摘要：本文介绍了辽河特大桥超大、超长钻孔灌注桩在严寒、低温、海水环境情况下的施工技术，介绍了海水泥浆原材料、新浆制备、钻孔过程泥浆指标、混凝土灌注等方面内容。 关键词：钻孔桩海水泥浆制备海工混凝土制备与灌注
1概述
1.1 工程概述
辽宁省滨海公路辽河特大桥主39#墩工程桩为摩擦桩，φ2.5m 桩长110m共有钻孔桩39根。
1.2 地质条件
桥址所处的滨海平原基岩为震旦纪混合花岗岩及第三系砂岩、泥岩，基岩埋深180m～300m。区域内主要为第四系地层，自上而下依次为：
①层杂填土、②层亚粘土、③层粉砂、④层亚粘土、⑤层细砂、⑤-1层亚粘土、⑥层亚粘土、⑦层细砂、⑦-1层粘土、⑦-2层粘土、⑦-3层粘土。
主墩土层为亚粘土、粉砂、细砂、粘土层，钻进成孔时易坍孔。
2海水泥浆制备
由于本桥处于渤海湾入口位置，淡水资源缺乏，而桩基施工工期较紧，钻孔施工所需要的淡水较多，且淡水资源缺乏，若采用淡水施工费用昂贵。为此我部进行大量的现场试验，提出了采用海水制作不分散、低固相、高粘度的优质海水泥浆。
2.1 海水泥浆的原材料、配合比及性能
2.1.1制备泥浆的原材料
1）膨润土：
选择以蒙脱石为主的钠基膨润土。蒙脱石含量高的膨润土，阳离子交换容量大，膨胀性及分散性能好，造浆率高，配制的泥浆流变性能好，失水量小。
2）分散剂
分散剂的首要作用是使进入水中的膨润土颗粒分散开来，形成外包水化膜的胶体颗粒，减少了内部阻力，泥浆中如含有Mg2+、Ca2+、Na+等金属离子，泥皮的形成性能降低，比重增加，致使膨润土凝聚、泥水分离，有可能造成孔壁坍塌。使用分散剂可以解决这些问题，改善泥浆的性能。本工程采用纯碱（Na2CO3）作为分散剂。
3）增粘剂
由于海水中阳离子和Cl-的大量存在会降低泥浆粘度，使用增粘剂可增强防止钻孔坍塌的作用，在泥浆受盐分或水泥污染时起保护凝胶的作用，同时可提高钻孔效率。本工程采用的PAC是羧甲基纤维素CMC的衍生物，是一种阴离子型线性高分子物质，能在海水中不降粘，具有增稠性、保水性、抗盐性及较好的薄膜成形性。
4）水
采用桥位区的海水，比重约为1.04×103kg/m3。
2.1.2海水泥浆配合比
通过多次试验，海水泥浆采用如下配合比：
表1 辽河大桥海水泥浆施工配合比
2.1.3海水泥浆性能
由于工程项目位置的特定环境，受涨落潮影响，河水随时变化不是纯粹的海水也不是纯粹的淡水，对泥浆胶体率影响太大，在进行试验时只能达到95%，故施工中通过高粘度来增强泥浆的悬浮能力，各地层泥浆指标如下：
表2各地层钻进时的泥浆性能的技术指标
2.2 海水泥浆的制配和调整
2.2.1泥浆的制配和调整
泥浆的制备包括开孔时的泥浆制备、钻孔过程的泥浆补充以及终孔后的泥浆调整三个部分。根据以往的施工经验，采用孔内造浆、并各护筒之间循环的方式。
开孔时的泥浆制备方法是：钻机就位后，在护筒内纯海水钻进，当钻至护筒底口2～3m左右时停止钻进，根据护筒内海水的体积向护筒内加入相应数量的膨润土，循环一定时间后向护筒内再倒入相应数量的纯碱（Na2CO3）、增粘剂PAC等，利用钻机转动以及反循环的反复循环调整，使孔内泥浆均匀；同时进行孔内泥浆各项技术参数的检测，根据检测结果调整膨润土、纯碱、PAC的掺量，直至泥浆的各项技术参数符合要求。
钻进过程中泥浆的补充：本工程的地质情况，淤泥质亚粘土、亚粘土均具有较强的自身造浆能力，钻进过程中泥浆会出现粘度、比重越来越大的情况，所以需要排浆，此时需要向孔内加入海水、纯碱、PAC调整泥浆技术参数。在砂层中钻进则需要根据进尺及泥浆水头高度情况向孔内加入海水、膨润土、纯碱、PAC等调整泥浆的技术指标。若需要补充泥浆则可以利用6.0m3的造浆桶配制泥浆，待各项技术指标均合格后向孔内补充。
