海水造浆在跨海大桥钻孔桩中的应用

摘要：海水造浆取得了良好的经济效益和社会效益，造浆工艺简单。海水造浆技术在海洋环境钻孔桩中的应用将会海洋钻孔桩施工提供可靠的技术支持。

关键词：海水造浆、调制、稳定、护壁

平潭海峡大桥桥址横跨福清市小山东半岛至平潭岛娘宫之间的海坛海峡，海峡大桥桥址所在海峡属近代沉积型海峡：大桥福清侧陆域近岸区呈丘陵球状风化、蘑菇岩石、块石遍布山坡；北青屿风化剥蚀强烈兼海浪冲击，环岛四周堆积有大量风化崩落块石；桥址场区属近代沉积海峡，主桥区域局部海积层达35米之厚；海积层多为流塑、软塑的淤泥（含贝壳比较丰富）、含砂淤泥、淤泥质亚粘土、软土层、饱和松散砂土等欠固结不利土层，在频繁震动之下便可液化；海峡大桥桥址桩基区域地质构造岩石裂隙发育，裂隙分布频率不均匀，局部裂隙密集出现，桩基穿透裂隙进入下部完整基岩需要突破海峡海床复杂多变的地层，穿透众多的孤石，50-2#桩基穿透的孤石达7米之多。

平潭海峡大桥全长3510m。主通航孔为100m+2×180m+100m连续刚构，引桥为50×4m和50×5m的预应力连续梁桥；下部桩基为嵌岩桩，最大桩径达2.8米，最小桩径2.0m，最长桩基达80余米；海峡大桥钻孔桩达354根，桩基混凝土近100000余方。桩基的进度及质量为平潭海峡大桥关键之所在，而泥浆是钻孔灌注桩顺利成孔的重要条件，在钻孔过程中起到护壁、悬浮钻渣、保证正常快速钻进的作用，因此泥浆质量直接和间接决定着钻孔桩基础的成败，为此由中交二航局平潭海峡大桥项目经理部、福州平潭海峡大桥有限公司、山东省交通监理咨询有限公司、长安大学、福建省建设工程试验检测中心、福建省交通质监局等多家单位共同研究的海水造浆新技术进行了细致系统深入的研究，其研究成果成功应用于平潭海峡大桥桩基础施工，事实证明海水造浆技术在平潭海峡大桥的建设中已经取得良好显著的经济效益和社会效益，该项成果已被由中国工程院郑颖人院士等国内七位知名专家组成的鉴定委员会一致认为：海水造浆技术达到国际领先水平。海水造浆技术的应用将为以后海洋环境下的钻孔桩基础的施工提供了可靠的技术支持。

1、海水造浆的调制

在钻孔过程中泥浆起到护壁、悬浮钻渣、保证正常快速钻进的作用,因此泥浆的好坏是控制钻孔工作的关键环节之一。海峡大桥钻孔桩施工过程中，我们对桥址所在海域的水质进行分析,发现Cl-、Mg2+含量较高,若按常规用普通黄泥、膨润土等造浆材料,根本无法使泥浆达到要求,为此,我们组织各方面技术人员,并聘请泥浆专家,在施工现场建立泥浆试验室,采购了泥浆调制和测试设备及配制泥浆所需的多种材料和添加剂,对海水泥浆进行研制。采用1000mL海水和不同掺量抗盐土，包括性能各异的红粘土、黄粘土、灰粘土,再分别掺入不同掺量的CMC(Carboxy Methy Cellulose)、聚丙烯酸胺、生物聚合物、纯碱等添加剂,进行了数百种不同配比泥浆的反复试配和各项性能指标的测试,同时也做相同配比之下海水与自来水造浆的对比试验。最后，我们发现平潭海域附近的黄粘土, 有一定的抗盐作用, 在加入一定的分散剂时可以配制成高质量的泥浆, 其胶体率达到96%以上, 完全可以用作海水钻孔护壁的泥浆。这些粘土在自来水中反而比在海水中沉降得快。

