泥浆配比研究实施方案_精品文档.doc
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深水大直径变截面钻孔桩泥浆配比研究实施方案
一、工程概况及钻孔地质状况
本专项研究依托工程——新（会）中（山）一级公路新建工程大螯大桥，主桥21#～23#主墩位于深水区，风大浪大，其中21#墩处水深20m，22#墩处水深17m，23#墩处水深16m，主墩承台设计为双幅整体式，承台高度设计为450cm，并设100cm高封底混凝土。
每个承台下设8根变截面钻孔灌注端承桩，承台底至岩面桩基直径为320cm，岩面以下桩基直径为280cm。
主桥处的主要地质有淤泥，淤泥质粘土，粘土，亚粘土，细砂，粗砂，砂砾，强风化粉砂岩，弱风化粉砂岩和微风化粉砂岩。
其中，21#墩从上到下分别为淤泥质粘土，强风化粉砂岩，弱风化粉砂岩和微风化粉砂岩；22#墩从上到下分别为粘土，淤泥质粘土，砂砾，强风化粉砂岩，弱风化粉砂岩和微风化粉砂岩；23#墩从上到下分别为细砂，淤泥，亚粘土，粗砂，淤泥质粘土，强风化粉砂岩，弱风化粉砂岩和微风化粉砂岩。
二、施工规范相关要求
《公路桥梁施工技术规范》（JTJ041-2000）中关于钻孔泥浆的调制和使用技术要求如下：
1、钻孔泥浆一般由水、粘土（或膨润土）和添加剂按适当配合比配制而成，其性能指标可参照下表：
钻孔方法
地层情况
泥浆性能指标
相对密度
粘度（Pa.s）
含砂率（%）
胶体率（%）
失水率（ml/30min）
泥皮厚（mm/30min）
静切力（Pa）
酸碱度（pH）
正循环
一般地层
1.05-1.20
16-22
8-4
≥96
≤25
≤2
1.0-2.5
8-10
易坍地层
1.20-1.45
19-28
8-4
≥96
≤15
≤2
3-5
8-10
反循环
一般地层
1.02-1.06
16-20
≤4
≥95
≤20
≤3
1-2.5
8-10
易坍地层
1.06-1.10
18-28
≤4
≥95
≤20
≤3
1-2.5
8-10
卵石土
1.10-1.15
20-35
≤4
≥95
≤20
≤3
1-2.5
8-10
推钻冲抓
一般地层
1.10-1.20
18-24
≤4
≥95
≤20
≤3
1-2.5
8-11
冲击
易坍地层
1.20-1.40
22-30
≤4
≥95
≤20
≤3
3-5
8-11
①地下水位高或流速大时，指标取高限，反之取低限；
②地质状况较好，孔径或孔深较小的限低限，反之取高限；
③在不易坍塌的粘质土层中，使用推钻、冲抓、反循环回旋钻进时，可用清水提高水头（≥2m）维护孔壁；
④若当地缺乏优良粘质土，远运膨润土也很困难，调制不出合格泥浆时，可掺用添加剂改善泥浆性能；
2、直径大于2.5m的大直径钻孔灌注桩对泥浆的要求较高，泥浆的选择应根据钻孔的工程地质情况、孔位、钻机性能、泥浆材料条件等确定。
在地质复杂，覆盖层较厚，护筒下沉不到岩层的情况下，宜使用丙烯酰胺即PHP泥浆，此泥浆的特点是不分散、低固相、高粘度。
四、泥浆性能要求
大直径钻孔桩泥浆宜选用不分散、低密度、低固相、高粘度等性能的泥浆。
本工程施工拟采用冲击钻机成孔。
其桩基成孔时的泥浆性能指标采用如下表：
地层
情况
泥浆性能指标
相对
密度
粘度
（Pa.s）
含砂率（%）
胶体率（%）
失水率（ml/30min）
泥皮厚
（mm/30min）
静切力
（Pa）
酸碱度
（PH）
一般
地层
1.1~1.2
18~24
≤4
≥95
≤20
≤3
1~2.5
8~11
易坍地层
1.2~1.4
20~30
≤4
≥95
≤20
≤3
3~5
8~11
桩基终孔后，砼灌注之前清孔要求的泥浆性能指标如下表：
地层
情况
泥浆性能指标
相对
密度
粘度
（Pa.s）
含砂率（%）
胶体率（%）
失水率（ml/30min）
泥皮厚
（mm/30min）
