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1、 厶凹 腿 二 E L B 4 0 0 0 型 沥青搅拌设备 j J T i J 0 囊 i 一 一 霹 Z 三水河特大桥 桩基泥浆净化器的运用 Ap p l i c a t i o n o f Mu d P u r i fi e r t o P i l e F o u n d a t i o n o f S a n s h u i Ri v e r Gr a n d Br i d g e 乌 磊 赵颖超 王 1 陕西省交通厅基本建设工程质量监督站 陕西 西安 7 1 0 0 7 5 2 陕西省交通建设集团公 司 陕西 西安 7 1 0 0 7 5 0 引言 国家高速公路银川至百色G6 9 线
2、的成阳至旬邑段全 长9 3 6 k m 该项目的控制性工程之一 三水河特大桥 为连续刚构桥梁 主墩高1 8 3 n l 主跨长1 8 5 m 该桥共 有6 个主墩 每墩3 O 根桩 桩径为2 5 i n 其中l 3 1 4 l 5 墩桩基长度为5 0 m 1 6 墩桩基长度为6 5 r l l 1 1 墩桩 基长度为8 0 m 1 2 墩桩基长度为8 1 r n 主墩桩基全部属 于大直径桩 部分属于大直径深桩 桩位地层岩性为风 积黄土 残积古土壤和漂卵石及三叠系延长组粉砂岩泥 岩互层 地层分布较稳定 综合考虑地层土质的稳定性 和机具的使用效率等因素 主墩桩基全部采用冲击钻成 孔 选用黑旋风Z
3、X 一 2 0 0 泥浆净化器清孔 1 泥浆的作用与技术要求 1 1泥浆的作用 在钻孔灌注桩的施工中 泥浆对桩基础的成孔质量 起着关键的作用 泥浆一般由水 粘土和添加剂按照比 例拌和而成 在成孔过程中 泥浆能在孔内维持一定的 水头差 在孔壁内侧形成静水压力 进而保护孔壁 由 于泥浆呈液体状态 能使钻孔过程中产生的钻渣悬浮 因此可以减小钻进阻力 1 1 1 2泥浆护壁的机理 泥浆在桩孔内形成 隔水膜和泥浆液态静压力 其 中隔水膜又称为泥皮 是在孔壁周围形成的液体土膜 土体具有渗透性 有利于在孔壁形成隔水膜 泥浆在液 压作用下渗入土层 在泥浆表层 土颗粒粘附在泥浆凝 胶体中 形成较为稳定的土层 进
4、而增加土体的抗剪强 度 最终维持孔壁的稳定性 泥浆产生的液态静压力直接作用在孔壁上 在一定程 度上降f 氐 了孔壁表层土体的渗透 生 维持了孔壁稳定眭 另一方面 泥浆液态静压力与作用在孔壁上的土压力和水 压力相互作用 维持孔内压力平衡 保持其稳定性 1 3泥浆用量 1 m 泥浆中的粘土用量可按式 1 进行计算 m 1 P 2 一 P 3 P 1 一P 3 P 1 1 式中 m 为1 m 泥浆所需粘土质量 哟 m 泥浆所需粘 土体积 P P P 3 分别为粘土 泥浆和水的密度 根据施工情况 制备泥浆的能力以及钻孔进度制备 足量的泥浆 每 日钻孔和清孔所需的泥浆用量分别用式 2 3 进行估算 m
5、1 2 1 5 m1 h 2 1 2 1 5 3 式中 m 为每 日钻孔用泥浆量 m 为每钻进1 m的泥浆 用量 为每 日钻孔深度 为每 日清孔用泥浆量 v o 为每日清孔的总体积 1 4 泥浆技术要求 1 比重 比重即泥浆的相对密度 是指泥浆与 同体积4 C水的质量之比 当泥浆比重在合适范围内 时 孔内孔壁的内侧土压力也较为稳定 孔壁不宜发生 塌孔现象 当比重过大时 孔壁上的泥皮增厚 增加了 泥浆的使用量 给清孔和浇筑灌注桩造成困难 比重偏 大时 泥浆中的固体悬浮颗粒物含量增大 会对钻具产 生较大的磨损 直接影响钻进速度 2 粘度 粘度是指泥浆液体中各种颗粒分子之 间产生的内摩擦力 粘度大的
