化學(xué)泥漿護(hù)壁總結(jié)(最終版)

1、一、引言近年來，隨著國家建設(shè)的飛速發(fā)展，高速鐵路、高速公路和市政道路工程不斷興建。在各項工程中地鐵建設(shè)發(fā)展最為迅速，對樁基質(zhì)量、成孔速度、環(huán)保等要求不斷提高。在鉆孔灌注樁施工中，旋挖鉆以成孔質(zhì)量好、速度快，噪聲小、無污染或小污染等優(yōu)勢迅速占領(lǐng)了樁基市場。由于旋挖成孔施工無循環(huán)造漿功能，只能采用靜態(tài)泥漿穩(wěn)定液護(hù)壁，靠不停地向孔內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)漿來保證孔內(nèi)外水壓的平衡和護(hù)壁效果。目前我國傳統(tǒng)上仍采用膨潤土礦物泥漿護(hù)壁，但是在某些復(fù)雜地質(zhì)條件下，膨潤土泥漿存在一定的局限性。隨著市場的發(fā)展，國外化學(xué)聚合物泥漿技術(shù)逐漸地引入國內(nèi)，并取得良好效果。下面通過西安地鐵六號線3標(biāo)側(cè)坡站的實(shí)例來闡述在復(fù)雜地質(zhì)條件下采用化

2、學(xué)聚合物泥漿護(hù)壁，大功率旋挖鉆機(jī)高效成孔技術(shù)。二、工程概況2.1 工程概述側(cè)坡站位于高新區(qū)，設(shè)置在西太路和規(guī)劃緯三十六路十字路口，車站主體沿西太路路西呈南、北向跨路口布置，是六號線的第二個車站，南接南客站，北接緯三十二站。車站為地下兩層島式站臺車站，有效站臺寬度11m,地下一層為站廳層，地下二層為站臺層，有效站臺中心里程為YCK12+215.000,車站總長215.75m,標(biāo)準(zhǔn)段總寬19.7m，有效站臺中心里程軌面埋深15.35m。2.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)1.2.1工程地質(zhì)（1）巖土分層及特征本標(biāo)段沿線涉及地層自上而下主要為：第四系全新統(tǒng)Q4第四系上更新統(tǒng)Q3、第四系中更新統(tǒng)Q2等。主要地層

3、特征自上而下分述如下：1- 1雜填土Q4ml：主要分布于西太路沿線，雜色，松散，成分雜亂，主要由瀝青、碎石和混凝土塊組成，含大量砂礫。1- 2素填土Q4ml：廣泛分布于地表，以褐黃色為主，硬塑，主要由黏性土組成，含少量礫石，土質(zhì)不均。2- 1黃土狀土Q4al+pl：廣泛分布于地表，為全新統(tǒng)主要地層，黃褐色為主，局部夾有軟弱層，土質(zhì)較勻，具針狀孔隙，蟲孔發(fā)育，可見姜石和蝸牛殼碎片；以硬塑為主。2- 2粉質(zhì)黏土Q4al+pl：主要分布與黃土狀土下部，為全新統(tǒng)主要地層，黃褐色，以可塑為主，局部夾有軟弱層，土質(zhì)較均，含黑色斑點(diǎn)，偶見姜石或蝸牛殼。2- 4粉細(xì)砂Q4al+pl：僅局部揭示，褐黃色，潮濕飽

