泥浆护壁钻孔灌注桩施工过程中泥浆的控制.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 23 日 作者简介：计海利（1990）男，满族，河北承德人，本科，工程师，研究方向为勘察与岩土工程。-192-泥浆护壁钻孔灌注桩施工过程中泥浆的控制 计海利 中基发展建设工程有限责任公司，北京 101300 摘要：摘要：泥浆是钻孔灌注桩的重要组成部分，是钻孔灌注桩施工质量的决定性因素，在钻孔灌注桩施工过程中起着至关重要的作用。泥浆具有润滑、悬浮、冷却和保护孔壁等作用。在钻孔灌注桩施工过程中，由于地质条件的复杂性和施工工艺的多样性，泥浆问题较多，常发生塌孔、缩径、孔壁坍落等质量事故。基于此，本文就泥浆护壁钻孔灌注桩施工过程中泥浆的控制对策展开分析，以供参考。关键词：关键词：泥浆护壁；钻孔灌注桩；泥浆；控制 中图分类号：中图分类号：TU75 0 引言 泥浆护壁钻孔灌注桩是指以粘土为主要材料，掺加适量的水和外加剂制成的泥浆，通过泥浆护壁，利用桩孔内泥浆对孔壁的压力来保持桩孔内泥浆的水位高于地下水位，达到保护孔壁、防止塌方的目的。钻孔灌注桩在施工过程中，由于地质条件复杂，施工工艺复杂等原因，在钻孔过程中易出现塌孔、缩径、孔壁坍落等问题。这就要求在施工过程中采取有效措施，加强对泥浆质量的控制和管理，以保证工程质量和进度。1 泥浆的作用及分类 护壁作用：通过泥浆的循环，把土砂、石子、钻屑等排出孔外，从而使桩孔内形成一个相对稳定的泥浆空间。保持孔壁稳定：在钻孔过程中，泥浆不断地向孔内补充水分，形成泥浆液，能使孔壁保持一定的稳定，防止坍塌。冷却钻头和钻具：钻孔过程中钻具温度升高，在孔内形成一个“冷却水潭”。随着钻孔深度的增加，钻进速度加快，钻孔过程中钻具温度升高更快，如此循环反复。悬浮钻屑：钻进时钻屑被泥浆悬浮于水中，形成悬浮带。钻进速度越快，悬浮带越厚。润滑作用：泥浆在钻进过程中产生的摩擦力小，对钻具和钻头起润滑作用。携带岩渣：钻孔过程中的岩渣能被泥浆带走。携带钻屑：钻屑随钻进过程不断被泥浆带走1。膨润土泥浆：用于沉管灌注桩施工时，其作用是：（1）形成稳定的悬浮液；（2）可造浆或护壁，保持孔壁稳定；（3）通过泥浆泵的循环，把土砂、石子等排出孔外。粘土泥浆可由优质粘土加水制成。2 影响泥浆质量的因素 泥浆的配制与处理。泥浆质量取决于所用原材料的质量，制备方法与性能指标。泥浆的性能指标主要包括粘度、比重、含砂率、固相含量和动塑比等。影响泥浆质量的主要因素有以下几方面：（1）水头压力。水在流动时受到离心力的作用，会向高处流动，若水头压力较大，就会产生向上的离心力，将泥浆向上抛离孔底，形成孔壁稳定。（2）含砂率。随着含砂率的增大，泥浆中泥砂含量随之增多，而泥砂中又含有大量的粘土颗粒和胶结料，形成泥皮后，孔壁会变得疏松、坍塌。（3）动塑比。动塑比是指在一定条件下，以水为介质时泥浆在单位时间内所产生的沉淀量与单位体积水所产生的沉淀量之比。动塑比越大，说明泥浆在孔内流动所产生的阻力越大。（4）粘度。粘度是指泥浆在流动时能形成一定厚度泥膜所需要的时间，泥浆粘度越大，其流动性越差，泥膜形成得也越厚。密度是指泥浆比重，在相同钻速条件下，随着密度的增加孔壁稳定性增加2。泥浆护壁钻孔灌注桩的质量，其关键是泥浆的质量。泥浆的质量主要取决于粘土的质量、水和外加剂的用量。粘土的质量对泥浆护壁效果有决定性作用，其影响主要有以下几方面：（1）粘土的种类及物理力学性质粘土是一种非分散质，颗粒比较大，与水接触时表面能大，粘聚力小，这就决定了它的分散稳定性和固壁稳定性差，当钻进中国科技期刊数据库 工业 A-193-速度较快时容易造成塌孔。（2）水和外加剂的用量水是构成泥浆的基本原料，加入外加剂是为了满足护壁造浆和控制孔壁稳定等方面需要而加入。其中最常用的是膨润土或其他添加剂。在孔内起护壁作用，其作用主要取决于膨润土和水以及其他添加剂之间所产生的物理化学反应。（3）粘土颗粒大小及分布粘土颗粒直径越小，泥浆相对密度越大；粘土颗粒越多，泥浆相对密度越小。泥浆相对密度还与粘土颗粒在水中的分散稳定性有关，粘土颗粒在水中分散稳定系数大，则泥浆相对密度小。