杨旭林 ，刘 伟

1.中国港湾西部非洲区域公司，科特迪瓦 999063 KTDW

2.中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇岛 066000

1 依托工程概述

科特迪瓦北部公路项目桥梁共计两座，位于主线PK39和PK63处。该地旱雨季分明，旱季为枯水期，地下水位较低，约在桩顶标高以下3～5m。桥梁基础采用钻孔灌注桩，排桩形式，桩径1.1m，平均桩长15m，桩基类型为摩擦桩和端承桩两种。

2 工程特点及难点

（1）根据现场实际分析，总结土层分布规律如下：①0～10m为杂填土、淤泥质土、砂性土，其中砂性土最大层厚约5m；②10～17m为强风化花岗岩；③17～25m为中风化花岗岩；④地下水位约桩顶标高以下5m。

（2）由于砂层厚度较大，上部土层极不稳定，在钻孔桩施工过程中，容易出现塌孔事故。

（3）科特迪瓦旱雨季分明，雨季降雨量较大，地下水位较高，泥浆护壁必须具有良好的性能，否则必然出现塌孔事故。

3 泥浆配比选择

钻孔灌注桩传统造浆工艺采用膨润土造浆或采用黏性土造浆，旨在形成大于普通水比重的液体，通过泥浆张力支撑孔壁，使施工过程中保证孔壁稳定，避免出现孔壁失稳，造成塌孔事故。普通造浆方法针对地下砂土层护壁效果不佳，原因是普通造浆方法无法保证泥浆中颗粒的悬浮状态，容易出现沉淀，造成孔内上下层泥浆比重大小不一，局部泥浆张力不足。根据以往施工经验，纯碱和纤维素类物质能够改善提高泥浆的护壁性能。具体掺配材料作用分析如下。

3.1 膨润土

（1）吸附性：水中的微颗粒一端吸附在膨润土颗粒表面，另一端溶于水，使膨润土颗粒和水分子之间产生了一种间接的联系。形成了一种桥联作用，减少了泥浆中的自由水，改变了泥浆的性能参数。

（2）膨胀性：膨润土遇水膨胀，增加吸附性。

（3）造浆性：膨润土颗粒在水中分散形成悬浮液，同时增加溶液重度。

3.2 纯碱

（1）掺入纯碱主要作用是改善膨润土性能，充分发挥膨润土的吸水性，减少沉淀。

（2）增加纯碱，是为了增加水中钠离子，钠质膨润土晶层吸附水的厚度是三层，钙质膨润土晶层吸附水的厚度是四层。在极性水分子的作用下，由于静电引力较小，钠质膨润土晶层之间可以产生较大的晶层间距，而钙质膨润土由于晶层间的负电引力较大，极性水分子不易进入晶层之间，因此，钙质膨润土晶层间产生的距离明显比钠质膨润土小，表现在钙质膨润土比钠质膨润土难于在水中分散、膨胀倍数低。

3.3 纤维素

（1）掺入纤维素主要作用是增加泥浆溶液的胶结性。

（2）由于膨润土是固体颗粒，不能溶解于水，只是其拥有吸附性，可形成溶液，但膨润土的比重大于水，溶液容易出现分层现象。下层溶液膨润土含量较大，甚至出现沉淀；上层溶液膨润土含量较低。

（3）利用纤维素的胶结性可将膨润土和水吸附牢固，防止出现分层现象，使泥浆溶液各部位性能一致，保证泥浆的护壁作用。

4 对比分析

在协作队伍配合下，采用不同配合比调制泥浆，具体配合比及结果如下。

4.1 方案一：水∶膨润土∶纯碱=1000∶100∶10

试配结果：泥浆沉淀略有减少，但效果不佳；泥浆调制完成时实测比重为1.11g/cm3，在施工过程中不同时段对孔内泥浆取样10组，取样深度均在孔顶以下6m，测得最小泥浆比重为1.02，最大泥浆比重为1.07，平均为1.04。