4、和，密實(shí)為主，砂質(zhì)不純，含零星礫石，局部夾薄層粉土。3- 1新黃土Q3eol：主要分布于緯三十二站進(jìn)站段，棕黃色，硬塑為主，土質(zhì)較均，含白色鈣質(zhì)菌絲，偶見姜石和蝸牛殼碎片。3- 2古土壤Q3el：主要分布于緯三十二站進(jìn)站段，棕紅色為主，硬塑，距針狀孔隙，可見白色菌絲，含鈣質(zhì)結(jié)核，幾部富集成層。3- 3粉質(zhì)粘土Q3al+pl：廣泛分布，為上更新統(tǒng)主要地層，顏色較雜，以淺灰色、棕黃色、黃褐色為主，可塑為主，局部軟塑，土質(zhì)較均，含鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)及鈣質(zhì)結(jié)核，局部鈣質(zhì)結(jié)核富集。3-4粉土Q3al+pl：局部分布，淺灰色、灰黃色，濕、密實(shí)，土質(zhì)較均，含少量鈣質(zhì)結(jié)核，局部夾薄層砂。3-5粉細(xì)砂Q3al+pl：斷

5、續(xù)分布，淺灰色、灰黃色，飽和、密實(shí)為主，砂質(zhì)較純，礦物成分以長石石英為主，含少量云母。3-6中砂Q3al+pl：淺灰色、灰黃色，飽和、密實(shí)為主，砂質(zhì)不純，含少量黏性土。3- 7粗砂Q3al+pl：淺灰色、灰黃色，飽和、密實(shí)為主，砂質(zhì)不純，含少量黏性土和礫石。4- 3粉質(zhì)黏土Q2al+l：廣泛分布，為中更新統(tǒng)主要地層，色雜，以深灰色、青灰色、灰黑色為主，以可塑為主，土質(zhì)較均，含鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)及零星鈣質(zhì)結(jié)核，局部鈣質(zhì)結(jié)核富集。4- 4粉土Q2al+l:局部分布，顏色較雜，以深灰色為主，屬稍濕、密實(shí)狀態(tài)，土質(zhì)不均，含砂和姜石。4- 5粉細(xì)砂Q2al+l:斷續(xù)分布，灰色，飽和，密實(shí)為主，砂質(zhì)不純，含少量礫

6、石和黏性土，局部為團(tuán)狀塊。4-6中砂Q2al+l:斷續(xù)分布，灰色，飽和，密實(shí)為主，砂質(zhì)不純，含少量礫石和黏性土，局部為團(tuán)狀塊。4-7粗砂Q2al+l:局部分布，灰色，飽和，密實(shí)，砂質(zhì)不純，含少量礫石和黏性土，局部為團(tuán)狀快。（2）工程地質(zhì)條件評價標(biāo)段區(qū)域穿越地質(zhì)相關(guān)評價如表2-2表2-2巖土層工程地質(zhì)評價地層編號地層名稱特征及對工程的影響1-2素填土工程性質(zhì)差，基坑開挖易坍塌，樁基施工易塌孔。3-1黃土具有輕微濕陷性，局部具有中等濕陷性，中等壓縮，工程性質(zhì)一般3-2古土壤膨脹潛勢為弱，中等壓縮，工程性質(zhì)一般3-3粉質(zhì)黏土中等壓縮，工程性質(zhì)較好3-5粉砂作為基礎(chǔ)持力層，工程性質(zhì)較好；但基坑開挖后易

7、坍塌，易造成邊坡失穩(wěn)，在水頭壓力作用下易產(chǎn)生涌砂現(xiàn)象；施工明挖基坑時，降水管井成井及圍護(hù)樁的施工中易流砂、塌孔，處理不當(dāng)易誘發(fā)工程地質(zhì)災(zāi)害；樁基易發(fā)生塌孔。3-6中砂3-7粗砂3-8礫砂4-3粉質(zhì)黏土中等壓縮性，工程性質(zhì)較好4-5粉砂作為基礎(chǔ)持力層，工程性質(zhì)較好；但基坑開挖后易坍塌，已造成邊坡失穩(wěn)，在水頭壓力作用下易產(chǎn)生涌砂現(xiàn)象；施工明挖基坑時，降水管井成井及圍護(hù)樁的施工中易流砂、塌孔，處理不當(dāng)易誘發(fā)工程地質(zhì)災(zāi)害；樁基易發(fā)生塌孔。4-6中砂4-7粗砂4-8礫砂3.2.2 水文地質(zhì)（1）地下水位及動態(tài)特征根據(jù)勘察報告，地下水位高程411.18413.53m,地下水位埋深6.99.2m之間。地下水

