钻孔灌注桩海水粘土泥浆的研究与应用

第6卷第2期 广 东 交 通 职 业 技 术 学 院 学 报 Vol.6No.2 2007年6月 JOURNALOFGUANGDONGCOMMUNICATIONSPOLYTECHNIC June2007 收稿日期：2007-03-30 作者简介：艾海清(1973-)，男，助理工程师 研究方向：路桥工程 文章编号:1671-8496-(2007)02-0041-03 钻孔灌注桩海水粘土泥浆的研究与应用 艾海清，李书惠 (广东省长大公路工程有限公司第三分公司, 广东广州 511430) 摘 要：钻孔桩的泥浆性能直接影响钻孔桩的质量,在粘土中加入一定的分散剂可以配制出高质量的海水 泥浆,在海沧大桥、崖门大桥、湛江海湾大桥及杭州湾跨海大桥北航道桥钻孔桩应用,效果良好。实践证 明,膨润土不适合在海水中造浆,但粘土也不适合在淡水中造浆。 关键词：钻孔桩;海水泥浆;胶体率;应用; 中图分类号：U443.15 文献标识码：A StudyandApplicationofBoredPileswithSeawaterGrout AIHai-qing,LIShu-hui (No.3BranchofGuangdongProvincialChangdaHighwayEngineeringCo.Ltd., Guangzhou511430,China) Abstract:Thecharacterofgroutaffectingthequalityboredpilesdirectly.Addingsomedispersantintheclaycanput uphighqualityseawatergrout,whichhasbeenusedinHaicangBridge,YamenBridge;ZhanjiangBayBridgeand HangzhouBayBridgeandhavegottengoodeffects. Keywords:boredpile;seawatergrout;colloidratio;application 粘土种类 塑限/% 液限/% 塑性指数 大于0.1mm颗粒含量/% 大于0.075mm颗粒含量/% 膨润土 37 101 64 0.1 3.6 红粘土 24 65 41 2.1 7.5 白粘土 26 53 27 3.2 8.9 灰粘土 20 43 23 3.0 8.2 表1 粘土的物理性质 粘土种类 有机质/% 总易溶性固体/% 硫酸盐/% 氯化物/% Fe2O3/% CaO/% MgO/% 膨润土 / / / / 1.97 0.46 0.33 红粘土 1.21 1.06 0.07 0.53 6.43 1.34 0.71 白粘土 0.89 0.93 0.06 0.34 3.21 1.23 0.55 灰粘土 0.98 0.94 0.07 0.50 4.65 1.30 0.61 表2 粘土的化学组成 随着交通事业的迅猛发展,沿海地区建造跨 海大桥已经很普遍了。已建成的福建厦门海沧大 桥、广东的崖门大桥、湛江海湾大桥和正在建设 的杭州湾跨海大桥北航道桥都是跨海大桥。在其 钻孔灌注桩施工中遇到海水泥浆的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。泥浆是 钻孔灌注桩成孔的重要条件之一,在钻孔过程 中,泥浆起到保护孔壁、悬浮钻渣和保证正常钻 进的作用。海水泥浆的配制及其性质的研究就十 分必要,本文针对厦门海沧大桥、广东的崖门大 桥、湛江海湾大桥及杭州湾跨海大桥北航道桥的 钻孔灌注桩的海水泥浆作了初步探索。 1材料和试验方法 1.1材料及理化性质 (1)粘土:膨润土、红粘土、白粘土、灰粘 土等。其物理性质见表1,化学组成见表2。 