Ｑ： 工程技术 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ 泥浆分层对大直径超深钻孔灌注桩的影响及应对措施① 杨峻熙 张晓光 陈森泉 （中交二航局第二工程有限公司 重庆 ４Ｏ１１ ２１） 摘 要：随着大直径超深钻孔灌注桩在特大型桥梁施工中的广泛应用，人们对钻孔灌注桩的质量要求也越来越高。本文着重分析泥浆 分层对大直径超深钻孔灌注桩钻进，清孔以及混凝土浇注过程中的影响并提出有效的应对措施。 关键词：泥浆分层 钻孔灌注桩 影响及应对措施 中图分类号：ＴＵ４７３．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ６ ７２－３７９１（２ ０１３）０２（ｃ）－ＯＯ６３－－０２ 项指标达不到要求，从而出现土壤颗粒沉 锥等现象。 对钻进效率、清孔 ３．２泥浆分层对成孔后清孔的影响 钻孔泥浆一般由水、粘土（或膨润土） 降造成的泥浆分层现象，和添加剂按适当配合比配制而成，具有悬 质量等造成不利影响。 大直径超深钻孔灌注桩成孔后，一般 浮钻渣、冷却钻头、润滑钻具，增大静水压 采用二次清孔法进行清孔。第一次清孔常 力，并在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流， ３泥浆分层对大直径超深钻孔灌注桩的 用正循环换浆法排除粗渣，若泥浆分层会 防止坍孔等作用。泥浆的优劣是影响钻孔 影响 降低泥浆悬浮力，从而影响清孔效率，延长 灌注桩质量的重要因素。 ３．１泥浆分层在钻进过程中的影响 清孔时间。此外，上层泥浆比重太低，还会 钻孔灌注桩一般采用螺旋钻头或冲击 降低静水压力，可能发生坍孔等事故。第二 锥等机械成孔，或用旋转机辅以高压水冲 次清孔常采用气举反循环抽浆法清除孔底 ２大直径超深钻孔灌注桩泥浆分层原因 分析 成孔，常用正循环回转法，反循环回转法、 沉渣，若泥浆分层会造成泥浆浓度不均，底 优质泥浆是以一种类似于固溶胶的形 潜水电钻法、冲抓锥法、冲击锥法等。钻进 部过于黏稠，引起泥浆管堵塞等现象，从而 态存在，其中的土壤颗粒在不停地做布朗 过程中，一般采用较大的泥浆比重，以获得 延误清孔时间，影响清孔效率。 运动，与重力作用相同时便形成沉降平衡 较大的泥浆悬浮力，有助于钻进过程中的 ３．３泥浆分层在灌注混凝土过程中的影响 的状态。故优质泥浆是一种均一、稳定的混 排渣和进尺。在大直径超深钻孔灌注桩的 在大直径超深钻孔灌注桩的灌注过程 合物，具有很好的悬浮力，易于排渣和清 钻进过程中，泥浆分层会造成孔内上下泥 中，由于泥浆分层，会造成翻浆困难，从而 孔。在大直径超深钻孔灌注桩中，劣质泥浆 浆浓度不均，桩底部分泥浆浓度过大，从而 使灌注桩出现混凝土密度不均、蜂窝、空 往往由于比重、含砂率、粘度、胶体率等各 严重影响进尺效率，甚至还会出现粘锥、卡 洞、泥浆夹层等现象，严重时会造成导管堵 塞，从而引起桩身截面断裂等严重的质量 泥浆 事故。 。 １泥浆在钻孔灌注桩中的作用 ／Ｉ 口、４应对措施 ／／／／／，－＼Ｉ Ｉ ／／／／／／／／／／／／／ ／ ／／／／ ＼、泥浆泵抽浆（出浆）／ ０ ●５ 卜 ——～ 向 ＾ ／ ／ ／ ＼／ ／／ ／ ９ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ｌｊ ／ ／ 一／ 孔底沉渣 ４．１制备优质泥浆 大直径超深钻孔灌注桩对泥浆的性能 要求较高，通常采用塑性指数大干２５，粒径 小于０．００５ ｍｍ，且黏土颗粒含量大于５Ｏ％的 黏土，通过泥浆搅拌机或人工调和制备而 成。此外，泥浆的选择应根据钻孔的工程地 质情况、孔位、钻机性能、泥浆材料等综合 确定。在地质情况复杂，覆盖层较厚的地区 进行钻孔施工时，宜使用丙烯酰胺即ＰＨＰ 泥浆，此泥浆具有不分散、低固相、高粘度 的特点。 ４．２控制泥浆指标 控制大直径超深钻孔灌注桩的钻进效 率、清孔质量，混凝土灌注质量的关键在于 控制泥浆指标，其性能指标可参照表１选 用。 