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摘要：在建设工程施工中，泥浆对灌注桩的施工质量有较大影响，本文主要分析了泥浆的性能指标，以及在实际施工中如何测定控制泥浆性能指标及制备泥浆进行了介绍。
【关键词】灌注桩 泥浆 性能 测定 制备
一、泥浆的组成：
一般钻孔泥浆由水、粘土（或膨润土）和添加剂组成。
二、泥浆的作用：
在钻孔中，由于泥浆的相对密度大于水的相对密度，故护筒内同样高的水头，泥浆的静水压力比水大。由于静水压力的作用，泥浆可作用在井孔壁形成一层泥皮，阻隔孔内外渗流，保护孔壁免于坍塌。
此外，泥浆还起浮悬、携带钻渣、清洗孔底、冷却钻头等的作用，使钻进正常进行。在各种方法钻进中，泥浆起的作用不完全一样，故对泥浆的性能的要求也不相同。
三、泥浆的性能：
泥浆的主要性能有：1、相对密度2、粘度3、静切力4、含砂率5、胶体率6、失水率7、酸碱度
1、相对密度
泥浆的相对密度失泥浆与同体积的水的质量之比。泥浆的相对密度增大时，在钻孔中对孔壁的侧压力也相应增大，孔壁也越趋稳定，悬浮携带钻渣的能力也越大。相对密度过大的泥浆，其失水量亦增大，孔壁上的泥皮也增厚，这就增加了泥浆原料的消耗，回给清孔和灌注混凝土造成困难。另外，泥浆相对密度的加大，意味着泥浆中固体颗粒含量加大，这就会对钻具产生较大的磨损，更重要的是降低了钻进速度。
2、粘度
粘度是液体或混合液体运动时，各分子或颗粒之间产生的内摩擦力。粘度大的泥浆，产生的孔壁泥皮厚，对防止翻砂、阻隔渗漏有利，对悬浮携带钻渣的能力强，对正循环回转钻进有利。但粘度过大，易“糊钻”，影响泥浆泵的正常工作，增加泥浆净化的困难，进而影响钻进速度。粘度过小、钻渣不易悬浮，泥皮薄，对防止翻砂、渗漏不利。
3、含砂率
含砂率时泥浆内所含的砂和粘土颗粒的体积百分比。泥浆含砂率大时，会降低粘度，增加沉淀，容易磨损泥浆泵和水管摇头、钻锥等机具;停钻时易造成埋钻、卡钻事故。
4、失水率
失水率又叫失水量或渗透量，是泥浆在钻孔内受内外水头压力差的作用在一定时间内渗入地层的水量，以mL/30min为单位。泥浆的失水率越小，则它的胶体率越大。失水率小的泥浆有利于巩固孔壁和保护基岩；失水量过大的泥浆，形成孔壁泥皮过厚而使钻孔直径缩小，在泥岩地层易造成其遇水软化，地层膨胀而坍孔。故泥浆的失水率越小越好。
5、静切力
静切力时精致的泥浆，受外力开始流动所需的最小的力，它表示泥浆结构的强度，以破坏1ｃ㎡面积上的泥浆颗粒结构所需的力表示。泥浆静切力要适当：太大则流动阻力大，流往沉淀池的泥浆中钻渣不易沉淀，影响净化速度，使泥浆相对密度过大，钻进速度降低；太小则悬浮携带钻渣效果不好，钻进速度也会降低，若因故停钻时，钻渣易下沉，造成积渣埋钻事故。
6、胶体率
胶体率时泥浆静止后，其中呈悬浮状态的粘土颗粒与水分离的程度，以百分比表示，胶体率的泥浆，粘土颗粒不易沉淀，悬浮钻渣的能力强，否则反之。
7、酸碱度
以pH值表示， pH值一般以8～10为适当，这是粘土颗粒可进行分散，水分子进入粘土内部使其膨胀，颗粒表面形成一层吸附性水化膜（又称束缚水），相当于增加了泥浆中的固相成分，使失水率小，能较快形成薄而坚的泥皮，因此这种泥浆固壁性能好。水化膜还可阻止土颗粒粘结在一起而沉淀，因而增加了泥浆的稳定性和胶体率。如pH过小时，失水率也会急剧上升；如pH值过大，泥浆虑液将渗透到孔壁的粘土，使孔壁的表面软化，粘土颗粒之间的凝聚力减弱，造成裂解而使孔壁坍塌。
四、泥浆性能指标的测定：
1、相对密度
