泥浆技术在岩溶发育地区冲孔桩基施工中的应用

'泥浆技术在岩溶发育地区冲孔桩基施工中的应用技术报告HA1XIAKEXUE泥浆技术在岩溶发育地区冲孔桩基施工中的应用安徽理工大学罗杰东［摘要］龙岩裕福大厦冲孔桩基工程通过现场试验，对传统泥浆进行改良，采用HL泥浆护壁技术，有效地解决了石灰岩岩溶区复杂地层条件下，子L壁坍塌，泥浆漏失及碗罐注过于超量的技术难题.［关键词］冲子L桩石灰岩岩溶区HL防塌堵漏充盈系数1概况龙岩位于福建省西部，是距离厦门最近的内陆邻海城市，也是海峡西岸经济区向福建内陆延伸，拓展的腹地•龙岩还是革命老区,是一块为中国革命胜利做岀重要贡献的红土地.改革开放以来，龙岩经济快速发展，城市建设Ft新月界•龙岩裕福大厦位于市区中心，其主体设计为三幢主楼28〜30层，一层地下室，裙楼三层（局部为6层）组成，地上总建筑面积52482m,地下总建筑面积7916m,主楼高度达98.25m.是迄今为止龙岩市最高层建筑楼群.该建筑基础设计采用桩型为冲孑L灌注桩，总桩数334根，桩径有〜b700mm〜1OOOmm四种.其中,bTOOmm89根，q〜800mm99根,4,900mm93根,1000mm53根，理论灌妊量约5000m.冲孔桩施工任务由福建省煤田地质局下属施工单位承担.建筑场地属石灰岩岩溶区，岩土地质条件复杂，桩基持力层为较完整的微风化石灰岩.桩尖应进入持力层2Id.桩身采用商品碗灌注，碗强度为C35,局部为C25灌注,钢筋笼为通长筋布设，孔底沉渣-<50mm.2008年底开始桩基施工.2建筑场地岩土工程地质特征 楼群场地位于龙岩盆地屮部，属龙津河I级堆积阶地地貌，地形较平坦，地下水位埋深2〜2.5m据龙岩工程勘察院提交的《岩土工程地质勘察报告》以及现场试桩资料，木工程冲孔桩施工由地表至持力层应揭露的主要岩土层，见表1所示.根据大厦地层综合柱状图屮的地层情况分析,2,3,4,5,6层均结构松散，受外力作用后，容易坍塌.冲孔桩施工穿过这些地层，到达7层（持力层）,防塌孑L,漏浆是施工关键技术•成孔孔径的完整程度，直接关系到確的浇注量，即充盈系数大小•所以，整个冲孔桩基工程施工关键技术在于泥浆护壁的效果，它直接关系到整个工程的经济效益.表1龙岩裕福大厦地层综合柱状图地层分层柱状图厚度（1:200地层描述编号ml杂填土:黄褐色，松散状态，以粘土为主，夹30%砖瓦12.0碎块.细砂:灰黄色，松散状态，以中细砂粒为主,泥质含23.0>5-10%・三詈古卵石:黄灰色，稍密状态，卵石含量50一60%,粒37.OJOo9径30-80mm,大者150mm,成分主要为石英砂岩，石.英砂砾岩等，卵石颗粒问充填圆砾和中细砂粒.4-0[fll含泥粉砂:灰黄色，饱和，呈松散状态，含泥15—25%左46.0III右,以粉细砂为主，局部夹中砂粒. /△/含碎石角砾粉质粘土:黄褐色，可塑状态，碎石角砾J含量25-30%,碎石成份以粉砂岩，细砂岩为主，粒59.0i径2O-60ram,角砾成份以硅质岩为主，粒径一般5—15/mm,局部偶见有块石..『岩溶化石灰岩:灰色,厚层状，裂隙发育，岩性破碎，610.0LI岩芯呈碎块状，部分呈短柱状，岩溶较发育，层内见有I多处充填溶洞，充填物为软塑状态的含角砾粉质粘土，】具有地下水溶蚀痕迹.1II微风化石灰岩:灰色，屮厚层状，岩芯较完整，呈短柱73.01状，部分呈碎块状,裂隙较发育.II3工程早期施工情况冲孑L桩基工程开工后，按传统工法施工.