2、泥浆比重

钻孔过程中泥浆比重过大，意味着泥浆中固体颗粒含量增大，容易造成粘钻（钻进过程中桩底浓浆粘住钻头），同时对钻具造成磨损、给清孔造成较大的难度，反而降低钻进速度，而且对钻孔桩的质量还会产生较大的负面影响；泥浆比重偏小，其悬浮、携带钻渣的能力不够,对孔壁侧压力也不够,造成孔壁坍塌的现象。结合海峡大桥的钻孔灌注桩施工实际情况，冲击钻孔中易塌底层的护壁泥浆相对密度控制在1.28～1.40之间。

3、泥浆含砂率

含砂率偏大极易造成钻具的磨损，钻进过程中短暂的停钻就容易造成埋钻、卡钻等事故，同时由于砂子颗粒细密，钻进中沉淀快，致使钻头频繁冲击桩底细砂颗粒，严重影响钻进速度；含砂率偏大致使二次清孔之后，来不及灌注桩基混凝土之前桩底沉渣偏厚，影响钻孔桩质量。结合海峡大桥的实际情况，含砂率控制在小于2.5%之内比较理想。

4、泥浆PH值

试验研究发现：PH值过高时，泥浆渗到孔壁泥皮中时，会造成孔壁表层迅速软化，造成泥皮裂解，剥落掉块，削弱其护壁效果。合理的PH值能增强泥浆的粘土，海峡大桥钻孔桩PH至控制在9左右。

5、泥浆黏度

海水含盐分丰富，对泥浆黏度影响较大。黏度偏大，极易粘钻，严重影响泥浆泵的工作效率；偏小，钻渣不易悬浮，泥皮偏薄，不利于护壁。结合海峡大桥的实际情况，海水泥浆粘度控制在22～30s之间比较合理。

6、胶体率

海坛海峡夏季台风频繁骚扰；冬季季风强劲，大部分时间都是8～9级大风，情况严重时会导致桩基成孔之后个把星期之内不能正常沉放沉放钢筋笼以及混凝土的正常灌注，直接影响钻孔桩钻进周期。胶体率低的泥浆，其泥浆不稳定，固体颗粒极易沉淀，由此将会造成塌孔等严重后果。因此，海水泥浆的胶体率一般控制在大于97%以上。

7、泥皮厚度

泥皮偏薄时，达不到其护壁效果；泥皮偏厚，钻进过程和钢筋笼沉放过程中容易造成泥皮局部剥裂、掉块，而且影响桩基的承载力。海水泥浆泥皮厚度最好控制在小于3之内。

8、海水造浆的效果

平潭海峡大桥所有钻孔桩经福建省质检站超声波检测：通过超声波探头逐点测量各桩各深度的声时值、波幅（或衰减）、接收信号频率的变化、接收波形的畸变位置。从“声时-深度曲线”、“波幅-深度曲线”、“接收频率变化率-深度曲线”数据来看，绝大部分桩基超声波的图像边界波动较小，声时、波幅、信号频率稳定，无明显波动。检测数据充分表明：海水造浆完全可以有效克服长大直径嵌岩钻孔桩桩身夹泥、断裂、缩径、扩径、孔底成渣过厚等一些列桩身完整性问题。海水造浆存在一下几大优势：

1）良好的经济效益：平潭海峡大桥桩基海水造浆节约资金近千万元，淡水资源达80000余立方。

2）实际操作性强：海水造浆便于就地取材，且造浆工艺简单，无需过多的设备配合。

3）造浆效果理想：海水造浆完全达到护壁泥浆各项性能指标，成桩质量完全可靠。

9、结束语

海水造浆技术应用于平潭海峡大桥，优质性能的海水泥浆可保证在极端恶劣（台风、或超强季风）海洋气候之下钻孔桩成孔一周时间之内孔壁稳定，泥浆均匀；所有桩基经检测均为优良钻孔桩；海水造浆为项目部节约建设资金近千万余元。事实证明：海水造浆取得了良好的经济效益和社会效益，造浆工艺简单。海水造浆技术在海洋环境钻孔桩中的应用将会海洋钻孔桩施工提供可靠的技术支持。

参考文献

JTJ041-2000.公路桥涵施工技术规范［S］

王中文,刘宏波,蔡爱杰.海水泥浆在沿海地区钻孔灌注桩中的应用[J].桥梁建设,2001(6).

罗伯特・E・兰德尔・著，包从喜（译）.海洋工程基础.上海交通大学出版社.