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海水泥浆在海上钻孔桩中的应用

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HH55
2007-11-20

海水泥浆在海上钻孔桩中的应用

liyujing

关键词：海水泥浆配合比应用
一、
工程概况
青岛海湾大桥第六合同段位于青岛海湾大桥红岛航道桥西侧，里程桩号为：RK22+550～RK24+830，基础采用钻孔灌注桩，选用气举式反循环钻机成孔，海水水质类型为CL―Na型水，海水对混凝土结构中钢筋（长期浸水）具弱腐蚀性，对钢结构具中等腐蚀性。施工区属规则半日潮类型，两次高潮的高度基本一致，但低潮位有日不等现象，两次低潮的高度略有差异。潮汐周期约为12小时25分，涨潮时间相对较短，落潮时间相对较长，两者相差1小时10分钟左右，平均潮差3.10m最大潮差4.68m
桥位地貌类型主要为堆积地貌：山前堆积区、滨海堆积区、山前冲积平原区。桥位区揭露为前第四纪中生界白垩系地层，桥位处揭露地层主要特征如下：
上层：软土层；全新世滨、浅海相沉积，主要为青灰色淤泥、淤泥质亚粘土、淤泥质粘土、粉砂、细砂；红岛航道桥位主要为淤泥及淤泥质土，厚度5.0～9.0m。
中层：粘土层、砂层；晚更新世冲～洪积成因，主要岩性为灰黄色亚粘土和中、粗砂、砾砂；厚度1.60～15.70m，底板标高-8.25～-35.30m。
下层：岩层；红岛航道桥桥位内沉积岩的主要岩性为泥岩、泥质砂岩、角砾岩，局部夹玄武岩。
二、采用海水泥浆的必要性
本工程钻孔灌注桩均处于海中，而且距岸线较远，淡水供应非常困难，且由于区域一年四季均有灾害性天气发生，主要灾害性天气有大风、冰雹、台风、暴雨等。对大桥施工影响的主要是大风和大雾，同样也给海上运输淡水造成困难，鉴于此，我们根据以往海上施工经验，在本工程钻孔灌注桩施工中采用海水泥浆护壁的钻孔工艺。
三、海水泥浆的配合比设计
由于海水中Cl－、Mg2+、Ca2+含量高，泥浆悬浮功能差，出渣困难，钻进效率受到制约，甚至不能很好地起到护壁作用。如果仅采用普通膨润土等造浆材料，仍难以使泥浆达到使用要求。针对这个问题，根据本工程的实际情况，结合本项目以往海上施工经验，拟定出海水泥浆的基本配合比，其施工配合比在钻孔过程中根据实际情况和需要再行调整。
1、材料的选择
根据工程所处的环境条件（海水环境，抗盐性要求高）和地理位置（处在渔民养殖区，不得污染海水），选则以下人工造浆材料：
（1）、钠质膨润土
其主要成分为蒙脱石，水化能力强，造浆率高，所造泥浆是一种带有电荷的亲水胶体，通过颗粒静电斥力保持稳定的悬浮状态。具有相对密度低、粘度低、含砂量少、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高、钻具回旋阻力小、钻进率高、造浆能力大等优点。拟采用山东潍坊龙凤钠基膨润土。

钠基膨润土物理、化学指标一览表

项目	粒度	pH	SiO2	Al2O3	Fe2O3	MgO	CaO	Na2O	K2O	烧失量
数值	200目通过96%	8.2	71.95%	8.23%	0.54%	1.05%	1.58%	2.10%	1.75%	[align=center]12.8%

（2）、碳酸钠（Na2CO3）
碳酸钠作为一种分散剂主要作用是使进入水中的膨润土分散开来，形成外包水化膜的胶体颗粒，提供钠离子和碳酸根离子，调整泥浆pH值，使粘土颗粒分散、表面负电荷增加，更好地吸收外界的正离子，增加水化膜的厚度，提高了泥浆的交替率和稳定性，降低失水率，并且使钢筋处于弱碱性环境中，对钢筋的锈蚀起到保护作用。掺入量为膨润土的0.3~0.5%。拟采用山东海化股份有限公司纯碱。
（3）、聚阴离子纤维素（PAC）
PAC是一种增粘剂，是羧甲基纤维素（CMC）的衍生物，无毒无害，是一种阴离子型线性高分子物质，能在海水中不降粘，具有增稠性、保水性、抗盐性及较好的薄膜成型性。PAC有高粘度和低粘度两种。粘度越高，增稠效果越好，但粘度过高会影响其在泥浆中的溶解性。拟采用山东一腾化工有限公司产PAC。
（4）、海水，直接去之胶州湾海上，未作任何处理。
2、根据以往海上施工经验，特拟定出海水泥浆的基本配合比，其施工配合比在钻孔过程中根据实际情况和需要再行调整。根据基准配合比做了三组试验，检测个指标结果如下表所示：（海水：膨润土：PAC：纯碱）

泥浆材料质量比	相对密度	黏度（Pa.s）	含砂率(%)	胶体率(%)	失水率(ml/30min)	泥皮厚度（mm/30min）	PH值
1:0.14:0.0035:0.0045	1.090	24.15	2.1	98	19	2.0	10
1:0.13:0.0037:0.0045	1.085	25.08	1.7	98	19	1.5	10
1:0.13:0.0038:0.0045	1.090	25.43	1.5	99	18	1.8	10
规范要求范围	1.06~1.10	18~28	≤4	≥95	≤20	≤3	[align=center]9~11

根据试验中实测泥浆各项性能指标分析，当按照海水：膨润土：PAC：纯碱=1：0.13：0.0037：0.0045的质量比配制的泥浆，其各项性能指标均满足规范要求。因此，建议按照海水：膨润土：PAC：纯碱=1：0.13：0.0037：0.0045的质量比人工配制海水泥浆，进行现场施工。
四、海水泥浆的制备和循环
1、泥浆的制备
钻孔泥浆的配制，采取在钢护筒内钻机自行造浆。钻机就位后，将钻头提升至孔底以上10cm左右，连接好气管以及泥浆循环回路，开动钻机；根据孔内的水量和泥浆基本配合比计算出膨润土及外加剂的用量，人工逐袋加入膨润土，外加剂逐步投入，通过钻机的转动搅拌孔内混合物制造泥浆；开动空气压缩机，孔内泥浆通过气举经过钻杆和泥浆管进入泥浆分离器，通过泥浆分离器把直径大于0.074㎜以上的颗粒从泥浆中分离出来，钻渣装入储渣筒内，净化后的泥浆进入泥浆池，通过钢护筒与泥浆池之间的连通槽流入正在钻进的孔内，经过气举反循环调配孔内上、下层的泥浆；在泥浆调配过程中，对孔内和泥浆池出口处的泥浆技术指标进行检测，根据检测结果对泥浆进行调整，即调整海水、膨润土及两种外加剂的用量，直到满足所设计的基本配合比为止。
2、泥浆的循环
钻孔泥浆循环系统由钻机的钻杆系统、泥浆净化机、泥浆池、泥浆连通槽、空压机（气举）等组成，泥浆循环通过钻机钻杆气举携渣孔道吸出，进入泥浆净化机，再由泥浆净化机输入泥浆池，经过沉淀，由泥浆池内通过泥浆连通管流入相邻钢护筒内，经过周围相连护筒循环回到原护筒内，以此循环自始至终。
五、结束语
海水泥浆在海上钻孔桩中的应用大大节约了工程成本，加快了施工进度，通过现场使用情况的验证，不失为海上钻孔桩施工护壁的一种优选方案。

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- lidexing
- 2008-02-14
很好，谢谢楼主！