一种适用于软塑状红黏土地层桩基的成孔方法

摘要

本发明公开了一种适用于软塑状红黏土地层桩基的成孔方法，本发明是在钻机钻遇软塑状红黏土地层，在桩孔中泵入加入膨润土、重晶石粉、瓜尔胶和氯化钾及水构成的加重泥浆作为护壁材料，该加重泥浆失水速度快可在孔壁形成一种致密的泥皮，抑制地下水向孔桩内的进一步入渗；同时由于加重泥浆比重较大，可产生较大液柱压力，相当于在钻机外套有一种液体套管对软弱的软塑状红黏土地层孔壁段形成有效支撑，防止软塑状红黏土地层发生垮塌。本发明在钻机成孔过程中无需停钻，可缩短桩基成孔作业时间，同时该泥浆可回收使用，降低了使用成本。

权利要求

1.一种适用于软塑状红黏土地层桩基的成孔方法，其特征在于：该方法按以下步骤施工：第一步，采用钻机在地面钻孔，当钻至软塑状红黏土地层顶部时，在桩孔内泵入加重泥浆，加重泥浆液面高度距底岩石表面高度应大于地下水液面高度距底岩石表面高度；

第二步，泵入加重泥浆后继续钻孔，边钻孔边补充加重泥浆，保持加重泥浆液面高度不变直至成孔；

第三步，在桩孔内放入钢筋笼，并泵入混凝土，通过混凝土将加重泥浆浮托至混凝土之上；

第四步，当加重泥浆的液面上升至距孔口2m左右时，一边继续注入混凝土，一边采用泵抽吸表层加重泥浆，对加重泥浆进行回收储存；

第五步，测试加重泥浆性能，各项指标合格后可在下一孔中继续使用；性能指标不合格泥浆则进行配方调整，直至合格备用；

加重泥浆是取100份水、4份膨润土、100份目数为400的重晶石粉、1份瓜尔胶和0.5份氯化钾混合均匀配制而成；加重泥浆性能符合以下技术指标：比重为1.15g/cm3，粘度为

30Pa.s，形成泥皮厚度形成速度为0.5mm/30min,失水量为7ml/30min，PH值为8.5，胶体率为

100％。

说明书

一种适用于软塑状红黏土地层桩基的成孔方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种适用于软塑状红黏土地层桩基的成孔方法，属于建筑工程中的桩基成孔技术领域。

背景技术

[0002] 随着西部地区基础建设项目的日益增多，采用旋挖钻（干钻）成孔技术的应用越来越多。旋挖钻在成孔过程中，在覆盖层与基岩分界面处经常钻遇软塑状红黏土地层，该软弱土层一般厚度不大，但该软弱土层段却极易坍塌，会塌至孔内并逐渐向上发展塌至地表，出现成孔困难。软弱土层段容易垮塌主要存在以下几个方面的原因：一是软塑状红黏土自身的抗剪强度极低；二是孔桩开挖过程中形成应力释放和成孔作业过程中的机械振动；三是软土层一般位于地下水位线以下，场区存在地下水的方向性渗流及在孔桩孔壁内外的渗流作用。四是红黏土本身具有膨胀特性，遇水后形成向临空面的侧向膨胀。

[0003] 目前对应软塑状红黏土地层桩基的成孔方法主要有以下两种方法：

[0004] 一种是钻遇该软土层段发生垮塌时，在垮塌段下入钢护筒，对该垮塌段进行封隔及对该孔壁段形成支撑，然后换用小一级尺寸的钻头进行后续地层段的钻进，后续地层段再出现软土层垮塌，再下与钻头尺寸相匹配的钢护筒进行支护，并继续换用小一级尺寸的钻头进行钻进，直至最终成孔。采用这种钢护筒隔离法存在的问题是：下入孔桩内的钢护筒无法回收，成本相对较高，现场的吊装作业具有一定的难度，另外一般桩基施工时间较为紧张，现场如何较好准备不同尺寸的钢护筒及钻头也是一种难题。