6、泥浆能产生更厚的孔壁泥 皮 有效防止翻砂 增强泥浆液携带钻渣的能力 若粘 度过大 则会影响泥浆泵的正常工作 影响桩基成孔进 度 给施工带来困难 若粘度过小 钻渣不易悬浮 产 生的静水压力也不足以稳定孔壁 易造成事故 3 含砂率 含砂率是指泥浆内所含砂和粘土颗 粒 的体积百分比 这是控制泥浆质量的重要指标 要 求较为严格 含砂率大时 会降低泥浆的粘度 增大比 重 直接影响护壁质量 同时易磨损泥浆泵 严重时会 导致工作中断 4 胶体率 胶体率是指泥浆静止后 悬浮状态 下粘土颗粒与水的分离程度 用百分比表示 5 p H 值 泥浆一般呈碱性 p H值为8 l O 若p H 值过大 泥浆会出现分层现象
7、失去稳定孔壁的作用 2 泥浆净化器的工作原理 泥浆净化器是将高压送风管和排渣管下放至距孔底 0 3 0 4 m深的位置 通过风管将空压机产生的压缩气体 从孔底送入排渣管 使压缩气体与泥浆混合 在排渣管 内形成密度小于排渣管外的充气泥浆 由于导管内外压 力差的作用 泥浆不断沿排渣管上涌 形成反循环 开 始送风时 送风量应从小到大 当孔底沉渣较厚或沉淀 板结时 应加大送风量 并上下移动排渣管 使压缩空 气和排渣管内的泥浆混合 形成气 水混合物 使之与 导管外的孔内泥浆形成负压 并在负压的作用下向风管 F E A T U R E S i 圈露 口流动 在排浆管底 口产生 吸力 将孔底的钻渣及 泥浆排
8、出 AI 直接输送至Z X一 2 0 0 泥浆净化装置进行 处理 Z X一 2 0 0 泥浆净化装置将振动筛与旋流分离这两种不 同的泥浆净化方式合理地结合在一起 形成一个对泥浆 处理的闭路循环净化系统 除渣后的泥浆会再循环至孔 内 并适时补充清水 保证孔内泥浆压力大于排渣管内 的压力 循环泥浆 直至孔底泥浆比重 泥浆稠度 含 砂率满足规范要求 3 泥浆净化器的施工工艺 3 1准备工作 桩基成孔之后 在冲击钻钻头上用直径为2 5 mm的 螺纹钢焊一个与桩基直径大小相同的圆环 对孔壁泥皮 进行清理 保证成孔直径与设计直径相符 当对孔壁泥 皮反复清理后 孔底泥皮沉淀会增厚 这时再把锤头放 到孔底 进
9、行小冲程反复冲击 使孔底沉渣悬浮 上述 准备工作有利于清孔和控制孔底沉渣厚度 3 2 下放排浆管道 孔壁泥皮刮好后 开始下放排浆管道 排浆管道底 节下放到距离孔底0 3 0 4 m的位置 图1 在排浆管下 放一半深度的时候安装送风管 送风管安装在孔深一半 的位置 现场施工时安装在比孔深中心低6 m的位置 3 3 泥浆净化器安 装 将空压机与送风管 排浆管连接好后 把排浆管与 Z X 一 2 0 0 泥浆净化器 回浆管连接好 完成泥浆净化器的 图 1黑旋风ZX一 2 0 0 泥 浆净化器清孔示意 4 3 一 l r J l l 黼 随 随 蜮 黼 黼 黼 黼 戳 麟 麟 黼 粼 黼 黼 i 篮
10、凿 安装工作 泥浆净化器开始工作时 首先开启空压机 观察排渣管内泥浆反循环的状况 正常后开启泥浆净化 器进行清孔 清孔过程中随时观察孔 内水头的高度 当 水头高度离护筒底 口5 0 c m左右时 应停机补充水源 避免因水头高度太低而出现踏孔和护筒塌陷等情况 为 了保证彻底清理孔底沉渣 在清孔的过程 中应适时移动 风管的位置 并用冲击钻小冲程冲击孔底 4 泥浆护壁的质量控制 4 1成孔质量控制 桩基成孔质量的好坏 直接影响钻孔灌注桩的桩身 质量和承载力 为确保桩基础在成孔时不出现问题 在 施工技术和施工质量控制方面应做好以下工作 j 1 确保桩身成孔的垂直度 为满足设计要求 应确保钻机稳固 在钻
