港珠澳大桥桩基工程海水泥浆配制技术.pdf

'第5期（总第181期）No.5(SerialNo.181)2015年10月CHINAMUNICIPALENGINEERINGOct.2015DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2015.05.016港珠澳大桥桩基工程海水泥浆配制技术高超（广东省长大公路工程有限公司，广东广州510100）摘要：港珠澳大桥CB04合同段项目地质条件复杂，土层分布不均匀，倾斜岩面分布广。桩基工程具有直径大、桩身长的特点，在桩孔钻进过程中，由于缺少淡水资源，采用海水造浆技术，该海水泥浆性能稳定，满足环保要求，有效解决工程钻进中的护孔、浮渣问题，大幅度提高钻进效率，缩短施工工期。关键词：港珠澳大桥；桩基施工；海水泥浆；配制技术中图分类号：U443.15文献标志码：A文章编号：1004-4655（2015）05-0047-03我国的沿海地区地处海洋环境，在海上进行钻由软土、黏性土、砂层、基岩等4层结构组成。桥孔桩施工时，淡水供应十分困难，需要因地制宜采位处海底基埋深变化较大，淤泥层较厚，较厚的密用海水泥浆技术。桥梁工程桩基成孔质量是整个桥实砂层和全、强风化层，对钢管桩的穿越影响较大。梁工程施工质量控制中的重中之重。海水泥浆技术下伏基岩主要为花岗岩，仅少部分区段揭示为混合的好坏决定桩基成孔的质量，该技术在国内已成功片岩，全、强风化基岩埋深33~90m，中风化岩层应用于多座跨海大桥，如东海大桥、杭州湾大桥、面埋深50~130m。从本项目的地质情况看，海水舟山连岛工程金塘大桥等著名桥梁。由于每座桥梁泥浆配制技术的重点应放在砂层泥浆指标上，因为的地质情况不相同，每座跨海大桥的海水泥浆技术钻孔穿越砂层，容易坍塌失稳。都不能照搬照抄，需要根据现场条件，合理选择材2泥浆用水与材料的选择料，通过现场试验合理确定每种材料的用量。本文2.1泥浆用水重点介绍港珠澳大桥CB04合同段泥浆配制技术。海水泥浆和淡水泥浆本质区别在水质上，淡水1工程概况含盐量小、矿物质离子含量少，水质呈弱碱性；海港珠澳大桥全长为49.6km，主体工程“海水是一个复杂的多组分多相体系，含盐量高，呈偏中桥隧”长35.6km，CB04合同段里程桩号为碱性。与淡水泥浆相比海水泥浆比重大、胶体率低、K22+083～K29+237，全长7154m，桥址处于港稳定性差。这是由于海水中含有大量的盐及各种金珠澳大桥主体工程桥梁工程的中部位置，本合同段属离子。海水泥浆在配方中需要加入各种添加剂，包括江海直达船航道桥通航孔桥及非通航孔桥两部才能达到与淡水泥浆相同配方的泥浆指标性能，所[1-3]分，桩基为变直径复合桩，通航孔桥桩基112条，以淡水造浆的优越性超越海水造浆。桩径均为φ2.5m~φ2.15m，桩长在96~103m之若采用淡水造浆，从施工码头通过船舶运送淡间；非通航孔桥桩基330条，桩径均为φ2.0m~水到施工地点，运输距离平均长达10km。工序时φ1.75m，桩长在50~105m之间，均属于大直径间消耗长，需要更多船舶和人员等资源的配合，施深孔桩基础。工中不可控制因素多，延长实际工期。另外，在珠本合同段桥址区域为伶仃洋西滩，海底高海地区，淡水资源十分紧缺，而建造港珠澳大桥，程-5.91~-4.72m，海底地形平坦，地质结构主要水资源消耗量无法估量，在水运输供应上，难以得到保证。桩基施工是连续过程，成孔时间越短，桩收稿日期：2015-07-15基成孔质量越好，如果淡水供应不上，又不能使用作者简介：高超（1978—），男，高级工程师，本科，主要海水造浆，工程停滞将对桩基质量十分不利，特别从事特大型大跨径桥梁工程的施工技术研究和管理工作。47 高超：港珠澳大桥桩基工程海水泥浆配制技术2015年第5期是在不良地质阶段，有时会出现缩孔和坍塌事故。