泥漿性能指標對鉆孔灌注樁質量的影響和分析

季文宏

上海市合流工程監理有限公司 上海 200120

在我國公路、市政等交通事業持續發展的背景下，樁基礎所承載的承載力逐漸上升，而我國地質較為特殊，存在諸多的軟弱地層，因此大部分施工企業在施工過程中都會應用鉆孔灌注樁方式開展作業。泥漿作為該工序的核心要素，其性能指標會直接影響該工序的施工質量，企業需要做好分析，了解泥漿對于該工序的質量影響，掌握相應性能控制指標，根據工程實際情況，對其性能開展全方位的檢驗，確保性能指標符合工程修建需求，促進我國社會、經濟的穩定發展。

1 泥漿在鉆孔樁成樁施工中的重要作用

泥漿作為灌注樁施工中的重要材料，其性能指標將會直接決定鉆孔灌注樁的質量，在鉆孔灌注樁施工中具有極為重要的作用。首先，護壁作用，通過泥漿的靜水壓力，可以把鉆具中的鉆屑，以及鉆進過程中產生的巖土顆粒，攜帶到孔外，并對孔壁形成一層泥皮，防止孔壁坍塌，減小摩擦阻力。其次，懸浮作用。在鉆孔灌注樁施工過程中，由于地層復雜多變、地下水位高、鉆孔深度大等特點，孔底沉淀物厚度很大，使得泥漿對鉆具、鉆頭和孔壁產生一定的壓力和支撐作用。如果泥漿性能不理想，如粘度過高、含砂率過大等，就會導致孔壁坍塌。然后，分散作用。鉆進時泥漿中的粘土顆粒與孔內地下水發生接觸而形成懸浮體系，在鉆具旋轉攪動下產生大量微小氣泡并不斷地補充到泥漿中去，形成一層密度小、粘度大的液膜。當孔壁上有液膜時，起到了類似于隔水帷幕的作用。對于直徑較小的樁孔而言，其有效長度可達4～6m以上，并且還具有潤滑作用。在鉆進時，鉆桿對鉆頭與孔壁之間產生摩擦作用，鉆桿對孔壁的摩擦阻力相當于鉆頭轉動一周所克服的摩擦力。由于鉆頭在鉆進過程中要不斷磨損，所以工作面要經常保持一定的粗糙度，這樣就會造成鉆進過程中鉆桿對孔壁之間產生很大摩擦。而泥漿在鉆進過程中對鉆桿所產生的摩擦力很小，同時泥漿中含有一定量的膨潤土、純堿等材料，形成了一層很好的潤滑作用。最后，冷卻作用。鉆孔灌注樁在成孔過程中常會出現一些問題，如成孔后停鉆時間過長會出現沉渣厚甚至孔壁坍塌，或者鉆機移動造成樁位偏差較大等。在成孔后立即用泥漿泵將泥漿壓入導管內灌滿水，使泥漿在導管內循環流動將孔壁沉積物帶出。企業可以將泥漿壓入導管內灌滿水后再抽出導管，利用泥漿自身的壓力將沉渣帶出。如果采用上述方法均不能將沉渣帶出時，可在成孔后立即向孔壁上均勻地撒一些粘土并用絞車將其提至孔口，可以降低成孔后的沉渣厚度并減少樁體混凝土的澆注高度。此外，還可以在鉆孔灌注樁成孔清孔時向孔內回填粘性土，以提高孔底沉渣厚度，通過反循環排渣的方法清孔時可以將多余泥漿抽出孔外，避免孔底沉渣過厚，一般在沉井施工中應用[1]。

2 泥漿性能指標對鉆孔灌注樁質量的影響

2.1 成孔過程中的影響

泥漿作為鉆孔灌注樁施工中的主要護壁材料，其性能指標對成孔質量有很大的影響。在鉆孔過程中，泥漿作為一種懸浮液，其主要作用是保持孔內泥漿的相對密度和粘度，以滿足孔壁的穩定，同時也起到攜渣和冷卻鉆頭的作用。泥漿密度、粘度、含砂率和含泥量則是影響鉆孔質量的重要因素，如表1。首先，密度。泥漿的密度是指單位體積泥漿中所含顆粒質量的數量，是反映泥漿性能的主要指標之一。在鉆孔過程中，如果鉆進速度較慢，會產生鉆進困難，而鉆孔速度過快時，則容易產生塌孔事故，因此在鉆進過程中，應根據不同地質情況選用適宜的鉆頭直徑和鉆進速度。在泥漿制備過程中，也應注意控制泥漿的密度、粘度、含砂率和含泥量等指標。目前在現場使用的泥漿都是現場制備的泥漿，其性能指標較為穩定。但因其制備工藝不一樣，故其性能指標也不一樣。如粘土型泥漿，在制備過程中就存在密度過低或過高問題，所以其密度也要進行適當調整。其次，粘度。粘度是指泥漿溶液的粘滯能力，是反映鉆孔過程中保持孔內一定壓力和鉆進速度等重要指標之一。在鉆孔過程中，由于地層地質條件、鉆桿長度、鉆機類型以及鉆頭直徑等因素不同，導致鉆孔過程中會出現不同程度的塌孔或縮頸現象。所以應根據地層地質條件、鉆桿長度以及鉆頭直徑等情況，適當控制泥漿粘度。然后，含砂率。含砂率是指泥漿中含有一定數量細砂顆?；虼稚邦w粒的百分數，一般是在10%～30%之間。在鉆進過程中如果含砂率過大，則會造成鉆頭磨損加快和鉆具阻力增大，如果含砂率過小，則會造成鉆進困難和孔壁坍塌等問題。因此在施工過程中要控制好含砂率。最后，含泥量。含泥量是指泥漿溶液中所含泥沙量的百分數，一般為1%～2%左右。含泥量過高或過低都會影響鉆孔灌注樁的成孔質量。泥漿含砂量過大或過小都會造成孔困難或出現縮頸等現象，若含砂量過小則會導致鉆進時產生較大的噪聲和振動等現象，含砂率過大則會導致鉆孔過程中鉆具磨損加快以及孔壁坍塌等問題發生。

