淺談反循環(huán)鉆成孔技術(shù)在市政橋梁樁基施工中的應(yīng)用

汪艷芳，陳 剛

(中國水利水電第五工程局有限公司第五分局，四川 雙流，610225)

淺談反循環(huán)鉆成孔技術(shù)在市政橋梁樁基施工中的應(yīng)用

汪艷芳，陳 剛

(中國水利水電第五工程局有限公司第五分局，四川 雙流，610225)

橋梁樁基多采用鉆孔灌注樁施工，且以反循環(huán)鉆進(jìn)成孔較為常見，這種施工技術(shù)能較好解決鉆進(jìn)速度，且排渣連續(xù)性好，其最大的優(yōu)點(diǎn)是孔壁護(hù)膜較薄，但不減弱樁基的摩檫力。鄭州市農(nóng)業(yè)路快速通道工程樁基施工正是成功地運(yùn)用了反循環(huán)鉆進(jìn)成孔技術(shù)，取得了良好的施工效果，得出的“提高深淤泥類樁基成孔率”成果，獲得了全國工程建設(shè)優(yōu)秀質(zhì)量管理小組二等獎(jiǎng)。

反循環(huán)鉆成孔 護(hù)筒埋設(shè) 水下灌注混凝土 市政橋梁 樁基施工

1 工程概況及特點(diǎn)

鄭州市農(nóng)業(yè)路快速通道工程，樁基礎(chǔ)φ1000、φ1500鉆孔灌注樁，共136根，樁長35m～50m，樁徑為1.5m；樁基地質(zhì)條件是：上覆為砂、砂礫、亞粘土等沉積層，下伏為花崗巖石。

橋梁樁基施工目前已具有比較成熟的施工工藝，正常效率每臺(tái)旋挖鉆機(jī)配合人工每天可以完成2根樁基施工，但對(duì)于鄭州市農(nóng)業(yè)路快速通道工程在西流湖區(qū)域的樁基施工，由于受到湖區(qū)內(nèi)地層表面以下2m～7m淤泥層的影響，成孔極為困難，很容易出現(xiàn)塌孔，甚至?xí)斐摄@頭被掩埋于孔內(nèi)的情況，不得不采取粘土回填、靜止10d或以上時(shí)間穩(wěn)定土層等措施反復(fù)處理，然后再重新鉆孔施工，極大的影響了樁基施工效率。西流湖主線橋及加寬橋的位置，正好處于西流湖閘壩控制水流的上游區(qū)域，由于常年泥沙的淤積，造成了工程施工區(qū)域的地質(zhì)條件極為復(fù)雜，不僅有深厚的淤泥層，同時(shí)還在不同高程夾雜著流沙層，給樁基成孔帶來了極大的影響。本工程采用了反循環(huán)鉆成孔技術(shù)，有效解決了上述地質(zhì)條件帶來的影響，使橋梁樁基施工質(zhì)量得到了保證。

2 反循環(huán)鉆成孔的施工技術(shù)

2.1 反循環(huán)鉆成孔適用范圍及基本原理

反循環(huán)鉆成孔適用于填土、淤泥、粘土、粉土、砂土、砂礫等地層；當(dāng)進(jìn)入軟巖時(shí)可采用圓錐式鉆頭；當(dāng)進(jìn)入硬巖時(shí)可采用滾輪式鉆頭。反循環(huán)鉆成孔不適用于自重濕陷性黃土層，也不宜用于無地下水的地層。對(duì)于大卵礫石層、大拋石層和大孤石層，反循環(huán)鉆鉆進(jìn)效率反而很低。

反循環(huán)鉆成孔施工法是在樁頂處設(shè)置護(hù)筒(其直徑比樁徑大15%左右)，護(hù)筒內(nèi)水位要高出自然地下水位2m以上，保持孔壁靜水壓力在0.02MPa以上，以保護(hù)孔壁不坍塌，省去切削套管。鉆機(jī)工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)鉆桿端部的鉆頭切削破碎巖土，鉆進(jìn)沖洗液從鉆桿與孔壁間的環(huán)狀空間中流入孔底，冷卻鉆頭，并攜帶巖土鉆渣?；旌弦涸谪?fù)壓作用下從鉆桿內(nèi)腔上升到地面，溢進(jìn)沉淀池后返回泥漿池中凈化，凈化后的沖洗液又返回孔內(nèi)形成循環(huán)。

2.2 施工程序

設(shè)置護(hù)筒→安裝反循環(huán)鉆機(jī)→鉆進(jìn)(直至樁端持力層)→測(cè)定孔底沉渣并進(jìn)行第1次處理孔底沉渣→移走反循環(huán)鉆機(jī)→測(cè)定孔壁→插入鋼筋籠→插入導(dǎo)管→第2次處理孔底沉渣→水下灌注混凝土，邊灌邊拔導(dǎo)管?；炷寥抗嘧⑼戤吅?，拔出導(dǎo)管和護(hù)筒，成樁。

