CN107989044A

CN107989044A - 特殊地质冲孔桩护壁结构材料的选择和控制方法

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Publication number: CN107989044A
Application number: CN201711208274.XA
Authority: CN
Inventors: 蒋建军; 周先友; 柳德胜; 罗明伦; 聂桂林; 陆永雄; 方文胜; 唐龙清; 吴勇
Original assignee: Yunnan Jian Jian Eleventh Construction Co Ltd
Current assignee: Yunnan Jian Jian Eleventh Construction Co Ltd
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2017-11-27
Publication date: 2018-05-04

Abstract

本发明公开了一种特殊地质冲孔桩护壁结构材料的选择和控制方法，在强、中风化岩中冲孔时，护壁材料采用黏土造浆，在粉砂层、碎石地质结构层中冲孔时，造浆材料选择膨胀土、水泥拌合成且严格控制拌合后泥浆的粘度等参数，在中、微风化的地质条件且桩施工位置较为平坦的地段冲孔时，采用黏土、水泥、熟石膏拌合造浆，且严格控制拌合后泥浆的粘度等参数，提高了不同地质条件下的护壁质量，提加快了施工进度。

Description

特殊地质冲孔桩护壁结构材料的选择和控制方法

技术领域

本发明涉及桩孔冲孔技术领域，尤其是一种特殊地质冲孔桩护壁结构材料的选择和控制方法。

背景技术

云南红河逆深大断裂地带的地质条件为褶皱均与断层交织，地质形成年代晚，地质结构复杂、地理环境高差达440米，阶地边缘均为陡壁，坡度大且陡峭，地质构造复杂，褶皱、断层发育明显；南北两区岩相、构造和生物群差异性明显；构造线方向北区杂乱，南区明显，为平行红河逆深大断裂的北西向线状构造，岩性板岩、泥岩、砂岩为主，受构造影响，岩体较破碎、岩层分层明显，既存在强风化岩层、又存在中、微风化的岩层，还有粉砂、碎石层。

由于强风化岩结构大部分被破坏，矿物成分显著变化，风化裂隙发育，岩体破碎，在冲桩孔造浆护壁时，碎石容易随泥浆浮上来，造成翻浆。微风化岩层的结构基本未变，仅节理面有渲染或略有变色，有少量风化裂隙，中风化岩的结构部分被破坏，沿节理面有次生矿物，有风化裂隙发育，岩体被切割成岩块，由于既有孔壁既有碎石存在，又有缝隙存在，容易有流沙，在冲桩孔造浆护壁时，碎石、流沙混入泥浆中，碎石容易随泥浆浮上来，造成翻浆且影响护壁泥浆的质量；又由于中、弱岩层呈酸性，使泥浆的质量不稳定，从而影响护壁的质量。而粉砂层、碎石地质结构层，由于粉砂、碎石之间的间隙较大，容易有流沙，在冲桩孔造浆护壁时，流沙易混入泥浆中，影响护壁泥浆的质量，使得护壁效果不好。

有的在中、微风化的岩层护壁材料时会采用膨润土、纯碱、离子纤维素拌合造浆的，这种泥浆易于配制，时间短。但这种方法存在以下问题：1)膨润土、纯碱、离子纤维素拌合比例难以控制；2)尽管泥浆拌合材料配合比控制好了，但是在施工中泥浆的护壁效果并不是很好，甚至孔内多次出现漏浆现象。分析漏浆原因，膨润土、纯碱、离子纤维素拌合料制成的泥浆适合于旋挖钻，旋挖钻机钻头通过朝一个方向高速旋转可以把泥浆高速挤入桩孔周围的碎石、卵石层，让泥皮嵌入孔周围的碎石、卵石层，使之的形成光滑固结泥皮层，形成一个密封的护壁。但是冲孔钻的冲锥在冲绳作用下是上下垂直运动，冲锥在冲绳的提升、下降过程中，冲锥运动方向不固定，会冲刮护壁，使得已经固结的护壁被重新破坏掉，达不到固结碎石、卵石土层护壁的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种特殊地质冲孔桩护壁结构材料的选择和控制方法，可以提高不同地质条件下造浆护壁的质量。

本发明所采用的技术方案是：特殊地质冲孔桩护壁结构材料的选择和控制方法，包括：

(a)在桩地质结构稳定、地质为粘土、强、中风化岩冲孔时，护壁材料采用黏土造浆，增加了泥浆的粘性，使碎石能够很好地黏附在泥浆上，避免了翻浆现象。

(b)在粉砂层、碎石地质结构层冲孔时，将膨胀土、水泥拌合成水泥混合土造浆，膨胀土遇水膨胀可以将粉砂层、碎石的间隙填满，防止流沙混入泥浆。

(c)在中、微风化的地质冲孔时，采用黏土、水泥、熟石膏拌合造浆，这三种材料易于得到，且拌制方便，拌制比例不是太严格，由于泥浆含有石膏这种胶结材料，能快速固结孔周围碎石、卵石层，随着冲锥上下运动挤压泥浆使其嵌入松散的碎石、卵石层，护壁层越挤压，粘连在护壁上泥皮就越厚，达到固结孔内松散碎石、卵石层作用，同时达到阻水的目的。

