应用SM环保泥浆试桩总结.docx
- 文档编号:3645521
- 上传时间:2022-11-24
- 格式:DOCX
- 页数:20
- 大小:1,015.08KB
应用SM环保泥浆试桩总结.docx
《应用SM环保泥浆试桩总结.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《应用SM环保泥浆试桩总结.docx(20页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
应用SM环保泥浆试桩总结
苏通大桥第四期试桩
SM无土泥浆成孔试验
(一)B1标泥浆
(二)11-7桩清孔试验
(三)SM泥浆准备工作
(四)SM泥浆成孔施工
(五)成孔试验小结
2004.1.15
B1标10#-1桩:
SM无土泥浆成孔试验
SM无土泥浆成孔试验
钻孔灌注桩是苏通大桥下部结构基础的主要受力型式。
由于河床淤积层厚、岩层深以及江面宽阔,水流紊乱并受潮水、流砂气候变化等复杂因素影响,钻孔桩施工中存在很多难题。
为了确保设计承载力和桩工程质量,大桥指挥部在工程桩正式开工前先后开展了四期试桩研究工作。
在北岸进行了一期和四期,在南岸进行了二期,在水中进行三期。
北岸四期B1标四根试桩是专门使用“优质P.H.P泥浆”进行的,其目标是实现桩端“零”沉淀。
通过B1标试桩的成孔工艺和泥浆技术总结,在苏通大桥《钻孔灌注桩施工作业指导书》中得到反映。
现就我们所参加的第四期试桩后续部分工作做一扼要小结。
(一)B1标泥浆后续工作:
1.清孔泥浆指标调整。
苏通大桥B1标合同段共有518根钻孔灌注桩,从2003年12月5日工程桩正式开钻,到2003年12月31日已完成钻孔灌注桩20根。
在工程桩中推广使用试桩中的“优质P.H.P泥浆”指标后,基本达到了“零”沉淀的效果、钻进速度有所提高,但清孔时间过长。
在钻孔泥浆没有集中管理和解决好泥浆回收问题情况下,试桩所得“清孔泥浆指标”很难达到。
为了从实际出发解决工程问题,在B1标总监代表办建议下,会同上官兴专家及有关方面反复研究。
分析钻孔桩通过粘性土层后泥浆中微细颗粒很多难以清除,但呈悬浮状态又不产生沉淀的前提下,对“清孔泥浆的比重指标”可以适当地调整(如表1)。
接着召集有关人员开会,具体说明调整的原因和执行办法,统一对各项泥浆指标相互关系的认识。
对12#墩-7.6.12和11#墩-6四根桩底出现沉渣的桩,采用二次清孔方法补救。
而其他桩逐步采用新指标施工,终于使清孔时间有所减少(如表2)。
表1.清孔泥浆指标比较表
名称
粘度
容重
(g/cm3)
含砂率
(%)
PH
胶体率
失水量ml/30min
泥皮厚度mm
调整前
22~24
≤1.06
≤0.3
8~9
100%
10
<1
调整后
20~24
≤1.08~1.12
≤0.5~0.3
8~9
100%
10
<1
表2.清孔耗时比较表
调整前
调整后
桩号
终孔日期
钻孔时间(h)
清孔时间(h)
沉渣
厚度(cm)
桩号
终孔日期
钻孔时间(h)
清孔时间(h)
沉渣
厚度(cm)
12-7
12月9日
53.5
48
(4.0)
12-12
12月23日
37.0
29
(5)
12-6
12月11日
61.3
36
(1.5)
19-4
12月24日
38.2
18
0
11-6
12月11日