11、进过程中 随时校对钻架及钻杆 的位置及垂直度 若发现倾斜 应及时校正 在成孔结 束后 下放钢筋笼前应对孔内垂直度进行检测 检测合 格后方可进行后续施工 2 确保桩位及成孔深度 在钢护筒定位后 以及 钻进过程 中及时复核护筒位置 确保护筒中心与桩位中 心位置不发生偏差 为及时了解钻孔深度 应在钻进过 程中随时记录钻杆的长度 控制成孔深度 在提出钻具 后 应用测绳对孔深进行复核 3 制作钢筋笼前应对钢筋资料进行检查 按设 计要求和规范要求检查钢筋的直径 长度和质量等 对 不符合要求的焊缝接口进行补焊或冲焊 吊环的焊接长 度应根据桩底标高选定 确保钢筋笼 吊入时有充分的吊 装长度 沉放钢筋笼时不能碰
12、撞桩基孔壁 如需在孔内 焊接接长 要确保焊接时间 缩短吊放时间 4 2 灌注质量控制 1 避免出现混凝土离析现象 灌注桩采用泵送 混凝土导管灌注 常会出现混凝土离析现象 现场混凝 土配合比应根据砂石料的规格 级配和含水率等数据及 时调整 确保每次灌注的质量 在混凝土拌和前应该校 核配合比 并制作试件 做好记录 2 避免出现 断桩 堵管等影响灌注质量 的事 故 在进行灌注桩施工时 应对混凝土搅拌时间及坍落 度进行实时控制 混凝土搅拌时间直接影响灌注桩的强 表 1清孔后的泥浆指标 指标 l 比重 粘度 a s 禽砂率 一 般值 1 0 3 1 5 0 1 7 2 5 5 0 正循环 1 2 0 2
13、 4 4 0 反循环 1 0 5 l 8 O 5 度 珊 洛 度 j f U 茯 定 棍凝 土 征 导 臂 内 的流 功 性 洛 度趣 小会堵管 过大会影响混凝土强度 导管的埋置深度宜 保持在2 4 m 埋置过深会导致拔管困难 埋置过浅则 容易出现断桩 在灌注混凝土过程中 应检查坍落度和 导管埋置深度 避免出现质量事故 5 工程应用效果评价 原有工艺是使用沉淀池处理清孔泥浆 需要2 3 d 的时间才能完成 清孔效果也不理想 在咸旬高速公路 三水河特大桥钻孔灌注桩施工过程中使用Z X 一 2 0 0 型泥 浆净化装置 取得了良好的施工效果 水力旋流器能快 速地分离孔内泥浆中的细渣料颗粒 7 1
14、0 h 即可完成淆 孔 以该桥主墩1 1 墩为例 成孔孔径为2 5 m 孔深为 8 0 m 终孔后正 反循环清孔泥浆指标见表1 从表1 中可以看出 清孔后泥浆指标较为理想 反 循环成孔泥浆性能优越 同时大大缩短了终孔后清孔和 调节泥浆指标的时间 从而缩短了工期 大大提高施工 效率 在项 目工期紧张的情况下 新工艺保证了桩基础 的施工质量 提高了设备使用效率 同时缩短了施工日 寸 间 加快了施工进度 并创造了可观的经济效益 6 结语 三水河特大桥主墩属于大直径深桩 桩长较长 桩 基穿越风积黄土 残积古土壤和漂卵石及粉砂岩 给桩 基施工孔内泥浆循环带来了困难 建设人员选用黑旋风 Z X 一 2 0
15、 0 泥浆净化器清孔施工 克服了桩长 泥浆循环时 间长 砂卵石颗粒多及泥浆指标差等因素 缩短了施工 工期 提高了桩基施工工效 增加了经济效益 同时礁 保了桩基施工质量 参考文献 1 王强 赵春风 赵程 等 钻孔灌注桩正反循环泥浆护壁对孔径 的影响研究o l 岩土工程学报 2 0 1 1 3 3 Z 2 2 0 5 2 0 8 2 翁 洋 陈锡锋 陆军强 c Mc 泥浆在特殊地质大直径超长桩基中 的应用U 公路交通科技 应用技术版 2 0 1 2 1 2 2 7 4 2 7 5 嘲 刘润星钻孔桩成孔时泥浆护壁的力学原理分析IJ 内蒙古大学学 报 自然科学版 2 0 1 1 2 1 8 5 1 8 9 4 林礼进 优质泥浆在旋挖钻孔灌注桩护壁中的应用U 探矿工 程 2 0 1 3 1 1 5 7 6 0 5 吴 鹏 龚维明 任伟新 等 钻孔灌注桩护壁泥浆对桩基承载性能的 影响田 岩土工程学报 2 0 0 8 3 0 9 1 3 2 8 1 3 3 2 6 胡忠喜 护壁泥浆在钻孔灌注桩施工中的应用技术研究o 广东 交通 职 业技 术 举院 荤掘 2 0 1 2 1 2 6 2 8