图１ 正循环换浆法示意图 ４．３正反循环组合清孔 ４．３．１钻进过程中正循环清孔 表１ 泥浆性能指标选择 钻孔方法 正循环回转 地层情况 般地层 易坍地层 般地层 一一泥浆性能指标 相对密度 粘度 （ＰＡ‘Ｓ） １．０５～１．２０ １．２０～１．４５ １．Ｏ２～１．０６ １６～２２ １９～２８ １６～２０ 含砂率 （％） ８～４ ８～４ 胶体率 （％） ９６ ９６ 失水率 （ｍｌ／３Ｏｍｉｎ） ２５ ｌ５ 泥皮厚 静切力 （ｍｍ／３０ ｍｉｎ） （Ｐａ） ２ １ ｎ～’’ ２ ３～５ 酸碱度 （ｐＨ） ８～１０ ８～１０ ４ 》９５ ２Ｏ ３ １～２．５ ８～１０ 反循环回转 冲抓 冲击 易坍地层 卵石土 一般地层 易坍地层 １．０６～１．１０ １．１０～１．１５ １．１０～１．２Ｏ １．２Ｏ～１．４０ １８～２８ ２０～３５ ｌ８～２４ ２２～３０ ４ ４ ４ ４ 》９５ ９５ 》９５ 》９５ ２０ ２０ 《２Ｏ ２０ ３ ３ ３ ３ １～２．５ １～２．５ ｌ～２．５ ３～５ ８～ｌ０ ８～ｌＯ ８～１１ ８～１１ 注：地下水位高或其流速大时，指标取高限，反之取低限；地质状态较好，孔径或孔深较小的取低限，反之取高限。 ①作者简介：杨峻熙（１９８５一），男，大学本科，工学学士，助理工程师。 科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ６３ Ｑ！ Ｑ：ＱＺ ＳＣ【Ｅ ＪＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ 工程技术 ４．３．３成孔后第二次清孔 成孔后第二次清孔，宜采用气举反循 环抽浆法。该方法是一种通过空压机和风 管在排渣管（导管）一定深度位置注入压缩 空气，使压缩空气与导管内的泥浆混合后 形成气、液混合物，从而导管内泥浆与导管 外的孔内泥浆形成相对负压，使得风管内 的气、液混合物在负压下向风管１３流动，在 导管底口产生“吸力”，将孔底的钻渣和泥 浆抽出孔外，滤除钻渣后的部分泥浆再循 环回流至孔内，同时补充新制泥浆的清孔 工艺。采用气举反循环抽浆法应注意保持 桩内水头，防止输浆皮管爆裂后桩内水头 迅速降低而引起的坍孔事故。气举反循环 抽浆法见图２。 ５结语 大直径超深钻孔灌注桩的质量控制是 特大型桥梁施工的关键控制点之一，泥浆 分层不仅会影响钻进效率、清孔质量和混 凝土浇注质量，严重时还会导致坍孔事故 的发生。在大直径超深钻孔灌注桩的施工 过程中应采取制备优质泥浆、控制泥浆指 标、正反循环组合清孔等有效措施避免泥 浆分层现象，为大直径超深钻孔灌注桩的 质量提供保障。 图２ 气举反循环抽浆法示意图 正循环是以Ｕ形管原理为依据，将泥浆 通过钻杆或者皮管引入桩底，利用压强差 将孔底钻渣悬浮至桩顶排出。大直径超深 钻孔灌注桩在钻进过程中，宜采用正循环 换浆法清孔，使泥浆保持一定的均一性和 稳定性，降低泥浆分层现象，提高泥浆护壁 能力和悬浮能力，以便获得更好的进尺和 （上接６２页） 行为级、结构级、功能级直至完成版图级的 层次的设计思想是模拟集成电路的设计中 展现出最好的前景。将由模拟集成电路自 动化综合过程分为两个过程。 模拟集成电路的高层综合、物理综合。 在高层综合中又可分为结构综合和电路级 综合。由系统的数学或算法行为描述到生 成抽象电路拓扑结构过程称为结构级综 合，将确定电路具体的拓扑结构和确定器 件尺寸的参数优化过程称为电路级综合。 而把器件尺寸优化后的电路图映射成与工 艺相关和设计规则正确的版图过程称为物 理综合。模拟集成电路自动化设计流程如 图１所示。 ２．１模拟集成电路高层综合 与传统手工设计模拟电路采用自下而 上（Ｂｏｔｔｏｍ－ｕｐ）设计方法不同，模拟集成电 路ＣＡＤ平台努力面向从行为级、结构级、功 能级、电路级、器件级和版图级的（Ｔ０ｐ－ ｄｏｗｎ）的设计方法。