表1钻孔泥浆控制指标表泥浆性能指标而处理这些质量事故，往往花费很长时间，这不仅地层失水量/泥皮厚/黏度/胶体率含砂延迟工期，还会大幅增长施工成本。情况比重mL·mL·pHPa.s/%-1-1率/%30min30min港珠澳大桥工期短、质量要求高，在施工过程一般中使用淡水造浆显然不适宜，海水造浆是更适宜的地层1.02~1.0616~20≥95≤20≤3≤48~10选择。易坍1.06~1.1018~28≥95≤20≤3≤48~10地层2.2泥浆材料卵石层1.10~1.1520~35≥95≤20≤3≤48~10当前，海水造浆材料多数是用进口的抗盐膨浆置换。置换时，带有钻渣的泥浆由钻杆中心被吸润土，其价格昂贵，成本极高，大多应用在海上出，通过泥浆处理器分离泥浆与钻渣，分离出来的石油开采方面。当前有学者从事海水造浆研究，优质泥浆通过泥浆处理器排放到造浆孔内，通过连如采用改性纤维为主要材料的添加剂，能改善海通管将造好的泥浆流入钻孔内。钻进过程中，通过水泥浆性能；由普通膨润土和全合成聚合物等组泥浆泵调节钻孔泥浆面高度高出孔外水面约2m，成的盐水泥浆具有良好的热稳定性及抗电解质污保证孔内水头差。根据施工的实际情况与机械设备染的能力。此外，研究发现通过往泥浆中添加一的配套情况，每台钻机采用一套独立的泥浆循环系些稳定剂，如：合成高分子纤维、改性石棉、铬统。泥浆循环系统示意图见图1。木质素磺酸盐等，具有一定的抗盐、稳定孔壁和使泥浆降黏、降切作用。350钻机结合以往海桥施工泥浆配制技术，本工程的排渣口排渣船海水泥浆材料初步设想用钙质膨润土、CMC增黏泥浆管剂、聚丙烯酸胺絮凝剂、纯碱分散剂和海水等材料配制。泥浆面泥浆处理器3海水泥浆及制备3.1泥浆制备刮刀钻头连通管相邻护筒海上桩基施工采用优质环保泥浆，泥浆在待钻孔相临孔内制备。首先按照一定配合比称取水（海水）、膨润土（黏土）、聚合物和外加剂，然后图1泥浆循环系统示意图将泥浆原料用电动搅拌器搅拌30min，根据JTG/T3.3泥浆性能控制F50—2011《公路桥涵施工技术规范》提供的试验在钻孔过程中对泥浆质量严格控制，在施工现方法测定泥浆各项性能指标，包括pH值、相对密度、场建立工地泥浆试验室，泥浆配制好后，要有专人黏度、静切力、含沙率、胶体率、失水量和泥皮厚。负责试验工作，24h值班并定时检测，当钻进从其指标满足《港珠澳大桥专用施工规范》后，再通一种地质层进入另一种地质层时，要加强对泥浆指过泥浆泵进行孔内泥浆循环。标的监控，特别是当钻孔至粉砂及砂砾等易塌地层泥浆配置好后，用泥浆泵抽到待钻孔内。在钻时，应加大泥浆比重、黏度及胶体率，以确保护壁进过程中，还应设专人负责泥浆各项指标测试，24h厚度，防止塌孔现象发生。值班并做好记录。主要测定泥浆的比重、黏度、含由于海水水质和工程地质条件的不同，每座海[4]砂率、pH值、胶体率等，不合要求时，应及时调整。桥的泥浆配比需通过试验确定，针对本工程的地质钻孔泥浆必须达到护壁效果好、成孔质量高的要求。条件配制了3种泥浆。泥浆制备采用传统孔内循环[5-6]桩基成孔过程中，泥浆性能指标必须符合不同地质方法。要求的相关泥浆指标规定（见表1）。3.4海水泥浆配比及性能3.2泥浆循环系统1）软黏土。软黏土层，具有自造浆、钻渣密全桥桩基采用气举反循环方法成孔。钻机成孔度小的特点，所以用膨润土数量要小，泥浆密度可过程中，一边钻进一边利用泥浆孔内配制的优质泥稍小。软黏层海水泥浆配合比见表2。48 高超：港珠澳大桥桩基工程海水泥浆配制技术2015年第5期表2软黏层海水泥浆配合比表kg大，增大泥浆比重可顺利将钻渣排出。岩石层海水材料海水膨润土CMC聚丙烯酸胺纯碱泥浆配合比见表6。配合比100100.10—0.2经过试验分析，按照配合比配置出的泥浆各项表6岩石层海水泥浆配合比表kg测试性能见表3。材料海水膨润土CMC聚丙烯酸胺纯碱配合比100160.14—0.25表3泥浆各项测试性能表经过试验分析，按照配合比配置出的泥浆各项密度/含砂率失水量静切力/胶体率泥皮厚g·mL-1/%pH值/mL黏度/sg·cm-2/%度/mm测试性能见表7。