二航海水拌制泥漿方案

上海崇明越江通道長江大橋工程B5標(biāo)段第五部分施工專項(xiàng)方案第七章海水拌制泥漿方案1、工程概況上海崇明越江通道長江大橋位于長江入?？?，屬感潮河段，主通航孔斜拉橋主墩基礎(chǔ)、輔助墩及邊墩基礎(chǔ)，均采用大直徑鉆孔灌注樁。在水上進(jìn)行鉆孔樁施工時(shí)，如采用淡水拌制泥漿可能會(huì)受到海水的污染，影響泥漿的性能，而且主通航孔橋所在區(qū)域離陸地較遠(yuǎn)，淡水供應(yīng)非常困難，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確保海水拌制泥漿的安全性和可行性，具有非常顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。本企業(yè)武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究院對海水泥漿的配制技術(shù)以及海水泥漿對混凝土耐久性的影響進(jìn)行了深入研究，曾編制《杭州灣跨海大橋海水拌制泥漿鉆孔樁現(xiàn)場施工指南及質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》，確保了海水拌制泥漿在杭州灣大橋的順利實(shí)施。本企業(yè)將針對上海崇明越江通道工程實(shí)際情況，研究適應(yīng)其地質(zhì)條件、海水理化指標(biāo)的泥漿配制技術(shù)，確保海水泥漿在本工程安全、可靠地使用。2、海水泥漿在國內(nèi)外工程中的應(yīng)用美國加州交通局項(xiàng)目CARQUINELBRIDGE（卡堅(jiān)尼斯橋）該橋在美國舊金山市以北海灣，連接VALLEJO和CROCKETT,跨越卡堅(jiān)尼斯海峽。其橋型為懸索橋，跨度約為0.7km,有24根“3.00、平均深度100m的鉆孔樁，全部采用海水拌制泥漿。海水拌制泥漿?？▓?jiān)尼斯橋(CARQUINEZBRIDGE)5—125中港第二航務(wù)工程局5—125上海城建（集團(tuán)）公司聯(lián)合體

上海崇明越江通道長江大橋工程B5上海崇明越江通道長江大橋工程B5標(biāo)段第五部分施工專項(xiàng)方案美國加州交通局項(xiàng)目BENICIA/MARTINEZ大橋該橋跨度約為1.5km,連接BENICIA（班西亞市）和MARTINEZ（馬天拿斯市），有136根”2.5m的鉆孔樁，鉆孔樁平均深度55m,由SEGMENTAL公司設(shè)計(jì)，KIEWITPACIFICCOMPANY施工。工程造價(jià)為3200萬美元。該橋2002年4月開工，其鉆孔樁采用海水泥漿拌，現(xiàn)施工已基本完成。班尼西亞一馬天尼斯橋（BENICIA—MARTINEZBRIDEIE）崖門大橋崖門大橋是廣東省西部沿海高速公路上的關(guān)鍵工程項(xiàng)目，跨越崖門水道入海處，屬典型的沿海地區(qū)河流水文地質(zhì)情況。全橋長1296m，為雙塔單索面混凝土斜拉橋，主跨338m,跨徑在我國同類橋梁中排行第一，亞洲第二。其主墩位于深水區(qū)，基礎(chǔ)由18根中3.0m鉆孔灌注樁組成，平均深度60m,最長深度達(dá)80m。通過分析論證，在多次試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，最終采用海水造漿技術(shù)順利完成了樁基的施工。海滄大橋海滄大橋位于廈門西海域，是國家“九五”重點(diǎn)工程之一，為兼具公路和城市橋梁功能的內(nèi)海港灣大橋。全橋5926m，其中東航道主橋長1108m,為主跨648m懸索橋結(jié)構(gòu)，是世界第二、亞洲第一的三跨連續(xù)全漂浮體系鋼箱梁懸索橋。通過科研攻關(guān)，解決了海水造漿的技術(shù)難題，成功完成橋梁基礎(chǔ)鉆孔灌注樁的施工。另外，海水泥漿在膠州灣高速公路女姑口跨海大橋、青島李村河灰管橋及廣東鎮(zhèn)海灣大橋等工程中的應(yīng)用，都收到良好的效果。杭州灣跨海大橋杭州灣跨海大橋南起寧波慈溪，北至嘉興海鹽，全橋長度36km,是建設(shè)中的世界上最大的跨海大橋，它也是我國沿海大通道建設(shè)中第一座跨海大橋。其橋型為主跨318m5—126中港第二航務(wù)工程局5—126上海城建（集團(tuán)）公司聯(lián)合體

