1 前言
海域滩涂内砂砾层厚度大、地层松散、卵石粒径大，胶结性差，极不稳定。旋挖钻成孔 施工时难度大，且受潮汐影响大，成孔后孔底沉渣厚，孔壁易塌孔、缩径。常常采用钢护筒 跟进至桩基底工艺护壁施工。由于砂砾层厚且卵石粒径大，钢护筒很难一次性打设至桩基 底，需要多次焊接加长护筒，直至桩基底，该工艺施工效率低、施工成本高。为此公司成立 科研攻关小组，开发了优质泥浆护壁技术，减少护筒埋设深度，并将该成果应用于甬台温高 速公路复线温州瑞安至苍南段工程土建施工第 8 施工标段桥梁桩基施工中，已取得了良好 的成果，该成果经浙江省交通运输厅专家委员会鉴定，成果达到国内先进。现经总结形成本工法。
2 工法特点
和传统施工方法相比，本工法具有以下特点：
2.0.1 施工效率高。本工法采用优质泥浆护壁旋挖钻成孔施工，缩短钢护筒埋设深度，减少 了护筒连接次数，提高了作业效率，缩短了施工工期。
2.0.2 节约施工成本。本工法采用优质泥浆护壁旋挖钻成孔施工，比钢护筒跟进工艺要 减少钢护筒埋深度，减少施工成本的投入。
2.0.3 保证施工质量。本工法优质泥浆能有效携带钻屑，清孔速度明显加快，并能减少 沉淀厚度，保证成桩质量，减少灌注水下混凝土时的阻力，降低水下施工风险；在优质泥浆 中掺入木质纤维有助于减少漏浆问题发生的概率。
3 适用范围
本施工工法适用于海域滩涂深厚砂砾层旋挖钻成孔施工。
4 工艺原理
选用优质的膨润土及符合要求的水，经试验调配出相应指标泥浆配合比，按照相应的配 合比现场拌制泥浆，在旋挖钻成孔施工过程中不断的向孔内添加黏土，用钻头将黏土挤压至 卵石空隙内，并根据孔深及地质情况调节泥浆指标，同时添加适量木纤维，在孔壁周围形成 良好的泥皮，以防止孔壁坍塌、缩径等问题发生。
5 施工工艺流程及操作要点
5.1 施工工艺流程
5.2 操作工艺和施工要点
5.2.1 施工准备
场地准备、泥浆箱制造。施工前搭设钢栈桥作为施工的便道和施工平台。设置泥浆池循 环系统（泥浆循环系统包括造浆池、沉淀池及净化处理系统），海域内泥浆池铁箱容量不小 于单根桩基的泥浆排放量，放置在钢栈桥钻孔平台。具体截面尺寸根据现场情况确定。
5.2.2 泥浆配合比设计
通过试验室膨润土泥浆制备配合比设计包括：水质、膨润土等原材料分析、配合比设计 泥 浆 制 备 与 调 整 施 工 准 备 优 化 泥 浆 配 比 设 计 清 孔 旋 挖 钻 钻 孔 下 放 钢 筋 笼 混 凝 土浇筑泥浆回收二 次 清 孔及设计配合比检验三项内容，配合比设计步骤如下图所示。
5.2.3 泥浆制备与调整
泥浆具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具，增大静水压力，并在孔壁形成稳定层，隔 断孔内外渗流，防止塌孔、缩径的作用。
1 泥浆拌制应选用高效、低噪音的高速回转搅拌机。
2 每拌搅拌时间应控制在 5min～10min 以内，待搅拌均匀后方可停止搅拌。
3 加料时，提前按规定的配合比配制好每拌原料用量，各种材料的加量误差不得大于 5%。
4 泥浆拌制加料顺序：水→膨润土→CMC 和 Na2CO3。
5 新拌制的泥浆需存放 24ｈ，泥浆经充分水化溶胀后方可使用。
6 泥浆箱里的泥浆应经常搅动，保持指标均一并避免泥浆沉淀或离析。
7 在不同的地质条件下调节泥浆比重，使在不同地质下均能形成良好的泥浆护壁。
5.2.4 旋挖钻成孔施工
1 在深厚砂砾层旋挖成孔施工时，应控制钻进速度，开孔时应轻压慢转渐渐进入，待 转头进入护筒底 6m 后方可适当加快速度，正常钻进。旋挖钻机钻斗不同地层转速参考值见 下表。
2 整个钻进过程中应及时向孔内补充泥浆，深厚砂砾层孔隙多、透水性大，孔内水位 过高过低都可能损坏孔壁泥皮、破坏孔壁稳定，造成塌孔、缩径。孔内水位过高将存在漏浆 风险，过低则会造成地下水、海水流入孔内，损坏泥皮、污染泥浆。因此应始终保持孔内水 位高于地下水 1.5m～2m，以保持足够的泥浆压力以维护孔壁稳定。
