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    淺談灌注樁施工中泥漿制備與應用

    發布于:2022-11-18 

    安徽天翰工程咨詢有限責任公司            楊榮根

    摘要:在建設工程施工中,泥漿對灌注樁的施工質量有較大影響,本文主要分析了泥漿的性能指標,以及在實際施工中如何測定控制泥漿性能指標及制備泥漿進行了介紹。

    【關鍵詞】灌注樁   泥漿   性能   測定   制備

    一、泥漿的組成:

    一般鉆孔泥漿由水、粘土(或膨潤土)和添加劑組成。

    二、泥漿的作用:

    在鉆孔中,由于泥漿的相對密度大于水的相對密度,故護筒內同樣高的水頭,泥漿的靜水壓力比水大。由于靜水壓力的作用,泥漿可作用在井孔壁形成一層泥皮,阻隔孔內外滲流,保護孔壁免于坍塌。

    此外,泥漿還起浮懸、攜帶鉆渣、清洗孔底、冷卻鉆頭等的作用,使鉆進正常進行。在各種方法鉆進中,泥漿起的作用不完全一樣,故對泥漿的性能的要求也不相同。

    三、泥漿的性能:

    泥漿的主要性能有:1、相對密度2、粘度3、靜切力4、含砂率5、膠體率6、失水率7、酸堿度

    1、相對密度

    泥漿的相對密度失泥漿與同體積的水的質量之比。泥漿的相對密度增大時,在鉆孔中對孔壁的側壓力也相應增大,孔壁也越趨穩定,懸浮攜帶鉆渣的能力也越大。相對密度過大的泥漿,其失水量亦增大,孔壁上的泥皮也增厚,這就增加了泥漿原料的消耗,回給清孔和灌注混凝土造成困難。另外,泥漿相對密度的加大,意味著泥漿中固體顆粒含量加大,這就會對鉆具產生較大的磨損,更重要的是降低了鉆進速度。

    2、粘度

    粘度是液體或混合液體運動時,各分子或顆粒之間產生的內摩擦力。粘度大的泥漿,產生的孔壁泥皮厚,對防止翻砂、阻隔滲漏有利,對懸浮攜帶鉆渣的能力強,對正循環回轉鉆進有利。但粘度過大,易“糊鉆”,影響泥漿泵的正常工作,增加泥漿凈化的困難,進而影響鉆進速度。粘度過小、鉆渣不易懸浮,泥皮薄,對防止翻砂、滲漏不利。

    3、含砂率

    含砂率時泥漿內所含的砂和粘土顆粒的體積百分比。泥漿含砂率大時,會降低粘度,增加沉淀,容易磨損泥漿泵和水管搖頭、鉆錐等機具;停鉆時易造成埋鉆、卡鉆事故。

    4、失水率

    失水率又叫失水量或滲透量,是泥漿在鉆孔內受內外水頭壓力差的作用在一定時間內滲入地層的水量,以mL/30min為單位。泥漿的失水率越小,則它的膠體率越大。失水率小的泥漿有利于鞏固孔壁和保護基巖;失水量過大的泥漿,形成孔壁泥皮過厚而使鉆孔直徑縮小,在泥巖地層易造成其遇水軟化,地層膨脹而坍孔。故泥漿的失水率越小越好。

    5、靜切力

    靜切力時精致的泥漿,受外力開始流動所需的最小的力,它表示泥漿結構的強度,以破壞1c㎡面積上的泥漿顆粒結構所需的力表示。泥漿靜切力要適當:太大則流動阻力大,流往沉淀池的泥漿中鉆渣不易沉淀,影響凈化速度,使泥漿相對密度過大,鉆進速度降低;太小則懸浮攜帶鉆渣效果不好,鉆進速度也會降低,若因故停鉆時,鉆渣易下沉,造成積渣埋鉆事故。

