泥漿在巖溶區(qū)沖(鉆)孔樁施工的技術(shù)要領(lǐng)

泥漿是沖(鉆)孔樁施工工藝的重要組成部分，其物質(zhì)的構(gòu)成，配比參數(shù)的選用以及工藝過程的適時(shí)調(diào)整諸環(huán)節(jié)都直接關(guān)系到的工程質(zhì)量與項(xiàng)目效益。龍巖市裕福國(guó)際花園大廈樁基礎(chǔ)施工初期，因孔內(nèi)漏漿、孔壁坍塌等原因?qū)е聸_孔樁砼灌注充盈系數(shù)出現(xiàn)異常高位值，施工成本急劇攀升，工程處于虧損狀態(tài)難以維繼。施工單位精心組織技術(shù)攻關(guān)，通過對(duì)泥漿進(jìn)行改良試驗(yàn)、推廣，總結(jié)形成了一套泥漿工藝新技術(shù)，有效解決了施工中存在的問題，成效顯著。

1 項(xiàng)目的背景和施工初期存在的問題

龍巖裕福國(guó)際花園大廈位于龍巖市區(qū)中心地段，其主體設(shè)計(jì)為三幢主樓28-30層，一層地下室，裙樓三層(局部為6層)組成，地上總建筑面積52482m2，地下總建筑面積7916m2，主樓高度達(dá)98.25m，是龍巖市高層建筑樓群之一。該建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用樁型為沖孔灌注樁，總樁數(shù)334根，樁徑有 φ700mm～φ1000mm四種。其中 φ700mm89根，φ800mm99根，φ900mm93根，φ1000mm53 根，理論灌砼量約5000米3。

眾所周知，龍巖盆地屬石灰?guī)r溶洞區(qū)域，本項(xiàng)目施工場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、巖溶較為發(fā)育，因此成孔過程中頻頻出現(xiàn)了泥漿大量漏失現(xiàn)象，致使孔壁嚴(yán)重垮塌，工藝難度明顯加大。根據(jù)樁基施工順序，先期投入的4臺(tái)沖孔樁機(jī)分別安排在場(chǎng)地中部和東部同時(shí)施工，結(jié)果首批4根成樁的砼灌注充盈系數(shù)分別為:205#樁 1.57、323#樁 2.06、320#樁 1.97、324#樁2.53，充盈系數(shù)平均值競(jìng)達(dá)到2.03，大大超過施工合同約定的1.35上限指標(biāo)，項(xiàng)目施工一度陷入困境。特別是324#樁成孔施工時(shí)，因孔壁坍塌嚴(yán)重波及地面產(chǎn)生多處裂縫，導(dǎo)致樁機(jī)機(jī)臺(tái)整體發(fā)生下沉，直接危及施工設(shè)備與人員的安全，施工工期也被大大的延誤了。

2 技術(shù)攻關(guān)小組的成立及尋找問題的解決辦法

為解決漏漿及孔壁垮塌問題，確保設(shè)備及施工人員安全，搶回延誤的工期，避免不利情勢(shì)繼續(xù)惡化，施工單位及時(shí)成立了技術(shù)攻關(guān)小組，對(duì)現(xiàn)狀進(jìn)行認(rèn)真分析研判，努力尋求應(yīng)對(duì)措施。技術(shù)攻關(guān)小組發(fā)現(xiàn)，該場(chǎng)地地層自上而下依次為:雜填土層、沙石層、卵石層、含沙石角礫層、含碎石角礫粉質(zhì)粘土層、巖溶層、灰?guī)r層(局部已大理石化)。然而該區(qū)域灰?guī)r溶洞卻普遍發(fā)育，且地下水之間通聯(lián)性強(qiáng)，勢(shì)必加大了沖孔樁施工工藝的難度。在此情況下，技術(shù)攻關(guān)小組一致認(rèn)為，必須必須切實(shí)做到在成孔施工中通過泥漿的不斷循環(huán)流動(dòng)，使孔壁的穩(wěn)定性不被破壞，并且能一直持續(xù)到成樁砼灌工序結(jié)束。因此當(dāng)務(wù)之急是必須對(duì)當(dāng)下使用的泥漿進(jìn)行改良，調(diào)配出一種適合本場(chǎng)地地層特性的新型泥漿。經(jīng)過行業(yè)調(diào)研和專業(yè)泥漿廠商技術(shù)咨詢，對(duì)多種造漿材料的性能比較之后，技術(shù)攻關(guān)小組最后決定選用上海哈利專用泥漿復(fù)合劑(下稱HL)作為造漿輔助材料，配制出一種HL復(fù)合新泥漿。