我们走访了多家在该地区施工过冲孔桩的施工队伍，与他们共同分析，探讨,结合本工程实际情况，采取了一些对策与措施，如：(1)置备大量优质黄土及袋装水泥，施工过程一旦发现塌孔，漏浆，及时用铲车快速将大量黄土和水泥搅拌后倒入孔内，争取做到及时堵漏，护壁，回浆；(2)j时上部卵石层等松散层采用长钢质护筒预埋护壁隔离的方法，减少塌孔，保护上部孑L壁；2011年第8期(总第56期)29泥浆技术在岩溶发育地区冲孔桩基施工中的应用(3)施工中尽量加大泥浆比重和粘度，增强护壁效果，减少塌孔，漏浆现象发生.受岩土工程地质条件影响，孔内坍塌，漏浆严重•尽管施工过程反复采用上述措施，成孔后商品碗严重超灌，充盈系数没有达到预想要求，收效甚微•首批4台冲孔桩机在场地屮部和东部同时施工,205#桩充盈系数达1.57,323#桩充 盈系数达2.06,320#桩充盈系数达1.97,324#桩充盈系数达2.53,充盈系数平均达到2.03（合同约定的充盈系数仅为1.35）.照此下去,整个工程将难以为继.对场地中部往东部冲孔桩碗灌注量进行分析，东部冲孔桩充盈系数还有继续扩大的趋势.324#桩其至出现桩孑L越冲越浅的异常现象，由于孑L内严重坍塌，造成孔口外地面产生裂缝，甚至发生机台下陷现象，直接危及施工设备与人员的安全，这一技术难题亟待攻克.上述4根冲孔桩碗灌注量与地层对照分析结果，如图1图4分析：碇灌注图l:2oor_］IIII地层柱状图205tZ桩:桩径〜IOOOMt,孔深23.20桩长15.86IJ理论栓置12.45八实际碗置19.501；平均充盈系统1.5T图1冲孑L桩殓灌注与地层柱状对照（一）302011年第8期（总第56期）碗灌注图厂一］地层柱状图冈臻《:；耆蛰葛南哥岛囊避二耄一驰老［::】：d鬟嚣晓若老323”〜桩:桩径•lOOnJL深20.50©桩长”.6T理论栓量6.80m=,实际妊置14.OOat=,平均充盈系纹2.06 图2冲孔桩桧灌注与地层柱状对照（二）碗濯注图1:300地层柱状图厂一］t二充盈莱数138}汁:t:・++}:+:+:t十+■实际桩径•874t,T.充盈系数156}:?汁:屮+}:t汁汁++f,”It+汁:t+十f:?・,It+:t++f:t:+:t十+}t+买际桩径・833{=：：}、一••f:+:+:}:实际桩径?t.3r320#桩:桩径dl,7OOz〜孔深31.701J桩长28.98■，理论確重ll.tSm二，实际召仝置22.OOm二，平均充墨系绞l.gT图3冲孔桩絵灌注与地层柱状对照（三）竝灌注图1:300地屡柱状图窑釜拇罄0I$74FT翌茬鼓 111，"烹翌茬霹358■1fIIfL?.妄蹲喧圣0t4;7,T,T,『，竞燕摹效3:9[::}===:::I7--*:t赛雰毫三蹙0°°-.•=,：,：,]【"•T・l菇移蕊雾_；童暑}静蚕皓主耆彗善生阵赣土囊考淳诧石菠考.r±lj-r袈诧石羹考324#I〜:桩径〜800zol.,孔深35.90人桩长33.0弧，理论姓量16.59,买际轮里4.2.00n|.