    6、膠體率

    膠體率時泥漿靜止后,其中呈懸浮狀態的粘土顆粒與水分離的程度,以百分比表示,膠體率的泥漿,粘土顆粒不易沉淀,懸浮鉆渣的能力強,否則反之。

    7、酸堿度

    pH值表示, pH值一般以810為適當,這是粘土顆??蛇M行分散,水分子進入粘土內部使其膨脹,顆粒表面形成一層吸附性水化膜(又稱束縛水),相當于增加了泥漿中的固相成分,使失水率小,能較快形成薄而堅的泥皮,因此這種泥漿固壁性能好。水化膜還可阻止土顆粒粘結在一起而沉淀,因而增加了泥漿的穩定性和膠體率。如pH過小時,失水率也會急劇上升;如pH值過大,泥漿慮液將滲透到孔壁的粘土,使孔壁的表面軟化,粘土顆粒之間的凝聚力減弱,造成裂解而使孔壁坍塌。

    四、泥漿性能指標的測定:

    1、相對密度

    泥漿的相對密度的測定施工現場一般是采用泥漿相對密度計來測定。將要量測的泥漿裝滿泥漿杯,加蓋并洗凈從小孔溢出的泥漿,然后置于支架上,移動游碼,使杠桿呈水平狀態,讀出游碼左側所示刻度,即為泥漿的相對密度。

    2、粘度

    用工地標準漏斗粘度計測定。用兩端開口量杯分別量取200mL500mL泥漿,通過慮網慮去大砂粒后,將泥漿700mL均注入漏斗,然后使泥漿從漏斗流出,流500mL量杯所需時間(s),即為所測泥漿的粘度。

    校正方法:漏斗中注入700mL清水,流出500mL,所需時間應是15s,其偏差如超過+1s,測量泥漿時應校正。

    3、含砂率

    施工現場用含砂率計測定含砂率,量測時,把調好的泥漿50mL倒進含砂率計,然后再倒進清水,使總體積為500mL,將儀器口塞緊搖動1min,使泥漿與水混合均勻。再將儀器垂直靜放3min,儀器下端沉淀物的體積乘2就是含砂率。

    4、靜切力

    工地用不銹鋼泥漿切力計測定。

    泥漿切力可用下式計算:

    θ=(α-Fhr)/(Sh+F)

    式中:θ-泥漿切力,

          α-切力計重計

          F -切力計橫斷面面積

    r-泥漿的容重

    h-切力計沉入泥漿中的深度

    S-切力計橫斷面周長

    切力計用厚度0.7㎜不銹鋼板卷制焊成,中空、不漏水,要求尺寸與制成后的重力符合要求。切力計兩邊從底邊向上刻劃有尺度,精度至㎜。泥漿筒用鋁合金制成,要求不漏水,尺寸符合要求。另外需設置2根圓棒。

    量測時,先將1500mL泥漿攪勻后,倒入泥漿筒中。將兩根圓棒平行置于泥漿筒頂面中間,兩棒間距約2㎝。再將切力計慢慢豎直插于兩棒之間沉放泥漿中,待其下沉穩定后,從切力計上讀出沉入泥漿深度h,用相對密度計測出泥漿重度,帶入公式,即可計算出該泥漿的初切力 。取出切力計,擦凈粘著的泥漿,用棒攪動筒內泥漿,靜止10min,再用切力計測算初的切力為終切力。計算出的切力單位為N/c㎡。

    5、失水率

    施工現場一般可以采用濾紙法測定,用一張12㎝×12㎝的濾紙,至于水平玻璃板上,中央畫一直徑3㎝的圓,將2mL的泥漿滴入圓圈內,30min后測量濕圓圈的平均半徑,減去泥漿坍平后泥皮的平均半徑,即失水率。再濾紙上量出泥漿皮的厚度,即為泥皮厚度。泥皮愈平坦、愈薄則泥漿質量愈高,一般不宜后于2㎜~3㎜。

    6、膠體率

    膠體率是泥漿中土粒保持懸浮狀態的性能。測定方法可將100mL泥漿倒入100mL的量杯中,用玻璃片蓋上,靜止24h后,量杯上部泥漿可能澄清為水,測量時其體積如為5mL,則膠體率為100-595,即95%。

    7、酸堿度

    pH值就是常用的酸堿度的表度之一。pH值等于溶液中氫離子濃度的負對數值。pH值等于7時為中性,大于7時為堿性,小于7時為酸性。工地測量pH值方法用比色法測定,取一條pH試紙放在泥漿面上,0.5s后拿出來與標準顏色相比,即可讀出pH值。也可用pH酸堿計,將其探針插入泥漿,直接讀出pH值。

