化学泥浆护壁成孔的灌注桩施工-聚合物泥浆?！
2019-3-21 17:38:53 点击：
1 工程概况
兖矿榆林100万吨/年煤间接液化制油工业示范项目气化装置区，总占地面积56089m2，总建筑面积为87095.23m2。其中：磨煤厂房17329.23m2，总7层；气化框架28429.36m2，总10层；渣水处理21934m2，总5层；基础均采用钻孔桩。
1.1 地形地貌
厂址所在区域地处陕北黄土高原和毛乌素沙漠的接壤地带，地貌单元属毛乌素沙漠东南部边缘地带固定沙丘。场地地形起伏较大，由东北向西南逐渐降低，地面标高1171.66～1186.63m，相对高差14.97m。
1.2 场地水文地质条件
该地区属于北纬带半干旱草原气候，地貌上可划分为风沙区、黄土丘陵沟壑区和河谷阶地区。厂区地下水类型为潜水，主要靠大气降水补给，水位年变幅约1.0～2.0m。
1.3 场地地层结构
1.3.1 （1）层细砂素填土（Q4ml）：褐黄色，稍湿，松散，主要成分为细砂，土质均匀，底部见多量杂草和植物根系。
1.3.2 （2）层细砂（Q4eol）：褐黄色，稍湿，松散，主要成分为石英、砂质均匀，结构松散，磨圆度差，颗粒级配差。
1.3.3 （3）层细砂（Q4eol）：褐黄色，湿～饱和，稍密，主要成分为石英、砂质均匀，结构松散，磨圆度差，颗粒级配差。
1.3.4 （4）层细砂（Q4eol）：黄褐～黄灰色，饱和，中密～密实，砂质均匀，以石英、长石为主，磨圆度差，颗粒级配差。（4-1）层细砂（Q4eol）：灰～深灰色，中密～密实，饱和，含少量有机质，砂质较纯，级配差，颗粒以长石、石英为主。
1.3.5 （5）层新黄土（Q3eol）：褐黄～黄褐色，可塑，含少量氧化铁，手捻有砂感，土质均匀，偶见姜石和针状孔隙，见钙质条纹。（5-1）层细砂（Q3eol）：褐色，密实，饱和，含少量黏性土，稍具可塑性。
1.3.6 （6）层老黄土（Q2eol）：棕红色，硬塑，土质均匀，见铁锰氧化物斑点。
1.3.7 （7）层全风化砂岩（K）：棕红～紫红色， 岩芯呈密实细砂状，采取率大于90%。该层风化不均，分布不连续。
1.3.8 （8）层强风化砂岩（K）：棕红～紫红色，岩芯呈块状，短柱状，采取率大于90%。场区普遍分布。
1.3.9 （9）层强风化泥岩（K）：棕红～紫红色，岩芯呈坚硬黏土状，岩芯采取率大于95%。场区普遍分布。
1.3.10 （10）层中风化砂岩（K）：棕红～紫红色，岩芯呈长柱状，一般长度为10～20cm，最大长度约为45cm，岩芯采取率大于95%。该层勘察深度未穿透。
1.3.11 （11）层中风化泥岩（K）：棕红～紫红色，泥质结构，层状构造，岩芯呈长柱状，一般长度20～30cm，最大长度约为40cm，易干裂。该层勘察深度未穿透。
1.4 成孔方法选择
桩基采用旋挖成孔灌注桩，考虑到工程进度比较紧张和环保要求等因素，通过对现场地质情况的分析，采用国内目前应用广泛的250型旋挖钻机。
2 泥浆的重要性
规范要求泥浆的比重控制在1.15～1.20g/cm3之间（用比重计测，清孔后在距孔底50cm处取样），泥浆的粘度18～22Pa·s，泥浆的含砂率应不大于4%。钻孔泥浆质量差将造成以下后果：
（1）无法形成护壁泥膜或形成泥皮粘附力差，易于脱落，导致孔壁稳定性差，易塌孔和缩颈。
（2）泥浆的稠度大，比重大，含砂率高，形成的泥皮质量差，厚度大，降低桩的侧摩阻力。
3 应用研究
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，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。本工程中采用化学聚合物泥浆。
3.1 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，水解后分子链扩散并会与其他分子链重新连接，故会形成较为粘稠的近似糊状的泥浆，能够最大限度地粘住并沉淀钻屑。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。
3.2 性能指标
化学泥浆的性能指标为：泥浆比重（g/cm3），指标1.0，粘度（Pa·s）35，pH值8.0～11.0，含砂量（%）≤0.5。
经工程师确认后，可用盐水配浆，泥浆的密度允许增大至32kg/m3。泥浆检测时，泥浆的温度应大于4。
3.3 旋挖钻进成孔
3.3.1 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。
3.3.2 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。
3.4 二次清孔
由于化学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，根据实际情况可不进行二次清孔，有效提高了成孔效率和成桩质量，体现了与粘土造浆以及膨润土泥浆的不同。
另外化学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摩擦承载力。
3.5 化学泥浆应用效果
采用化学泥浆后，再也没有出现过塌孔现象，旋挖成孔速度明显加快，一般可以达到10～12小时成一根桩。同时，成桩质量也有明显提高。通过检测，使用化学泥浆成孔的桩97%以上达到了I类桩标准。