4.2 方案二：水∶膨润土∶纯碱=1000∶100∶30

试配结果：对比方案一的配比，泥浆沉淀有减少，但总体效果不理想；泥浆调制完成时实测泥浆比重为1.12g/cm3，在施工过程中不同时段对孔内泥浆取样10组，取样深度均在孔顶以下6m，测得最小泥浆比重为1.03，最大泥浆比重为1.09，平均为1.05。

4.3 方案三：水∶膨润土∶纯碱∶羟丙基甲基纤维素=1000∶100∶20∶1

试配结果：搅拌初期出现絮状物，但静置2h后形成稳定溶液，基本无沉淀，溶液呈顺滑略有胶凝状态，性能良好；泥浆调制完成时实测泥浆比重为1.11g/cm3，在施工过程中不同时段对孔内泥浆取样10组，取样深度均在孔顶以下6m，测得最小泥浆比重为1.07，最大泥浆比重为1.11，平均为1.09。

4.4 方案四：水∶润土∶纯碱∶羟丙基甲基纤维素=1000∶100∶10∶2

试配结果：搅拌初期出现絮状物，但静置3h后形成稳定溶液，基本无沉淀，相比方案三配制的泥浆，溶液胶凝状态更佳；泥浆调制完成时实测泥浆比重为1.13g/cm3，在施工过程中不同时段对孔内泥浆取样10组，取样深度均在孔顶以下6m，测得最小泥浆比重为1.1，最大泥浆比重为1.13，平均为1.12。

5 泥浆调配方法

施工过程中，对泥浆配比不断优化调整，通过长时间实际施工效果，总结经验如下。

5.1 泥浆配合比

（1）主要材料。优质膨润土，纯碱和纤维素（羟丙基甲基纤维素）或其他纤维材料（塑料纤维等，本调配方法中采用羟丙基甲基纤维素）。

（2）配合比。泥浆配合比如表1所示。

表1 泥浆配合比表单位：kg

由表1可知，地下水pH值对该调配方法的泥浆性能影响较小。

5.2 操作过程

（1）操作流程。具体操作流程如下：掺入膨润土→搅拌和循浆→掺拌并掺入纯碱→掺拌并掺入纤维素→静置→重新搅拌。

（2）操作步骤。①将优质膨润土按3%～5%比例掺入水中，边掺入边不停搅拌，不可一次性倾倒，需慢慢加入，保证搅拌均匀，施工现场可采用大口径泥浆泵循环泥浆代替搅拌或采用泥浆搅拌机制作泥浆。②待优质膨润土搅拌均匀，保持搅拌或循环泥浆1h以上，使膨润土充分溶解。③将纯碱按1%～3%比例掺入泥浆中，边掺入边不停搅拌，方法同上。④纯碱溶解较快，不用等待太久，大约10min钟左右即可将纤维素按0.1%～0.3%比例掺入泥浆中，边掺入边不停搅拌。⑤搅拌均匀后保持循浆，纤维素掺入后，初期1～2h会出现絮状透明体漂浮于泥浆溶液表面，是纤维素没有充分溶解的现象。⑥调配结束后静置1～2h，再重新搅拌，使吸水后的纤维素充分溶解到泥浆中，必须静置一段时间，若继续搅拌，絮状物会越来越多，且纤维素溶解较慢。⑦待泥浆中无明显絮状物时，即可使用。⑧在大批量生产泥浆前，必须进行试配工作，按照相关掺配比例范围进行调试，选择最佳配合比，同时做好各种配合比效果记录，在施工过程中，根据实际情况，进行必要调整。

6 结论

（1）该调配方法可有效防止塌孔事故发生，调制成功后已在后续桩基施工中应用，塌孔率为零，杜绝了事故的发生。

（2）对于不稳定土层中施工钻孔灌注桩，在使用本配合比的前提下，可适当加大泥浆比重，同时钻孔过程中需降低钻进速度和减小钻头对孔壁的扰动。

（3）该方法为现场试验研制，具体配合比数值调控范围基本确定，由于受水质pH值影响较小，基本适用于各个地区不稳定地质的钻孔桩施工。

（4）该方法可有效防止在不稳定地层进行钻孔桩施工时发生塌孔事故，极大降低了施工风险和安全风险，减小了经济损失，适合广泛推广使用。