在模拟电路的高层综合 中，首先将用户要求的电路功能、性能指 标、工艺条件和版图约束条件等用数学或 排渣效果。正循环换浆法见图ｌ。 ４．３．２成孔后第一次清孔 成孔后第一次清孔，宜采用正循环换 参考文献 浆法，可以排出粗渣，同时调节泥浆比重、 ［１】ＪＴＪ０４１—２０００．公路桥涵施工技术规范 粘度、含砂率、胶体率等各项泥浆指标，使 ［Ｓ】．人民交通出版社，２０００． 泥浆保持一种比较均匀的状态，为第二次 【２】王晓亮．浅析泥浆护壁灌注桩［Ｊ】．企业 反循环清孔创造有利条件。 技术开发，２Ｏ１２． 点在模拟电路和混合信号的行为级描述， 最终实现模拟信号和数模混合信号的结构 级描述、仿真和综合ｌ２５，２８】。为实现高层次 的混合信号模拟，采用的办法是对现有数 字ＨＤＬ的扩展或创立新的语言，除ＶＨＤＬ． ＡＭｓ以外，其它几种模拟及数／模混合信号 硬件描述语言的标准还有Ｍ Ｈ Ｄ Ｌ和 Ｖｅｒｉｌｏｇ—ＡＭＳ。 ２．２物理版图综合 高层综合之后进入物理版图综合阶 段。物理综合的任务是从具有器件尺寸的 电路原理图得到与工艺条件有关和设计规 则正确的物理版图。由于模拟电路的功能 和性能指标强烈地依赖于电路中每一个元 件参数，版图寄生参数的存在将使元件参 数偏离其设计值，从而影响电路的性能。需 要考虑电路的二次效应对电路性能的影 响，对版图进行评估以保证寄生参数、器件 失配效应和信号间的祸合效应对电路特性 能影响在允许的范围内。基于优化的物理 算法行为级的语言描述。目前应用的 ＳＰＩＣＥ、ＭＡＳＴ、ＳｐｅｃｔｒｅＨＤＬ或者不支持行 为级建模，或者是专利语言，所建模型与模 拟环境紧密结合，通用性差，没有被广泛接 受。ＩＥＥＥ于１９９９＃－３月正式公布了工业标准 的数／模硬件描述语言ＶＨＤＬ—ＡＭＳ。 ＶＨＤＬ一１０７６．１标准的出现为模拟电路和混 合信号设计的高层综合提供了基础和可 能。ＶＨＤＬ—ＡＭｓ是ＶＨＤＬ语言的扩展，重 版图综合在系统实现时采用代价函数表示 设计知识和各种约束条件，对制造成本和 合格率进行评估，使用模拟退火法来获取 最佳的物理版图。基于规则的物理版图综 参考文献 合系统将模拟电路设计专家的设计经验抽 ［１］杨盛波，唐宁，覃贤芳．一种用于ＲＦＩＤ 象为一组规则，并用这些规则来指导版图 标签芯片ＬＤＯ稳压源的设计［Ｊ］．安防科 的布线布局。在集成电路物理综合过程中， 技，２００８（１２）． 在保证电路性能的前提下，尽量降低芯片 ［２】杜广涛，陈向东，梁恒，等．低压低功耗 面积和功耗是必要的。同时应当在电路级 ＣＭＯＳ电流运算放大器的设计【Ｊ］．半导 综合进行拓扑选择和优化器件尺寸阶段对 体技术，２００７（１１）． 电路中各器件之间的匹配关系应用明确的 要求，以此在一定的拓扑约束条件下来指 导模拟集成电路的版图综合。 模拟电路设计被认为是一项知识面 广，需多阶段和重复多次设计，常常要求较 长时间，而且设计要运用很多的技术。在模 拟电路自动综合设计中，从行为描述到最 终的版图过程中，还需要用专门的ｃＡＤ工 具从电路版图的几何描述中提取电路信息 过程。除电路的固有器件外，提取还包括由 版图和芯片上互相连接所造成的寄生参数 和电阻。附加的寄生成分将导致电路特性 恶化，通常会带来不期望的状态转变，导致 工作频率范围的缩减和速度性能的降低。 因此投片制造前必须经过电路性能验证， 即后模拟阶段，以保证电路的设计符合用 户的性能要求。正式投片前还要进行测试 ＳｎＳＰＩＣＥ模拟，确定最终的设计是否满足用 户期望的性能要求。高层综合和物理综合 从不同角度阐述了模拟集成电路综合的设 计任务。电路的拓扑选择和几何尺寸可以 看成电路的产生方面，物理版图综合得到 模拟集成电路的电路版图，可以认为电路 的几何设计方面。 ６４ 科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥｃＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