从理论上讲，当粘土颗粒在水中分散稳定系数达到1.52.0 时，泥浆相对密度应在 1.1 左右。但是由于受施工条件、施工工艺、地质情况等因素影响，在实际施工中泥浆相对密度有时可达 1.00 左右。（4）膨润土种类及用量膨润土种类很多，其中主要有膨润土原土（化学成分以蒙脱石为主）、粘土、天然粘土（主要由蒙脱石组成）。不同的粘土具有不同的物理化学性能及应用范围，因此选用膨润土时要根据工程实际情况进行分析研究。在施工中要根据工程地质条件及现场实际情况选择合适的膨润土原土、粘土和天然粘土（主要由蒙脱石组成）。这些材料应分别按比例掺配使用，以达到泥浆性能指标要求。3 控制和管理好泥浆质量的措施 泥浆的制备是在现场制作，泥浆的制备质量对钻孔桩的施工质量有重要影响。因此，要保证泥浆的制备质量，首先应选用优质粘土，并对粘土进行筛选、清洗、拌和；其次要严格按配方进行配制，严格控制水、土比例及各种添加剂的掺量，同时要定期对泥浆进行化验，掌握泥浆性能变化规律。在灌注混凝土前，必须认真检查孔内泥浆的状态和水位。当灌注混凝土时，必须保持孔内泥浆面高于地下水位 1m 以上。在灌注混凝土前，必须对孔口周围进行覆盖以防止坍孔。在灌注混凝土过程中及混凝土终凝后，应经常用测绳测量孔深，检查孔位、孔径及孔斜等是否符合设计要求。如发现问题应及时处理3。3.1 防止塌孔，缩径，孔壁坍落事故的对策 在松散易坍孔地段，采用粘度较高的优质泥浆护壁，必要时可掺加部分粘土，以提高泥浆的压力，提高孔壁的稳定性。在粘质土、粉质土或含砂砾较多的土层中进行钻孔时，应注意控制泥浆性能指标，防止发生塌孔和缩径。在冲击成孔时，应避免泥浆内水头下降过快而发生坍孔。当地层中存在塌孔危险时，应采取措施防止塌孔的发生。成孔后应立即安放钢筋笼和灌注水下混凝土。当必须在水下混凝土灌注前进行成孔时，应严格控制孔口水位，避免孔口积水过多而引起坍孔。对于在砂层中成孔时，若地层较松软，成孔后极易发生坍落事故。应采取措施避免发生坍落事故。如可采用优质粘土反复拌制泥浆，用优质粘土掺入一定数量的锯末并拌制成泥浆护壁成孔；也可在砂层中用粘土反复拌制泥浆护壁成孔；还可以用优质粘土掺入适量水拌制成泥浆护壁成孔。但在砂层中，应控制泥浆性能指标，以免因泥浆漏失过快而造成坍孔。在松软易坍孔地段，施工前应做好桩位和护筒埋设，钻孔过程中应加强检查和监测，当发现孔位偏离或坍塌迹象时，应及时采取措施加以处理。成孔后，应立即安装钢筋笼和灌注水下混凝土。当必须在水下混凝土灌注前进行成孔时，应严格控制孔口水位及孔口积水过多，防止因孔口积水过多而引起坍孔。同时还应采取措施防止孔口坍塌事故的发生。在深厚淤泥、淤泥质土、含砂砾较多的土层中进行钻孔时，易发生缩径现象。在施工过程中应严格控制钻进速度和冲击频率，避免造成缩径。如果缩径过大，则应重新调整钻孔顺序，并控制钻进速度和冲击频率。钻孔中发现塌孔时，应根据实际情况及时采取措施。首先检查是否存在漏浆现象，并查明塌孔原因。如系漏浆造成，应及时补浆。如系坍塌造成，应调整钻机位置或采取其他有效措施加以处理。在地质条件复杂、易发生坍塌的情况下，必须控制好钻孔速度和冲击频率，采取有效措施防止塌孔。在地下水丰富的地层中施工时，应采用高压水泵排水，保持孔内水头高度；并应控制好泥浆性能指标，防止因泥浆漏失过快而造成坍孔；还应注意钻孔过程中的孔位变化及孔口坍塌情况，当发现异常时应及时采取措施加以处理。3.2 钢筋笼安装时保证质量，防止卡管的措施（1）钢筋笼的安装，严格按照规范进行，钢筋笼制作时保证其尺寸符合设计要求。（2）钢筋笼入孔前应仔细检查钢筋笼的制作质量和保护层厚度，钢筋笼在运输过程中不应变形或碰伤。中国科技期刊数据库 工业 A-194-吊装时要轻起轻落，避免碰撞孔壁。吊运过程中，如发生卡管，应及时将导管提出进行处理，然后再吊放钢筋笼。（3）在导管进水或混凝土未达到一定强度前，不得将导管拔出。如果需要拔出导管时，要将导管底部和钢筋笼连接部位的水塞打开，让混凝土充满导管后再拔出。（4）在水下灌注混凝土过程中，如发生堵管，应立即停止灌注并及时通知有关人员处理。当导管不能提出时，可以提高混凝土的压力和抽拔力来降低管内的泥浆压力和抽拔力。