8、位與季節(jié)、氣候、地下水賦存、補(bǔ)給及排泄有密切的關(guān)系，每年的710月為雨季，大氣降水豐沛，水位會明顯抬升，冬季因降水減少，地下水位隨之下降。根據(jù)多年動態(tài)資料分析，地下水年變幅在1.02.0m,水位呈下降趨勢。（2）地下水賦存及類型本段地下水類型主要為第四系松散層孔隙潛水。場地潛水賦存于第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)及中更新統(tǒng)洪積的粉質(zhì)黏土、砂類土中。主要含水層為上更新統(tǒng)及中更新統(tǒng)的粉質(zhì)黏土及砂層。（3）地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄本區(qū)地下水補(bǔ)給主要通過大氣降水入滲、農(nóng)業(yè)灌溉及側(cè)向徑流補(bǔ)給，其徑流方向與地形坡度一致，地下水總體由東南流向西北灃河，垂直向上第四系松散層孔隙水與淺層承壓水通過越流相互作用聯(lián)通補(bǔ)給。

9、排泄方式主要為蒸發(fā)、側(cè)向徑流排泄、人工開采、潛水越流排泄等。三、化學(xué)泥漿的制備與使用3.1泥漿制備泥漿在鉆孔過程中極為重要，起著保護(hù)孔壁，防止坍塌的作用，特別是在本工程的素填土層和砂層，泥漿性能將直接影響鉆孔的成敗。我們通過試樁認(rèn)真研究仔細(xì)比對，結(jié)果采用高分子聚合物化學(xué)泥漿護(hù)壁的防塌孔、防滲漏性能最好。3.2鉆孔泥漿質(zhì)量差將造成的后果（1）無法形成護(hù)壁泥膜或形成泥皮粘附力差，易于脫落，導(dǎo)致孔壁穩(wěn)定性差，易塌孔和縮徑。（2）泥漿的稠度大，比重大，含砂率高，形成的泥皮質(zhì)量差，厚度大，降低樁的側(cè)摩阻力。（3）稠漿在鋼筋籠上沉積粘附，導(dǎo)致鋼筋與混凝土的握裹力降低。泥漿比重過大，使得混凝土水下灌筑的阻力

10、增大，降低混凝土流動半徑，使混凝土骨料大部分堆積在樁芯部位，而鋼筋籠外幾乎無骨料，不僅樁身質(zhì)量不好，樁的側(cè)摩阻力也難以發(fā)揮。3.3黏土造漿鉆孔樁開始施工時，出于對成本的考慮，使用黏土進(jìn)行造漿。配比為：水：黏土：純堿=100：40：0.2(加入純堿是為了使泥漿pH值增大，使黏土顆粒分散，使粘粒表面負(fù)荷增加，增加水化膜厚度，提高泥漿的膠體率和穩(wěn)定性)。施工過程中對泥漿進(jìn)行了抽檢，3項指標(biāo)分別為比重1.031.1，粘度1820Pas,含砂率2%4%。采用該泥漿護(hù)壁鉆孔過程中發(fā)生了漏漿、孔壁坍塌現(xiàn)象，主要塌孔地層素填土層和砂層。經(jīng)分析認(rèn)為塌孔原因為：泥漿比重偏小，粘度偏低，使孔壁未形成堅實(shí)泥皮，對素填

