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在打桩工程施工体系中,膨润土作为制备泥浆的关键材料,其质量优劣与使用方式直接决定打桩施工的顺利程度、施工效率及工程质量。为实现高效打桩作业,科学选择与合理使用膨润土需从多个维度深入考量。
一、打桩膨润土的选择要点
(一)依据地质条件选型
1. 普通地层:当施工地层为普通粘性土、粉质土等地质条件相对稳定的区域时,可选用普通钠基膨润土 。此类地层对泥浆护壁性能要求相对较低,普通钠基膨润土能够满足基本的护壁需求,形成的泥浆可在孔壁表面形成薄层保护膜,防止孔壁坍塌,且成本相对较低。
2. 部分沙土层:面对部分沙土层,中粘膨润土是更优选择。沙土层颗粒间黏聚力小,易出现塌孔现象。中粘膨润土具备适中的粘性与造浆性能,可有效悬浮和携带沙粒,阻止沙粒在孔壁堆积滑落,维持孔壁稳定。
3. 纯砂层:纯砂层地质结构松散,对泥浆护壁性能要求极高,需采用高粘膨润土。高粘膨润土遇水后形成的泥浆具有强大的粘滞力,能快速在孔壁形成致密且坚韧的泥皮,抵御砂土侧压力,防止塌孔事故发生。
4. 高深度与岩石层:在高深度打桩或岩石层施工区域,应选择高粘性钠基膨润土产品。此类区域施工风险高,对泥浆护壁能力要求严苛。高粘性钠基膨润土不仅造浆速度快,而且形成的泥浆粘性高、稳定性强,能承受更大的地层压力,保障桩基孔壁安全。同时,其良好的润滑性能可降低钻头与岩石的摩擦,减少钻头磨损,提高钻进效率。
(二)膨润土类型的对比与选择
1. 钙基膨润土:钙基膨润土通常不推荐直接用于打桩工程。尽管其价格低廉,但各项性能指标普遍偏低,如造浆率低、泥浆稳定性差、护壁效果不良等。不过,若施工单位具备相关技术和材料,如拥有火碱、片碱等化学试剂,可通过人工调配,将钙基膨润土转化为钠基膨润土后使用。但此过程需严格控制调配比例和工艺,否则难以达到理想的泥浆性能。
2. 钠基膨润土:钠基膨润土是打桩工程的主流选择。与钙基膨润土相比,钠基膨润土的晶体结构更稳定,遇水膨胀倍数大,造浆性能优异,能形成高粘度、高屈服值的泥浆。其水化后形成的泥浆具有良好的悬浮性、触变性和润滑性,可有效保护孔壁,提高钻进效率,降低施工风险。
(三)产品质量鉴别
1. 查看产品资质:严禁购买无生产厂家、无质量合格证、无产品说明书的“三无”膨润土产品。选择具有正规生产资质、通过相关质量认证(如ISO质量管理体系认证)的厂家产品,确保产品质量可靠。同时,可向厂家索要产品检测报告,查看膨润土的各项性能指标是否符合工程要求。
2. 观察外观特征:优质打桩膨润土外观细腻,色泽均匀。制成泥浆后,孔底沉淀物较少,表明其杂质含量低,纯度高。同时,优质膨润土本身含砂量极低,含砂量过高会增加泥浆的磨阻,加速钻头和钻具磨损,降低泥浆护壁性能。
3. 进行性能测试:条件允许时,可对膨润土样品进行简单的性能测试。如通过测量泥浆粘度、比重、含砂率等指标,评估膨润土的造浆性能和泥浆质量。也可模拟施工现场条件,进行小型护壁试验,观察泥浆在不同地质条件下的护壁效果。
(四)经济与性能的平衡
选择膨润土时,需综合考虑成本与性能。在地质条件允许的情况下,就近选购粘度适中的膨润土,可降低运输成本和采购成本。但不可因贪图便宜而选择劣质膨润土,否则可能导致施工效率低下、塌孔等问题,增加后续处理成本。对于复杂地质条件,应优先保证膨润土性能,选择高质量产品,以确保施工安全和工程质量,避免因小失大。
二、打桩膨润土的使用方法
(一)泥浆配比确定
1. 标准配比参考:以高粘度70mps的泥浆钠基膨润土为例,一般水和膨润土的比例为1000:2.5,即一方水搭配25公斤(一包)膨润土。此配比为常规参考,实际施工中需根据膨润土具体性能、地质条件和施工要求进行调整。
2. 调整原则:若膨润土造浆性能好,可适当减少用量;若地质条件复杂,如遇流沙层、淤泥层等,需增加膨润土用量,提高泥浆粘度和护壁能力。同时,考虑水的性质,若使用的是硬水(钙、镁离子含量高),会影响膨润土的水化性能,需适当增加膨润土用量或添加水质改良剂(如纯碱),改善泥浆性能。
(二)泥浆制备流程
1. 场地准备:在施工现场合理规划泥浆池位置,根据工程量大小确定泥浆池容积。泥浆池应具备良好的防渗性能,防止泥浆渗漏污染环境,可采用铺设防渗膜或混凝土浇筑等方式进行防渗处理。同时,设置沉淀池和循环系统,实现泥浆的净化和重复利用,降低施工成本。
2. 材料投放:先向泥浆池注水至设计水位的70%-80%,然后缓慢均匀地投入膨润土,避免膨润土结块,影响泥浆混合效果。可采用人工投放或机械投放方式,机械投放效率更高,适合大规模施工。
3. 搅拌混合:使用专业的搅拌设备,如双轴搅拌机、立式搅拌机等,对泥浆进行充分搅拌。搅拌时间根据设备功率和泥浆量而定,一般不少于30分钟,确保膨润土与水充分水化,形成均匀稳定的泥浆。搅拌完成后,静置1-2小时,使泥浆性能进一步稳定。
(三)泥浆使用与管理
1. 泥浆注入:在打桩过程中,将制备好的泥浆通过泥浆泵注入桩孔内。注入时,控制好泥浆的流量和压力,确保泥浆能够均匀地在孔壁形成护壁层。同时,保持孔内泥浆液面高度稳定,一般应高于地下水位1-2米,防止地下水倒灌稀释泥浆,降低护壁性能。
2. 泥浆性能监测:施工过程中,定期对泥浆性能进行检测,主要检测指标包括粘度、比重、含砂率、pH值等。根据检测结果,及时调整泥浆配比,确保泥浆性能满足施工要求。如发现泥浆粘度下降,可适当添加膨润土;若含砂率过高,需进行泥浆净化处理。
3. 泥浆循环与废弃处理:建立泥浆循环系统,将钻孔排出的泥浆经过沉淀池沉淀、除砂等净化处理后,重新输送至泥浆池循环使用。对于无法循环使用的废弃泥浆,需进行无害化处理,可采用化学絮凝沉淀、机械脱水等方法,使废弃泥浆达到环保排放标准后再排放,避免对环境造成污染。
打桩膨润土的选择与使用是一项技术与经验相结合的工作。施工人员需深入了解膨润土性能、地质条件和施工要求,科学选择膨润土产品,合理确定泥浆配比和使用方法,确保打桩工程安全、高效、优质完成。
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