上海崇明越江通道長江大橋工程B5上海崇明越江通道長江大橋工程B5標(biāo)段第五部分施工專項(xiàng)方案的雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋。其南航道橋?yàn)閱嗡p索面斜拉橋，跨徑組合為318m+160m+100m。其中D13墩為主塔墩，D11、D14墩為過渡墩，D12為輔助墩。D13主墩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)有38根直徑2.8m，單根樁長120.2m的鉆孔灌注樁，樁底標(biāo)高為-120.0m。地質(zhì)情況主要以淤泥質(zhì)亞粘土、淤泥質(zhì)粘土、亞粘土、粘土、砂層為主。在D13墩鉆孔樁施工過程中使用海水拌制泥漿。根據(jù)現(xiàn)場測試結(jié)果，在成孔過程中，泥漿比重可以控制在1.1-1.2,粘度可以控制在18—21s,PH值控制在9—10左右，膠體率可以控制在90%左右。清孔換漿后，泥漿的比重可以控制在1.12-1.15,粘度可以控制在17—19s,PH值可以控制在9—10s,膠體率可以控制在95—98%之間。其中26井孔由于機(jī)械故障原因?qū)е略诔煽椎倪^程中停工時(shí)間長達(dá)8天，但由于泥漿質(zhì)量優(yōu)良，護(hù)壁效果好，孔壁仍然十分穩(wěn)定，確保了鉆孔樁的安全施工。3、海水拌制泥漿對鉆孔樁砼耐久性影響綜述海水泥漿對鋼筋腐蝕性能的研究為研究成孔后鉆孔灌注樁澆筑混凝土前鋼筋在海水泥漿中的腐蝕狀況，我們試驗(yàn)觀察了鋼筋浸泡在不同泥漿中的腐蝕狀況并采用線性極化法測量鋼筋在泥漿中的腐蝕速率，試驗(yàn)結(jié)果見表7.1泥漿浸泡鋼筋目測試驗(yàn)結(jié)果 表7.1項(xiàng)目海水泥漿淡水泥漿鋼筋浸泡12h呈墨綠色，未發(fā)現(xiàn)銹斑呈烏黑色，未發(fā)現(xiàn)銹斑鋼筋浸泡1天呈墨綠色，未發(fā)現(xiàn)銹斑呈烏黑色，未發(fā)現(xiàn)銹斑鋼筋浸泡2天呈墨綠色，未發(fā)現(xiàn)銹斑呈烏黑色，未發(fā)現(xiàn)銹斑鋼筋浸泡3天呈墨綠色，未發(fā)現(xiàn)銹斑呈烏黑色，未發(fā)現(xiàn)銹斑鋼筋浸泡7天呈墨綠色，未發(fā)現(xiàn)銹斑呈烏黑色，未發(fā)現(xiàn)銹斑海水泥漿浸泡鋼筋目測試驗(yàn)通過以上試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鋼筋浸泡在海水泥漿中，盡管有大量氯離子存在，但鋼筋表面沒有發(fā)現(xiàn)銹蝕，將鋼筋拿出泥漿暴露于空氣中，墨綠色物質(zhì)速迅轉(zhuǎn)化為紅色鐵5—5—127上海城建（集團(tuán)）公司聯(lián)合體