平均充蟄系统2.53图4冲孑L桩磴灌注与地层柱状对照(四)4寻找途径，解决难题 现场施工人员一致认为，不能再引用老工法施工了.能否寻找一种化学泥浆对孔壁进行有效保护，确实起到防塌,堵漏作用，才是工程施工的当务之急•性能良好的泥浆具失水量少，泥皮薄而密，具有较强的粘结力，能起到维护孔壁稳定,有防止或减少较松散岩土层垮塌的作用.经过对多种造浆材料性能比较之后，最终选择上海哈利(HL)专用泥浆复合剂(下称HL)作为造浆材料,HL配制出的泥浆与黄土浆混合交融后使用(出于生产成本考虑).参考产品制造商提供的配浆方法，结合孔内地层坍塌，漏浆严重的具体情况，配制泥浆在位于场地西，中,东部的199#,・296#,305#〜根冲孔桩位上进行试验.4.1主要设备，仪器和材料(1)冲孔桩机,型号:zz—5.(2)泥浆搅拌机,型号:J11_350・⑶立式涡流泥浆泵，型号:100LWB-10.(1)比重计，型号:N-1.(2)粘度计，型号:NC-1006.(3)泥浆专用复合剂,型号:HL系列.4.2配浆工艺流程为满足工艺流程要求，在毎根桩周围配置：(1)容量约5m,的泥浆沉淀池；(2)容量约4m的泥浆供应池；(3)容量约50m,的泥浆总储备池；(4)备足黄土,编织袋，水泥，清水等材料；（5）铲车等机械设备.4.3HL泥浆制备在泥浆搅拌机料筒内加入清水l.Og启动搅拌泵缓慢地加入30kgHL泥浆专用复合剂材料，搅拌10分钟后再汇人 到泥浆供应池•照此方法,连续不停配浆，满足生产使用.4.4黄土浆制备将黄土与清水冲捣成浆.黄土浆性能应达到粘度22〜25s,密度1.20〜1.30.4.5HL泥浆与黄土浆混合比例HL泥浆与黄土浆按1:1.5比例混合后的泥浆性能参数应达到密度1.25,粘度25s左右,pH值8〜10之间，并加入适量纯碱控制泥浆胶体的稳定性.4.6HL泥浆与普通泥浆的镜像对比A泥浆是采用地下原状土（主要是砂质粉土）加清水调配好后形成的原浆泥皮;B泥浆是在原浆的基础上加入纯碱和聚合物（聚丙烯酰胺）后形成的泥皮;C泥浆是在B泥浆内加入上海哈利（HL）专用泥浆复合剂后形成的泥皮.把三种泥皮都放在大理石面专用的模拟纸上，可以看岀,A泥皮没有形状，见A图;B泥皮虽己成形状，但泥皮较松软，见B图;C泥皮则薄而致密，见C图.将B,c两种泥皮表面泥膜在镜下放大十万倍后，进行观察,可以明显地看出两种泥皮表面的不同结构和密度，见C,D图.将B,C两种泥皮断面在镜下放大十万倍后，进行观察，可以明显地看出两种泥皮断面的不同结构和密度，见E,F图.由此可见，不论从宏观，还是从微观角度对加入HL后形成的泥浆（皮），其质量是最好的，对孔内防塌，堵漏效果也应该是最好的.2011年第8期（总第56期）31泥浆技术在岩溶发育地区冲孔桩基施工屮的应用C图D图E图F图4.7HL护壁机理分析HL是由膨润土，聚合物与混合金属氧氧化物及其他化学处理剂（即MMH正电胶）组成，采用现代胶体科学技术 