超比重泥漿旋挖鉆施工技術(shù)

摘 要：旋挖鉆以其高效、靈活、成樁速度快等優(yōu)越性被廣泛應(yīng)用于鐵路、公路、房建等基礎(chǔ)施工中，在地質(zhì)情況較復(fù)雜，特別是地面下為卵石層、砂層時，鉆孔過程中極易發(fā)生坍塌，因此施工過程中必須采取措施防止護壁坍塌。通過加大泥漿比重、控制灌注壓力、改變混凝土和易性等技術(shù)措施，解決快速成孔過程中的易坍塌問題和因超比重泥漿引起的水下混凝土灌注困難等問題。

關(guān)鍵詞：泥漿；旋挖鉆；施工技術(shù)

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）12-0134-01

隨著高速公路的迅速發(fā)展，大橋及特大橋在高速公路項目投資中占有很大的比重，鉆孔樁施工也日益增多、施工技術(shù)也日趨成熟。近年來，旋挖鉆以其高效、靈活、成樁速度快等特點被廣泛應(yīng)用于鉆孔樁施工當中，但當?shù)刭|(zhì)條件為砂礫層和碎石層時，受鉆機振動影響，對周圍土體擾動較大，極易塌孔并造成安全質(zhì)量事故。為充分利用旋挖鉆穿越其他地層快的特點，又能保證通過砂礫層時成孔快速不塌孔，經(jīng)反復(fù)試驗并結(jié)合多年施工經(jīng)驗，總結(jié)出超比重泥漿旋挖鉆成孔灌注樁施工技術(shù)，為類似地址條件下采用旋挖鉆施工提供技術(shù)經(jīng)驗。

1 工程概況

馬閆山漾水河大橋位于甘肅省隴南市西和縣劉家河壩村東側(cè)，橋的中心里程為K666+733.317，橋長196.5m。橋址位于漾水河河床，地形略有起伏，地勢向中心傾斜。設(shè)計樁徑為1.5m，孔深27m，為摩擦樁基礎(chǔ)。勘測結(jié)果表明，本橋地質(zhì)情況較復(fù)雜，主要以泥灰?guī)r為主，但地面下5～10m為卵石層，易發(fā)生坍塌，施工過程中必須采取有效措施防止坍塌。

傳統(tǒng)沖擊鉆機可以滿足不同地址條件，但成樁速度慢，多臺鉆機施工時，電力需求較大，泥漿池數(shù)量大對環(huán)保有較大影響；正反循環(huán)鉆機，穿越沙土層地質(zhì)時速度較快，穿越巖層地質(zhì)時速度較慢，單樁成孔時間周期長；旋挖鉆機具有裝機功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機動靈活、自備動力，施工效率高等特點，可用于不同地質(zhì)條件，但在穿越較厚砂卵層地質(zhì)時容易發(fā)生塌孔。

2 泥漿比重超標法

2.1 泥漿護壁原理

泥漿的比重是泥漿與4℃時同體積水的重量之比。泥漿比重的大小與泥漿中固相含量和固相的比重，其次與泥漿中可溶性鹽的數(shù)量有關(guān)。利用泥漿產(chǎn)生的徑向壓力，可以減小孔邊最大剪切應(yīng)力，達到防止孔壁坍塌的目的。同時，泥漿還具有填塞沙土層空隙保持孔內(nèi)水位，防止流失，夾帶鉆碴的作用。泥漿比重的大小將直接影響孔壁穩(wěn)定和水下混凝土的灌注，比重越大越能維持鉆孔和地表間力的平衡，因此也容易成孔，有效的防止塌孔，但同時過大的泥漿比重也會造成水下混凝土灌注困難。