上海崇明越江通道長江大橋工程B5標(biāo)段上海崇明越江通道長江大橋工程B5標(biāo)段第五部分施工專項(xiàng)方案銹，由于氧和水的共同作用，氯離子破壞了鋼筋的保護(hù)層，從而加劇了銹蝕的產(chǎn)生。線性極化法測量鋼筋腐蝕速率由圖7-1可以看出，在試驗(yàn)齡期內(nèi)，鋼筋浸泡在海水泥漿的腐蝕速率略大于浸泡在淡水泥漿中，摻阻銹劑海水泥漿的腐蝕速率早期較小，后期基本等同于淡水泥漿。鉆孔灌注樁施工時(shí)，鋼筋浸泡在海水泥漿中的時(shí)間較短，而且由于缺氧和堿性鈍化模的保護(hù)，因此鋼筋不會(huì)產(chǎn)生明顯的銹蝕。模擬試驗(yàn)中氯離子分布規(guī)律的研究5—1285—128中港第二航務(wù)工程局上海城建（集團(tuán)）公司聯(lián)合體上海崇明越江通道長江大橋工程B5標(biāo)段第五部分施工專項(xiàng)方案澆筑過程澆筑漏斗澆筑過程圖7-4模擬澆筑過程012圖7-5混凝土試件上端氯離子含量分布012圖7-5混凝土試件上端氯離子含量分布圖7-6混凝土試件中部氯離子含量分布5—129中港第二航務(wù)工程局5—129上海城建（集團(tuán)）公司聯(lián)合體上海崇明越江通道長江大橋工程B5標(biāo)段第五部分施工專項(xiàng)方案（量含離氯圖7-7混凝土試件下端氯離子分布我國《水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范》（JTJ268-96）規(guī)定了混凝土拌合物中的氯離子最高限量，見表7.2。海水環(huán)境中鋼筋混凝土的最高氯離子限值為水泥重量的0.1%。美國混凝土學(xué)會(huì)ACI222報(bào)告《混凝土中鋼筋腐蝕》中規(guī)定，潮濕環(huán)境中普通混凝土最高氯離子限值為0.1%。（酸溶法以水泥重量百分比計(jì)）混凝土拌合物中氯離子的最高限值（以水泥重量百分比計(jì)） 表7.2環(huán)境條件預(yù)應(yīng)力混凝土鋼筋混凝土素混凝土海水環(huán)境0.060.101.30淡水環(huán)境0.060.301.30因此，在海水泥漿中澆筑混凝土，在保證澆筑過程順利的情況下，混凝土中氯離子含量可以滿足有關(guān)規(guī)范的要求?；炷林新入x子的分布規(guī)律為：在沿鋼筋縱向范圍內(nèi)，氯離子中間最低，底部最高，在同一平面內(nèi)，中間較低，四周較高，這是由于中部混凝土在澆筑順利的情況下，不會(huì)受到海水泥漿的污染?，F(xiàn)場鉆孔樁澆筑時(shí)，由于混凝土方量大且采用機(jī)械化設(shè)備施工，混凝土的施工質(zhì)量更加有保障?，F(xiàn)場試樁氯離子分布規(guī)律研究為研究海水泥漿鉆孔灌注樁混凝土氯離子分布規(guī)律，對現(xiàn)場試樁進(jìn)行混凝土鉆芯取樣，試件用酸溶法處理后，滴定結(jié)果見表7.35—130中港第二航務(wù)工程局5—130上海城建（集團(tuán)）公司聯(lián)合體

樁內(nèi)混凝土氯離子總量檢測結(jié)果（以水泥百分比計(jì)） 表7.3試件編號樁芯距孔頂標(biāo)高（m）樁邊距孔頂標(biāo)高（m）0.51230.5123海水樁0.00870.00720.00600.00580.00900.00850.00810.0077淡水樁/0.00540.0056/0.0059//0.0061上海崇明越江通道長江大橋工程B5上海崇明越江通道長江大橋工程B5標(biāo)段第五部分施工專項(xiàng)方案現(xiàn)場取樣結(jié)果可以看出，淡水樁和海水樁混凝土中氯離子含量都很低，均滿足《水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范》（JTJ268-96）對混凝土中氯離子含量的規(guī)定。同時(shí)，我們對海水樁中預(yù)埋的鋼筋進(jìn)行了取樣檢測，電子探針檢測結(jié)果顯示：鋼筋表面含有微量氯元素，檢測數(shù)據(jù)與表7.3基本相同。理論分析理論上普遍認(rèn)為：氯離子侵入混凝土內(nèi)鋼筋表面，破壞鋼筋的鈍化膜，在有水和氧的情況下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，形成微電池，使鋼筋銹脹造成混凝土開裂，從而降低混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。