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      不穩(wěn)定土層鉆孔樁泥漿調(diào)配方法研究

      2021-06-30 08:32:32楊旭林
      工程技術(shù)研究 2021年10期
      關(guān)鍵詞:試配純堿膨潤土

      楊旭林 ,劉 偉

      1.中國港灣西部非洲區(qū)域公司,科特迪瓦 999063 KTDW

      2.中交一航局第五工程有限公司,河北 秦皇島 066000

      1 依托工程概述

      科特迪瓦北部公路項(xiàng)目橋梁共計(jì)兩座,位于主線PK39和PK63處。該地旱雨季分明,旱季為枯水期,地下水位較低,約在樁頂標(biāo)高以下3~5m。橋梁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁,排樁形式,樁徑1.1m,平均樁長15m,樁基類型為摩擦樁和端承樁兩種。

      2 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

      (1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際分析,總結(jié)土層分布規(guī)律如下:①0~10m為雜填土、淤泥質(zhì)土、砂性土,其中砂性土最大層厚約5m;②10~17m為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖;③17~25m為中風(fēng)化花崗巖;④地下水位約樁頂標(biāo)高以下5m。

      (2)由于砂層厚度較大,上部土層極不穩(wěn)定,在鉆孔樁施工過程中,容易出現(xiàn)塌孔事故。

      (3)科特迪瓦旱雨季分明,雨季降雨量較大,地下水位較高,泥漿護(hù)壁必須具有良好的性能,否則必然出現(xiàn)塌孔事故。

      3 泥漿配比選擇

      鉆孔灌注樁傳統(tǒng)造漿工藝采用膨潤土造漿或采用黏性土造漿,旨在形成大于普通水比重的液體,通過泥漿張力支撐孔壁,使施工過程中保證孔壁穩(wěn)定,避免出現(xiàn)孔壁失穩(wěn),造成塌孔事故。普通造漿方法針對(duì)地下砂土層護(hù)壁效果不佳,原因是普通造漿方法無法保證泥漿中顆粒的懸浮狀態(tài),容易出現(xiàn)沉淀,造成孔內(nèi)上下層泥漿比重大小不一,局部泥漿張力不足。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn),純堿和纖維素類物質(zhì)能夠改善提高泥漿的護(hù)壁性能。具體摻配材料作用分析如下。

      3.1 膨潤土

      (1)吸附性:水中的微顆粒一端吸附在膨潤土顆粒表面,另一端溶于水,使膨潤土顆粒和水分子之間產(chǎn)生了一種間接的聯(lián)系。形成了一種橋聯(lián)作用,減少了泥漿中的自由水,改變了泥漿的性能參數(shù)。

      (2)膨脹性:膨潤土遇水膨脹,增加吸附性。

      (3)造漿性:膨潤土顆粒在水中分散形成懸浮液,同時(shí)增加溶液重度。

      3.2 純堿

      (1)摻入純堿主要作用是改善膨潤土性能,充分發(fā)揮膨潤土的吸水性,減少沉淀。

      (2)增加純堿,是為了增加水中鈉離子,鈉質(zhì)膨潤土晶層吸附水的厚度是三層,鈣質(zhì)膨潤土晶層吸附水的厚度是四層。在極性水分子的作用下,由于靜電引力較小,鈉質(zhì)膨潤土晶層之間可以產(chǎn)生較大的晶層間距,而鈣質(zhì)膨潤土由于晶層間的負(fù)電引力較大,極性水分子不易進(jìn)入晶層之間,因此,鈣質(zhì)膨潤土晶層間產(chǎn)生的距離明顯比鈉質(zhì)膨潤土小,表現(xiàn)在鈣質(zhì)膨潤土比鈉質(zhì)膨潤土難于在水中分散、膨脹倍數(shù)低。

      3.3 纖維素

      (1)摻入纖維素主要作用是增加泥漿溶液的膠結(jié)性。

      (2)由于膨潤土是固體顆粒,不能溶解于水,只是其擁有吸附性,可形成溶液,但膨潤土的比重大于水,溶液容易出現(xiàn)分層現(xiàn)象。下層溶液膨潤土含量較大,甚至出現(xiàn)沉淀;上層溶液膨潤土含量較低。

      (3)利用纖維素的膠結(jié)性可將膨潤土和水吸附牢固,防止出現(xiàn)分層現(xiàn)象,使泥漿溶液各部位性能一致,保證泥漿的護(hù)壁作用。

      4 對(duì)比分析

      在協(xié)作隊(duì)伍配合下,采用不同配合比調(diào)制泥漿,具體配合比及結(jié)果如下。

      4.1 方案一:水∶膨潤土∶純堿=1000∶100∶10

      試配結(jié)果:泥漿沉淀略有減少,但效果不佳;泥漿調(diào)制完成時(shí)實(shí)測(cè)比重為1.11g/cm3,在施工過程中不同時(shí)段對(duì)孔內(nèi)泥漿取樣10組,取樣深度均在孔頂以下6m,測(cè)得最小泥漿比重為1.02,最大泥漿比重為1.07,平均為1.04。

      4.2 方案二:水∶膨潤土∶純堿=1000∶100∶30

      試配結(jié)果:對(duì)比方案一的配比,泥漿沉淀有減少,但總體效果不理想;泥漿調(diào)制完成時(shí)實(shí)測(cè)泥漿比重為1.12g/cm3,在施工過程中不同時(shí)段對(duì)孔內(nèi)泥漿取樣10組,取樣深度均在孔頂以下6m,測(cè)得最小泥漿比重為1.03,最大泥漿比重為1.09,平均為1.05。