3 試驗(yàn)結(jié)果糾正了泥漿前期使用認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)

從早期的施工記錄資料看，并且通過對(duì)幾個(gè)充盈系數(shù)較大值的樁位在不同深度孔段商品砼的灌注量進(jìn)行分析，繪制出沖孔樁砼灌注柱狀圖(如圖1)?？讟吨鶢顖D呈明顯的“葫蘆”形狀，超量灌注的商品砼就是被這些“葫蘆”邊超出樁徑部分的空間給“吃”掉了。再對(duì)照這幾個(gè)孔樁位置的地層柱狀圖，表明“葫蘆”均出現(xiàn)在含碎石角礫質(zhì)粘土層以及含有充填溶洞的石灰?guī)r地層段中。

結(jié)癥找到了，解決問題的辦法在哪呢?根據(jù)廠商提供的配漿方法，結(jié)合施工場(chǎng)地實(shí)際情況，新泥漿配制后首選位于場(chǎng)地西、中、東部不同地段的199#、296#、305#三根樁上進(jìn)行試驗(yàn)。

圖1 沖孔樁砼灌注與地層柱狀對(duì)照?qǐng)D

試驗(yàn)初期我們先在原有的泥漿池中加入一定量的HL復(fù)合劑拌勻后使用，效果不甚明顯，隨后再逐步添加HL復(fù)合劑量，同時(shí)調(diào)高泥漿的濃度和粘稠度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)依然沒有效果。這時(shí)有人對(duì)HL復(fù)合劑的防漏護(hù)壁實(shí)用性產(chǎn)生了懷疑。帶著疑問技術(shù)攻關(guān)小組緊接著又對(duì)HL復(fù)合劑與普通泥漿的工藝性能作進(jìn)一步的深入研究。圖2是實(shí)驗(yàn)室的三張泥皮性能對(duì)比圖。其中A圖是取場(chǎng)地原狀土(主要是沙質(zhì)粉土)用清水調(diào)配好的泥漿;B圖是在原漿的基礎(chǔ)上加入純堿和聚合物的泥漿;C圖則是在B圖的基礎(chǔ)上再加入HL復(fù)合劑的泥漿。三種泥皮都分別放置在實(shí)驗(yàn)室大理石臺(tái)面上專用的地層模擬試紙上，指標(biāo)參數(shù)均調(diào)配到粘度24秒、密度1.22、PH值9.5。可以看出，A圖中泥皮沒有成形;B圖的泥皮雖已成形但呈松軟狀;C圖的泥皮薄且致密。圖3是圖2中AC兩種泥皮放大十萬倍后的橫縱切面圖，可以清晰地看出兩種泥皮結(jié)構(gòu)的鏡下差異。這樣的泥漿居然對(duì)角礫層護(hù)壁不起作用真是令人費(fèi)解!是不是泥漿的粘稠度過高了?這種質(zhì)疑首次提出時(shí)曾引起眾人的吃驚，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的沖孔樁施工經(jīng)驗(yàn)一向認(rèn)為泥漿調(diào)配是越粘稠越好。