41.7
50
(1.7)
18-6
12月25日
41.0
32
0
11-8
12月18日
39.0
49
0
19-6
12月29日
40.5
17
0
18-9
12月20日
36.5
40
0
18-12
12月29日
45.0
22.3
0
12-1
12月22日
40.5
42
0
18-3
12月31日
39.0
24
0
2.化学手段清孔。
从工程进度要求出发,清孔时间还有缩短的要求。
通常最快捷的方法是设置大体积的泥浆池,直接置换新浆。
另一种方法使用化学手段絮凝。
据上官兴和丛蔼森两位专家的推荐,可以引进具有絮凝作用的SM无土泥浆来解决孔内沉渣清孔问题。
拟定在11-7#桩位进行SM无土泥浆清孔试验。
3.主墩钻孔SM无土泥浆。
考虑到斜拉桥5#主墩基础泥浆用量高达15万米3,需使用的膨润土多达1万吨,堆放场需800m3膨润土泥浆拌制后需要存放24小时,经充分膨化后才能用,故又要占据很大空间。
一台除砂器平面尺寸4.5m×3m,这些都造成平台工作诸多困难。
因此引进美国SM无土泥浆新技术,以减小泥浆配置和存放工作量、增加钻屑清除量来提高主墩钻孔效率,确保5#墩钻孔按期完成是有十分现实的意义。
为了掌握S.M.技术拟定在10#墩1#孔进行成孔工艺试验。
(二)11-7桩清孔试验
1.做法:
按一定的比例,在孔内加入配制好的SM泥浆。
通过SM泥浆的絮凝作用,使已完孔的钻孔桩泥浆中的特细和悬浮颗粒快速沉淀到桩底,再由反循环泵吸出送到除砂器,除渣后再回流到孔内。
11-7孔内泥浆约80m3,循环池中泥浆20m3,二者共有100m3,第一次按5%比例加入配制好的SM泥浆5m3。
(指标见表3)。
然后进行反循环清孔,每隔4个小时测定一次泥浆指标。
(如表4)
表3.掺入SM无土泥浆指标
名称
粘度
比重
含砂率
PH
配制好的SM泥浆
18
<1.01
0
9
表4.加入SM后清孔泥浆指标变化
时间
粘度
比重
含砂率
PH
备注
元月1日14时
19.5
1.22
0.8%
7
加入SM前孔内泥浆
元月1日18时
21.0
1.20
0.5%
8
元月1日22时
22.0
1.20
0.3%
8
元月2日8时
23.9
1.195
0.3%
8
振动筛被糊
2.结果。
在泥浆循环过程中加入SM后,因除砂器的振动筛被糊而终止试验。
整个过程中泥浆指标比重下降变化不大,但含砂率有明显降低,而且粘度持续增长。
孔内放入SM泥浆使悬浮细颗粒到孔底,厚度达8cm。
本次清孔效果不明显的原因是循环池太小(只有20m3),由孔底吸出的泥浆经除砂器分离后沉淀不充分,泥浆细颗粒又返回孔内,致使比重很难下降。
其次SM掺入5%比例偏小,理论掺量应10%左右。
考虑到工程孔因清孔已经停了几天,为避免出现塌孔事故,故未进行第二次掺用量10%试验,清孔试验未果。
3.建议。
要解决70米孔深钻孔桩清孔问题,还需要研究加大SM的掺量,其次要增大沉淀池体积。
SM泥浆应加入到沉淀池中,要经过相对静态后才能使SM泥浆发生絮凝作用。
使悬浮钻屑沉在池底、低比重的SM泥浆再回流到孔内,能短时间内达到清孔指标要求。
(三)SM泥浆准备工作:
1.室内试验(在二航局工地试验室中进行):
通过试验验证SM泥浆的各项指标可以满足规程要求。
调制SM加入膨润土泥浆内以后,可使膨润土泥浆中钻屑絮凝,能使其土粒全部沉淀到底部,大部分水完全分离出来。