2.3 施工特點(diǎn)

(1)反循環(huán)施工法是在靜水壓力下進(jìn)行鉆孔作業(yè)的，故護(hù)筒的埋設(shè)是反循環(huán)施工作業(yè)中的關(guān)鍵之一；

(2)要使反循環(huán)施工法在無套管情況下不坍孔，必須具備5個(gè)條件：①確?？妆谥車撵o水壓力在0.02MPa以上，護(hù)筒內(nèi)的水位要高出地下水位2m以上；②泥漿造壁。在鉆進(jìn)中，孔內(nèi)泥漿一邊循環(huán)一邊對(duì)孔壁形成1層泥漿膜。泥漿的作用是將鉆孔內(nèi)不同土層中的空隙滲填密實(shí)，使孔內(nèi)漏水減少到最低限度；保持孔內(nèi)有一定水壓以穩(wěn)定孔壁；延緩砂粒等懸浮顆粒的沉降，易于處理沉渣；③保持一定的泥漿比重。在粘土和粉土層中鉆進(jìn)時(shí)泥漿比重取1.02～1.04；在砂和砂礫等容易坍孔的土層中鉆進(jìn)時(shí)，必須使泥漿比重保持在1.05～1.08；④鉆進(jìn)時(shí)保持孔內(nèi)緩慢的泥漿流速；⑤保持適當(dāng)?shù)你@進(jìn)速度。鉆進(jìn)速度同樁徑、鉆深、土質(zhì)、鉆頭的種類與鉆速及揚(yáng)水能力有關(guān)，在砂和砂礫層中鉆進(jìn)需考慮泥膜形成所需的時(shí)間；在粘性土中鉆進(jìn)則需考慮泥漿泵的能力并需防止泥漿濃度的增加；

(3)反循環(huán)鉆機(jī)的主體可在與旋轉(zhuǎn)盤離開30m處進(jìn)行操作，這使得反循環(huán)法的應(yīng)用更加方便；

(4)鉆進(jìn)時(shí)鉆頭不需每次上下排棄鉆渣，只要在鉆頭上部逐節(jié)接長鉆桿(每節(jié)長度一般為3m)，就可以進(jìn)行深層鉆進(jìn)，與其它的樁成孔法相比，越深越有利。

2.4 施工要點(diǎn)

(1)規(guī)劃施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，應(yīng)首先考慮沖洗液循環(huán)、排水、清渣系統(tǒng)的安排，以保證反循環(huán)作業(yè)時(shí)，沖洗液循環(huán)通暢，污水排放徹底，鉆渣清除順利；

(2)在粘性小的土層中鉆進(jìn)時(shí)，為保證要求的粘度、比重，可在泥漿中摻入MC(羧甲基纖維素鈉鹽)、膨潤土等材料；成孔時(shí)，由于地下水稀釋等使泥漿比重減小時(shí)，亦可添加膨潤土等材料；

(3)為使沖洗液凈化，清水鉆進(jìn)時(shí)，鉆渣可在沉淀池內(nèi)通過重力沉淀后予以清除；在泥漿鉆進(jìn)時(shí)，宜使用多級(jí)振動(dòng)篩、旋流除砂器或其它除渣裝置等進(jìn)行機(jī)械除砂清渣；

(4)鉆頭吸水?dāng)嗝鎽?yīng)開敞、規(guī)整，減少流阻，以防碎磚塊、卵礫石等堆擠堵塞，鉆頭體吸口端距鉆頭底端高度不宜大于250mm，鉆頭體吸水口直徑宜略小于鉆桿內(nèi)徑，碎磚、卵礫石等的尺寸不得大于鉆桿內(nèi)徑的4/5；

(5)對(duì)于泵吸反循環(huán)鉆進(jìn)方式，起動(dòng)離心泵，待反循環(huán)正常后，才能開動(dòng)鉆機(jī)慢速回轉(zhuǎn)下放鉆頭至孔底。開始鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)先輕壓慢轉(zhuǎn)，待鉆頭正常工作后，逐漸加大轉(zhuǎn)速，調(diào)整壓力，并使鉆頭吸口不產(chǎn)生堵水；

(6)氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)方式鉆進(jìn)時(shí)，為了保證不堵吸渣口，應(yīng)事先開空壓機(jī)送風(fēng)吸泥，然后開動(dòng)動(dòng)力頭，慢慢進(jìn)鉆；停鉆時(shí)，要先停止鉆進(jìn)，然后停止動(dòng)力頭，最后停風(fēng)；

