0086-02

2009-10-26

曹占良(1974—),男,工程師,1998年畢業(yè)于西南交通大學(xué)。

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