室内试验内容如下(可见照片):
a.膨润土泥浆的新制泥浆和钻孔内泥浆的基本性能测试
b.环保泥浆的基本性能测试
c.在膨润土泥浆中加入不同比例SM泥浆后的性能测试。
2.现场试验设备和场地:
a.在美国使用SM泥浆,本不需要振动筛和旋流器。
但为了充分利用工地现有的除砂设备,根据实际条件进行了试验。
在工地上配备设备如下:
室内SM泥浆试验
测试粘度
测试含砂率
钻开SM泥浆桶
测试SM泥浆比重
一套除砂机(含振动筛和旋流器),处理泥浆200立方米/小时,电功率为48千瓦;
两个30立方米的泥浆箱,分别储存新浆和回收浆;
一个15立方米的碱水箱,用以配置碱水(把纯碱均匀撒在水中并经搅拌而成);
一个文德里式喷射搅拌器,专门用与搅拌SM泥浆,因工地上没有合适的清水泵与之相配合,而自制一个简易的搅拌器代替之(拌制速度太慢);
一套泥浆试验设备,包括美制漏斗粘度计(与桥规的苏式漏斗粘度应换算)和PH值试纸。
b.后期施工取消了除砂机和两个30立方米的泥浆箱。
一个15立方米的碱水箱;
一个在地上挖出的容积约70立方米的泥浆池,实际使用容积约50立方米;
一个简易搅拌器;
一套泥浆试验设备;
3.碱水的制配。
先将一定量水加入造浆机中,再按重量比400(水):
0.8(纯碱)的比例配制纯碱液体,拌制10分钟,使碱水充分溶解,PH值在8~10.5之间,放置在基浆池中。
4.新浆配制。
美国SM泥浆是经过预水化的聚丙稀酰胺,分子量为2300~2500万,使用时无需水化,在碱水中加入一定量的SM溶液使两者充分搅拌混合即可。
本次实验采用自制简易的射水喷头(制浆速度特慢)喷出的高速水流,使SM溶液和碱水充分混合,在配制过程中要不断检测泥浆指标,本次开孔配制新浆50m3。
性能指标(如表5)
表5.SM泥浆指标
比重
(g/cm2)
含砂率(%)
粘度(s)
PH
胶体率
失水量(ml)
泥皮
厚(mm)
<1.01
0
21~24
10~10.5
100%
10ml
≤1mm
泥浆配制比例:
SM:
水:
纯碱=1:
578.9:
1.16(单位:
Kg)
5.护筒内扫孔:
2004年元月1日3时10#-1试验桩正式开钻扫孔。
至6时钻深8.9m(从护筒顶起算)。
实际入土6.59m平均速度2.2m/h进尺较快。
其后出现了除砂器的振动筛被糊。
通过讨论认为是SM泥浆使颗粒团粒化又有粘性所致。
由于除砂器无法正常工作,被迫停钻。
其后改用地面上所挖70立方米泥浆池,试验证明SM泥浆不宜使用除砂器。
四、SM无土泥浆成孔施工:
根据B1标前期试桩及工程桩的施工经验,φ1.2m钻孔设备仍用上海采矿机械厂生产的GPS-15型钻机(6BS泵),以及刮刀式钻头钻进成孔。
1.钻孔工艺:
a由于钻杆密封性能不好,钻机换钻杆的前后施工中,使用正反循环交替的办法;
b在砂性土层中,出砂量较大,钻机进尺应相对较慢。
泥浆粘度应稍高而在粘性土中,含砂量少,进尺相对较快,粘度可以较低。
c在通过粘性土层时,每钻进一个回次的单根钻杆时都要及时扫孔,确保钻孔直径满足要求;
d加接钻杆时要先将钻头提高孔底50cm,维持反循环5分钟以上,以免孔底沉渣埋钻;
e在整个过程中要严格执行《钻孔灌注桩施工作业指导书》中的有关要求,
开挖循环池
注入SM泥浆
确保成孔质量。
2.钻孔进程如表6,示意如图1,由图可见:
a.50m深前,自元月2日19时开钻到元月三日的前两天,在孔深49.5m以下钻进非常顺利,6BS砂泵抽砂能力很强,有时不得不关闭一部分阀门以减少出流量,从出渣口测得含砂率大于5%(膨润土泥浆含砂率<3%),每小时进尺可达3-4米;特别是钻进十几米亚粘土层时非常顺利,可把5-6cm的粘土块抽出孔外。
b.泥浆比重。
在反循环出渣管口用捞砂网捞出大的粘土块和絮凝颗粒,测得泥浆比重达1.1;在正循环出渣管口曾测得泥浆比重达1.05,而泥浆池内的泥浆比重则只有1.003,与膨润土泥浆相较除泥除砂效率高。
这说明在孔深50米以内的造孔是很有效的。
c.粘度。
与膨润土泥浆不同的是,SM泥浆的粘度和PH值不会增加,而是逐渐减少的。
当下层是砂性土时,粘度减少会导致沉淀速度过快出现糊钻现象,为此需要经常检测钻孔内和浆池内的泥浆性能,并及时加入纯碱和新的浆液,保持粘度。
本桩施工中由于自制搅拌器太小,制浆速度慢,当钻进速度过快需要增加新浆提高粘度时已来不及。
这样孔内泥浆粘度已下降到SM泥浆的下限值18(秒)。
d.6BS砂泵在孔深大于50米以后,抽砂能力大大下降,加上SM的促凝速度快,钻屑结块在底层所需吸力增大。
因此当本孔钻进到超过50m深度以后,泵吸泥能力越来越低,钻进速度低于沉淀速度,总进尺变得非常缓慢。
虽然一度曾经钻进到72米,离设计孔深相差不到4米,但几经努力,也未能保持住这一孔深。
e.当孔底深度达72.4m后,泵的吸砂速度小于孔内SM泥浆的沉渣速度,因此钻进工作无法正常进行,为工程孔的安全,决定结束SM泥浆成孔试验。
表6.SM泥浆钻孔情况表
钻进时间(h)
桩底
深度(m)
SM用量(桶)
纯碱量(袋)
施工说明
2004年元月1日3时~6时
8.9
5
4
2.2(m/h)=6.59/3
SM每桶19公斤,纯碱每袋50公斤。
6:
30分开始停机,在地面挖一个70m3新的泥浆池,于2日19时开钻。
元月2日
19时~元月
3日18时
52.47
9
8
1.9(m/h)=43.57/23
元月3日18时开始修理水龙头,并清理泥浆池中的沉淀物,补充新浆。
元月4日
3时~15时
68
10
10
1.3(m/h)=15.53/12
元月4日3时上述工作做好,开钻不久糊钻,进行提钻清洗处理,于元月4日15时开始恢复钻进。
元月4日
15时~元月
5日5时
72.11
12
13
0.3(m/h)=4.11/14
钻进到72.11米时,于5日5时又发生糊钻,做提钻清洗处理,并开始清理泥浆池中沉淀,补充新浆。
元月6日
13:
00
64
14
15
离设计标高差4.10m,停钻后孔底沉渣厚12.23m。
试验于元月6日13时结束,在此之前的5时、13时发生二次糊钻。
整个过程共四次糊钻,停钻后孔底沉淀物积累,最终桩底深度为64米。
3.SM泥浆循环循环(如图2):
a指标。
钻孔过程中采用正循环钻进,反循环除渣的方式,钻进过程中每个工班测定泥浆性能指标两次,发现泥浆性能减弱,及时调整补充新浆,保证泥浆性能满足要求,钻进过程中泥浆性能标准指标(如表7)
表
7
粘度
容重
含砂率
PH
胶体率
失水量
(ml)
泥皮厚度
(mm)
18~22
<1.02
<0.3
9~10.5
≥98%
15
≤1.5
b粘度。
钻进过程中,孔底泥浆通过泵吸送入泥浆池中,自然沉淀后再回流到孔内。