(7)第1次孔底沉渣處理：終孔時(shí)停止鉆具回轉(zhuǎn)，將鉆頭提離孔底500mm～800mm，維持約1個(gè)孔容積量的沖洗液循環(huán)，并向孔中注入含砂量小于4%的新泥漿或清水，令鉆頭在原地空轉(zhuǎn)數(shù)10min，直至達(dá)到清孔要求為止。維持反循環(huán)的時(shí)間，視孔底沉渣厚度、樁孔容積大小而定；

(8)第2次孔底沉渣處理：在灌注混凝土之前進(jìn)行第2次沉渣處理，通常采用普通導(dǎo)管的空氣升液排渣法或空吸泵的反循環(huán)方式。

2.5 反循環(huán)鉆成孔灌注樁優(yōu)缺點(diǎn)

2.5.1 優(yōu)點(diǎn)

①振動(dòng)小，噪聲低；

②可施工超大直徑(4.0m以上)、超大深度(100m以上)的樁；

③用天然泥漿即可保護(hù)孔壁；

④幾乎在各種土層和巖層中均可施工，采用特殊鉆頭可切削巖石；

⑤可進(jìn)行水上施工；

⑥可在地下水位下厚細(xì)砂層(厚度5m以上)中鉆進(jìn)；

⑦鉆進(jìn)速度較快。

2.5.2 缺點(diǎn)

①很難在比鉆頭吸渣口徑大的卵石層或漂石中鉆進(jìn)；

②土層中有壓力較高的承壓水或地下水流時(shí)，成孔較困難；如果水壓頭和泥漿比重等管理不當(dāng)，會(huì)引起坍孔；③切削出來的土砂中水分多，棄土困難；

④廢泥水處理量大；

⑤暫時(shí)架設(shè)的規(guī)模大。

2.6 常遇問題與處理措施

反循環(huán)鉆成孔灌注樁施工中常遇問題有:真空泵或灌注泵起動(dòng)過程中的問題、在某些巖土層中進(jìn)尺緩慢、鉆頭脫落、轉(zhuǎn)臺(tái)不能旋轉(zhuǎn)、孔壁坍塌、樁端持力層松動(dòng)及垂直精度不良等。

處理措施：①及時(shí)更換或補(bǔ)焊鉆頭，并向樁孔中回填片石，在鉆進(jìn)面先用小沖程鉆進(jìn)，然后逐漸加大到正常沖程，轉(zhuǎn)入正常鉆孔；②在溶洞頂板施鉆時(shí)應(yīng)先用小沖程開孔，并注意旋轉(zhuǎn)鉆頭，溶洞開口后，要及時(shí)拋填片石和粘土塊填筑，逐漸進(jìn)入正常鉆孔；③穿越溶洞時(shí)應(yīng)改用小沖程鉆進(jìn)，防止擊垮溶洞頂板，并準(zhǔn)備好拖拉設(shè)施，系好滑車鋼絲繩，做好鉆機(jī)撤離準(zhǔn)備。

3 施工效果

“工期緊、強(qiáng)度高”是市政橋梁施工的典型特點(diǎn)，盡可能的減少工程建設(shè)對(duì)市民出行的影響，盡早的發(fā)揮城市快速通道的功能，既是還路于民的正常需求，也是政府及社會(huì)各界的共同愿望。運(yùn)用反循環(huán)鉆成孔施工方法，孔底無沉渣，成孔效果好，成孔進(jìn)度快，使我公司承建的農(nóng)業(yè)路快速通道工程第一標(biāo)段主線橋樁基工程施工進(jìn)度比原計(jì)劃提前完成，有效降低了工程造價(jià)。

4 結(jié)語

樁基建設(shè)質(zhì)量直接影響著市政橋梁工程的整體施工質(zhì)量，而應(yīng)用反循環(huán)鉆成孔技術(shù)能有效保障公路橋梁樁基的施工質(zhì)量。對(duì)反循環(huán)鉆成孔技術(shù)的基本原理，以及反循環(huán)鉆成孔技術(shù)的施工程序與施工特點(diǎn)的把握，是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)橋梁樁基施工高效、可靠、安全的重要環(huán)節(jié)。市政橋梁樁基施工中反循環(huán)鉆成孔技術(shù)的應(yīng)用，為同類橋梁工程施工提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

〔1〕郭曉東.淺談市政橋梁樁基施工中反循環(huán)鉆成孔技術(shù)[J].江西建材，2013(3)：230-231.

〔2〕黎玉梅.市政橋梁樁基施工中反循環(huán)鉆成孔技術(shù)探討[J].門窗，2014(05)：155.

〔3〕李 坤.市政路橋樁基施工技術(shù)探析[J].科技展望，2015(14)：48.

〔4〕姜祥平.淺談市政橋梁樁基施工中反循環(huán)鉆成孔技術(shù)[J].建筑知識(shí)，2016(03)：67.

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U445.551

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2095-1809(2017)02-0069-03