进一步地，(a)步骤中，配制泥浆的黏土用量计算公式为

q＝v×p1＝[(p2-p3)/(p1-p3)，

其中v-每立方米泥浆所需要黏土体积，

p1-黏土密度，

p2-要求的泥浆密度，

p3-水的密度，严格控制黏土与水的比例，保证了泥浆有足够的粘性。

进一步地，(b)步骤中,膨胀土、水泥按照质量比为(4.5～5)：(1～1.2)的比例拌合成水泥混合土造浆，通过严格控制膨胀土与水泥的比例，保证了膨胀土遇水膨胀后能够填满裂隙，使泥浆能够达到最佳的护壁效果。

进一步地，(b)步骤中,拌合的水泥混合土应符合：20Pa.s≤动力粘度≤30Pa.s，1.2g/cm³≤比重≤1.4g/cm³，含砂率≤4％，失水率≤20ml/30min，8≤PH≤11，3Pa≤静切力≤5Pa，胶体率≥95％，泥皮厚≤3mm/30min，通过对拌合后泥浆的参数控制，进一步保证泥浆有足够的粘性，可以更好地与孔壁贴合。

进一步地，(c)步骤中，黏土、水泥、熟石膏按照质量比(94～100):(4～5):(2～3)的比例拌合泥浆，通过对黏土、水泥、熟石膏比例的控制，保证了泥浆有足够的粘性，增强护壁强度，防止地下水的渗透。

进一步地，(c)步骤中，造浆时还加入了缓凝剂，加入缓凝剂的质量是熟石膏质量的0.1％至0.2％，缓凝剂可以任选动物胶，亚硫酸盐、酒精废液、硼砂，柠檬酸其中的一种，缓凝剂延缓了熟石膏的凝结时间，增强了泥浆的可塑性，使得施工时泥浆易于成型。

进一步地，(c)步骤中，拌合的泥浆应符合：18s≤恩氏粘度≤22s，1.04g/cm³≤比重≤1.06g/cm³，1％≤含砂率≤4％，失水量<30ml/30min，7≤PH≤9，通过对拌合后泥浆的参数控制，进一步保证了泥浆具有足够的粘性。

进一步地，(c)步骤中，在冲孔过程中，每隔一段时间将冲锤提出桩孔外冲洗，将粘结在冲锤上的泥浆冲洗干净，保证了施工进度和泥浆的护壁效果。

进一步地，(c)步骤中，完成中、微风化岩层的冲孔后，再冲孔时护壁采用黏土造浆，黏土可以稀释孔内胶结物，保障了之后的冲孔工作能够顺利进行。

本发明的有益效果是：

(1)在强、中风化岩中冲孔时，护壁材料采用黏土造浆，增加了泥浆的粘性，使碎石能够很好地黏附在泥浆上，避免了翻浆现象。

(2)在粉砂层、碎石地质结构层中冲孔时，造浆材料选择膨胀土、水泥拌合成且严格控制拌合后泥浆的粘度等参数，保证膨胀土遇水膨胀可以将粉砂层、碎石的间隙填满，防止流沙混入泥浆。

(3)在中、微风化的地质条件且桩施工位置较为平坦的地段冲孔时，采用黏土、水泥、熟石膏拌合造浆，且严格控制拌合后泥浆的粘度等参数，使得护壁性质更稳定，提高了护壁质量。

(4)本发明结合实际的地质结构，造浆材料选择当地易取材的材料，降低了材料、运输、人力成本

(5)通过提高不同地质冲孔的护壁质量，减少了重复造浆护壁的工作，且便于下一层的冲孔，提高了施工效率。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

在冲孔施工中泥浆循环时，泥浆带上来的渣屑流经沉淀池后沉淀下来，好浆流进循环池进行二级沉淀，再进储浆池，最后由泥浆泵通过胶管注入孔中。施工过程中根据不同地层的地质条件控制泥浆比重，可以有效提高成孔质量和钻进速度。

在常规冲孔施工中，使用泥浆材料有：黏土泥浆、膨胀土、冲击潮泥或亚黏土、油田泥浆(P、H、P泥浆)，结合现场实际地质情况；分别采用以下材料制作泥浆护壁：

实施例1：

在桩地质结构稳定、地质为粘土、强、中风化岩冲孔时，护壁材料采用黏土造浆，配制泥浆的黏土用量计算公式为q＝v×p1＝[(p2-p3)/(p1-p3)，其中v-每立方米泥浆所需要黏土体积，p1-黏土密度，p2-要求的泥浆密度，p3-水的密度，通过控制黏土与水的比例，增加了泥浆的粘性。

实施例2：

在粉砂层、碎石地质结构层冲孔时，膨胀土、水泥拌合成水泥混合土造浆，优选的，膨胀土、水泥按照质量比为5：1比例拌合，通过控制膨胀土、水的比例使得拌合的水泥混合土符合：20Pa.s≤动力粘度≤30Pa.s，1.2g/cm³≤比重≤1.4g/cm³，含砂率≤4％，失水率≤20ml/30min，8≤PH≤11，3Pa≤静切力≤5Pa，胶体率≥95％，泥皮厚≤3mm/30min。