11、土層和砂層空隙不能進(jìn)行有效封堵，護(hù)壁效果差。3.4膨潤土造漿根據(jù)地勘報告，素填土層、砂層較厚且砂層重復(fù)出現(xiàn)，松散稍密狀，土雜，孔隙率大，容易發(fā)生流砂，黏土泥漿已經(jīng)無法有效護(hù)壁，漏漿及塌孔現(xiàn)象嚴(yán)重，影響成樁質(zhì)量，故決定改用膨潤土造漿。(1)泥漿原材料鉆孔泥漿選用不分散、低固相、高粘度的鈉質(zhì)膨潤土造漿，另外適量加入純堿(Na2CO3)。膨潤土：采用鈉質(zhì)膨潤土，用量為水的8%,即8kg膨潤土可摻100kg的水。碳酸鈉：又稱純堿，提高泥漿的膠體率和穩(wěn)定性，降低失水率。摻入量為泥漿的0.2%。(2)泥漿拌制泥漿調(diào)制采用機(jī)械攪拌，攪拌時將定量的清水加入攪拌機(jī)，然后慢慢地加進(jìn)與水量相應(yīng)的膨潤土，并開動機(jī)器攪

12、拌，最后加入純堿，成漿后打開出漿門出漿。(3)膨潤土性能指標(biāo)檢測泥漿攪拌完成檢測泥漿各項性能，3項指標(biāo)分別為比重1.041.06，粘度120Pas,含砂率V1%。檢測完成再次鉆孔，護(hù)壁效果在素填土層明顯提高，但在砂層處沒明顯效果，仍然出現(xiàn)泥漿滲漏和塌孔現(xiàn)象。說明在復(fù)雜地質(zhì)條件下，按常規(guī)性能指標(biāo)要求，泥漿護(hù)壁效果不明顯。3.5化學(xué)泥漿應(yīng)用在本工程復(fù)雜地質(zhì)條件下，需要較大粘度、堵漏、護(hù)壁效果更好的泥漿達(dá)到穩(wěn)定的護(hù)壁效果，徹底解決鉆孔過程中的漏漿、塌孔問題，確保施工進(jìn)度和樁身質(zhì)量。經(jīng)過反復(fù)對比研究，決定采用化學(xué)聚合物泥漿。(1)泥漿配制旋挖取土成孔中，靜態(tài)泥漿作為成孔過程的穩(wěn)定液，主要作用是護(hù)壁。采

13、用高分子化學(xué)聚合物泥漿能在孔壁周圍形成強(qiáng)韌的保護(hù)膜，有效封堵孔壁周圍的空隙，防止泥漿滲漏，同時對孔壁提供壓力，防止在不穩(wěn)定地層中鉆孔的坍塌、流砂現(xiàn)象的發(fā)生。又能充分發(fā)揮旋挖鉆工作效能，提高掘進(jìn)速度?；瘜W(xué)泥漿采用原材料及摻加比例見表1。表1化學(xué)泥漿主要材料及配比材料名稱比例/%水100膨潤土6羥甲基纖維素0.2純堿0.2803大裂縫堵漏劑1.5重晶粉按需量摻入首批泥漿在攪拌機(jī)中攪拌，攪拌時，先將定量的清水加入攪拌機(jī)，然后按比例慢慢地加進(jìn)膨潤土，再加各化學(xué)添加劑。由于增粘劑可能會影響膨潤土的溶脹，所以要在膨潤土之后放入，并開動機(jī)械攪拌，成漿后，打開漿門讓泥漿流入泥漿池內(nèi)的儲漿池中。以后調(diào)制泥漿時根

14、據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，利用既有鉆孔樁的鋼護(hù)筒作攪拌池進(jìn)行泥漿拌制，按以上順序加入泥漿原材料，開機(jī)攪拌均勻后取樣進(jìn)行泥漿檢測，檢測合格后，將拌制完成的成品泥漿注入泥漿池中貯存。(2)性能指標(biāo)泥漿性能指標(biāo)見表2。表2化學(xué)泥漿性能指標(biāo)項目指標(biāo)檢測方法泥漿比重/(gcm3)1.1比重計測量粘度/(Pas)33標(biāo)準(zhǔn)漏斗粘度計測定PH值8.011.0PH試紙含砂量/%W0.5含砂計測定因本工程地質(zhì)特殊，素填土層和砂層松散，孔隙率大，所以適當(dāng)提高了泥漿的粘度和比重。施工時泥漿中高分子聚合物充分填充孔壁縫隙，形成強(qiáng)韌保護(hù)膜；同時大比重泥漿可以給孔壁更大的側(cè)壓力，從而保證孔壁穩(wěn)定，有效防止?jié)B漿、流砂、塌孔發(fā)生。四、鉆