      4.3 方案三:水∶膨潤土∶純堿∶羥丙基甲基纖維素=1000∶100∶20∶1

      試配結(jié)果:攪拌初期出現(xiàn)絮狀物,但靜置2h后形成穩(wěn)定溶液,基本無沉淀,溶液呈順滑略有膠凝狀態(tài),性能良好;泥漿調(diào)制完成時(shí)實(shí)測(cè)泥漿比重為1.11g/cm3,在施工過程中不同時(shí)段對(duì)孔內(nèi)泥漿取樣10組,取樣深度均在孔頂以下6m,測(cè)得最小泥漿比重為1.07,最大泥漿比重為1.11,平均為1.09。

      4.4 方案四:水∶潤土∶純堿∶羥丙基甲基纖維素=1000∶100∶10∶2

      試配結(jié)果:攪拌初期出現(xiàn)絮狀物,但靜置3h后形成穩(wěn)定溶液,基本無沉淀,相比方案三配制的泥漿,溶液膠凝狀態(tài)更佳;泥漿調(diào)制完成時(shí)實(shí)測(cè)泥漿比重為1.13g/cm3,在施工過程中不同時(shí)段對(duì)孔內(nèi)泥漿取樣10組,取樣深度均在孔頂以下6m,測(cè)得最小泥漿比重為1.1,最大泥漿比重為1.13,平均為1.12。

      5 泥漿調(diào)配方法

      施工過程中,對(duì)泥漿配比不斷優(yōu)化調(diào)整,通過長時(shí)間實(shí)際施工效果,總結(jié)經(jīng)驗(yàn)如下。

      5.1 泥漿配合比

      (1)主要材料。優(yōu)質(zhì)膨潤土,純堿和纖維素(羥丙基甲基纖維素)或其他纖維材料(塑料纖維等,本調(diào)配方法中采用羥丙基甲基纖維素)。

      (2)配合比。泥漿配合比如表1所示。

      表1 泥漿配合比表單位:kg

      由表1可知,地下水pH值對(duì)該調(diào)配方法的泥漿性能影響較小。

      5.2 操作過程

      (1)操作流程。具體操作流程如下:摻入膨潤土→攪拌和循漿→摻拌并摻入純堿→摻拌并摻入纖維素→靜置→重新攪拌。

      (2)操作步驟。①將優(yōu)質(zhì)膨潤土按3%~5%比例摻入水中,邊摻入邊不停攪拌,不可一次性傾倒,需慢慢加入,保證攪拌均勻,施工現(xiàn)場(chǎng)可采用大口徑泥漿泵循環(huán)泥漿代替攪拌或采用泥漿攪拌機(jī)制作泥漿。②待優(yōu)質(zhì)膨潤土攪拌均勻,保持?jǐn)嚢杌蜓h(huán)泥漿1h以上,使膨潤土充分溶解。③將純堿按1%~3%比例摻入泥漿中,邊摻入邊不停攪拌,方法同上。④純堿溶解較快,不用等待太久,大約10min鐘左右即可將纖維素按0.1%~0.3%比例摻入泥漿中,邊摻入邊不停攪拌。⑤攪拌均勻后保持循漿,纖維素?fù)饺牒?,初?~2h會(huì)出現(xiàn)絮狀透明體漂浮于泥漿溶液表面,是纖維素沒有充分溶解的現(xiàn)象。⑥調(diào)配結(jié)束后靜置1~2h,再重新攪拌,使吸水后的纖維素充分溶解到泥漿中,必須靜置一段時(shí)間,若繼續(xù)攪拌,絮狀物會(huì)越來越多,且纖維素溶解較慢。⑦待泥漿中無明顯絮狀物時(shí),即可使用。⑧在大批量生產(chǎn)泥漿前,必須進(jìn)行試配工作,按照相關(guān)摻配比例范圍進(jìn)行調(diào)試,選擇最佳配合比,同時(shí)做好各種配合比效果記錄,在施工過程中,根據(jù)實(shí)際情況,進(jìn)行必要調(diào)整。

      6 結(jié)論

      (1)該調(diào)配方法可有效防止塌孔事故發(fā)生,調(diào)制成功后已在后續(xù)樁基施工中應(yīng)用,塌孔率為零,杜絕了事故的發(fā)生。

      (2)對(duì)于不穩(wěn)定土層中施工鉆孔灌注樁,在使用本配合比的前提下,可適當(dāng)加大泥漿比重,同時(shí)鉆孔過程中需降低鉆進(jìn)速度和減小鉆頭對(duì)孔壁的擾動(dòng)。

      (3)該方法為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研制,具體配合比數(shù)值調(diào)控范圍基本確定,由于受水質(zhì)pH值影響較小,基本適用于各個(gè)地區(qū)不穩(wěn)定地質(zhì)的鉆孔樁施工。

      (4)該方法可有效防止在不穩(wěn)定地層進(jìn)行鉆孔樁施工時(shí)發(fā)生塌孔事故,極大降低了施工風(fēng)險(xiǎn)和安全風(fēng)險(xiǎn),減小了經(jīng)濟(jì)損失,適合廣泛推廣使用。

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