喀斯特地貌钻孔灌注桩泥浆调配施工技术

张熙

摘要：以复杂的喀斯特地貌岩溶地区钻孔灌注桩施工为背景，介绍了喀斯特地貌下影响钻孔灌注桩成孔与成桩因素中泥浆配备的影响,分析了影响泥浆质量的相关因素，总结了泥浆的材料、配合比及施工要点。

关键词：喀斯特地貌；岩溶；钻孔灌注桩；泥浆；施工技术

1、泥浆的主要性能指标

钻孔灌注桩的泥浆性能主要有泥浆比重、粘度、含砂率、静切力、胶体率、失水率和稳定性。

（1）比重

泥浆的比重是指泥浆与4℃ 时与水的重量之比，一般不大于1：15为宜。泥浆的比重越大，对孔壁的静压力就越大，对孔壁的稳定性越有利。泥浆比重的大小决定于泥浆中固相含量和固相的比重，其次与泥浆液中可溶性盐的数量有关。但是泥浆比重过大，其失水量也越大，孔壁泥皮增厚，加大钻具的磨损，加大清孔、灌注砼的难度，降低钻进速度，比重过小......。

（2）粘度

泥浆粘度是泥浆流变性主要指标，指单位面积上的切向力与产生的形变之比。泥浆的粘度越大，悬浮钻渣的能力越强，护壁的能力也越强，泥浆产生的孔壁泥皮厚，孔壁稳定，但易粘结钻头，影响钻进速度，增加泥浆净化难度。

（3）含砂率

泥浆含砂率是泥浆内所含的砂和粘土颗粒的体积百分比。当含砂率大时，会降低粘度，增加沉淀，容易磨损泥浆泵和钻具，易造成埋钻、卡钻事故。

（4）静切力

反映泥浆在静止状态时,内部凝胶网状结构的强度。静切力以希腊字母θ表示,法定计量单位为帕(Pa)。静切力的大小决定于单位体积内流体中结构链的数目与单个结构链的强度。流体内部结构序列逐渐趋向稳定,结构发育趋向完善,静切力也增大。因此,衡量凝胶强度增长的快慢,规定静切力必须测两次,按API标准规定是测量静止10秒和10分的静切力,分别称为初切力和终切力。静切力的大小,反应了悬浮岩粉的能力。特别是加重泥浆,加重剂重晶石等的密度大,一旦泥浆泵停止工作,冲洗液循环中断时,泥浆中粗的岩屑颗粒很快下沉而造成孔内埋钻事故。因此静切力应保持一定的数值。

（5）胶体率

泥浆胶体率是表示泥浆中粘土颗粒分散和水化程度

（6）失水率

泥浆在钻井中有水渗入孔壁的现象叫失水。失水是指一个大气压差30min从泥浆里渗出的体积（mL）。泥皮厚度与泥浆过滤失水率成正比。

（7）稳定性

泥浆中粘土颗粒分散的均匀程度及悬浮能力。又称泥浆沉降稳定性。对高质量的泥浆有稳定性的要求，泥浆稳定性不小于0.03

2、泥浆对成桩质量的影响

（1）对成孔的影响

在钻孔灌注桩成孔过程中采用泥浆护壁、防止塌孔，应要求泥浆具有适应的比重，如果泥浆比重过大，虽能维持钻孔和地层间的压力平衡，维护孔壁的稳定，加强悬浮钻渣的能力，但同时也会造成泥浆中无用固相含量较多，附着在孔壁的泥皮过厚，而且泥皮疏松，韧性较低，不但会使钻孔缩颈，而且会引起孔壁水化崩塌，导致泥皮脱落，致使孔内不能净化，造成清孔困难。有时候还会使泥浆泵堵塞，使混凝土的置换产生困难。况且，泥浆中的无用固相含量过高时，也会拖拽钻头的钻进，使得岩屑颗粒重复破碎，导致机械钻速下降，同时对钻头、水泵、叶轮等产生较大的磨损，降低其使用寿命。如果泥浆比重过小，泥浆护壁就容易失去阻挡孔壁土体坍塌的作用，造成塌孔，也会使清孔困难。

（2）对浮渣的影响

理论上，理想的泥浆是一种胶体，不会产生沉淀现象，但实际的泥浆中粘土颗粒要比理想的胶体颗粒大的多。因此，泥浆的浓度会随时间的变化而变化，泥浆中的固相颗粒容易沉淀，颗粒越大越容易沉淀。在施工过程中，各道工序之间可能会有较长的时间间隔，如果泥浆中的固体颗粒大量沉淀，其悬浮钻渣的能力大大减弱，会造成大量沉渣，这些沉渣如不能及时循环冲洗，将对成桩质量造成明显影响。