3 因钻头在孔内提升过程中泥浆会在孔壁和钻头之间流动，若升降速度加快，则泥浆 流动速度会随之加快，从而加大对孔壁泥皮的冲刷，易使孔壁泥皮损坏，造成孔壁坍塌，因 此需要控制提钻和下钻速度。
4 定期测量护筒内泥浆性能指标参数，及时调浆或换浆使之符合该地层要求的泥浆指 标参数。
5 在进入砂砾层时，及时向孔内添加黏土，通过旋挖钻的挤压使黏土进入卵石缝隙内增 加卵石之间粘结性，填充卵石之间的缝隙，降低砂砾层的透水性，减少地下水对形成的泥浆 护壁冲刷，减少塌孔。
5.2.5 清孔
1 清孔时，用水泵将泥浆比重为1.15 左右的泥浆压入孔底，保证泥浆的压力大于或等 于地下水压力，即保证孔周围的地下水不会因孔中压力小而往孔中回流从而破坏孔壁泥皮及 卵石的稳定。
2 通过液下泵将泥浆抽入到泥浆沉淀池，经泥浆沉淀池沉淀后，通过泥沙分离器，过滤 掉泥浆内残留的砂粒、碎石。
5.2.6 下放钢筋笼
钢筋笼均在钢筋加工厂内钢筋笼滚焊机上加工成型，主筋采用钢筋镦粗直螺纹套筒连 接。用汽车运输至施工现场，25t 汽车吊现场拼接安放孔内，第一节钢筋笼放入孔内，取出 临时三角加劲撑，在护筒顶用工字钢穿过加劲箍下挂住钢筋笼，并保证工字钢水平和钢筋笼 垂直。吊放第二节钢筋笼与第一节对准后进行机械套管连接，下放，如此循环；下放钢筋笼 时要缓慢均匀，根据下笼深度，随时调整钢筋笼入孔的垂直度，尽量避免其倾斜、碰撞孔壁。
5.2.7 二次清孔 浇注水下混凝土前检查泥浆比重、沉渣厚度，泥浆比重、沉渣厚度应满足设计要求。如 泥浆比重、沉渣厚度超出规范要求，则利用导管经行二次清孔。
5.2.8 混凝土灌注 混凝土由搅拌站集中拌制，通过运输车将砼送至现场，直接通过混凝土运输车将混凝土 送至料斗中，经料斗进入导管进行水下混凝土灌注。首盘混凝土体积经计算符合要求，在首 盘混凝土灌注前安放隔水球，首盘混凝土采用大料斗，在首盘混凝土灌注成功后，大料斗换 成小料斗，转入正常灌注阶段，灌注应紧凑连续进行，严禁中途停工。混凝土灌注过程中应 及时测量孔内混凝土面高度，正确拆除和提升导管；导管的埋设深度应控制在 2m～6m。同 时导管提升应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。
5.2.9 泥浆回收 在混凝土灌注过程中，一边进行混凝土灌注，一边用泥浆泵将泥浆抽至沉淀池内，经沉 淀池沉淀后流入泥浆池内使用，泥浆池的纵坡以不小于 1.5%为宜，槽宽视估计出浆情况而 定，沉淀池的体积，不小于 1 根桩实体的 3 到 4 倍。
5.2.10 泥浆性能指标的确定 泥浆在深厚砂砾层旋挖钻成桩施工中起着很大的作用，护壁效果直接受泥浆性能的影 响，所以泥浆性能的优劣直接影响到桩基成孔质量的好坏，因此泥浆性能指标的选择就变得 尤为重要。泥浆比重、稠度等指标应根据实际地质、桩基孔径、孔深等情况共同确认，如地层分层 情况、地层透水率、地下水位高度、卵石粒径等情况进行综合考虑，初步确定泥浆各性能指 标。在实际生产过程中根据 现场施工实际反映情况进行适当调整，最终确定最优泥浆指标。下表为深厚砂砾层旋挖 钻成桩施工泥浆性能指标参考值。
6 材料与设备
如何选取泥浆原材料并合理配制配合比是一项非常重要的工作。进场初期，项目部试验 室对泥浆配比进行多次室内试验，认真观察各种配比的泥浆变化趋势，并根据试验桩的实际 情况，观察成孔后沉渣和孔径变化情况，寻找经验数据，不断调整最终得出最适合在海域滩 涂深厚砂砾层旋挖钻成桩施工泥浆配比。
6.1 材料要求
6.1.1 水