兖矿榆林100万吨/年煤间接液化制油工业示范项目气化装置区，总占地面积56089m2，总建筑面积为87095.23m2。其中：磨煤厂房17329.23m2，总7层；气化框架28429.36m2，总10层；渣水处理21934m2，总5层；基础均采用钻孔桩。
1.1 地形地貌
厂址所在区域地处陕北黄土高原和毛乌素沙漠的接壤地带，地貌单元属毛乌素沙漠东南部边缘地带固定沙丘。场地地形起伏较大，由东北向西南逐渐降低，地面标高1171.66～1186.63m，相对高差14.97m。
1.2 场地水文地质条件
该地区属于北纬带半干旱草原气候，地貌上可划分为风沙区、黄土丘陵沟壑区和河谷阶地区。厂区地下水类型为潜水，主要靠大气降水补给，水位年变幅约1.0～2.0m。
1.3 场地地层结构
1.3.1 （1）层细砂素填土（Q4ml）：褐黄色，稍湿，松散，主要成分为细砂，土质均匀，底部见多量杂草和植物根系。
1.3.2 （2）层细砂（Q4eol）：褐黄色，稍湿，松散，主要成分为石英、砂质均匀，结构松散，磨圆度差，颗粒级配差。
1.3.3 （3）层细砂（Q4eol）：褐黄色，湿～饱和，稍密，主要成分为石英、砂质均匀，结构松散，磨圆度差，颗粒级配差。
1.3.4 （4）层细砂（Q4eol）：黄褐～黄灰色，饱和，中密～密实，砂质均匀，以石英、长石为主，磨圆度差，颗粒级配差。（4-1）层细砂（Q4eol）：灰～深灰色，中密～密实，饱和，含少量有机质，砂质较纯，级配差，颗粒以长石、石英为主。
1.3.5 （5）层新黄土（Q3eol）：褐黄～黄褐色，可塑，含少量氧化铁，手捻有砂感，土质均匀，偶见姜石和针状孔隙，见钙质条纹。（5-1）层细砂（Q3eol）：褐色，密实，饱和，含少量黏性土，稍具可塑性。
1.3.6 （6）层老黄土（Q2eol）：棕红色，硬塑，土质均匀，见铁锰氧化物斑点。
1.3.7 （7）层全风化砂岩（K）：棕红～紫红色， 岩芯呈密实细砂状，采取率大于90%。该层风化不均，分布不连续。
1.3.8 （8）层强风化砂岩（K）：棕红～紫红色，岩芯呈块状，短柱状，采取率大于90%。场区普遍分布。
1.3.9 （9）层强风化泥岩（K）：棕红～紫红色，岩芯呈坚硬黏土状，岩芯采取率大于95%。场区普遍分布。
1.3.10 （10）层中风化砂岩（K）：棕红～紫红色，岩芯呈长柱状，一般长度为10～20cm，最大长度约为45cm，岩芯采取率大于95%。该层勘察深度未穿透。
1.3.11 （11）层中风化泥岩（K）：棕红～紫红色，泥质结构，层状构造，岩芯呈长柱状，一般长度20～30cm，最大长度约为40cm，易干裂。该层勘察深度未穿透。
1.4 成孔方法选择
桩基采用旋挖成孔灌注桩，考虑到工程进度比较紧张和环保要求等因素，通过对现场地质情况的分析，采用国内目前应用广泛的250型旋挖钻机。
2 泥浆的重要性
规范要求泥浆的比重控制在1.15～1.20g/cm3之间（用比重计测，清孔后在距孔底50cm处取样），泥浆的粘度18～22Pa·s，泥浆的含砂率应不大于4%。钻孔泥浆质量差将造成以下后果：
（1）无法形成护壁泥膜或形成泥皮粘附力差，易于脱落，导致孔壁稳定性差，易塌孔和缩颈。
（2）泥浆的稠度大，比重大，含砂率高，形成的泥皮质量差，厚度大，降低桩的侧摩阻力。
3 应用研究
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，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。本工程中采用化学聚合物泥浆。
3.1 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，水解后分子链扩散并会与其他分子链重新连接，故会形成较为粘稠的近似糊状的泥浆，能够最大限度地粘住并沉淀钻屑。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。
3.2 性能指标
化学泥浆的性能指标为：泥浆比重（g/cm3），指标1.0，粘度（Pa·s）35，pH值8.0～11.0，含砂量（%）≤0.5。
经工程师确认后，可用盐水配浆，泥浆的密度允许增大至32kg/m3。泥浆检测时，泥浆的温度应大于4。
3.3 旋挖钻进成孔
3.3.1 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。
3.3.2 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。
3.4 二次清孔
由于化学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，根据实际情况可不进行二次清孔，有效提高了成孔效率和成桩质量，体现了与粘土造浆以及膨润土泥浆的不同。
另外化学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摩擦承载力。
3.5 化学泥浆应用效果
采用化学泥浆后，再也没有出现过塌孔现象，旋挖成孔速度明显加快，一般可以达到10～12小时成一根桩。同时，成桩质量也有明显提高。通过检测，使用化学泥浆成孔的桩97%以上达到了I类桩标准。
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