（3）对水下混凝土的影响

目前灌注桩水下混凝土的浇筑多采用直升导管法灌注水下混凝土，在砼灌注时，主要依靠导管内混凝土柱的压力来升顶管外的混凝土和泥浆，同时冲击挤出孔壁泥皮。在砼灌注过程中，若不能很好的控制泥浆比重、含砂率等，例如比重过大、含砂率过高时，随着混凝土的不断灌注，也不断的挤出孔壁泥皮，并使之进入上部的泥浆和浮浆中。这样，在整个灌注阶段，管外混凝土面以上的泥浆相对密度在不断增大，使得砼水下灌注阻力增大，使砼骨料大部分堆积在桩芯部位，而钢筋笼外几乎无骨料，不仅桩身质量不好而且桩的侧摩阻力也难以发挥，从而严重影响混凝土质量。另外稠浆在钢筋笼上沉积粘附，导致钢筋与砼握裹力降低。

3、控制要点

4.1由于回填材料为建筑垃圾，且未按照相应的规范进行分层夯实回填，回填材料松散，坍塌严重，造成旋挖钻无法成孔。（见图一）

解决措施：采用挖机开挖基坑2m*2m*2m，然后采用低标号混凝土“回填锁口”，混凝土内配构造钢筋（主筋直径C12@200，箍筋直径A8@200）。待混凝土具有一定强度后，然后采用旋挖钻开孔。

4.2混凝土灌注完成后出现钢筋笼下沉

原因分析：高回填区旋挖钻成孔过程中形成大的空腔，拔护筒时速度过快，混凝土瞬时下沉填充空腔形成巨大弯矩造成钢筋笼拉弯下沉。钢筋笼下沉量与空腔的形式有关。偏心空腔是由于旋挖钻成孔时地质情况不均匀，某一侧地质较软，造成该侧位置塌方造成的，浇筑混凝土时混凝土对钢筋笼一侧挤压造成钢筋笼受弯偏心下沉，钢筋笼下沉量较大。四周空腔是由于旋挖钻孔四周地质均匀且较软，孔洞四周均存在塌方，且塌方程度相近，混凝土浇筑过程中，混凝土对钢筋笼主筋造成瞬时压力，但由于箍筋的存在，主筋不会产生大的变形，钢筋笼下沉量极小。

解决措施：旋挖钻施钻过程中，施工技术管理人员严格进行旁站，若发现较小偏心空腔，随即向孔内投入粘性较大红粘土，然后钻机加压反转，将红粘土挤入偏心空腔内，并准确测量偏心空腔的位置，浇筑完成拔钢护筒时控制钢护筒的拔出速度，即可有效解决此问题。若遇见较大的偏心空腔，待钻至空腔下50-100cm时，随即采用低标号混凝土回填，待混凝土具有一定强度后重新进行施钻。若发现四周空腔，需旁站人员准确记录空腔位置，待混凝土浇筑完成后通过控制钢护筒的拔出速度可有效解决钢筋笼变形下沉。

偏心空腔 四周空腔

4.3钻孔过程中遇到溶洞、裂隙等特殊地质,出现卡钻、埋钻、钻孔歪斜等现象。

解决措施：地勘资料显示，本工程A1、A2栋共有8根桩底部存在溶洞，而溶洞上部中风化白云岩基层厚度普遍小于5m，不满足地基承载力要求。故需将溶洞钻穿，由于该部位地质较硬，钻孔过程中要适当降低进尺速度，以防钻具损坏，钻孔歪斜。此时，当钻孔至溶洞部位时，采用低标号混凝土进行回填处理，待混凝土初凝并具有一定强度后，重新施钻。

4作业控制要点

控制泥浆技术指标，钻孔开始时不宜将泥浆直接调至要求指标，应有一定的过渡。作业过程中锤头起落时，慢提慢放；砂土层和砂层的胶结性能都比较差，对于含水丰富的饱和流砂、软塑、流塑粘土等易坍塌地层，钻进时应调整操作方式，控制泥浆液面，并在钻孔过程中始终保持泥浆液面在护筒上边缘以下30~40cm，维持压力防止孔内水头高度不够，尽量减少钻具对孔壁的冲刷和扰动；操作方法严格遵循“三慢”原则，即慢提、慢放和钻进钻速慢，通过严格控制钻具的运动速度来减少泥浆对孔壁的扰动，并为泥皮形成留足时间。

5结语

随着国家基础设施的稳步推进，钻孔灌注桩应用越来越广泛，钻孔灌注桩的泥浆质量直接影响成孔质量，对工期、投资有直接的影响，因此需要对泥浆制备引起足够的重视，控制施工过程中的每一道环节和每一道工序，从而保证基础施工阶段施工质量。

科学技术是第一发展力，提高钻孔灌注桩施工技术、优化泥浆配比，可提高工效、降低造价，从而实现在建设过程中低成本，高效率和高质量的要求。

参考文献:

[1]萧树忠.钻孔灌注桩施工技术在房屋建筑工程中的应用[J].山东工业技术,2015(9):105-105.

[2]孙爱军,赵英爽.客运专线铁路岩溶地区钻孔桩施工技术[J].铁道标准设计,2008(10):46-48.