2.2 傳統(tǒng)鉆機泥漿護壁指標

泥漿的作用是護壁。泥漿比重過小，易出現(xiàn)塌孔，泥漿比重過大將影響混凝土的灌注。經(jīng)比選采用泥漿比重為1.25粘度為22～30的泥漿。

制備泥漿的粘土要以造漿能力強，粘度大粘土為主，其技術(shù)指標滿足膠體率≥95%，含沙率≤2%等特點。每立方米泥漿所需粘土用量：

q=Vρ1= （ρ2-ρ3）/（ρ1-ρ3）

式中 V—每立方米泥漿所需粘土體積（m3）；

ρ1——粘土的密度取1.4（t/m3）；

ρ2——要求的泥漿密度1.25（t/m3）；

ρ3——水密度1（t/m3）。

經(jīng)計算得出每方泥漿須用0.625kg粘土。

3 泥漿比重超標法灌注樁的施工控制要點

由于泥漿比重過大必將影響混凝土的順利灌注，因此從灌注樁的施工控制要點入手，經(jīng)研究分析采用以下幾個措施來保證混凝土的順利灌注。

3.1 增大導管內(nèi)外高度差

灌注水下樁的原理為：利用混凝土的自身重力作用，使導管內(nèi)混凝土與導管外樁孔內(nèi)泥漿的壓力差達到平衡狀態(tài)，從而實現(xiàn)混凝土的自行灌注。導管內(nèi)混凝土受力情況分析：

G=F浮+F摩 （1）

式中 G——混凝土自身重量；

F浮——管中混凝土的浮力；

F摩——混凝土與管壁的摩擦力。

由（1）得：

ρ砼h1g=uρ砼△hg+ρ泥漿h2g

△h=（ρ砼h1-ρ泥漿h2）/uρ砼 （2）

式中 ρ砼——混凝土的比重；

u——混凝土與導管問摩擦系數(shù)；

ρ泥漿——泥漿的比重。

由于（2）式中ρ砼、h2、u為定值，那么當ρ泥漿增大，若△h不變，那么h1就必須增大。

此時（h1 - h2）即△h發(fā)生變化，也就是說ρ泥漿增大，△h必須增大，才能保證混凝土自動平衡。因此，為了保證混凝土的自行灌注，必須增加導管內(nèi)外高度差才是保證混凝土灌注成功的關(guān)鍵措施。

3.2 改變混凝土的和易性，減少導管與混凝土的摩擦力

因為式（2）△h=（ρ砼h1-ρ泥漿h2 ）/uρ砼中，當△h、h1、h2、ρ砼均為定值時，那么ρ泥漿增大，u只有減小。

混凝土的和易性主要表現(xiàn)在流動性、粘聚性和保水性3個方面?；炷涟韬衔镌诒３炙冶炔蛔兊那闆r下，水泥用量越多，包裹在骨顆粒表面的漿層越厚，潤滑作用越好，骨料間摩擦力減小，混凝土易于流動。

3.3 保持孔內(nèi)水頭壓力

只有孔內(nèi)水頭壓力大于地下水壓力，才能保證孔內(nèi)泥漿向外擠壓，不至于反向滲透，造成孔壁坍塌。

3.4 利用混凝土自身特點，合理摻入緩凝劑

由于樁徑較大，灌注混凝土較長，水下混凝土的水化熱不易散發(fā)，混凝土在高溫的情況下，容易縮短初凝時間，水泥的初凝時間一般只有2h多一些，混凝土的初凝時間更短，為了保證水下混凝土的順利灌注，因此必須摻入一定量的緩凝減水劑。 緩凝減水劑的摻入量，需通過試驗來決定，必須保證所摻入的緩凝減水劑對混凝土的耐久性無影響。要保證初凝時間不早于灌注樁全部灌注完成的時間。水下混凝土的拌合物塌落度宜控制在180～220mm，保證和易性良好，無離析、無泌水等。原材料方面：水泥宜選用42.5普通硅酸鹽水泥，砂宜選用級配良好的中砂，碎石選用三級配的碎石，嚴格控制針片狀的含量，水選用飲用水，不能選用硫酸鹽及氯化物超標的水，否則會對混凝土及鋼筋產(chǎn)生銹蝕。

3.5 縮短拆裝導管的間隔時間

水下混凝土灌注中，速度越快，越不易出現(xiàn)離析和凝固，但是水下混凝土澆筑過快會導致鋼筋籠上浮，因此，必須要加強各工序間密切配合，才能在短時間內(nèi)灌注成形，當導管內(nèi)混凝土不滿時，應(yīng)緩慢灌注，防止在導管內(nèi)產(chǎn)生高壓氣囊，從而保證混凝土順利灌注及混凝土成形質(zhì)量滿足設(shè)計要求。