聚合物泥浆在旋挖式灌注桩施工中的应用

化学聚合物泥浆在旋挖式灌注桩施工中的应用
近年来，随着国家重点工程对桩孔质量、成孔速度及施工环保等要求的不断提高，以及在高速铁路建设的带动下，中国的旋挖钻市场占有率在迅速扩大，并取得良好的经济和社会效益，引起了广泛的关注。旋挖钻机成桩亦称回转斗成桩、取土成桩，英文名称“Earth Drill”，在覆盖层施工具有成孔质量好、速度快，无噪音、无污染或小污染等优势，一般采用静态泥浆稳定液护壁。
目前我国传统上仍采用膨润土矿物泥浆护壁，但是随着市场的发展，一些国外化学聚合物泥浆技术也已经逐渐地引入了国内。本文就西安咸阳机场高速专线基础工程某段施工案例介绍化学聚合物泥浆在旋挖钻机中地应用，以供读者参考。

一、　　工程概况
咸阳机场高速专线工程桩径φ1800毫米，桩长平均37米，本合同段共约130颗桩，全部为混凝土灌注桩。地质情况3米左右为粘土层，3米以下～40米均为砂层。
二、成孔工艺流程

三、泥浆配制
旋挖取土成孔中，静态泥浆作为成孔过程的稳定液，主要作用是护壁。化学聚合物泥浆主要由高分子聚合物水解后形成。由于泥浆聚合物分子量一般高达2000万以上，水解后分子琏扩散并会与其他分子琏重新连接，故会形成较为粘稠的近似糊状的泥浆，能够最大限度的粘住并沉淀钻屑。该泥浆体系能对孔壁提供压力，防止在不稳定地层中钻孔的坍塌；同时最大化旋挖钻的装载能力，提高掘进速度。
1、静态化学泥浆主要材料配比表（以美国捷高科技公司产品顺帮（Bore Pac）化学泥浆为例）：

材料名称　　成分　　配比　　说明
水　　H2O　　100％　　静态泥浆的主体。水中不应含有较多钙、镁等杂质离子，亦可在盐水中配制
顺帮Bore Pac　　高分子聚合物　　0.03％～0.04%　　化学聚合物泥浆的主要材料,增加粘度控制孔壁稳定
纯碱　　Na2CO3　　0.05%~0.08%　　改善水质、促进聚合物迅速水解

2、泥浆的配制
配制泥浆以前，应先使用pH试纸测试配制水源的pH值，根据具体情况添加少量纯碱（纯碱的添加量一般为每立方米0.5千克左右，具体加量视现场pH测试结果确定），将泥浆体系的pH值调节到9～10，减少因水源问题造成对泥浆性能的影响。
在喷射的水流中冲入可使泥浆材料迅速水化分散，并利用空压机鼓动泥浆不少于3小时以上直至泥浆材料充分水化分散。
3．化学泥浆的性能指标要求
项目　　指标　　检测方法
密度（kg/m3）

－最后清孔前
－浇注混凝土前　　

≤ 1025*
　　泥浆比重（密度）
API 13B-1
章节1
粘度（秒/升）

－钻进施工中

－最后清孔前
－浇注混凝土前　　

35 ～ 78

≤ 60
　　马氏漏斗粘度测定
API 13B-1
章节2.2
pH　　8.0 ～ 11.0　　pH测试仪或pH试纸
含砂量（％）

－最后清孔前
－浇注混凝土前　　

≤ 0.5
　　含砂量测试
API 13B-1
章节5
*经注册工程师确认后，可用盐水配浆，泥浆的密度允许增大至32 kg/m3。
泥浆检测时，泥浆的温度应大于4℃。


四、护筒埋设
护筒具有导正钻具、控制桩位、隔离地面水渗漏、防止孔口坍塌、抬高孔内静压水头和固定钢筋笼等作用，应认真埋设。本工程采用4米钢护筒，可以埋至粘土层以下500毫米，能有效防止孔口渗漏坍塌及周围环境振动、冲击对桩孔的影响。埋设时，先放出桩位中心点，在护筒外80～100cm的过中心点的正交十字上埋设控制桩，然后在桩位外挖出比护筒大60cm的圆坑，然后将护筒用钢丝绳对称吊放入孔内，在护筒上找出护筒的圆心（可拉正交十字线），然后通过控制桩放样，找出桩位中心，移动护筒，使护筒的中心与桩位中心重合。同时用水平尺（或吊线坠）校验护筒竖直后，在护筒周围回填含水量适合的粘土，分层夯实。夯填时要防止护筒的偏斜，护筒埋设后，质量员和监理工程师验收护筒中心偏差和孔口标高。
五、钻进成孔
1、在护筒内注满泥浆后，开始钻进，钻进过程中要不断补充泥浆，使孔内水头高度始终保持不低于护筒高度的1/2，以防止压力失控导致坍孔。
2、钻机施工时要注意控制钻具的提起和下放速度，尤其是在出入孔口和初提钻时，减少对泥浆体系的扰动，加快泥浆中钻屑的沉降，同时还可以减少对孔壁的扰动，保证孔壁稳定。
3、由于与膨润土泥浆携带钻屑不同，化学聚合物泥浆主要是将孔内钻屑快速沉淀，所以在钻孔后期，为保证孔中钻屑充分沉淀，宜适当放慢钻进速度或静止半小时左右待钻屑沉淀完全后一起捞出。
4、钻进结束后检测孔径、孔深、垂直度，验收合格后进行下一道工序。
六、钢筋笼吊放
1、钢筋笼的吊放要对准孔位、扶稳、缓慢，避免碰撞孔位，到位后立即固定。
2、多节钢筋笼吊放时，应将钢筋笼逐步接长后再放入孔内，利用先插入孔内的钢筋笼上部架立筋将笼体固定在护筒上，利用吊装机械将上节钢筋笼临时吊住进行两节钢筋笼的对接和绑扎，焊缝验收后冷却沉入孔内。

七、二次清孔
由于化学聚合物泥浆本身的快速沉淀钻屑性能，在成孔时孔内悬浮钻屑就已经非常少了，所以在钢筋笼后测量沉渣厚度均不超过10cm，无需二次清孔，有效提高了成孔效率和质量，体现了与膨润土泥浆的不同。
八、水下混凝土灌注
清孔完毕后，由导管上部塞入隔水塞，塞入深度以临近水为准，当储料斗内的混凝土储量满足剪栓后首次灌注时，即保证导管底端能埋入混凝土中0.8~1.2m时，即可剪栓和开启料仓门。随着不断地灌入，孔内混凝土面的上升，随时提升和拆卸导管，导管底端必须保证埋入管外的混凝土面以下2～3m。
在任何情况下，导管的埋深不得大于6m。
由于聚合物泥浆并不在孔壁上形成厚的泥皮，且泥浆体系中不含钻屑，所以能够有效地提高桩摩擦承载力，通过检测，使用聚合物泥浆成孔的桩95％以上达到了I类桩标准。
九、社会经济效益
聚合物泥浆作为一种新的材料被引入中国泥浆护壁旋挖式灌注桩市场，有着与膨润土泥浆迥然不同的性能。快速沉淀钻屑的能力比较显著，特别是针对一些传统膨润土较难对付的容易产生较多沉渣的地层，取得了良好的效果。作为一种环保产品，相信在今后的旋挖市场上能够更大地发挥其作用。