15、孔4.1成孔本工程采用履帶式旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)，柴油機(jī)自帶動力裝置，行走方便，能滿足現(xiàn)場復(fù)雜的場地狀。鉆進(jìn)系統(tǒng)用液壓動力頭帶動鉆桿，鉆頭切削土體。鉆桿采用伸縮式，無須安裝拆卸，自帶儀表隨時監(jiān)控孔深及鉆孔傾斜度。(1) 開鉆前找準(zhǔn)樁位并拉好“十”字線，對準(zhǔn)樁位后，經(jīng)現(xiàn)場技術(shù)人員檢查合格后方可開鉆。(2) 開鉆時(地表下8m以內(nèi))，應(yīng)輕壓慢進(jìn)，適當(dāng)延長鉆進(jìn)時間，并及時將泥漿注入孔內(nèi)，平衡地層壓力，并在孔壁四周形成泥皮，保護(hù)孔壁。鉆頭旋挖切削土體，提出孔外，打開鉆頭底蓋倒土至鏟車斗內(nèi)運(yùn)至指定地點(diǎn)。(3) 因本工程上層為回填土，地層松散，正常鉆進(jìn)時應(yīng)控制進(jìn)尺速度,做到輕提慢放，要求每回次不超過0.5m。在不

16、同的地質(zhì)層中換用相應(yīng)的鉆頭，并隨進(jìn)尺注入泥漿到孔內(nèi)保護(hù)孔壁(4) 嚴(yán)格控制孔內(nèi)液面高度，采取儲漿池通過泥漿溝與鉆孔相連，及時補(bǔ)充泥漿到孔內(nèi)，施工中應(yīng)始終保持孔內(nèi)液面在護(hù)筒底部100cm以上。(5) 接近終孔時，應(yīng)采用封底撈砂鉆頭鉆進(jìn)，減少回次進(jìn)尺量(達(dá)到30cm左右)，逐漸把孔底的稠泥漿掏出。達(dá)至終孔深度時，停滯2030min，使泥漿中的懸浮物沉淀，用鉆頭撈出，確保沉渣厚度不大于10cm。(6) 鉆進(jìn)過程中應(yīng)認(rèn)真填寫鉆進(jìn)記錄，詳細(xì)記錄地層變化情況，并根據(jù)土層變化情況在不同土層處取出土樣，當(dāng)發(fā)現(xiàn)地層異常時，應(yīng)及時通知現(xiàn)場技術(shù)人員。封底撈砂鉆頭切削土體后直接將鉆碴全部提出孔外，故在成孔時孔內(nèi)已基本無懸浮鉆屑，所以在吊裝鋼筋籠后測量沉渣厚度均不超過5cm，根據(jù)實(shí)際情況可不進(jìn)行二次清孔，有效提高了成孔效率和成樁質(zhì)量，體現(xiàn)了化學(xué)泥漿的優(yōu)越性。五、化學(xué)泥漿護(hù)壁旋挖高效成孔應(yīng)用效果(1) 采用化學(xué)泥漿護(hù)壁后，很少出現(xiàn)過滲漏、流砂、塌孔現(xiàn)象，有效保證了成孔質(zhì)量。(2) 使用傳統(tǒng)泥漿護(hù)壁法成孔速度較慢且在下鋼筋籠前需多次清孔，化學(xué)泥漿護(hù)壁法則大大提高了成孔速度