泥浆的相对密度的测定施工现场一般是采用泥浆相对密度计来测定。将要量测的泥浆装满泥浆杯，加盖并洗净从小孔溢出的泥浆，然后置于支架上，移动游码，使杠杆呈水平状态，读出游码左侧所示刻度，即为泥浆的相对密度。
2、粘度
用工地标准漏斗粘度计测定。用两端开口量杯分别量取200mL和500mL泥浆，通过虑网虑去大砂粒后，将泥浆700mL均注入漏斗，然后使泥浆从漏斗流出，流500mL量杯所需时间(s)，即为所测泥浆的粘度。
校正方法：漏斗中注入700mL清水，流出500mL，所需时间应是15s，其偏差如超过+1s，测量泥浆时应校正。
3、含砂率
施工现场用含砂率计测定含砂率，量测时，把调好的泥浆50mL倒进含砂率计，然后再倒进清水，使总体积为500mL，将仪器口塞紧摇动1min，使泥浆与水混合均匀。再将仪器垂直静放3min，仪器下端沉淀物的体积乘2就是含砂率。
4、静切力
工地用不锈钢泥浆切力计测定。
泥浆切力可用下式计算：
θ＝(α-Fhr)/(Sh+F)
式中：θ－泥浆切力，
α－切力计重计
F －切力计横断面面积
r－泥浆的容重
h－切力计沉入泥浆中的深度
S－切力计横断面周长
切力计用厚度0.7㎜不锈钢板卷制焊成，中空、不漏水，要求尺寸与制成后的重力符合要求。切力计两边从底边向上刻划有尺度，精度至㎜。泥浆筒用铝合金制成，要求不漏水，尺寸符合要求。另外需设置2根圆棒。
量测时，先将1500mL泥浆搅匀后，倒入泥浆筒中。将两根圆棒平行置于泥浆筒顶面中间，两棒间距约2㎝。再将切力计慢慢竖直插于两棒之间沉放泥浆中，待其下沉稳定后，从切力计上读出沉入泥浆深度h，用相对密度计测出泥浆重度，带入公式，即可计算出该泥浆的初切力 。取出切力计，擦净粘着的泥浆，用棒搅动筒内泥浆，静止10min，再用切力计测算初的切力为终切力。计算出的切力单位为N/c㎡。
5、失水率
施工现场一般可以采用滤纸法测定，用一张12㎝×12㎝的滤纸，至于水平玻璃板上，中央画一直径3㎝的圆，将2mL的泥浆滴入圆圈内，30min后测量湿圆圈的平均半径，减去泥浆坍平后泥皮的平均半径，即失水率。再滤纸上量出泥浆皮的厚度，即为泥皮厚度。泥皮愈平坦、愈薄则泥浆质量愈高，一般不宜后于2㎜～3㎜。
6、胶体率
胶体率是泥浆中土粒保持悬浮状态的性能。测定方法可将100mL泥浆倒入100mL的量杯中，用玻璃片盖上，静止24h后，量杯上部泥浆可能澄清为水，测量时其体积如为5mL，则胶体率为100-5＝95，即95％。
7、酸碱度
pH值就是常用的酸碱度的表度之一。pH值等于溶液中氢离子浓度的负对数值。pH值等于7时为中性，大于7时为碱性，小于7时为酸性。工地测量pH值方法用比色法测定，取一条pH试纸放在泥浆面上，0.5s后拿出来与标准颜色相比，即可读出pH值。也可用pH酸碱计，将其探针插入泥浆，直接读出pH值。
实际施工现场可以根据条件，一般操作是只测定泥浆的相对密度、粘度、含砂率几项指标。控制好这几项指标，泥浆的质量和性能已经能够很好的满足施工要求了。
五、现场施工用一般泥浆的制备：
1、粘土的选择
粘土以水化快、造浆能力强、粘度大的膨润土或接近地表经过冻融的粘土为好，但应尽量就地取材。经过鉴定和经验，具有下列特征的土，可符合上述要求作为调制泥浆的原料。
⑴自然风干后，用手不易掰开捏碎；
⑵干土破碎时，断面有坚硬的尖锐棱角；
⑶用刀切开时，切面光滑，颜色较深；
⑷水浸湿后有粘滑感，加水和成泥膏后，容易搓成1㎜的细长泥条，用手指揉捻，感觉砂粒不多。浸水后能大量膨胀；
⑸胶体率不低于95％；
⑹含砂率不大于4％；
⑺制浆能力不低于2.5L/㎏.