[0005] 另一种是钻遇该软土层段发生垮塌时，对孔桩内的垮塌段泵送一定标号的混凝土，混凝土硬化的同时，也硬化孔桩软弱土层段孔壁，增大其强度；待混凝土强度达到一定程度后，再次下入钻机钻穿该段混凝土，继续后续地层段的钻进，后续地层段再出现软土层垮塌，可依照上述步骤实施，直至最终成孔。这种混凝土灌注法存在的问题是：一是需要待混凝土硬化达到一定强度后再进行钻穿该段混凝土，混凝土硬化时间较长（一般12小时以上），耗时较多；二是灌入的混凝土一般难以渗入到孔桩软弱土层内侧，对软弱地层孔壁段形成的固结硬化作用有限，再次钻穿往往会形成孔壁的二次坍塌，因而通常需要进行多次灌入混凝土才能形成对软弱土层孔壁的有效固结，故最终增加了时间和成本。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于，提供一种适用于软塑状红黏土地层桩基的成孔方法。以解决现有方法影响施工期，成本较高的不足。

[0007] 本发明的技术方案：

[0008] 一种适用于软塑状红黏土地层桩基的成孔方法，该方法按以下步骤施工：

[0009] 第一步，采用钻机在地面钻孔，当钻至软塑状红黏土地层顶部时，在桩孔内泵入加重泥浆，加重泥浆液面高度距底岩石表面高度应大于地下水液面高度距底岩石表面高度；

[0010] 第二步，泵入加重泥浆后继续钻孔，边钻孔边补充加重泥浆，保持加重泥浆液面高度不变直至成孔；

[0011] 第三步，在桩孔内放入钢筋笼，并泵入混凝土，通过混凝土将加重泥浆浮托至混凝土之上；

[0012] 第四步，当加重泥浆的液面上升至距孔口2m右时，一边继续注入混凝土，一边采用泵抽吸表层加重泥浆，对加重泥浆进行回收储存；

[0013] 第五步，测试加重泥浆性能，各项指标合格后可在下一孔中继续使用；性能指标不合格泥浆则进行配方调整，直至合格备用。

[0014] 前述方法中，所述加重泥浆是取80-120份水、3-5份膨润土、80-120份目数为400的重晶石粉、0.8-1.2份瓜尔胶和0.4-0.6份氯化钾混合均匀配制而成。

[0015] 前述方法中，所述加重泥浆是取100份水、4份膨润土、100份目数为400的重晶石粉、1份瓜尔胶和0.5份氯化钾混合均匀配制而成。

[0016] 前述方法中，所述加重泥浆性能符合以下技术指示：比重为1.15g/cm3，粘度为30s，形成泥皮厚度形成速度为0.5mm/30min,失水量为7ml/30min，PH值为8.5，胶体率为
100%。

[0017] 由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，本发明在钻机成孔过程中无需停钻，可缩短桩基成孔作业时间，同时该泥浆可回收使用，降低了使用成本，同时对地层及地下水无污染。。

附图说明

[0018] 图1是软弱地层段孔壁发生侧向坍塌的示意图；

[0019] 图2瓜尔胶的“联网”特性示意图；

[0020] 图3是加重泥浆护壁技术示意图；

[0021] 图4是加重泥浆施工工艺图。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。

[0023] 本发明的一种适用于软塑状红黏土地层桩基的成孔方法，该方法按以下步骤施工：

[0024] 第一步，采用钻机在地面钻孔，当钻至软塑状红黏土地层顶部时，在桩孔内泵入加重泥浆，加重泥浆液面高度距底岩石表面高度应大于地下水液面高度距底岩石表面高度；

[0025] 第二步，泵入加重泥浆后继续钻孔，边钻孔边补充加重泥浆，保持加重泥浆液面高度不变直至成孔；

[0026] 第三步，在桩孔内放入钢筋笼，并泵入混凝土，通过混凝土将加重泥浆浮托至混凝土之上；

[0027] 第四步，当加重泥浆的液面上升至距孔口2m左右时，一边继续注入混凝土，一边采用泵抽吸表层加重泥浆，对加重泥浆进行回收储存；

[0028] 第五步，测试加重泥浆性能，各项指标合格后可在下一孔中继续使用；性能指标不合格泥浆则进行配方调整，直至合格备用。

[0029] 前述方法中，所述加重泥浆是取80-120份水、3-5份膨润土、80-120份目数为400的重晶石粉、0.8-1.2份瓜尔胶和0.4-0.6份氯化钾混合均匀配制而成。最佳配比为100份水、4份膨润土、100份目数为400的重晶石粉、1份瓜尔胶和0.5份氯化钾混合均匀配制而成。配制成的成品为乳白色的粘稠状液体，其性能符合以下技术指示：比重为1.15g/cm3，粘度为30s，形成泥皮厚度形成速度为0.5mm/30min,失水量为7ml/30min，PH值为8.5，胶体率为
100%。
实施例