混凝土中鋼筋銹蝕是一種電化學(xué)過程。在氯離子作用下，鋼筋表面局部活化形成小的陽極，鈍化表面成為陰極區(qū)，自由電子到達(dá)陰極與氧和水結(jié)合生成氫氧根離子。陽極產(chǎn)生鐵溶解是在鋼筋鈍化膜破壞之后，陰極過程則在鋼筋仍處于鈍化狀態(tài)時(shí)即可進(jìn)行埋置于無氧、未碳化混凝土中的鋼筋不會(huì)發(fā)生銹蝕，因?yàn)榛炷林锌紫度芤壕哂袎A性（PH>12.5）,在這種PH值范圍內(nèi)，鋼筋表面生成一層氧化膜，阻止陽極鐵的溶解。由于碳化混凝土的PH值低于10或鋼筋表面氯離子含量超過臨界值，保護(hù)膜破壞，在有水和氧存在的條件下，就會(huì)發(fā)生鋼筋銹蝕。因此，只有氧和水的共同作用下才發(fā)生電化學(xué)腐蝕，而在干燥環(huán)境中或是在水下（不含氧時(shí)），海水混凝土中的鋼筋是不會(huì)發(fā)生銹蝕的。本工程鉆孔灌注樁平均深度在100m左右，樁四周均有鋼護(hù)筒嵌入泥床，鋼護(hù)筒基本阻斷了樁內(nèi)混凝土氧氣的來源，在鋼護(hù)筒以下的泥床內(nèi)，鉆孔樁混凝土的氧含量也非常的少。在水下混凝土中，溶解在水中的氧很難擴(kuò)散，而在半干燥的混凝土中氧的擴(kuò)散卻快很多倍。因此，缺氧是水下鉆孔樁混凝土不發(fā)生銹蝕的主要原因。5—131中港第二航務(wù)工程局5—131上海城建（集團(tuán)）公司聯(lián)合體

上海崇明越江通道長江大橋工程B5上海崇明越江通道長江大橋工程B5標(biāo)段第五部分施工專項(xiàng)方案根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，采用海水拌制泥漿會(huì)導(dǎo)致鉆孔樁內(nèi)混凝土含有少量氯離子，但含量小于水泥重量的0.1%,能夠滿足我國《水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范》（JTJ268-96）的要求。美國混凝土協(xié)會(huì)在《混凝土中鋼筋腐蝕》報(bào)告中指出：氯離子對鋼筋的腐蝕與氯離子的摻入方式有很大關(guān)系，氯離子通過混凝土擴(kuò)散到鋼筋的腐蝕要遠(yuǎn)大于氯離子直接摻入到混凝土中。因?yàn)槁入x子摻入混凝土后會(huì)與水泥結(jié)合生成 “Friedel”鹽，即3CaO-A12O3-CaCljlOH',被結(jié)合的氯離子對鋼筋銹蝕無害，并且能延緩氯離子的滲透過程。而且，氯離子摻入混凝土中其含量相對穩(wěn)定，可以減少腐蝕的發(fā)生。相反，氯離子擴(kuò)散到硬化混凝土表面，當(dāng)混凝土本身存在缺陷，如有裂縫存在、混凝土致密程度不同或保護(hù)層厚度不同等原因，導(dǎo)致混凝土內(nèi)鋼筋的環(huán)境條件（氯離子濃度、氧氣、水份等）相差很大，由于混凝土內(nèi)鋼筋的相互連接，當(dāng)有些鋼筋處于氯鹽腐蝕的環(huán)境中而有些處于鈍化狀態(tài)，導(dǎo)致大陰極、小陽極的產(chǎn)生，鋼筋的電化學(xué)腐蝕將會(huì)加速。綜上所述，采用海水拌制泥漿雖然會(huì)使鉆孔樁混凝土帶有少量氯離子，但其含量滿足規(guī)范要求。由于水下鉆孔樁環(huán)境中缺氧以及混凝土硬化時(shí)會(huì)結(jié)合部分氯離子，因此不會(huì)導(dǎo)致鉆孔灌注樁混凝土鋼筋的銹蝕。4、海水泥漿配制技術(shù)海水泥漿原材料優(yōu)選及性能指標(biāo)1）橋址海水理化指標(biāo)檢測2）造漿粘土的優(yōu)選選用蒙脫石為主的鈉基膨潤土。因?yàn)槊擅撌扛叩呐驖櫷粒栯x子交換容量大，膨脹性及分散性能好，造漿率高，配制的泥漿流變性能好，失水量小。3）增粘劑的優(yōu)選選用聚陰離子纖維素（簡稱PAC）oPAC是較甲基纖維素CMC的衍生物，是一種陰離子型線性高分子物質(zhì)，能在海水中不降粘，具有增稠性、保水性、抗鹽性及較好的薄膜成形性。PAC有高粘度、低粘度兩種。粘度越高，增粘效果越好，但粘度過高會(huì)影響其在泥漿中的溶解性。4）分散劑中港第二航務(wù)工程局 5-132上海城建（集團(tuán)）公司聯(lián)合體