实施例3：

在中、微风化的地质条件且桩施工位置较为平坦的地段冲孔时，采用黏土、水泥、熟石膏拌合造浆，石膏浆体在凝结硬化初期会产生微膨胀，膨胀率为0.5％至1％。这一性质使石膏制品的表面光滑、细膩、尺寸精确、形体饱满、装饰性好，保证了护壁效果。优选的，黏土、水泥、熟石膏按照质量比100：5：3的比例拌合，通过控制黏土、水泥、熟石膏的比例使得拌合的泥浆符合：18s≤恩氏粘度≤22s，1.04g/cm³≤比重≤1.06g/cm³，1％≤含砂率≤4％，失水量<30ml/30min，7≤PH≤9。该泥浆能快速固结孔周围碎石、卵石层，随着冲锥上下运动挤压泥浆使其嵌入松散的碎石、卵石层，护壁层越挤压，粘连在护壁上泥皮就越厚，达到固结孔内松散碎石、卵石层作用，同时达到阻水的目的。

因膏在加水拌合后，浆体在几分钟内便开始失去可塑性，30min内完全失去可塑性而产生强度，2h强度可达3至6MPa，初凝时间过短，施工成型困难，为延缓其凝结时间，造浆时可以掺入缓凝剂，加入缓凝剂的质量是熟石膏质量的0.1％至0.2％，需要延缓的凝结时间越长需要加入的缓凝剂的量越多，缓凝剂可以任选动物胶，亚硫酸盐、酒精废液、硼砂，柠檬酸其中的一种，缓凝剂延缓了熟石膏的凝结时间，增强了泥浆的可塑性，使得施工时泥浆易于成型。

因石膏是以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料，泥浆中含有石膏这种胶结材料，易粘稠，粘结冲锤严重，在冲击过程中大约30min要把冲锤提出孔外冲洗，将粘结在冲锤上的泥浆冲洗干净，保证了施工进度和泥浆的护壁效果。同时，在完成中、微风化岩层的冲孔后，再进行更深岩层的冲孔时护壁采用黏土造浆，黏土稀释掉孔内的胶结材料，保障了之后的冲孔工作能够顺利进行。

Claims

1.特殊地质冲孔桩护壁结构材料的选择和控制方法，其特征在于：包括

(a)在桩地质结构稳定、地质为粘土、强、中风化岩层冲孔时，护壁材料采用黏土造浆。

(b)在粉砂层、碎石地质结构层冲孔时，将膨胀土、水泥拌合成水泥混合土造浆。

(c)在中、微风化的地质冲孔时，采用黏土、水泥、熟石膏造浆。

2.如权利要求1所述的特殊地质冲孔桩护壁结构材料的选择和控制方法，其特征在于：(a)步骤中，配制泥浆的黏土用量计算公式为q＝v×p1＝[(p2-p3)/(p1-p3)，

其中v-每立方米泥浆所需要黏土体积，

p1-黏土密度，

p2-要求的泥浆密度，

p3-水的密度。

3.如权利要求1所述的特殊地质冲孔桩护壁结构材料的选择和控制方法，其特征在于：(b)步骤中，膨胀土、水泥按照质量比为(4.5～5)：(1～1.2)的比例拌合成水泥混合土造浆。

4.如权利要求3所述的特殊地质冲孔桩护壁结构材料的选择和控制方法，其特征在于：拌合的水泥混合土应符合：20Pa.s≤动力粘度≤30Pa.s，1.2g/cm³≤比重≤1.4g/cm³，含砂率≤4％，失水率≤20ml/30min，8≤PH≤11，3Pa≤静切力≤5Pa，胶体率≥95％，泥皮厚≤3mm/30min。

5.如权利要求5所述的特殊地质冲孔桩护壁结构材料的选择和控制方法，其特征在于：(c)步骤中，黏土、水泥、熟石膏按照质量比(94～100):(4～5):(2～3)的比例拌合泥浆。

6.如权利要求1所述的特殊地质冲孔桩护壁结构材料的选择和控制方法，其特征在于：(c)步骤中，造浆时还加入了缓凝剂，加入缓凝剂的质量是熟石膏质量的0.1％至0.2％，缓凝剂可以任选动物胶，亚硫酸盐、酒精废液、硼砂，柠檬酸其中的一种。

7.如权利要求6所述的特殊地质冲孔桩护壁结构材料的选择和控制方法，其特征在于：拌合的泥浆应符合：18s≤恩氏粘度≤22s，1.04g/cm³≤比重≤1.06g/cm³，1％≤含砂率≤4％，失水量<30ml/30min，7≤PH≤9。

8.如权利要求7所述的特殊地质冲孔桩护壁结构材料的选择和控制方法，其特征在于：(c)步骤中，在冲孔过程中，每隔一段时间将冲锤提出桩孔外冲洗。

9.如权利要求8所述的特殊地质冲孔桩护壁结构材料的选择和控制方法，其特征在于：(c)步骤中，完成中、微风化岩层的冲孔后，再冲孔时护壁采用黏土造浆。