终孔时的泥浆调整仍然采用上述的方法进行施工。
2.2.2泥浆的循环
泥浆的循环系统（见图1）是通过空压机、供气管、钻机、出渣管、气水分离器、护筒、连通管、ZX-250型振动筛（见图2）、3PNL泥浆泵等构成。开动空气压缩机，孔内泥浆通过气举经过钻杆和泥浆管进入泥浆净化器，经过筛分、旋分、沉淀三个环节，将钻渣分离出来，筛分是泥浆通过振动筛将大块的钻渣分离出来；然后经旋流器利用离心力的原理将直径0.074mm以上的颗粒旋分出来；再流入护筒内沉淀。钻渣装入储渣筒内，净化后的泥浆进入循环池（循环池为桩周的钢护筒），通过连通管流入钻孔的孔内；钻渣装在运渣船上运送到指定地点进行集中处理。
为确保开钻瞬间护筒内能及时补充泥浆，防止泥浆面急剧下降，将钻孔作业的护筒与周围2～3根桩的护筒用钢管连通，作为泥浆循环回路的一部份。
3 泥浆处理系统的应用
根据试桩成果，结合本工程地层特点，每台钻机配备了一个造浆池，一个是沉淀池，一个是泥浆循环池。泥浆循环池一侧安装两台ZX-250泥浆净化器，泥浆沉淀池上面安装泥浆槽，将泥浆中渣土及大颗粒砂粒分离出来。两台泥浆净化器的泥浆最大处理量为500m3/h,净化除砂效率在99%以上（0.075mm粒级）。制作了一个泥浆配制箱，专门用来制备新浆。当钻孔过程中泥浆参数不符合要求时，用制备好的泥浆补充钻孔泥浆。泥浆循环流程：
4 泥浆的现场监控及指标的修正
4.1 泥浆参数控制措施
1）严把泥浆原材料关。认真做好配比试验，制定三个以上的配比方案，根据不同地层实施不同方案。
2）泥浆制备开始和过程中应对泥浆性能参数进行测试，其过程控制为每制备100m3测试一次。钻孔过程中每2小时做一次进浆口泥浆常规参数检测，监控泥浆指标的变化情况，以达到指导钻进的目的。泥浆指标控制如表3。
表3泥浆控制指标
4.2 泥浆性能指标修正方法
由于不同的施工部位地质条件不同，地层的变化在很大程度上影响施工。因此，根据实际的地质资料，调整泥浆的各种性能指标是施工中重要环节。施工中对桩孔内的泥浆进行即时监控、测试和修正。在即时抽检泥浆指标时，当泥浆性能不符合施工要求，则采取措施进行修正。具体措施见下表4。
表4泥浆修正措施
5 混凝土施工
5.1 防腐抗冻混凝土的原材料和配比要求
由于辽河特大桥所处的地理环境，混凝土结构耐久性不仅要考虑海水、淡水的双重腐蚀，还要考虑冻融损坏对耐久性的影响，因此，本工程对混凝土结构耐久性有非常高的要求。
本工程采用高流态耐海水、淡水侵蚀的抗冻高性能混凝土即称为海工抗冻混凝土。采用C3A含量低的硅酸盐水泥，低C3A含量的硅酸盐水泥有利于混凝土抗硫酸盐的侵蚀。采用聚羧酸系高效减水剂实现低水胶比和高流态，低水胶比的目的是提高混凝土强度尤其是密实性，高流态可以保证施工是提高混凝土的密实质量，二者的最终目的是降低氯离子的参透以提高混凝土耐久性的目的。采用引气剂保证混凝土含气量在4～6%范围内，提高混凝土抗冻耐久性能。添加适量阻锈剂，采用双掺（粉煤灰+硅粉）和三掺（粉煤灰+磨细水淬高炉矿渣+硅粉）矿物掺合料措施，可以大大提高混凝土抗渗性能。以上措施配置的混凝土具有高抗氯离子、高抗冻性能、高工作性能、高抗裂性能。
5.2 海工抗冻混凝土配合比
本工程桩身混凝土标号为C35，混凝土配合比设计通过试配确定，根据设计与施工要求，混凝土骨料全部做碱骨料反应试验，混凝土除满足强度要求外，应具有良好的和易性、流动性、泵送性。故材料选用的粗集料为级配良好的石灰岩或玄武岩碎石，粒径5～20mm，细集料宜为级配良好的中砂，细度模数在2.6～2.9，胶凝材料不小于340kg／m3，同时掺入适量的外参料及外加剂，其水泥中含碱量小于0.6%。所拌制的混凝土初凝时间大于25小时，终凝时间小于30小时，混凝土的流动度控制在600～650mm，其3h以后的流动度在550～600mm，整个施工期，始终以上述要求进行控制，其拌制的混凝土具有良好的和易性、流动性。
