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膨润土泥浆在防止钻孔灌注桩塌孔中的应用

膨润土泥浆在防止钻孔灌注桩塌孔中的应用, 采用高塑性粘土为泥浆的主料, 外加剂主要为硝基腐植酸钾、 羧甲基纤维素、 纯缄等,并适当加大羧甲基纤维素用量,同时泥浆配比采用相对密度、 粘度的高值。4 塌孔原因分析灌注桩钻进过程中,泥浆面始终保持在与护筒溢浆口相平位置, 但在钻进时、 清孔后、 灌注混凝土时, 砂层均容易发生塌孔。塌孔原因主要有:(1 ) 由于砂土土层呈松散蜂窝结构, 空隙大、 渗透性好、 含水丰富, 颗粒的粒径、 颗粒内聚力小, 所以土颗粒在微弱动水或外力作用时反应灵敏, 会发生移动而丧失稳定。钻机在钻进时土体临空面应力同步释放, 孔壁四周的应力平衡被打破, 土颗粒会在合力作用下向孔内蠕动, 带动大范围的土体流动而产生坍塌。因此在土体的应力释放时, 泥浆必须及时提供足够的液态支撑, 才能保持颗粒不流动, 而泥浆于土体的静压力是通过泥皮产生作用的, 如果泥皮的渗透性过大、 局部缺失泥皮或不能及时形成泥皮,薄弱处的土颗粒都会被运动中的泥浆带入孔内, 形成了一个水土流失的通道, 造成土体的失稳。高塑性粘土的矿物成分主要为高岭石、 蒙脱石、 水白云母, 矿物颗粒细小, 主要结构特征呈骨架或蜂窝状。在水化时三种物质表现出的水作用特性不同, 使泥浆内部特性不一致。 因而塌孔的主要原因是泥浆不能及时形成泥皮或形成的泥皮不均匀、 不致密。

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泥浆密度过小也是造成塌孔的重要原因。钻孔时土体原本的应力平衡状态被打破,为维护孔壁稳定需要采用泥浆护壁,泥浆密度过小时护壁性能较差, 不能支撑孔壁的土压力, 在泥浆密度过低的部位便会容易塌孔。(3 ) 塌孔的另一原因是泥浆中含砂率较高。泥浆中含砂率较高导致泥浆护壁的摩阻力小、 粘度低、 泥浆护壁的稳定性差而引发塌孔。(4 ) 另外受到外界影响、 设备和机具损坏、 人员短缺和安排不当等造成施工停顿时间过长,使软弱地层经过长时间的浸泡、 冲刷和多次的提钻、 下钻造成的抽吸作用, 以及震动和碰撞, 也会导致塌孔的发生。 或在成孔后未及时灌注混凝土, 待灌时间过长, 致使泥浆沉积, 造成孔内泥浆密度不均匀。5 应对措施5. 1 改用膨润土泥浆护壁按规范要求的配合比制备泥浆, 增大泥浆密度, 提高泥浆粘度。 使用膨润土、 红粘土等, 从而使泥浆护壁更加有效地维持钻孔的稳定。 对泥浆进行适当的化学处理, 加入适量的聚丙稀酰胺、 纯碱 (Na2CO3) 和烧碱 (NaOH) 用来软化水质, 调整 pH 值, 改善粘土颗粒的水化性能, 提高泥浆的粘度和防塌性能。孔内泥浆应不断循环, 平衡地层压力, 无循环静止状态时间不宜过长, 应时刻注意泥浆质量和护壁的稳定情况。泥浆密度应严格按规范要求制备,不宜过小, 泥浆含砂量也不宜过高。 泥浆含砂量高时粘土颗粒少,泥浆粘性和护壁性能差且形成的泥皮疏松, 侧摩阻力小, 不利于护壁的稳定。膨润土泥浆护壁保证了周围土体的稳定, 满足了钻孔的需要。膨润土是以蒙脱石为主 (含量在 85~90%) 的含水粘土。

膨润土的层间阳离子种类决定膨润土的类型, 层间阳离子为 Na+时称钠基膨润土, 层间阳离子为 Ca+时称钙基膨润土。钠基膨润土性质比钙基膨润土好, 吸附能力更强、 膨胀率更高, 工程一般采用钠基膨润土。但世界上钙基膨润土的分布远广于钠基膨润土, 因此要对钙基膨润土进行改性,通常采用在天然膨润土中加碳酸钠,置换出土中的钙离子, 使它成为钠基膨润土膨润土具有很强的吸咐性,能吸附相当于自身体积 8~20倍的水,体积膨胀至原来交通建设· 224 · 与与建 材建 材装 饰装 饰2014年 3月30倍, 在水介质中能分散呈胶体悬浮液, 并具有一定的粘滞性、触变性和润滑性, 有较强的阳离子交换能力。钻孔时, 膨润土在自重及压力作用下, 向孔壁四周的土体渗透, 使更多的悬浮颗粒随泥浆渗透至孔壁土体, 悬浮颗粒的渗透能降低土体的孔隙比,使其更为致密, 并增大土体内摩擦角及粘聚力, 可以提高土体的自身强度和抵抗侧向变形的能力。5. 2 合理组织施工, 控制钻机工作的平稳度, 减少对土体的扰动在钻进速度上控制在中速档并保持平稳, 过慢, 钻头钻动对土体扰动加大; 过快, 泥皮来不及形成, 上下受扰土体相互作用,土体易失稳。在施工中应合理组织, 成孔后及时灌注混凝土。6 结束语综上所述, 膨润土形成泥皮速度快, 高膨胀性又使泥皮具有连续性、 稳定性和抗破坏性, 可以抑制局部坍塌, 维持孔壁的稳定性,保证钻孔顺利进行。根据施工应用膨润土泥浆护壁的总结, 提出以下建议:(1 ) 为保证膨润土颗粒完全分散, 使水分子进入粘土内部膨胀, 形成水膜, 达到快
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