3应用 3.1厦门海沧大桥 厦门海沧大桥是连接厦门岛与海沧大陆的跨 海大桥,其中西塔和西锚由广东省长大公路工程 公司施工。西塔位于东航道西侧海域中,有28根 直径为2m的钻孔灌注桩,最长深度达70m。 西塔钻孔桩施工开始时,用膨润土来配制钻 孔泥浆,发现泥浆在有海水渗入时,迅速沉降, 完全不能起护壁作用,只得暂时停止钻进。经过 试验室对不同的粘土在海水中形成泥浆的试验, 最后采用红粘土配制的海水泥浆,其配合比为海 水:红粘土:CMC:Na2CO3=100:11:0.05:0.06,在用 (2)海水:不同水域的海水。 (3)分散剂:NaOH、Na2CO3、CMC、聚丙烯 酸胺等。 1.2试验方法 根据《公路桥涵施工技术 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 》(JTJ41— 2000)对泥浆各项指标的要求,用不同地区的粘 土、海水、自来水,不同的分散剂配制各种泥 浆,作对比试验,并测定其胶体率、失水量、砂 率及沉降速率等,从中选出符合施工规范要求的 泥浆配合比,在实际的桩基钻孔中应用。 2试验结果 2.1各种泥浆在海水中的胶体率及沉降速率 《公路桥涵施工技术规范》规定用于钻孔的 正循环泥浆的胶体率要达到96%以上,在逆循环 时胶体率要达到95%以上。通常钻孔的泥浆都是 用膨润土来制备。在海上钻孔,海水不可避免的 会进入到钻孔护筒中来,由于海水中有大量的盐 份及各种金属离子,对膨润土的造浆性能影响很 大,泥浆会很快沉降到底部,沉降的速率非常 快,上层很快变成清澈的溶液。这样起不到泥浆 的护壁作用,泥浆沉到底部对灌注混凝土的质量 影响很大。因此,必须要改善泥浆的性能,先通 过膨润土在海水配制的泥浆中加入NaOH、 Na2CO3、CMC、聚丙烯酸胺、石棉等,效果都不 理想。后改换用其他粘土并加入各种分散剂来配 制海水泥浆,先后做了数百次试验,最后在厦门 海沧大桥选到一种粉红色的粘土,崖门大桥附近 一 种 白 色 的 粘 土 , 湛 江 海 湾 大 桥 附 近 的 灰色的粘土。根据其各自的性质,添加不同的分 散剂,配制成海水泥浆具有较好的性能,在其中 加入CMC、聚丙烯酸胺改善分散性,加入Na2CO3 或NaOH调节pH值。并测定这些泥浆的沉降速率 及胶体率(用100ml的量筒,取100ml配好的泥 浆,静置,测量不同时间粘土颗粒形成泥浆沉降 时泥浆的高度)。同时也做了这些粘土在自来水的 对比试验,其结果见表3。 从试验结果可以看出,膨润土在海水中沉降 非常快,1h就已完全沉降了。这对灌注混凝土质 量影响很大,因此,膨润土不适合在海水中造 浆。而在海域附近寻找的粘土,有一定的抗盐作 用,在加入一定的分散剂时可以配制成高质量的 泥浆,其胶体率达到96%以上,完全可以用作海 水钻孔护壁的泥浆。 这些粘土在自来水中反而比在海水中沉降得 快,也不适合在淡水中造浆。各种粘土在不同的 海水交叉使用时效果也不好。 2.2各种泥浆的比重、失水量、砂率等 在胶体率达到规范要求后,又测定了泥浆的 比重、失水量、砂率等,其结果见表4。 粘土种类 pH值 密度g/cm-3 砂率/% 粘度/s 失水率/ml·(30mim)-1 泥皮厚度/mm 膨润土 9.4 1.06 1.5 18 30 1.0 红粘土 9.4 1.10 1.8 20 16 1.5 白粘土 9.5 1.09 1.9 21 17 1.8 灰粘土 9.3 1.12 1.8 20 18 1.5 黄粘土 9.4 1.10 1.7 19 19 1.4 表4 海水泥浆的各种性质 表3 各种泥浆的沉降对比试验及胶体率结果 注：24h的沉降为胶体率 海水 膨润土 25 25 25 25 25 红粘土 100 100 99 99 98 白粘土 100 99 98 98 97 灰粘土 100 99 98 97 96 自来水 膨润土 100 99 98 97 96 红粘土 85 60 50 40 30 白粘土 85 60 50 40 29 灰粘土 87 80 75 70 55 介质 粘土种类 不同沉降时间的胶体率/% 1h 2h 3h 4h 5h 广 东 交 通 职 业 技 术 学 院 学 报 第6卷42 此泥浆作钻孔泥浆后进钻非常顺利,灌注混凝土 的效果良好,并按期完成了西塔的基础施工。