[0030] 本例的方法主要是针对如图1所示流塑或软塑态红黏土地层的桩基成孔方法，图1中箭头表示地下水的流向，由图1可见，桩孔钻至流塑或软塑态红黏土层时，在地下水的作用下，流塑或软塑态红黏土层向孔壁内鼓胀，趋于坍塌状态。本例的方法是在钻机钻遇软塑状红黏土地层，在桩孔中泵入加入膨润土、重晶石粉、瓜尔胶和氯化钾及水构成的加重泥浆作为护壁材料，该加重泥浆失水速度快可在孔壁形成一种致密的泥皮，抑制地下水向孔桩内的进一步入渗；同时由于加重泥浆比重较大，可产生较大液柱压力，相当于在钻机外套有一种液体套管对软弱的软塑状红黏土地层孔壁段形成有效支撑，防止软塑状红黏土地层发生垮塌。

[0031] 加重泥浆中各成分的作用说明：

[0032] （1）水：为泥浆配置剂。

[0033] （2）重晶石粉（BaSO4）。重晶石粉主要为泥浆加重剂。如图4所示，重晶石粉使泥浆比重明显增大，加大了泥浆的液柱压力，进而有效平衡地层压力，对应力释放后的孔壁收缩可形成有效支撑，同时可平衡地层水压力，降低地层地下水向孔桩中的渗透作用，从而有利于软弱土层段的孔壁稳定性。

[0034] （3）瓜尔胶。瓜尔胶为糖类高分子聚合物，具有较好的提粘效果，能显著增加泥浆的粘度，能提高重晶石粉的分散性及悬浮效果，提高了泥浆体系的胶体性能。同时瓜尔胶可与膨润土相结合，一是形成对桩基孔壁微小裂隙的有效封堵，二是嵌入到孔壁中的瓜尔胶分子聚合物网状结构可提高软弱土体的强度，进而提高孔壁的稳定性。如图2所示。

[0035] （4）膨润土，膨润土失水后在孔桩壁面形成光滑致密的泥皮，可有效降低泥浆向软弱土层段孔壁的继续失水，有效封堵孔桩内泥浆与地层中地下水的接触，进而抑制孔壁红黏土的膨胀效果。

[0036] （5）氯化钾，为红粘土的膨胀抑制剂。由于红粘土的膨胀特性主要是由于其成分中含有一定比例的蒙脱石，其含量的高低直接影响到软弱土层段孔壁的侧向膨胀及坍塌难易程度。氯化钾可形成对蒙脱石膨胀的抑制作用，进而抑制软弱土层段孔壁的侧向膨胀及坍塌。

[0037] 本例按以下步骤实施：

[0038] （1）钻机成孔至软弱土层顶部后，泵入一定量的加重泥浆；

[0039] （2）采用钻机继续成孔，并逐渐补充泥浆，保持泥浆离孔口的高度不变，直至成孔；（见图4中的a）

[0040] （3）下放钢筋笼，并泵入混凝土，混凝土将加重泥浆浮脱至其上部；

[0041] （4）到达接近孔口2m左右，一边继续注入混凝土，一边采用泵抽吸表层泥浆，进行回收储存；（见图4中的b）

[0042] （5）测试泥浆性能，各项指标合格后可在下一孔中继续使用；性能指标不合格泥浆则进行配方调整，直至合格。

[0043] 加重泥浆液面高度可按下式计算：

[0044]

[0045] 其中：h1 -加重泥浆距下伏岩面高度；

[0046] h2-地下水位距下伏岩面高度；

[0047] γ1-加重泥浆比重；

[0048] γ2-地下水比重；

[0049] k0-软塑状红黏土层静止侧压力系数；

[0050] γi-第i层土比重；

[0051] hi-第i层土厚度；

[0052] 泥浆用量可按下式计算：

[0053]

[0054] d-孔桩直径。