静切力
（Pa）
酸碱度
（PH）
清孔
1.03~1.1
17~20
≤2
≥98
≤20
≤3
1~2.5
8~11
五、人员分工及完成时间
1、人员分工
本泥浆配比研究实施方案的目的是配制符合要求的经济优质泥浆配合比，本方案由新中三标项目部负责具体实施。
1.1、项目总工负责配合比审核；
1.2、项目工程管理部负责配合比所需材料调查、采购；
1.3、项目合约财务部负责配合比经济比较；
1.4、项目工地试验室负责配合比配制、比选。
2、完成时间
本试验完成时间为2011年5月30日。
六、配比原材料选用
1、水；采用西江水。
2、优质膨润土：
采用膨润土造浆具有相对密度低、粘度低、砂量少、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力强、钻具回转阻力小、钻进率高、造浆能力大等优点。
膨润土是泥浆胶体质的主要来源，分为钠质和钙质两类。
钠质膨润土泥皮薄、稳定性好、造浆率高（1t膨润土可造12～16m3泥浆）。
钙质膨润土较钠质膨润土性能稍差，但其价格相对低廉，选择适当的配比也能较好的满足工程需要。
市场上膨润土有铸造用和造浆用两类，其区别主要在于胶体率上。
为了增大泥浆的胶体率，在膨润土选择时应选用钻孔用膨润土，切不可选用铸造用膨润土。
其胶体率应大于96%，含砂率要小（0%～0.3%）。
3、CMC（羧甲基纤维素），可增加泥浆粘性，使土层表面形成薄膜而防护孔壁剥落并有降低失水量的作用。
4、FCI（铬铁木质素磺酸钠盐），为分散剂，可改善因混杂有土，砂粒、碎、卵石及盐分等而变质的泥浆性能，可使钻渣等颗粒聚集而加速沉淀，改善护壁泥浆性能，使其继续循环使用。
5、碳酸钠（Na2CO3），主要作用是提高泥浆的pH值，泥浆中pH值过小时，粘土颗粒难于分解，粘度降低，失水量增加，流动性降低；泥浆中pH值过大时，则泥浆将渗透到孔壁的粘土中，使孔壁表面软化，粘土颗粒之间凝聚力减弱，造成裂解而使孔壁坍塌。
泥浆的pH值宜保持在8～10之间。
这时可增加水化膜厚度，提高泥浆的胶体率和稳定性，降低失水量。
6、PHP（聚丙烯酰胺絮凝剂），主要作用是在泥浆循环中能清除劣质钻屑，保存造浆的膨润土粒；它具有低固相、低相对密度、低失水、低矿化、泥浆触变性能强等特点。
7、重晶石细粉（BaSO4），主要作用是可将泥浆的相对密度增加到2.0～2.2，提高泥浆的护壁作用。
8、干锯末、石棉等纤维物质，主要作用是防止泥浆渗水并提高泥浆的循环效果。
七、泥浆配比设计
1、调制泥浆的原材料用量计算：
m＝Vρ1=（ρ2-ρ3）/（ρ1-ρ2）-ρ1
式中：
m——每m3泥浆所需原料的质量（t）
v——每m3泥浆所需原料的体积（m3）
ρ1——原料的密度（t/m3）
ρ2——要求的泥浆密度（t/m3）
ρ2=Vρ1t（1-v）ρ3
ρ3——水的密度，取ρ3=1t/m3
若造成的泥浆的粘度为20～22s时，则各种原料造浆能力为：
黄土胶泥1～3m3/t，白土、陶土、高岭土3.5～8m3/t，次膨润土为9m3/t，膨润土为15m3/t。
2、各种参料配比按下表进行取值：
序号
材料名称
掺量
1
水
1
2
膨润土
水用量6%～8%
3
CMC（羧甲基纤维素）
膨润土用量的0.05～0.01%
4
FCI（铁铬木质素磺酸盐）
膨润土用量的0.1～0.3%
5
纯碱（Na2CO3）
膨润土用量的0.3～0.5%
6
PHP（聚丙烯酰胺）
泥浆用量的0.003%
7
重晶石（BaSO4）
根据泥浆相对密度调整
8
锯末、水泥、纸浆等
水用量的1%～2%
3、由于工程附近有大量用于制作陶瓷的白土，可由工地试验室采用白土、纯碱和水按一定配比作为基浆，进行配比对比试验。
八、泥浆配比试验。
1、配合比要求
工地试验室根据上表各种参量取值范围，进行多种配比的泥浆调制，然后对各种泥浆试样测定其性能指标：