事實(shí)上，泥漿粘稠度過高的不利影響在前期孔樁沖擊施工中的反映是明顯的:一是會(huì)使井底沖(鉆)巖效率降低，粘稠度越大，沖(鉆)巖效率越低;二是增加了泥漿自身循環(huán)的流動(dòng)阻力，流動(dòng)阻力超過一定值限時(shí)，鉆頭活動(dòng)困難，容易造成卡鉆、脫鉆事故。這兩點(diǎn)容易想到也容易理解，但從理論上講這兩點(diǎn)是不會(huì)直接造成孔壁擴(kuò)大的。關(guān)鍵是我們忽略了以下兩個(gè)重要的因素，那就是粘附磨擦和激動(dòng)壓力。泥漿粘稠度過高就會(huì)造成粘附磨擦系數(shù)增大，破壞了地層的穩(wěn)定性;激動(dòng)壓力是指在起下鉆和鉆進(jìn)過程中由于鉆頭上下運(yùn)動(dòng)以及泥漿泵開動(dòng)等原因，使得井內(nèi)液壓力發(fā)生變化，給井壁增加一個(gè)附加壓力現(xiàn)象。泥漿粘稠度越大、激動(dòng)壓力就越大，對(duì)孔壁的附加壓力(抽吸力)也就越大，從而將原先沖擊形成的鋸齒型的孔壁拉垮。

這應(yīng)該就是在角礫層和巖溶層中出現(xiàn)“葫蘆”型狀的真正原因。據(jù)此分析，技術(shù)攻關(guān)小組決定在施工中采用適時(shí)下調(diào)泥漿粘稠度的方法再行試驗(yàn)。項(xiàng)目部在打218#號(hào)樁時(shí)果斷地把泥漿的粘度調(diào)到24m以下(實(shí)測(cè)23.4m)、密度調(diào)到1.2g/㎝3左右(實(shí)測(cè) 1.23g/㎝3)，PH 值保持在8～9.5之間(通過試紙測(cè)試)，效果馬上顯現(xiàn)了，218#樁砼灌注充盈系數(shù)只達(dá)到1.168，不僅充盈系數(shù)降低了而且進(jìn)尺速度也明顯提高了。

圖2 實(shí)驗(yàn)室泥皮對(duì)比圖

圖3 上圖AC兩種泥皮放大十萬倍橫縱切面圖

為驗(yàn)證這種方法的普遍性，避免因單樁客觀條件差異而產(chǎn)生偶然性結(jié)果，因此項(xiàng)目部特意安排218#孔樁相鄰的213#樁施工仍按老方法(即中途不調(diào)整泥漿的粘稠度)，結(jié)果“葫蘆”又出現(xiàn)了，充盈系數(shù)高達(dá)1.47，進(jìn)尺速度也慢了許多。與此同時(shí)287#、289#樁采用新的試驗(yàn)參數(shù)配漿施工則達(dá)到了預(yù)期的效果，充盈系數(shù)分別為1.09和1.13，泥漿新參數(shù)的確定已有成功試驗(yàn)結(jié)果作為依據(jù)。接下來項(xiàng)目部又繼續(xù)試驗(yàn)了五個(gè)孔樁(294#、212#、244#、200#、142#)，充盈系數(shù)都在 1.25 以下，最小的只達(dá)到1.03，效果相當(dāng)理想。

裕福工地科研試驗(yàn)推廣孔樁數(shù)據(jù)表

4 結(jié)論

“裕福工地科研推廣孔樁數(shù)據(jù)表”即是把本次試驗(yàn)成果進(jìn)行推廣取得的實(shí)際數(shù)據(jù)，推廣應(yīng)用獲得了成功。在這次試驗(yàn)、推廣過程中，通過反復(fù)測(cè)試對(duì)比、分析研究，對(duì)泥漿的組材配比，泥漿的性能參數(shù)及工藝流程控制方面逐步形成并完善了泥漿應(yīng)用新的技術(shù)要領(lǐng):(1)泥漿性能總體要求:在具備有效護(hù)壁基礎(chǔ)上以剛好能夠有效帶出孔內(nèi)鉆屑為基點(diǎn)，盡量調(diào)低其粘稠度。(2)各地層泥漿粘度(漏斗粘度)指標(biāo)參數(shù):卵石層以上的包括沙層及雜填土層的泥漿粘度可以較高些，一般要求控制在25～30秒，到角礫層時(shí)，粘度下調(diào)到23～25秒之間，到較深部的含碎石粉質(zhì)粘土的角礫層及灰?guī)r層時(shí)，要求粘度保持在21～23秒左右;相應(yīng)的密度要求控制在 1.3 ～1.5g/㎝3、1.2～1.4g/㎝3、1.2g/㎝3左右。(3)酸堿度的要求:PH值施工全過程均要求控制在8～9.5之間。