在这种情况下，当混凝土被抽离导管后，管内的泥浆将逐渐减少和稳定下来。（5）在灌注过程中应经常检查导管的密封性，当发现导管漏水或漏气时要及时更换。（6）当水下混凝土灌注超过规定时间仍不能灌注时，应进行清渣或更换导管后再进行灌注。如果在水下混凝土灌注过程中发生堵管事故，必须查明原因并采取相应措施后才能重新灌注。（7）钢筋笼下放过程中应注意保持其垂直度。钢筋笼下放到设计标高后，应立即安装隔水塞和导管。若发现隔水塞被堵时，要立即用粘土或其他不易透水的材料填实。如果隔水塞被堵的时间较长（超过 5 小时）或水位下降很多，可以采用冲击钻机向上钻进的方法进行冲孔、破碎处理。（8）在桩身混凝土浇筑过程中应防止混凝土离析。因为混凝土离析会造成较大的坍落度损失，增大混凝土与钢筋笼的摩擦力和对钢筋笼的侧向压力；同时会增加钢筋笼上浮的可能；另外在浇筑过程中应加强测量放线工作、认真做好记录；由于在灌注过程中导管在混凝土中位置不断变化（尤其是首批混凝土），其埋置深度也随之变化，在灌注过程中必须经常检查导管埋深是否发生变化并及时进行调整。一旦发生上述情况时应及时采取措施处理。（9）混凝土浇筑前应认真检查钢筋笼的连接焊缝是否符合规范要求，钢筋笼不得有焊接缺陷和裂纹等；同时还要认真检查钢筋笼的垂直度及钢筋笼与导管连接焊缝的质量4。（10）为防止混凝土在灌注过程中发生离析现象和防止导管在水下拔出时造成堵管事故，灌注前要用导管进行试灌；灌注时要注意观察和控制混凝土的灌注速度和灌注高度；当导管内泥浆比重过大、流速过快或有堵管现象时应停止灌注；在混凝土灌注过程中要经常检查导管是否沉放良好、接口密封是否严密、接头是否脱开；当导管提升高度超过 2m 时要安装斜面过滤器以防堵管；在浇筑过程中必须派专人指挥导管的提升和下放，以防止混凝土在浇筑过程中发生离析现象。3.3 开钻前对孔位的检查 开钻前应对桩位进行检查，检查时应注意：（1）在孔位允许偏差范围内，但不应影响桩的垂直度，对大直径桩要尽量避免大的倾斜度；（2）对有倾斜度的大直径桩，一般采取加大桩径，在原孔位下钻 1m 左右重新钻孔；（3）对有偏差的桩，应采用合适的措施加以纠正；（4）桩位偏差过大时，可采用“跳钻”或“冲孔”法纠正。“跳钻”法是指钻孔开始时，边钻孔边提钻杆，待钻头接近桩位时再立即提钻杆。在提钻杆过程中，钻头上下反复摆动，以消耗部分钻屑来冲刷钻头周围的土质。当钻头接近桩位时，再将钻头缓慢提离地面，此时钻头已接近桩位的边缘。如此反复进行“跳钻”或“冲孔”，待桩位偏差纠正到规定要求后再正式施工。“冲孔”法是指先将钻头提升至接近桩中心位置处（一般以桩位中心为准）停住，然后向下猛烈冲击一定深度（一般以 510m 为宜），利用冲击锤的冲击作用使土层破碎而达到成孔目的。在冲孔过程中要及时补浆，保持孔内水头高度。开钻前应检查桩位是否准确，如发现偏差应及时纠正。（5）为保证桩位准确，在钻进中如发现孔位与设计位置不符时，应根据地质情况采取相应措施。当发现有轻微偏差时可采用人工补浆方式纠正；若孔深超过 5m 时或采用冲进方法成孔时，则应采取反循环钻进或跳钻的方法进行处理；若发现桩中心偏差过大（一般以桩位中心为准）时可以考虑重新钻孔或冲进方法进行处理5。4 结语 泥浆在钻孔灌注桩施工过程中起着重要的作用，泥浆质量的好坏直接影响到灌注桩的质量和安全。因此，要加强泥浆管理，防止泥浆质量事故的发生。（1）泥浆材料的选用。为提高钻进效率和桩端承载力，选用优质粘土和膨润土，并适当掺加粉煤灰、膨润土及各种添加剂。此外，选用优质泥浆材料还应中国科技期刊数据库 工业 A-195-考虑其价格因素。（2）成孔工艺控制。施工过程中对钻机、泥浆池、清孔、钢筋笼制作与下放、混凝土灌注等各个环节进行严格的控制和管理，以保证钻孔灌注桩的质量。（3）提高孔口控制水位。孔内水位过高将造成孔壁稳定性降低，孔壁易坍塌；孔底沉渣过厚，会降低桩的承载力，增大桩身缺陷。因此，在施工中应加强对孔底沉渣厚度的控制，保证成孔质量。参考文献 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