桩 基检测的18根桩中其中有17根为A类桩,1根为B 类桩。西引桥的部分灌注桩也在辅航道的海域 中,也采用了该种泥浆为钻孔泥浆,使用效果也 较好。 3.2广东的崖门大桥 崖门大桥是广东西部沿海高速公路上的关键 工程项目,跨越崖门水道 入海处,属典型的沿海 地区河流水文地质情况。全桥长1296m,设计主 跨为338m双塔单索面墩、梁、塔固结预应力混 凝土斜拉梁。2个主墩位于深水区,各有18根直 径为3m钻孔灌注桩,平均深度为60m,最大深 度达80m,嵌岩最深46m。 两个主墩的泥浆都采用白色粘土配制的海水 泥浆。其配合比为海水:白粘土:CMC:聚丙烯酸胺: Na2CO3=100:11.5:0.08:0.30:0.10,桩基成孔后经过 36~40h的安装钢筋笼工作,其泥浆的护壁作用仍 然很稳定,孔底沉淀也较少,使桩基施工取得成 功,36条主墩桩基在成孔过程中未发生过坍孔、 卡钻等事故。桩基检测优良率100%,其中A类桩 占50%。 3.3湛江海湾大桥 湛江海湾大桥全长3981m。由东至西分为五 部分:东岸引桥、小中东引桥、立交斜拉桥、小 中西引桥、西岸海滨立交桥。现正在做基础工程 施工。 由于在湛江海湾大桥的桥址区域的地质构造 中有一层灰色的粘土,试验发现,这种粘土加入 适当的分散剂能在该区域的海水中形成较好的泥 浆。当海水渗入护筒时,在这种粘土的作用下, 也能形成较好的泥浆,对钻孔桩成孔时护壁非常 有利,清孔完成较好。海上和岸上的钻孔桩已经 有部分已完成。已完成并已检测的204根桩中A/I 类桩占155根,B/II类桩占49根,优良率100%。 3.4杭州湾跨海大桥北航道桥 杭州湾跨海大桥北航道桥共计152条钻孔灌 注桩基础,其中主墩桩基52根,桩径2.8m,平均 桩长125m;边辅助墩共计44根,桩径2.5m,平 均桩长93m;高墩区引桥桩基础每墩8根,桩径 2.5m,平均桩长92m。 在有以上几座大桥的 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 基础上,就地取 材,经过大量的试验,从中优选出适合该水域施 工的泥浆配合比,用到北航道桥的桩基钻孔中。 目前桩基施工已全部完成。超声检测152条桩全 部为I类桩,而且超声波的图像边界波动很小,竖 直度好,内部均匀,表明整个混凝土的内部结构 也很均匀。从图像判断扩孔少,没有出现坍孔现 象;以实际混凝土的灌注情况来看,主墩桩基平 均理论混凝土方量为769m3,统计实际混凝土的 平均灌注方量为800m3,混凝土超方在5%以内, 并取得了良好的经济效益。 4结语 海水泥浆经过厦门海沧大桥、广东的崖门大 桥、湛江海湾大桥及杭州湾跨海大桥北航道桥的 应用,粘土经过加入一定的分散剂配制的海水泥 浆具有形成的泥浆胶体率高,不易沉降,含砂率 低,不易失水;而且配制这种泥浆成本低,有较 好的经济效益;操作简便,使用效果好。 参考文献： [1]王中文,刘宏波,蔡爱杰.海水泥浆在沿海地区钻孔 灌注桩中的应用[J].桥梁建设,2001(6). [2]纪春茂,等.钻井液与完井液[J].新型海水钻井技 术,2000(1). 第2期 艾海清，等：钻孔灌注桩海水粘土泥浆的研究与应用 43