水是泥浆中的分散相，在泥浆的制备中水的用量是最大的，对制浆效率也是有很大的影 响，应对水的质量引起足够的重视。水中杂质类型及含量、酸碱度不同，泥浆的性质也有很 大不同，在水使用之前，应先进行化验。在配制泥浆时最好选用 Ca2+浓度不超过 100µg/l、Na+浓度不超过 500µg/l、酸碱度为中 性的水。使用前应取样送试验室检验合格后方可使用。
6.1.2 膨润土 在泥浆制备过程中膨润土为最主要的原材料，其性能指标直接决定了泥浆质量的优劣。在本标段海域滩涂深厚砂砾层施工过程制浆中使用的膨润土应达到优质膨润土等级，符合国 标对钻井膨润土的相关要求。
6.1.3 Na2CO3（纯碱） 碳酸钠又称纯碱，泥浆中 PH 值过大时，泥浆将深入护壁，使护壁软化，导致孔壁坍塌 造成塌孔，泥浆中 PH 值过小，颗粒状黏土难以分解，失水量增加，流动度降低。而碳酸钠 可以使 PH 值增加到 10 左右，这样可以增加水化膜厚度，提高泥浆胶体率和稳定性，降低失水量。同时碳酸钠中的 Na 对膨润土进行改性处理。其质量指标应满足下表。
6.1.4 CMC
羧甲基纤维素，可以增加泥浆的粘性，降低含砂率，使护壁表面形成一层薄膜而保护护 壁，并降低失水量。其指标如下。
6.1.5 防漏剂
根据地层、现场施工泥浆泄露情况情况，可适当在泥浆拌制时加入适当的防漏剂，减少 泥浆外漏。选用锯末作为防漏剂，效果好、性价比高。如有必要，可选用碎核桃皮作为防漏 剂添加。
6.1.6 粘土
粘土颗粒细，孔隙小而多，透水性弱，具膨胀、收缩特性，力学性质随含水量大小而变 化。填充了卵石之间的缝隙，增加卵石之间的粘结性，减小透水。
6.2 施工机械设备及检测仪器
施工开始前应对各机械设备进程检修、调试、标定，以达到施工要求，避免在施工发生 故障影响施工。尤其对于试验检测仪器，一定要做到定期维护、标定，避免因为仪器误差致 使泥浆指标不合格，导致泥浆护壁效果不理想，从而发生孔壁坍塌等事故。
7 质量控制
7.1 质量控制标准 对于深厚砂砾层旋挖钻成桩施工泥浆可按下表中配合比配制泥浆，对于特殊地层可根据 实际需要调整配合比，以达到最好效果。具体见表 7.1-1。
7.2 质量控制措施
现场主要通过仪器测量泥浆拌制、钻孔桩成孔时泥浆的比重、含砂率、稠度、PH 值。泥浆拌制完成后要先用仪器测量泥浆的各指标性能，满足试验室试验成果数据后方可停 止拌制，如不符合要求，通过增加水或膨润土进行调整。钻孔桩成孔施工时，要定期测量孔 内泥浆指标，符合要求后方可继续进行钻进。桩基成孔后用成孔检测仪对桩基进行检测，检 测桩基孔径、桩底沉渣、倾斜度等数据。符合质量要求进行下一步施工。
8 安全措施
8.1 基本措施
8.1.1 所有作业人员都应进行安全技术交底，加强安全意识，明确技术要求，知悉施工 危险源。
8.1.2 所有施工人员必须正确配戴安全帽，施工现场管理人带红色安全帽，施工人员带 黄色安全帽。
8.1.3 进入施工现场必须穿合身的工作服，并做到“三紧”：领口、袖口紧、下摆紧， 穿合适软底的鞋并系紧鞋带。
8.1.4 泥浆箱、孔口等临边作业周围都应树立明显的标识标牌，并按规范要求做好相应 的防护工作，桩基预留孔口、护筒与钻孔平台孔隙等处都应用槽钢或钢筋网片铺满，防止人 员坠落。
8.1.5 禁止在雷雨天、台风期、雾天等不利因素的条件下进行施工。
8.2 施工机械设备 8.2.1 特种作业人员必须持证上岗操作，必须严格遵守操作规程，正确使用特种设备、 车辆。
8.2.2 每台电动机都应配备开关箱，装设过载负荷、短路、漏电保护装置、外设隔离开 关等。
8.3 施工用电
8.3.1 在调试临电线路时，如发现自动短路及空气开关自动跳闸，必须查明原因后，方 可合闸送电。
8.3.2 在施工现场临时搭接电源应注意是否安全可靠。严禁使用已损害和裸露的电线及 电器。
8.3.3 在安装和调试过程中经常注意导线保险丝的截面积和容量是否恰当。
8.3.4 维护电工必须验收岗位，加强检查，发现异常情况应及时处理。