    實際施工現場可以根據條件,一般操作是只測定泥漿的相對密度、粘度、含砂率幾項指標??刂坪眠@幾項指標,泥漿的質量和性能已經能夠很好的滿足施工要求了。

    五、現場施工用一般泥漿的制備:

    1、粘土的選擇

    粘土以水化快、造漿能力強、粘度大的膨潤土或接近地表經過凍融的粘土為好,但應盡量就地取材。經過鑒定和經驗,具有下列特征的土,可符合上述要求作為調制泥漿的原料。

    ⑴自然風干后,用手不易掰開捏碎;

    ⑵干土破碎時,斷面有堅硬的尖銳棱角;

    ⑶用刀切開時,切面光滑,顏色較深;

    ⑷水浸濕后有粘滑感,加水和成泥膏后,容易搓成1㎜的細長泥條,用手指揉捻,感覺砂粒不多。浸水后能大量膨脹;

    ⑸膠體率不低于95%;

    ⑹含砂率不大于4%;

    ⑺制漿能力不低于2.5L/.

    一般可選塑性指數大于25,粒徑小于0.005㎜顆粒含量多于總量50%的粘土制漿。當缺少適宜的粘土時,可用略差的粘土,并摻入30%的塑性指數大于25的粘土;若采用粘質土時,其塑性指數不宜小于15,大于0.1㎜的顆粒不宜超過6%。所選粘土中不應含有石膏、石灰、或鈣鹽類化合物。

    若采用較差的粘土或含砂低液限粘土調制的泥漿,其性能指標不能符合要求時,可在泥漿中摻入碳酸鈉、氫氧化鈉或膨潤土粉末,以提高泥漿性能指標。摻入量與原泥漿性能情況有關,最好經過試驗決定。一般碳酸鈉的摻入量約為孔中泥漿的0.3%~0.5%。

    2、泥漿的調制

    制漿前,應先把粘土塊盡量打碎,使在攪拌中易于成漿,縮短攪拌時間,提高泥漿質量。

    制漿有機械攪拌、人工攪拌兩種方法。

    機械攪拌是,先將定量的清水假如攪拌鼓,然后慢慢的加進與水量相應的粘土,開動機械攪拌。成漿后,打開出漿門出漿。

    人工攪拌使先將粘土加入水放入制漿池內浸透,然后人工攪拌。

    用正、反循環回轉鉆進時,由于要求的泥漿質量高,一般是采用井孔外制漿,然后循環使用。

    3、調制泥漿的粘土用量計算

    在粘性土中鉆孔,事先只需調制不多的泥漿,以后可在鉆進過程中利用地層粘土造漿補漿。

    在砂類土、砂礫或卵石中鉆孔,事先須備足粘土,其數量可按下述公式和原則計算:

    q=Vρ1=(ρ2-ρ3)/(ρ1-ρ3) ρ1

    式中:q-每m3泥漿所需的粘土質量,㎏;

    V-每m3泥漿應需的粘土體積V =(ρ2-ρ3)/(ρ1-ρ3) ,m3;

    ρ1-粘土的密度,㎏/ m3

    ρ2-要求的泥漿密度,ρ2Vρ1+(1- V)ρ3,㎏/ m3

    ρ3-水的密度,ρ31/ m3

    一個鉆孔需要的總粘土量,應考慮泥漿充滿鉆孔和泥漿槽、沉淀池,考慮泥漿經多次循環使用后,其性能指標變壞須換掉等情況。一般情況下按井孔體積計算的粘土量再增加6%左右。

    現場生產中,泥漿性能指標的好壞,會影響到成孔的速度,成孔后孔的質量和穩定性,鉆具的磨損以及后續工序樁的混凝土灌注的質量。因此,現場施工技術人員要重視泥漿的質量控制和檢測。


    參考書目:

    1.路橋集團第一公路工程局.公路橋涵施工技術規范.北京:人民交通出版社,2000.

    2.王曉謀.基礎工程.北京:人民交通出版社,2003.

    3.交通部第一公路工程總公司.橋涵.北京:人民交通出版社,2003.

    4.高大釗 袁聚云.土質學與土力學.北京:人民交通出版社,2001.

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