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化学泥浆和膨润土在钻孔灌注桩组合使用

化学泥浆和膨润土在钻孔灌注桩组合使用

时间:2017-11-14 16:12  来源:未知   作者:gymyjs
 

    化学泥浆和膨润土在钻孔灌注桩组合使用

    1.引言

    钻孔灌注桩作为一种成熟的施工工艺,已在各类建筑物工程桩、抗滑桩、挡土墙、基坑围栏等领域广泛应用。对于一般地层,护壁泥可采用原地自然造浆辅以膨润土等外加剂,但在厚层粉性或砂性土地基中,采用原地自然造浆往往不能满足施工要求,如果单靠增加膨润土惨量来改善泥浆性质,膨润土的用量将很大,泥浆造价非常惊人。这种情况下化学泥浆就显得非常有优越性,但纯粹的化学聚合物泥浆也存在沉淀凝聚速度快、有效护壁时间较短、需配合捞砂钻及时回钻捞渣等缺陷。在特定条件下,化学聚合物和膨润土组合泥浆可在施工质量和工程造价方面取得较好的平衡。

    本文以上海临港某工程为例,对化学聚合物和膨润土组合泥浆在厚层粉土灌注桩施工中做了尝试性的应用,可供类似工程参考借鉴。

    2.工程概况

    项目为与上海临港地区,场地原为鱼塘,经由海中吹砂后填平,场地地质条件如下表1所示。拟建场地距海堤约100m,地下水位埋深随海水潮汐变化明显。

    拟建工程为一热处理炉地坑,属技术改造项目,基础平面尺寸32.5m×12.5m,基础埋深约19m,基础筏板厚度2.7m,其他三侧及场地内部密布已施工好的地坪桩(PHCA400管桩)和废弃的设备基础桩(Φ600灌装桩),这时基坑围护结构的选型和施工都带来极大困难。

    3.基坑围护方案

    对于开挖深度19m的深基坑,上海地区常见的围护方式为地下连续墙。本工程是在已投产的厂房内部施工,厂房净高有限,另一方面,本项目周边环境非常复杂,拟建场地内地坪桩和设备基础桩密布,这些都是围护结构施工时的地下障碍物,大型的地相爱连续墙施工机械根本没有施展空间。

    考虑到本基坑的平面尺寸较小,加之开挖范围内涂层的物理力学指标较好,经多种方案比心啊un,基坑围护结构采用Φ1200@1450的钻孔灌注桩结合4道砼水平制成,围护灌注桩的如图深度约32m,由于空间有限,灌注桩只能在地坪桩和设备基础桩的空隙中施工。

    本场地紧邻大海,地下水非常丰富,且与潮汐的涨落有明显联系,基坑开挖范围存在巨厚的粉性土,渗透系数大,在动水压力下很容易产生流沙、管涌等不利情况,因此基坑的止水隔水工作尤为重要。三轴搅拌桩是一种可靠、经济的止水帷幕,但由于地下障碍物非常多,三轴搅拌桩无法进行连续的套打施工。基于以上原因,最终选用高压旋喷桩止水,为确保止水效果,共采用3排Φ900@600高压旋喷桩作为止水帷幕。

    4.灌注桩试成孔

    本场地浅层额粉性土厚度超过17m,由于沉积时间短,孔隙比大,结构松散,根据以往施工经验,在这样的土层中施工钻孔灌注桩,很容易产生坍孔、扩径等问题,必须采取措施确保成桩质量。

    第一批试成桩2根,采用原地自然造浆,内掺10%的膨润土以改善泥浆性质,成孔检测结果表明,在粉性土范围桩径普遍大于1.4m,最大的达到1.6m,砼充盈系数超过1.45.灌注桩最初跳打施工时没问题,但由于扩孔严重,后续的灌注桩无法实施。第一批试成桩结果表明,原地自然造浆结合10%膨润土的方法无法满足设计和规范要求。

    在上海地区,以往有在搅拌桩(双轴或三轴)内套打灌注桩的成功案例,可以有效解决粉性(砂性)土地基内灌注桩坍孔。扩径问题。按照该思路,第二批试成桩3跟,先施工2排Φ900@600高压旋喷桩,8小时以内跟进套打施工灌注桩,护壁泥浆仍为原地造浆内掺10%的鹏润土。成孔检测结果表明,在粉性土范围桩径普遍在1.3m以上,最大的达到1.45m,砼充盈系数均为1.3左右,效果一般,灌注桩扩孔的问题没有得到彻底解决。同时,由于需要跟进套打施工,旋喷桩和灌注桩两种工艺的间隔时间较难控制,给施工带来一定难度。另一方面,由于灌注桩扩孔严重,有可能会把先施工的2排高压旋喷桩打穿,这给深基坑的止水性能带来很大风险。