5.3 混凝土冬季施工措施
由于本工程施工期内气温大多数在0°以下，为保证混凝土的入仓温度和性能，必须采取保温措施。
1）搅拌站冬季保温措施
本工程配置三台搅拌机，冬季施工期间，搅拌站主机搭设暖棚，采用锅炉加热，砂石料堆场设于暖棚内加热保温，水泥仓及螺旋输送器采用包裹棉被的方法进行保温，拌合水用锅炉加热。
料场及搅拌站保温措施
2）混凝土运输设备保温措施
混凝土运输罐车及泵管采用包裹棉罩的方法保温，拖泵采用搭设暖棚的方法保温。
混凝土泵管及罐车保温措施
5.4 混凝土浇筑过程中的控制措施
1）砼灌注前必须准备充足的砂、石料、水泥、外加剂等原材料；设备必须维修保养、调试运转，并备足够的易损件；漏斗、集料斗每次灌注砼前均应清理干净，检查阀门是否灵活。
2）严格控制进入储料斗内砼的坍落度。发现混凝土有异常应停止灌注，处理不合格混凝土，同时查明原因处理后才能继续施工。
3) 导管连接时，接头须清洗干净、涂上黄油，并加上密封圈，对于破损的密封圈进行调换，接头的螺纹要旋转到位，以防漏水。使用前应做水密试验，每次砼浇注拆管后应及时清洗导管，以免水泥砂浆附着凝固后下次浇注时造成堵管。
4) 必须落实每罐混凝土外加剂的添加数量，以免混凝土提前初凝造成堵管。
5) 由于海工混凝土粘度大、扩展度小，在灌注过程中，始终将导管的埋置深度控制在2～6m的范围内，仔细测量孔内混凝土面的高度，并根据实际泵送到现场的混凝土方量，核算混凝土面的高度；混凝土浇注结束时，测量导管内外的混凝土面高度，保证整个混凝土面的标高达到规定标高。
6) 在混凝土浇注过程中，若发生意外而导致暂停，应不时地上下缓慢提升导管，以免导管埋置太深而提升不动或混凝土假凝而堵管。
7) 认真监测混凝土面上升高度、导管埋深，并和已灌入的混凝土数量校核，以便确定扩孔率或混凝土面上升是否正常；如果混凝土等待时间过长应及时上下活动导管。
8) 应配备足够的混凝土泵管，以便泵管堵塞或破裂时及时更换。
6 结语
泥浆的制备和循环在整个钻孔灌注桩中起到了至关重要的作用。泥浆采用高性能的海工泥浆，它的优点在前面已经作过详细的阐述。在钻进过程中现场技术人员对泥浆进行了严格的控制。每两小时检测泥浆一次，有效地对于泥浆的比重，粘度，含砂率进行控制，保证了成孔质量。
为了保证钻孔施工过程中的孔壁的绝对安全，随时监控涨落潮对水头的影响，在钻孔施工过程中注意进行孔、内外的液面监控，整个施工期始终保持桩孔内水头高于孔外1.5m，避免了塌孔的发生。
总之，通过采取了各种措施克服了海水泥浆的影响及严寒、低温等种种困难，严格按照冬季施工要求，监控好了混凝土灌注的全过程，确保了主墩施工的有序进展。在保证质量的前提下以较快的速度完成了主39#墩39根桩基的施工，为后续施工打下了坚实的基础。
参考文献
1.公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）人民交通出版社，2000
2.公路工程技术标准（JTGB01-2003）人民交通出版社，2004
3.公里桥涵地基与基础设计规范（JTJ 024―85）人民交通出版社，1985
4.李世忠 《钻探工艺学》 地质出版社，1994
5.华祥征 《基础工程设计与施工》吉林大学出版社，1996
6.靖向党 《钻孔工程》冶金工业出版社，1999
7.范立础 《桥梁工程》（上）人民交通出版社，2001
8.汪祖铭. 王崇礼 《公路桥涵设计手册》（墩台与基础）人民交通出版社，1991
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。