1·1工程概况：

跨胶州湾特大桥位于青岛市，其中跨海部分2.1公里，41个墩，采用旋挖钻孔灌注桩工艺成桩。其中桩径有Φ1.25m、Φ1.5m两种，平均桩长45m，采用三一360型号旋挖钻施工。

1·2工程地质条件：

设计勘察地层主要为第四系全新统人工堆积层，第四系全新统冲海积层淤泥质粉质黏土、粉质黏土、粉砂、细砂、中砂、粗砂、砾砂，下伏基岩为白垩系下统流纹岩、安山岩、砾岩、泥质砂岩及凝灰岩。

胶州湾海中地层主要为:第四系全新统人工堆积层，第四系全新统冲海积层淤泥质粉质黏土、粉质黏土、粉砂、细砂、中砂、粗砂，第四系上更新统冲洪积层黏土、粉质黏土、粉砂、细砂、中砂、粗砂及砾砂，下伏基岩为白垩系下统流紋岩、安山岩、角砾岩、泥质粉砂岩。D K 10+900附近揭露断层。

1·3 水文地质特征：

地下水主要为第四系孔隙潜水，主要接收大气降水补给及海水影响，设计单位勘察期间测得钻孔稳定水位0.90m ~ 3.60m ，高程1.20m ~ 3.08m ，水位季节变化幅度2 ~ 4m。

海中段位于典型半日潮潮汐的胶州湾内，潮汐最高潮位5.3m ，最低潮位-0.57m ，平均高潮位3.85m ，平均低潮位1.08m ，平均潮差2.7m ，最大潮差约6.8m 。

1·4 地质条件特点：

桩基施工的地质条件复杂，海床以下最深达5m 的淤泥质粉质粘土，为软塑状态，易造成塌孔。以下6m ～ 35m 的范围内分布着粉细沙、细沙层、中砂层和粗砂层，中间夹薄层粉质粘土，30m 范围内塌孔的可能性较大。

2·1 泥浆选择过程

2·1·1 粘土造浆

按照水:黄土:火碱=100:38:0.25的比例，用粘土配置泥浆，以降低作业成本。用火碱的目的是通过提高泥浆pH值保证粘土颗粒分散，增大粘粒表面负荷，增大水化膜厚度，以确保泥浆的稳定性和胶体率达到造浆要求。作业期间不定时检测泥浆质量，将泥浆比重控制在1.05 ～ 1.2g/cm³之间，含砂率在4% ～ 8%之间，使浆液粘度达到18 ～ 20P a ·s。按上述标准控制泥浆参数，可有效降低泥浆比重，从而确保浆液有足够的粘附力。但严格来讲，这套标准中泥浆的含砂率较大，造成钻进时孔壁坍塌，塌孔地层集中在粉细砂和细砂层之间。通过现场调研发现塌孔主要是因为泥浆比重偏小，粘度偏低，使孔壁泥膜不坚实所致。

2·1·2膨润土造浆

钻孔泥浆选用不分散、低固相、高粘度的优质膨润土造浆，另外适量加入火碱(NaOH )。

①膨润土:为泥浆胶体质的主要来源，采用以蒙脱石为主的钠质膨润土，具有较好的分散悬浮性和造浆性能，泥皮较薄，稳定性好，造浆率高(1t膨润土可造12m³ ～ 16m³ 泥浆)，质量等级为二级标准。膨润土掺量为泥浆体积的6% ～ 10%，即100m³泥浆需用6t ～ 10t膨润土。为了增大泥浆中胶体的成份，选择胶体率大(≧96% )和含砂率少(0 ～ 0.3% )的膨润土，特别注意不能错用铸造用的膨润土(胶体率特别低)。

②火碱(NaOH ):其指标应符合标准。在泥浆中添加火碱，目的是提高pH值，保证粘土颗粒分散，同时增大表面负电荷，增强泥浆对带正电荷钻渣(特别是悬浮钻渣)的吸附能力，所以回流孔内泥浆的pH值应该偏高一些。配置泥浆时，火碱的添加量应该是泥浆体积的0.3% ～ 0.5%，也就是说100m³泥浆要添加300 ～ 500公斤火碱。一般情况下，添加火碱后，泥浆的pH值能够提高到10～12左右，这时再添加膨润土，可大幅度提高泥浆的粘附性。