    根据以往工程经验和试成孔情况,结合本工程的特点,要想确保围护排桩的成孔质量,要么进一步提高膨润土的掺入量,要么采用化学泥浆。由于膨润土造价相对较贵,如果要进一步提高,工程造价势必大幅提升,化学泥浆成为最好的选择。

    5.泥浆配置

    在旋挖钻孔桩中采用单纯的化学聚合物泥浆完全取代传统膨润土泥浆的成功案例,本工程也选取Ⅰ根桩进行了类似的试验,但由于化学聚合物泥浆沉淀凝聚速度快,且工地现场没有配备专业的捞砂钻头,结果没有上述文献钠么理想。由于工期较紧,试成孔的时间不能拖得太长,最终决定采用化学聚合物和膨润土组合的方式配置护壁泥浆。

    借鉴上述3批试成孔试验的经验教训,本次围护排桩的泥浆配置方法以人工造浆为主,自然造浆为辅,造浆材料为钠基膨润土和化学聚合物(即多种化学外掺剂),每立方化学泥浆中含10%钠基膨润土(质量比,下同),1.5%聚丙烯酰胺,3%羧甲基纤维素钠.10%纯碱。考虑到粉性土厚度非常大,每根桩的泥浆用量与设计成孔方量比值初步定位1.2-1.3之间,并根据实际施工情况调整。

    造浆系统采用搅拌台1个,储浆池2个,循环池2个,泥浆泵数个。每根桩开孔时就使用优质化学泥浆钻进,直至成孔完毕。在施工过程中,调整泥浆液面、清孔、吊放钢筋笼、二次清孔、灌注混凝土等常规工序仍按施工规范严格执行。

    化学聚合物泥浆一般都回收以反复利用,这样既加快了工期,也降低了成本。但这些案例中钻孔灌注桩都是作为工程桩,桩的中心距相对较大(3-5d)。本工程的钻孔灌注桩作为围栏排桩,桩的设计净间距仅为250mm,对成孔质量要求很高。考虑到本工程总桩数不多,为确保施工质量,每根桩均采用新鲜泥浆。实际操作中,上一根桩的砼浇筑完毕后用挖机对循环池进行清理,废浆用排浆车外运处理,保证将废浆处理干净后再进行下一根桩的人工造浆。

    6.效果分析

    按照上述参数实施后,每根桩的泥浆用量与设计成孔方量比值普遍不超过1.25,灌注桩的充盈系数普遍不超过1.15,前期试成桩遇到的坍孔、扩径问题彻底解决,围护排桩完全可以连续施工,效果相当好。

    基坑开挖后,暴漏出来的排位表面较为光滑,如图1所示。

    由于灌注桩施工比较顺利,基本上没有扩孔现象,后续的止水帷幕(3排Φ900@600高压旋喷桩)都能连续搭接施工,开挖后止水效果也较好,整个项目实施得较为顺利。

    化学聚合物泥浆属于有机物泥浆,它依靠极长的分子链形成的连接桥的吸附作用和桥接作用进行护壁,因此其护壁能力较传统膨润土泥浆强。同时,也正是因为化学作用,聚合物泥浆沉淀凝聚速度很快,一般在成孔10-20min后就需要采用专业的捞砂钻头进行捞渣,由于聚合物泥浆属于低固相含量的泥浆,虽然暂时起到护壁效果,但长时间在水头压力作用下会出现失稳的情况,所以在捞渣完毕后必须及时进行灌注,否则也会引起塌孔事故。

    对本工程灌注桩施工情况进行分析和反思,结合上述文献资料,化学聚合物和膨润土组合泥浆对本工程而言是一个比较合适的选择,它即具备了化学聚合物超强的护壁能力,在有效护壁时间上又比纯粹的化学聚合物泥浆长,不需要采用专业的捞砂钻头进行捞渣,施工较方便,有效的确保了灌柱桩的成孔质量。

    7.结语

    (1)在粉性土或砂性土中施工钻孔灌注桩,很容易坍孔。扩径,必须采取有效措施才能确保桩质量。传统的膨润土泥浆对改善粉性土中灌注桩的成孔质量能起到一定作用,但不能彻底解决问题。且随着膨润土掺量的提高,工程造价将急剧上升。

    (2)单纯的化学聚合物泥浆护壁能力较强,但存在沉淀凝聚速度快。有效护壁时间短、需要专业的捞砂钻头进行捞渣缺陷,化学绝毫无和膨润土组合泥浆可在一定程度上弥补这些缺陷。

    (3)本工程浅都存在巨厚的粉性土,通过采取化学聚合物和膨润土组合泥浆,钻孔灌注桩的充盈系数得到了较好的控制,排桩可以连续施工,基坑开挖后排桩表面较为光滑。

    (4)由于本工程的钻孔灌注桩是围护排桩,净间距小,对成孔质量要求很高,且总的桩数较少,实施过程中泥浆没有反复利用。在以后的工程中,可对组合泥浆的反复利用加以试验和探索,以获取更好的经济效益。