在孔深超过52m以后的砂性土中,泥浆粘度一直偏小(在18秒左右),很难调到24秒(如表8)的原因是SM泥浆制备速度不足。
由于泥浆粘度低,使得钻渣沉淀速度又快。
表8.钻进过程中泥浆指标统计表
时间
粘度(s)
含砂量
(%)
比重
(g/cm)3
PH
备注
12月31日20:
00
19
0
1.01
9
制备新浆
元月1日
1:
00
21
0
1.01
10
开孔新浆
元月1日
6:
30
17
0.3
1.02
7.5
钻进中
元月2日19:
00
18
0
1.01
9
新的泥浆池
元月3日10:
00
17
0.2
1.02
8
钻进中
元月3日18:
00
18
0.1
1.01
9
调整中
元月4日
3:
00
18
0.1
1.01
9.5
钻进中
元月4日18:
00
17
0.2
1.01
8.5
钻进中
元月5日
5:
00
17
0.2
1.02
9.0
钻进中
元月6日10:
00
17
0.3
1.02
8.5
停机调浆
循环池3PN泵吸浆口
反循环出渣口
正循环出渣口
用挖掘机抓斗清除出来的钻屑
4.体会:
本次SM环保泥浆成孔试验,因孔内沉渣过多、发生糊钻现象而提前结束,分析其原因整个试验过程存在以下不足:
对SM环保泥浆性能与深孔钻孔桩相结合的过程认识不足,即孔内钻渣沉淀快,排除不易。
深孔(>50m)应采用气举反循环为宜;
②泥浆池只有70m3,而且没有隔开,不能形成泥浆静止水、池水沉淀不足是导致孔内沉渣多的另一主要原因;
钻进过程中泥浆指标性能衰减很快,再加之碱水和SM泥浆制备速度慢,孔内泥浆粘度偏低,加速了孔内钻渣沉淀速度;
GPS-15型钻机配备的真空泵的能力不足,导致孔内沉渣过厚,如图3。
虽然这次实验没有达到预期的目的,但是我们通过实验对SM泥浆本身有了更进一步的感性认识,制备简单、比重轻、沉淀快是其优点,但在实验过程中所反映钻机能力、除渣方式等问题在下阶段试验中要着重解决。
(五)成孔试验小结
1S.M.无土(环保)泥浆是美国PDS公司于1980年代开发成功的。
它被美国加州交通局批准为第一个可以在公路和桥梁工程中代替膨润土的泥浆原材料,例如在旧金山市以北海湾卡坚斯桥(750m斜拉桥,φ3m钻孔桩,100m深)。
这种先进的技术除在美国公路桥梁普遍使用外在东亚地区也得到了推广,例如:
香港地区自1992年引进S.M.后,在新机场等重大工程项目中的桩基施工中发挥了重要作用。
在评选出来的15项香港最优秀的建筑工程中,有4项采用了S.M.泥浆。
日本神奈川县横须贺市内靠海边有盐污染的情况中,S.M.应用在35根全扩底桩中。
台湾在90年代初引进S.M.。
有100多项地下连续墙和φ1.6m钻孔桩中应用实例。
中国1993年在天津市冶金科贸中心大厦的地下连续墙和桩基中,首次进行了S.M.试验性施工。
此后又在北京高架桥的桩基和上海市地下连续墙工程中应用了S.M.泥浆。
2苏通长江大桥中国路桥集团公二局于2003年5月在苏通大桥二期试桩的工艺孔(桩径φ2.5m)中进行了台湾超二代泥浆(同属SM无土泥浆)试验。
由于“非典”原因和剂量不足(仅备用1.5孔泥浆)而未成功。
此次中港集团二航局在苏通大桥四期试桩又进行了SM泥浆成孔工艺试验,却因GPS-15钻机的6BS泵吸程能力不足而又未竟。
由此说明引进和掌握一门新技术需要一个过程。
现将本次成孔试验均达预期目的的认识分别叙述如下:
3S.M.的特性。
通过成孔试验工作,我们认识到膨润土泥浆和SM无土泥浆具有相反的特征。
常规膨润土泥浆是使钻屑在钻孔泥浆中保持悬浮状态(反絮凝);泥浆在孔壁上形成薄而韧的泥皮保护孔壁不坍塌。
钻屑随泥浆流通由于钻杆内外泥浆比重差小,钻屑容易抽出孔外;带钻屑的泥浆在沉淀池上经除砂器除去大于74μm的砂后又返回孔内;由于泥浆带有很多细颗粒,故回流泥浆比重也,钻机效率不高。
而S.M.无土泥浆性质正好相反。
无土泥浆比重轻,它在钻孔壁表面形成高分子胶膜来保持孔壁不塌和减少漏失。
SM泥浆是强絮凝性泥浆,在孔内使钻屑凝聚团粒化,迅速沉淀在孔底,易被反循环泵吸出,反循环出口泥浆比重大。
而在沉淀池中SM也能将团粒化的泥浆钻屑快速沉淀,容易被清除;这样回流泥浆的比重小(r=1)。
由于钻孔内出口进口的泥浆比重相差大则钻机效率高,所以使用SM能提高钻进速度。
应指出:
S.M.泥浆对钻屑具有絮凝快和易清除的优点的同时,对钻孔工艺也提了两个更高的要求,即:
a.钻机要具有更强的泵吸能力,来将絮凝在桩底的沉渣吸出来。
b,沉淀池内要有更好的手段(如抓斗等)将团粒化钻屑清除。
如果这两个要求得不到满足,则其优点不但显示不出来,而且频频出现糊钻现象,反而钻进受阻。
4现场GPS-15钻机构造如图3采用6BS泵。
额定流量180方/时,功率30KW,通径φ150mm,其泵吸深度极限为70m左右(如图4)。
随着钻孔深度的增加,泵吸能力相应减少,此时由于深度加大造成孔内的钻屑沉淀也越厚,所需的吸力也越大。
两者同时发生致使钻孔平均进度也就越来越低,如图1所示:
在52m钻深时,钻机平均钻速V=1.90m/h。
在68m钻深时,V=1.3m/h,而在72m钻深时,V=0.3m/h。
钻深超过72m时出现SM泥浆中钻屑沉淀的速度大于6BS泵吸速度时,则不可避免地发生糊钻的现象,没有任何进尺。
10-1#S.M.泥浆试孔在68m深度以后反复出现糊钻的主要原因是钻机6BS泵的功率不够所致,而不是S.M.泥浆本身的质量问题。
5沉淀池及除渣装置:
本次试验中除渣设备采用履带式挖掘机。
由于除渣不及时以及间隙时间过长(都在夜间作业),造成回流泥浆多带钻屑,比重增大。
其次泥浆池只有70m3,内部没有分格,不能形成泥浆静止水、使沉淀池中絮凝慢、回流孔内沉渣增多。
此外,本次试验中由于S.M.制浆设备跟不上,钻进过程中泥浆指标性能衰减很快,粘度达不到规定要求,在循环沉淀池中没有能及时补充新浆增加粘度,从而导致回流泥浆粘度低,造成钻屑沉淀加快。
6小结:
本次S.M.无土泥浆成孔工艺试验,因孔内钻屑沉淀速度大于钻机泵吸速度而不得不结束。
试桩虽没有完全达到预期的目的,但对S.M.泥浆技术有了更进一步的感性认识。
S.M.泥浆制备简单、比重轻、沉渣快和钻进效率高是其突出优点,但要掌握它还有个过程。
总结此次成孔试验体会是:
要配置完善的设备,例如:
大功率造浆机、气举反循环钻机和配套除渣机械。
试验前要制定完整细致的试验方案,充分考虑各种困难,做好多种应急措施,争取一次试验成功。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 应用 SM 环保 泥浆 总结
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)