1、相对密度ρx；2、粘度η（s）；3、含砂率；4、胶体率（%）；5、失水率（ml/30min）和泥皮厚度（mm）；6、pH值。
其检测方法按《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041—2000）的附录C-2：
泥浆各种性能指标的测定方法。
对测定泥浆的各种性能指标与要求泥浆的各种性能指标进行比较，然后对参量比例进行调整，直到所配制的泥浆的各种性能指标与要求泥浆的各种性能指标相同。
最后调整的各种泥浆参量比利即为所需泥浆配比。
2、试验所用设备
试验所用设备采用小型搅拌机进行，测量及检测采用试验室相关仪器进行，如设备不够由工地试验室计划采购。
3、试验步骤
3.1淤泥泥浆配制
取地质钻孔中的淤泥和淤泥质粘土加水搅拌成泥浆，模拟冲击桩机成孔淤泥造浆，用仪器检测泥浆的各项指标。
3.2粘土泥浆配制
3.2.1取工地附近的粘土加水搅拌成泥浆，用仪器检测泥浆的各项指标，与前面要求的指标进行对比，是否能够符合配制要求。
3.2.2用制作陶瓷的白土加纯碱和水搅拌成泥浆，用仪器检测泥浆的各项指标，与前面要求的指标进行对比，是否能够符合配制要求。
3.3PHP泥浆配制
配制PHP泥浆需制备两种泥浆。
一种为不含PHP的基浆，另一种为含有PHP的新浆。
3.3.1基浆配制（不含PHP）
基浆是由膨润土、纯碱和水拌制而成的泥浆，即普通泥浆中掺入一定量的纯碱，其配置比例按掺量表范围应根据水质、膨润土性质试验确定。
制备过程中先将水与膨润土搅拌混合，膨润土泥粉和水不能在自然状态下混合成泥浆，必须通过强劲的搅动才能形成胶体。
膨润土颗粒在水中充分分散后即往溶液中加入纯碱，以调整泥浆比重、粘度及pH值，泥浆性能超标时严禁直接兑入清水。
当基浆性能无法满足要求时可加入PHP而使其性能得以改善。
配置好的基浆性能指标如下表。
相对密度
粘度（Pa.s）
含砂率（%）
胶体率（%）
失水率（ml/30min）
泥皮厚（mm/30min）
静切力（Pa）
酸碱度（pH）
<1.03
20-22
<0.3
>98
<20
2-4
9-10
3.3.2PHP新浆配制
（1）PHP新浆原料
PHP新浆用原料PAM为非水解型,分子量为1000万左右。
新浆制作前需将PAM在NaOH溶液（烧碱）中水解成PHP。
水解PAM时其重量及NaOH浓度与重量应根据PAM分子量及类型经过试验确定。
水解后为PHP，水解的步骤如下。
①将PAM（100）置于清水（6000）中浸泡1d。
②同时加入烧碱（NaOH）在搅拌机中搅拌以促溶。
NaOH用量可按反应量计算,用量多少与PAM分子量和水解度成正比。
约为PAM的10%左右。
③停置2～3d,使PAM分子有效地分散于水中,形成浓PHP新浆。
（2）PHP新鲜泥浆的配制
将PHP（60%～70%）新浆加入到基浆中,经充分搅拌混合就形成PHP新鲜泥浆。
制后时应注意:
①新鲜泥浆的黏度要大幅度提高（即黏度T≥25s,达到30s以上）时,必须先将基浆pH值加碱调至≥10～12。
在实施施工中，可以专用罐存放在施工中可随时掺用到不同泥浆中使用。
②PHP掺用剂量为泥浆体积的0.003%左右。
最合理的比例应通过试验来决定,可用表征来观察。
③PHP新鲜泥浆的表征:
PHP含量不足泥浆呈红黄色，含量合适时呈嫩豆腐色果冻状，过量变成清水水土分层。
新浆加入PHP的量应根据粘度及失水率的需要调配。
一般情况下，每立方米基浆中加入PHP胶体0.4～0.6kg。
配置好的新浆性能指标如下表：
相对密度
粘度（Pa.s）
含砂率（%）
胶体率（%）
失水率（ml/30min）
泥皮厚（mm/30min）
静切力（Pa）
酸碱度（pH）
<1.04
26-35
<0
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