8.3.5 总配电箱应有触保器，装门上锁。所有的插头、插座、闸刀都必须完好无损。
8.3.5 所有用电电气设备必须接地，接地线不能直接搭设在钢栈桥等导电作业平台上， 避免发生工人触电等情况。
9 环保措施
9.1 完善施工组织设计，把环境工作作为施工组织设计要求组成部分，并认真执行施工 全过程，落实环境保护职责。
9.2 认真贯彻各级政府的有关水土保护、环境保护方针、政策和法令，结合设计文件和 工程特点，及时申报安全环境保护设计，切实按批准文件组织实施。
9.3 根据施工特点、场地周边等情况，在工地开工前应做好场地的前期规划，合理布置 各区域功能，做到统筹兼顾，避免应规划不当造成施工时施工场地混乱。
9.4 在施工过程中杜绝泥浆随意排放，灌注时泥浆及时抽回沉淀池内，经沉淀池沉淀重 复利用。
9.5 施工时应派专人对施工场地进行管理，杜绝脏乱差等不文明施工现象。施工场地里 所有材料、机械设备、器材等都应有规划的分区域集中堆放，并码放整齐。
9.6 利用自动泥浆沉渣分离装备将废渣分离出，钻孔弃渣放置到指定位置，不得任意堆 砌在施工场地内或直接向海域、水塘、河流排放，以避免污染环境。废渣根据实际情况，利 用车辆运到指定的弃渣场。
9.7 钻孔时钻出的钻渣都应集中堆放处理，严禁随处倾倒。
10 资源节约
在旋挖钻成孔施工过程中按照国家节能减排、绿色环保的要求对泥浆进行回收再利用。减少泥浆的排放，增加泥浆的利用率。
11 效益分析
11.1 节能减排 龙沙大桥海域滩涂内共 102 根直径为 2 米桩基，平均桩长 38 米，总长 3876 米，采用优 化泥浆护壁施工技术可以节省钢材约 287t。
11.2 经济效益 通过对海域滩涂深厚砂砾层泥浆护壁旋挖钻成桩施工的研究，使用改善后的膨润土泥 浆，经过实际检测，泥浆能够在桩基孔壁形成优质的泥皮，减少了塌孔、缩径等问题，提高 了桩基成孔质量。通过改善膨润土泥浆性能，通过改善膨润土泥浆性能，减少塌孔，减少钢护筒的连接长度和连接时间。这样不仅能够减少人员机械投入，也能缩短整个施工周期，从 而节约成本，增加效益。通过试验室调配精确的膨润土泥浆配合比，使组成泥浆各成分用量能更加精准控制，指 导现场施工，避免施工现场盲目作业带来的物料损失。
12 应用实例
12.1.1 本工法于 2016 年 10 月到 2017 年 4 月在甬台温高速公路复线温州瑞安至苍南段 工程土建施工第 8 施工标段安峰大桥施工中得到应用。安峰大桥旋挖钻共作业桩基 64 根， 桩基上部为 15m 左右卵石层，施工中卵石层段桩基缩径严重，对桩基成孔质量影响较大， 通过对本工法改善泥浆质量，提高泥浆护壁效果，降低缩径问题发生概率，加快了施工进度。
12.1.2 本工法于 2017 年 3 月至 2017 年 5 月应用于甬台温高速公路复线温州瑞安至苍南 段工程土建施工第 8 施工标段龙沙大桥桩基施工中。龙沙大桥旋挖钻施工桩基共 80 根，桩 长设计为 36~42m 长，施工受潮汐影响，涨落潮平均历时 12 个半小时，平均高潮水位 2.37m， 平均低潮位-1.09m，平均潮差 4.32m，涨潮潮速为 72cm/s，地质情况为全新统海积、海积粉 质黏土、含沙淤泥质黏土含水岩组成及海域滩涂区域卵砾石含沙岩组成，地下水赋存于下部 卵砾石、块石、具承压水性质，渗透性好～较好，含水丰富，卵石粒径大、极不稳定，以往 施工中钢护筒需埋设到底、护筒连接次数多，钢护筒只能在旋挖钻转进到护筒底后才能经行 连接，施工工序重复次数多，作业时间长，严重影响工期及施工成本投入。通过使用该工法 改善泥浆质量，提高泥浆护壁效果，进而减少了塌孔、缩径发生的概率，护筒埋设深度也有 很大程度的降低，最终达到了缩短作业周期，降低施工作业成本的目的。这一工法在本工程 中应用效果显著，它不仅能够减少物料损耗，还在一定程度上缩短了工期。