2.2 浮碴的影響

從理論上而言，泥漿是不會出現沉淀現象，但是由于施工環境的影響，泥漿在具體作業時，會出現數量較多的膠體顆粒，并且隨著時間變化，其顆粒就會出現沉淀，進而影響工程質量。例如，泥漿比重過大時，會產生孔壁坍塌，導致孔壁的穩定性較差，形成浮碴。同時，如果泥漿的粘度較大，會導致泥漿不易形成穩定的泥皮，在孔壁形成較厚的泥皮，而泥皮過厚時，則容易導致孔壁坍塌。當泥漿的含砂率較大時，則會造成泥漿比重與泥漿的含砂率有密切關系，含砂率越大，比重越大。如果泥漿中含有一定量的懸浮固體顆粒時，泥漿就不易形成穩定的泥皮。所以在施工過程中，要盡量減少泥漿對孔壁穩定性和孔壁穩定性的影響。通常情況下，可以通過增加護筒直徑、加深鉆機進尺深度和提高施工速度等措施來解決問題。同時，在成孔過程中也要控制好泥漿比重，盡量降低泥漿對孔壁穩定性和孔壁穩定性的影響，減小孔壁坍塌發生概率，從而對孔底沉淀物沉淀速度和懸浮物沉淀速度進行控制[2]。

2.3 灌注水下砼的影響

鉆孔灌注樁的施工一般分為泥漿護壁成孔和水下混凝土灌注兩個階段。在整個鉆孔灌注樁施工過程中，泥漿是必不可少的組成部分。泥漿質量的好壞直接關系到成孔質量和混凝土的質量，會直接影響樁基的施工進度和樁基的經濟效益。在實際工程中，由于施工條件復雜，在施工過程中受諸多因素影響，易造成孔內事故。所以在鉆孔灌注樁施工中，應根據工程地質情況和鉆機性能以及工程具體情況進行選擇。通過對現場試驗的分析，泥漿的各項指標對灌注水下砼有著直接影響，如：泥漿密度、粘度、含砂率、含泥量和懸浮物含量等指標。在實際工程中，應嚴格控制泥漿的各項性能指標，以確保鉆孔灌注樁施工順利進行，避免工程事故的發生。

3 提高泥漿性能指標，保障鉆孔灌注樁質量的有效措施

鉆孔灌注樁具有承載力高、能適應各種復雜地層、施工工藝簡單等優點，被廣泛應用于高層建筑、橋梁和基礎設施等工程項目。泥漿在鉆孔灌注樁施工過程中起著非常重要的作用，既是護壁泥漿，又是混凝土的載體。其性能指標直接影響到其成孔質量和成樁質量，但在實際施工中，由于種種原因，致使鉆孔灌注樁成樁過程中泥漿性能指標達不到規范要求，從而影響到成樁質量。企業需要從各方面入手，建立控制措施，提高泥漿性能，確保工程質量，可以通過以下幾種方式開展作業。

3.1 合理選擇泥漿原材料

泥漿主要由水、粘土和膨潤土等組成，在選擇時，要根據地層特性、成孔方式、機具設備配置等實際情況，綜合考慮泥漿的各項指標要求，選用性能穩定的優質粘土。并且合理選擇合適的膨潤土，膨潤土中含有粘土微粉，可以增大泥膜厚度、提高泥漿護壁效果。膨潤土是由蒙脫石和高嶺石等粘土礦物組成的天然層狀硅酸鹽礦物，具有良好的造漿、護壁作用。在鉆孔灌注樁施工過程中，由于地質條件復雜多變，成孔過程中會遇到不同地層、不同巖性等多種復雜情況，因此，要根據現場地質條件和施工要求選用合適的膨潤土。通常情況下，應盡量選擇在粘土中含有蒙脫石等粘土礦物的膨潤土。若地質條件復雜多變，應盡可能選用鈉基膨潤土。如果地層巖性較為堅硬，在鉆進過程中需要使用高粘度的泥漿時，可適當提高膨潤土的加量。當鉆進過程中出現縮徑等問題時，可適當降低膨潤土的加量。此外，還要注意添加適量的減阻劑。也可以根據工程實際情況選擇合適的外加劑，例如增粘劑。增粘劑是指在泥漿中能增加泥漿粘度的物質，通常采用聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯酸鈉等高分子聚合物作為增粘劑，能夠有效提高泥漿的粘度。企業需要按一定的比例在泥漿中添加該材料，一般添加量為0.5%～1.0%。增粘劑對泥漿性能有明顯的改善作用，不僅可以提高泥漿的粘度、降低濾失量，還能提高泥漿的穩定性。根據其作用機理，增粘劑對粘土和膨潤土均有較好的增粘效果。通過試驗發現，當聚丙烯酰胺用量為0.5%～1.0%時，泥漿性能指標達到最佳效果。在鉆進施工時，既可以保證護壁效果，又能降低成本，提高經濟效益。同時，企業還要合理選擇加水量。在使用過程中要根據實際情況及時調整加水量，保證泥漿的性能指標。