制作而成的一种带正电荷的泥浆材料・HL的工艺技术特性体现:①阴阳离子交换性，提高泥浆微粒问吸附性,吸附性能可提高5倍以上;②吸水性,能吸附数倍于自身体积的水量，膨胀后体积能迅速增大几倍到十几倍;⑧胶质价，在水介质屮能分散呈胶体状悬浮液,这种悬浮液具有一定的粘滞性，触变性和润滑性•④絮凝性，可絮凝岩屑贓少泥浆漏失;⑤HL中的MMH正电胶，是一种带正电颗粒与带负电的粘土胶粒之间，通过极化水串形成空间稳定体系，具有独特的固一液相之间的流变特征（即在静止时呈弹性I古I体，稍经剪切扰动，瞬间转变为流体），使其在携带和悬浮岩屑时显示岀独特的优越性•另一方面,MMH对粘土矿物的分散具有较强的抑制性,对冲孔桥有很好的护壁防塌效果.4.8试验结果历时七天完成三根试验（施工）任务，商品碗灌注后充盈系数分别为1.10,1_21和1.29,平均充盈系数1.20,充盈322011年第8期（总第56期）系数己经着下降,达到预期效果•为了保证试验的可靠性，项目部扩大了试验范围，继续试验了5个桩位（294#,212#,244#,200#,142#）,充盈系数都在1.20以下，较小的则达到1.03,效果很好.最庇项目部按照类似方法进行推广应用,取得了良好的成效.5形成岩溶地区泥浆技术应用理论5.1泥浆性能总体要求.在具备有效护辈的前提下，以刚好能够带出孔内岩屑为基点，尽龄调低泥浆的粘度与密度.5.2各土层泥浆参数控制.孔口至卵石层之间土层,包括冋填土，砂层，淤泥层的泥浆粘度可以较高，一般要求控制在30s左右（淤泥层233s）.中下部的卵石层,角砾层，石灰岩及中风化花岗岩则要求保持在23〜25s之间，相应的密度也应分别控制在1.4〜1.5和1.2〜1.4Z间.5.3泥浆酸碱度的要求.pH值全过程要求控制在8〜9.5之间.5.4泥浆使用过程的质量控制.HL化学泥浆在使用前必须 搅拌均匀且泥浆必须调配到符合孔内土层的性能参数后才能使用.泥浆进入孑L内后即开始发挥作用，在保护孔壁的同时,其中的金属氢氧化物（MMH正电胶）含也在逐渐减少，必须及时补充HL泥浆专用复合剂，补充量视孔内土层情况而定（一般要要达到黄土泥浆的1・0%〜1.5%）.此外，南于压力的作用,泥浆进入孔内后即开始失水，冈此，要缓慢不问歇地添加清水.施工屮，要断进行泥浆质量的检测控制，旦发现性能参数偏离要求，必须立即着手进行渊配.6服务生产,取得经济效益HL泥浆护壁试验成果已经达到预期目的，成果及时得到应用，后期的所有冲孔桩浇灌碗充盈系数都稳定在1.15左右.6.1肓接经济效益多年来，在龙岩石灰岩岩溶地层中，冲孔桩项目浇灌殓充盈系数一般都在1.40以上.裕福大厦冲孔桩工程理论灌碗量约5000m,按常规工艺施工实际灌注量达7000m以上.按平均充盈系数1.15计算，絵灌注量是5750m,二者相差1250m.商品栓价格277元,m,可节省商品币仝费:277元/mX1250m二346250元.扣除HL成本（经测算，浇注碗姑中的HL成本为20元/ml,20元/mx5750m=115000元.节省商品碗费:346250元一115000元=231250元.6.2间接经济效益进尺速度加快，成孑L时间缩短，工效得到提高,规避了工期被延课的风险（合同约定，工期每超一天罚款4000元），按时完成龙岩裕福大厦冲孑L桩基项目施工（下转第34页）浅析大清河模袋混凝土护岸工程30cmx50cm的C25混凝土顶境，将模袋上缘嵌入顶境下，以增强抗滑稳定性.