1.0528.614202.199.01.8表7泥浆各项测试性能表2）砂层。砂层结构松散，易坍塌，所以加入密度/含砂率失水量静切力/胶体率泥皮厚-1pH值黏度/s-2聚丙烯酸胺絮凝剂，增大泥浆比重和黏度，以保证g·mL/%/mLg·cm/%度/mm1.1448.617232.597.01.2孔壁稳定，膨润土适当加大比重，泥浆密度可稍增3.5环保性能分析[7]大。砂层海水泥浆配合比见表4。参照GB17378.5—2007《海洋监测规范》和表4砂层海水泥浆配合比表kgGB18668—2002《海洋沉积物质量》，将海水泥浆材料海水膨润土CMC聚丙烯酸胺纯碱配合比100140.120.300.4样品外委检测，对泥浆中的砷、铬、铅、铜、锌、经过试验分析，按照配合比配置出的泥浆各项铬、汞、有机碳、硫化物、石油类、六六六、滴滴测试性能见表5。涕、多氯联苯等有害物浓度进行测定，评价其环保表5泥浆各项测试性能表性能。其检测结果均满足规范要求（见表8）。密度/含砂率失水量静切力/胶体率泥皮厚从检测结果看，针对不同地质层的海水泥浆其-1pH值黏度/s-2g·mL/%/mLg·cm/%度/mm1.138.715222.398.51.6各项环保指标均满足规范要求，而且各项有害物指3）岩石层。岩石钻渣块状整体结构，孔壁稳标差异不大，说明本工程配制的海水泥浆是满足工定不需要加聚丙烯酸胺絮凝剂，由于岩石比重较程需要的。-6表8环保性能检测结果汇总表×10类别砷铬铅铜锌铬汞有机碳硫化物石油类六六六滴滴涕多氯联苯软黏土12.70.35843.734.514918.40.0821.9833.4448未检出未检出未检出砂层12.10.32742.634.814217.30.0801.9132.6459未检出未检出未检出岩石层11.90.34341.534.815117.60.0791.9633.7460未检出未检出未检出4结语这项技术能更好应用于海桥建设中，也希望本项目在海桥桩基施工中，应根据不同地质条件配制的海水泥浆技术能为今后同类工程施工提供参考。不同材料的海水泥浆，在成孔过程中认真检测，使参考文献：密度、黏度、胶体率等重要泥浆指标达到施工规范[1]彭志刚，陈大钧，冯茜.深井塑性泥浆研究[J].钻井液与完井液，要求，对于海水泥浆，由于海水组成的特殊性，特2003（4）:23-27.别要注意胶体率指标，使其达到大于95%的施工[2]张琰.抗高温盐水泥浆的实验研究[J].地质与勘探，1999，l1[8-9]要求。港珠澳大桥地处海洋环境，采用海水造（35）:61-65.浆技术，不仅减少施工难度，而且加快施工进度。[3]孙晓娜，李勇萍，罗敏.江西建材[J].海水泥浆与淡水泥浆的区虽然海水造浆就材料成本而言，大大高于淡水造别，2014（13）:68.[4]张国志，屠柳青，夏卫华.水运工程[J].海水拌制泥浆对钻孔灌浆，但从综合成本上看，用海水造浆，缩短工期，注桩混凝土耐久性影响研究，2004（8）:4-7.极大降低工程固定成本。经检测本合同段442条桩[5]毛志坚，林海，高超.公路[J].超大直径桩海水造浆的工艺研究基Ⅰ类桩比例为90%，说明海水造浆成孔质量好，与应用，2006（6）:210-213.完整性好，桩基质量可靠度大，在海桥施工中，采[6]高超，刘可兵，姚磊华.市政技术[J].杭州湾大桥中的海水造浆技术，2007（3）:93-95.用海水造浆是可取的。[7]吴湘兴，杨小平.建筑地基基础[M].广州：华南理工大学出版综上所述，海水造浆技术具有经济、安全、可社,2003.操作性强等特点，在海洋桥梁工程实践中值得继续[8]JTJ248—2001港口工程灌注桩设计与施工规程[S].推广。今后，仍需对其进一步深入研究和学习，使[9]JGJ94—1994建筑桩基技术规范[S].49'