3.2 準確配比各項材料

泥漿主要是由不同材料組建而成，而不同材料的比例將會直接決定泥漿的整體性能，所以企業在控制其性能指標時，需要合理配備各項材料，根據工程的實際情況，明確各材料的配比比例，確保各材料均能發揮自身的作用，提高泥漿的整體性能，保障工程質量。首先，企業應根據地質條件選擇適當的泥漿制備材料，讓性能指標滿足規范要求。企業要對粘土的質量進行檢驗，檢測其物理指標、化學指標等。泥漿的配制方法為在泥漿中加入一定量的膨潤土，用水稀釋，使其成為泥漿。但是不同地質條件下對泥漿的要求不同，例如含砂量較多的砂層，其密度應控制在1.25～1.6g/cm3左右，含泥量較少的粘土層，其密度應控制在1.40～1.50g/cm3左右。其次，企業也要合理控制泥漿中水和粘土的用量，盡量采用高效低粘度型泥漿。通常情況下，當粘土質量分數為6%～8%時，其泥漿性能指標最好，質量分數為12%～15%時，其泥漿性能指標較好，質量分數為20%～25%時，其泥漿性能指標較好，質量分數為25%～30%時，其泥漿性能指標最差。因此施工前應認真核對各種材料的配比并做好相應記錄，當原材料用量超過規范允許范圍時應對其進行試驗驗證，如果實際所用材料量大于或等于規范規定范圍時應進行調整[3]。對于大直徑鉆孔灌注樁施工中的護壁泥漿還應選擇合適的添加劑，其種類及含量應根據工藝和成孔情況而定。

3.3 及時開展現場檢測

通常情況下，當泥漿配置完成以后，企業需要對其進行檢驗，確保泥漿整體性能。如果在檢驗過程中，泥漿性能無法達到工程需求，需要對其進行重新配置，直到性能符合工程需求以后才能將其用于施工環節。在檢測過程中，企業需要嚴格按照相應的原則以及方式開展標準化作業。如表2。首先，企業要明確現場泥漿性能指標檢測所包含的內容，如相對密度、含砂率、粘度、比重和 pH酸堿度等指標。同時，在檢測過程中可以使用比重儀測取靜水壓力后的泥漿比重，靜水壓力越大，泥漿相對密度越小，含砂率越小，粘度和比重越大。其檢測指標包含以下內容，靜水壓力值、相對密度、含砂率、pH值，其中靜水壓力值、應大于或等于0.5 MPa、泥漿相對密度應小于或等于1.30、含砂率小于或等于20%、pH值應大于12。最后，對不同地質情況下，其性能指標也會有所差異，施工單位應根據工程地質報告和施工現場實際情況確定泥漿性能指標。

表2 現場檢測內容

3.4 明確各環節施工要點

該工序在施工過程中所涉及的環節較多，不同環節都會使用到泥漿，所以具體應用過程中需要明確各環節的應用要點。首先，在泥漿配制時，要根據地層條件、樁徑大小、泥漿性能指標等進行綜合考慮，保證泥漿各項性能指標滿足鉆孔灌注樁施工要求。同時，要合理控制泥漿密度及粘度。在施工過程中，應根據地層條件、樁徑大小、樁間距等選擇合適的泥漿比重及粘度，以滿足施工要求。其次，企業要優化鉆孔工藝?？梢愿鶕刭|條件，合理選擇鉆機類型及鉆進速度，盡量避免出現斜孔、塌孔等不良現象。另外，在施工時企業要控制清孔時間和清孔方法。例如在清孔過程中可以根據地層條件控制清孔時間和清孔方法，避免出現孔壁坍塌現象。最后，在灌注混凝土前，需要進行導管密封試驗，確?；炷临|量符合規范要求[4]。

4 結束語

總而言之，鉆孔灌注樁作為系統化工程，在施工過程中各項環節都會影響到工程質量，而泥漿作為該工序的核心材料，施工企業需要做好性能指標控制，以預防為原則，加強各環節的管理力度，根據不同地質的實際情況，調整泥漿性能指標，確保各項工序的準確性和合理性，提高泥漿管理力度，讓其工序更加科學、合理，確保我國交通、市政、基礎等建設行業的穩定持續發展，為大眾提供優質的道路服務。