模袋底部渗水应通过排水孔及时排走，以保稳定，排水孔选用 -b50mmPVC管，间距I.5m,梅花型布置.3.3充填混凝土充灌混凝土的配合比应根据设计强度配制，其水灰比不应大于0.55滑料直径小于2cm,坍落度控制在18〜22cm之间•原材料及拌和物应符合泵送混凝土相关规范要求•充灌从低处往高处逐渐进行,为保证充灌时饱满度，及时用探针检查混凝土的厚度，每充满后停置5〜lOmin,待模袋中的水份析出后，再补充满后即用绳索或铁丝将充灌口扎紧.混凝土养护要求前3天须保持模袋表面处于湿润状态，之后每天用水养护4-5次，总养护期不少于7d.4施工技术要点4.1模袋混凝土护坡的坡比符合设计要求，整坡后,允许偏差士5%;坡顶和坡底高程应符合设计要求，允许偏差4-5cm.4.2水下整坡严禁超挖,如遇坡面杂物及易损伤模袋布的硬物和淤泥，必须清除.如需填方时，应抛石或用编织袋装小石子，垒成设计坡面.坡面平整度差不大于15cm.4・3模袋铺设前，应设定位桩及拉紧装置•定位桩宜打设在坡顶距模袋上缘1・5〜2.0m处，其间距宜为1〜2m,且每块模袋不少于4根;模袋应预留纵向收缩余量，按6%的紧缩率预留.4.4相邻模袋应用双股线缝接紧密.接缝处底部应铺设上工织物滤层，土工织物与模袋布搭接宽度小应小于50cm,ji:应顺直平整.4.5水而以上部分的模袋充灌前应洒水润湿.充灌时，混凝土喷射管插入模袋灌口深度不小于30cm,并应扎紧;充灌应从已充灌的相邻模袋混凝土块处开始，南下而上，依次进行，充灌过程中应及时调整模袋上缘拉紧装置.4.6模袋混凝土泵送距离不宜超过50m,充灌速度控制在10m/h以内，混凝土泵的出口压力以0.2〜0.3MPa为宜. 4.，模袋混凝土在充灌口留取试块，每班或每100m混凝土留1组试样，混凝土强度应达设计标准.5结语模袋混凝土解决了水下无法浇筑大面积薄型混凝土结构的难题，应用前景十分广泛.此项技术是在本地区首次使用，施工必须严格按照施工工艺程序和技术要求进行，强化施工质量控制,保证模袋混凝土护坡的工程质量.参考文献：[1]SLfr225?98,水利水电工程土工合成材料应用技术规范【s】.北京:弋国水利水电出版社,1999.[2]土工合成材料应用手册编委会•土工合成材料应用手册【M】.北京冲国建筑工业岀版社,2000.【3】黄光辉，付用坤•新沐河治理工程模袋混凝土设计与施工[J1.山东水利，2010,(9):39-40.(上接第32页)任务•孔内出现事故机率降低了，节省用在处理孔壁坍塌和卡埋钻事故的黄土费，水电费及人工机械费等.7结论通过龙岩裕福大厦冲孑L桩项日的施工，有效解决了龙岩石灰岩岩溶区复杂地层条件下,冲孔桩施工確罐注过于超量的技术难题，有利于完善冲孔桩施工工艺技术，提高了技术经济指标，摸索出了一套较为完善的冲孔桩泥浆护壁新技术，为今后在类似地层中施工冲孔桩积累了较丰富的施工经验.342011年第8期（总第56期）此次,在龙岩裕福大厦冲孔桩基项目施工过程屮，由于施工单位及时采用新颖的HL护壁技术,334根桩没有一个钻头埋在孔里,也没有因工程质量问题补救一根桩，算是在龙岩石灰岩岩溶发育地区冲孔桩施工的一次创举. 参考文献：[1]1泥浆应用基础知识[MI上海哈利非开挖工程技术服务有限公司.【2】桩基工程手册【M】•北京:中国建筑工业岀版社,1995【3】（苏）希辛柯P.泥浆水力学【M】1袁恩熙，陈家琅译.北京:石油工业出版社,1957.'