一般可选塑性指数大于25，粒径小于0.005㎜颗粒含量多于总量50％的粘土制浆。当缺少适宜的粘土时，可用略差的粘土，并掺入30％的塑性指数大于25的粘土；若采用粘质土时，其塑性指数不宜小于15，大于0.1㎜的颗粒不宜超过6％。所选粘土中不应含有石膏、石灰、或钙盐类化合物。
若采用较差的粘土或含砂低液限粘土调制的泥浆，其性能指标不能符合要求时，可在泥浆中掺入碳酸钠、氢氧化钠或膨润土粉末，以提高泥浆性能指标。掺入量与原泥浆性能情况有关，最好经过试验决定。一般碳酸钠的掺入量约为孔中泥浆的0.3％～0.5％。
2、泥浆的调制
制浆前，应先把粘土块尽量打碎，使在搅拌中易于成浆，缩短搅拌时间，提高泥浆质量。
制浆有机械搅拌、人工搅拌两种方法。
机械搅拌是，先将定量的清水假如搅拌鼓，然后慢慢的加进与水量相应的粘土，开动机械搅拌。成浆后，打开出浆门出浆。
人工搅拌使先将粘土加入水放入制浆池内浸透，然后人工搅拌。
用正、反循环回转钻进时，由于要求的泥浆质量高，一般是采用井孔外制浆，然后循环使用。
3、调制泥浆的粘土用量计算
在粘性土中钻孔，事先只需调制不多的泥浆，以后可在钻进过程中利用地层粘土造浆补浆。
在砂类土、砂砾或卵石中钻孔，事先须备足粘土，其数量可按下述公式和原则计算：
q=Vρ1=(ρ2-ρ3)/(ρ1-ρ3) ρ1
式中：q－每m3泥浆所需的粘土质量，㎏；
V－每m3泥浆应需的粘土体积V =(ρ2-ρ3)/(ρ1-ρ3) ，m3；
ρ1－粘土的密度，㎏/ m3
ρ2－要求的泥浆密度，ρ2＝Vρ1＋（1- V）ρ3，㎏/ m3
ρ3－水的密度，ρ3＝1㎏/ m3
一个钻孔需要的总粘土量，应考虑泥浆充满钻孔和泥浆槽、沉淀池，考虑泥浆经多次循环使用后，其性能指标变坏须换掉等情况。一般情况下按井孔体积计算的粘土量再增加6％左右。
现场生产中,泥浆性能指标的好坏，会影响到成孔的速度，成孔后孔的质量和稳定性，钻具的磨损以及后续工序桩的混凝土灌注的质量。因此，现场施工技术人员要重视泥浆的质量控制和检测。
参考书目：
1.路桥集团第一公路工程局.公路桥涵施工技术规范.北京：人民交通出版社，2000.
2.王晓谋.基础工程.北京：人民交通出版社，2003.
3.交通部第一公路工程总公司.桥涵.北京:人民交通出版社，2003.
4.高大钊 袁聚云.土质学与土力学.北京：人民交通出版社，2001.