指标	新造浆	钻进	回流	清孔
比重V(g/cm3)	<1.03	<1.20	<1.08	1.06~1.1
粘度T(Pa·s)	20～22	25～28	24～26	22～24
含砂率π(%)	<0.3	<4.0	0.5～1.0	≦0.50

膨润土泥浆各阶段性能指标检测

膨润土泥浆各项指标均符合要求，成孔质量有较大的提高，但仍然发生塌孔现象，塌孔地层为较厚的粉砂层和细砂层。说明在复杂地质条件下，按常规性能指标要求，泥浆护壁效果不明显。同时，膨润土泥浆的最大缺陷在于钻渣沉淀速度慢，清孔时钻渣很难同时沉淀下来，往往在首次清孔后，下完钢筋笼，二次清孔前短短2～3小时，沉渣厚度超过1m，水下混凝土灌注过程中，仍有大量钻渣沉淀，影响桩身质量，而且海中施工膨润土造浆极易污染海水。

2·1·3 化学聚合物泥浆应用

在本工程中复杂地质条件下，需要较大粘度的泥浆达到稳定的护壁效果，彻底解决钻孔过程中的塌孔问题，同时，要求钻渣沉淀速度快，造浆不污染海域，又要确保桩身质量。经过反复对比研究，决定采用化学聚合物泥浆。本工程中采用奈普顿(Neptune )化学聚合物泥浆。

制配泥浆时，先通过pH试纸对配制用水的p H值进行测定，根据测定结果加入适量的火碱(添加量约为 0.5kg/m ³)，将泥浆体系的pH值调节到8～10,减少因海水问题造成对泥浆性能的影响。

在喷射的水流中冲入可使聚合物泥浆原料迅速水化分散，并利用空压机鼓动泥浆不少于0.5小时以上直至泥浆材料充分水化分散。

项目	指标	检测方法
泥浆比重(g/cm3)	1.0	比重计
粘度(Pa·s)	35	1006型漏斗粘度计
pH值	8.0～11.0	pH测试仪器或pH试纸
含砂率(%)	≦0.5	含砂量测试

化学聚合物泥浆的性能指标

首次制备泥浆时采用万分之五的配比（即100m³水中添加50KG奈普顿化学聚合物泥浆）。用1006型漏斗粘度计测量溶液的黏度约为28s，要求手感稍有粘度起线丝状态。（该标准不适用于特殊地质）

钻进时提前备好泥浆，遇到砂层较厚的情况时，伴随钻进过程持续补浆，以维持钻进液面，平衡地层压力。

钻进结束后查看孔深情况，适当停顿15～40min。用钻机打捞孔底沉渣（打捞时不宜控浆）后，按照设计要求将钢筋笼、注浆导管下放到孔底，照此操作，如无意外情况都可以达到灌注桩要求的含砂量及沉砂量，经过打捞后有的地层依然有大量沉砂，但都属于个别情况，对这部分地层可增加打捞次数，直到沉砂量达到设计要求后再下放钢筋笼。一般来说，化学聚合物泥浆本身就具有快速沉淀钻渣的功能，成孔时残留在孔内的沉渣本来就很少，下放钢筋笼后沉渣厚度通常在10cm以下，如果都符合要求可跳过二次清孔直接进行下一道工序。此外，聚合物泥浆不会粘附在孔壁上，也不会带钻渣，可以大幅度提高摩擦承载力。

灌桩后，如果返回的泥浆粘度不足30s，就要开启循环泵进行自循环，然后从进水口处补充奈普顿化学聚合物泥浆原料，并用空压机搅拌均匀。

2·2 化学聚合物泥浆应用效果

使用化学聚合物泥浆钻孔不仅实现了快速成孔（成孔速度为5～10h/根），而且有效避免了塌孔问题，保证了成桩质量。经检验，采用聚合物泥浆成桩登记都符合一类桩标准，且环境得到保护，泥浆不污染水域。

3 总结

聚合物泥浆作为一种新型材料有着与粘土泥浆和膨润土泥浆截然不同的性能。快速沉淀钻渣的能力比较显著，特别是膨润土和粘土较难适应的复杂地质条件及砂层较厚的地层，其粘度大，比重小，含砂率小的特点在现场施工中取得了良好的实际效果。作为一种相对环保的产品，相信在类似海洋复杂的地质条件下能够更大地发挥作用此施工经验亦可以在砂层较厚陆地桩基旋挖施工中推广应用。