上海崇明越江通道長江大橋工程B5上海崇明越江通道長江大橋工程B5標(biāo)段第五部分施工專項(xiàng)方案分散劑的首要作用是使進(jìn)入水中的膨潤土顆粒分散開來，形成外包水化膜的膠體顆粒，減少了內(nèi)部阻力，泥漿中如含有Mg2+、Ca2+、Na+等金屬離子，泥皮的形成性能降低，比重增加，致使膨潤土凝聚、泥水分離，有可能造成孔壁坍塌。使用分散劑可以解決這些問題，改善泥漿的性能。選用純堿Na2cO3可與海水中的Ca2+、Mg2+起化學(xué)反應(yīng)，生成碳酸鈣，使金屬離子惰性，因此分散效果較好?？筛鶕?jù)需要利用Na2cO3的摻量來控制泥漿的PH值。泥漿呈堿性穩(wěn)定性好，而且堿性環(huán)境對鋼筋的銹蝕起到保護(hù)作用。海水泥漿性能試驗(yàn)及配合比優(yōu)化在擬定的海水泥漿原料及摻量的基礎(chǔ)上，按土量因素、增粘劑因素及分散劑因素設(shè)計(jì)泥漿配合比，通過性能對比試驗(yàn)確定經(jīng)濟(jì)合理的最終配比，并找出各因素對泥漿性能的影響規(guī)律。1）加土量對泥漿性能的影響泥漿配比相同，即PAC及Na2c03摻量均為泥漿總量的0.2%時(shí)，隨著加土量的增加，泥漿的比重、粘度和靜切力都有所增加，而泥漿的失水量有所減少。這是由于土量的增加，單位體積泥漿中結(jié)構(gòu)鏈環(huán)數(shù)目增多，導(dǎo)致泥漿流動(dòng)阻力增大，泥漿的粘度及靜切力增大，而隨著泥漿中膠體粒子的增加，泥皮更趨致密，其滲透性及失水量也越小。2）PAC摻量對泥漿性能的影響泥漿配比相同，即膨潤土摻量12%,純堿0.2%,隨著PAC摻量的增加（PAC摻量按泥漿總量計(jì)），泥漿的失水量降低，但超過一定值后，失水量恒定在8ml左右。隨著PAC摻量的增加，其在泥漿中電離生成長鏈多價(jià)陰離子，因而增大了固相土的水化層，提高了固相土的凝結(jié)穩(wěn)定性。一方面有利于形成致密的泥皮，降低失水量，另一方面由于PAC長鏈分子之間相互作用的增強(qiáng)，在長分子鏈間形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高了泥漿的粘度和靜切力。3）加堿量對泥漿性能的影響在泥漿配比相同的情況下，即膨潤土摻量12%,PAC摻量0.2%,加堿量越大，泥漿的PH值越大，在泥漿選定的情況下，可以通過改變堿摻量達(dá)到需要的PH值。加入適當(dāng)量的Na2c03,通過離子交換作用，以低價(jià)離子Na+取代海水中的Mg2+、Ca2+等高價(jià)離子，使粘土顆粒分散，水化膜增厚，泥漿的粘度及靜切力增大，而失水量減少，泥漿的穩(wěn)定中港第二航務(wù)工程局 5-133上海城建（集團(tuán)）公司聯(lián)合體

上海崇明越江通道長江大橋工程B5上海崇明越江通道長江大橋工程B5標(biāo)段第五部分施工專項(xiàng)方案性能好。但由于海水中已經(jīng)含有較多的Na+離子，用堿量過多反而會(huì)使泥漿性能變壞?？紤]到泥漿呈堿性有利于鋼筋的防腐，海水泥漿的加堿量為泥漿總量的0.2%。4)海水鹽濃度對泥漿性能影響的研究以NaCl的含量來表示海水鹽的濃度，用土量及添加劑摻量一定時(shí)隨著NaCl濃度的增加，泥漿性質(zhì)會(huì)發(fā)生明顯變化，泥漿粘度會(huì)急劇下降，過濾失水量明顯增多，泥皮厚度增大，穩(wěn)定性降低，這是由于膨潤土顆粒在濕脹后成為一種帶負(fù)電荷的親水膠體，并通過膠體顆粒