橋梁樁基工程反循環(huán)鉆成孔施工技術(shù)分析

龔鳴

（江西省交通工程集團(tuán)建設(shè)有限公司，江西 南昌 330038）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，建設(shè)行業(yè)加大對各類現(xiàn)代化施工技術(shù)的研發(fā)與投入力度，其中反循環(huán)鉆成孔技術(shù)便得到相應(yīng)的完善與優(yōu)化，并被廣泛應(yīng)用于橋梁樁基施工中，極大程度地提高了我國橋梁樁基工程建設(shè)質(zhì)量。但該技術(shù)應(yīng)用期間仍表現(xiàn)出多方面的不足，這需要施工人員做到對反循環(huán)鉆成孔施工技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)與難點(diǎn)的全面把控，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及要求加以運(yùn)用，彌補(bǔ)技術(shù)應(yīng)用缺陷的同時(shí)推進(jìn)橋梁樁基工程安全、高質(zhì)量建設(shè)。

1 反循環(huán)鉆成孔施工技術(shù)研究

1.1 技術(shù)操作原理

該技術(shù)適用于多種地層形態(tài)樁基基礎(chǔ)施工中，如砂礫、砂土、粉土、淤泥等。針對不同巖性橋梁基礎(chǔ)應(yīng)用的鉆頭設(shè)備也不同，比如，若對硬性巖基礎(chǔ)進(jìn)行鉆孔時(shí)，需使用滾輪式鉆頭；在軟巖上打孔時(shí)，常采用圓錐式鉆頭。但在無地下水地層、自重濕陷性黃土層則不可應(yīng)用反循環(huán)鉆成孔施工技術(shù)。此外，對大弧石層、大拋石層、大卵礫石層進(jìn)行鉆孔時(shí)，使用該技術(shù)會嚴(yán)重影響鉆進(jìn)效率。

技術(shù)操作原理如下：開展鉆孔作業(yè)時(shí)，將大于樁徑15%的護(hù)筒設(shè)置于樁頂處，合理控制護(hù)筒內(nèi)部水位高度，需始終超過地下水位2m，并將孔壁靜水壓力維持在0.02MPa 左右，防范孔壁坍塌。鉆進(jìn)過程中，需保證鉆機(jī)的鉆桿端部鉆頭借助旋轉(zhuǎn)盤進(jìn)行作業(yè)，從而達(dá)到切削、破碎巖土的目的；緊接著在孔壁與鉆桿的環(huán)狀空隙中注入清洗液，直至到達(dá)孔底，待鉆頭冷卻后，便可將巖土內(nèi)的鉆渣帶離出孔洞。此時(shí)的混合液會在負(fù)壓的作用下逐漸上升抵達(dá)地面，并流進(jìn)泥漿池中凈化，處理后的沖洗液又流入孔洞內(nèi)，從而達(dá)到循環(huán)。

1.2 技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

反循環(huán)鉆成孔施工技術(shù)只有在靜水壓環(huán)境中才可獲得理想中的技術(shù)應(yīng)用效果，為保證技術(shù)應(yīng)用價(jià)值，則需全面把控護(hù)筒埋設(shè)質(zhì)量，與此同時(shí)，還應(yīng)積極落實(shí)五項(xiàng)基礎(chǔ)工作，防范孔洞坍塌。其一，確?？妆谥車鷥羲畨菏冀K大于0.02MPa，合理控制護(hù)筒內(nèi)水位高度；其二，提高對泥漿造壁施工的關(guān)注程度，鉆進(jìn)期間，孔內(nèi)的泥漿會在循環(huán)作用下形成泥漿膜，實(shí)現(xiàn)對空隙的密實(shí)封堵，防范滲漏水問題的發(fā)生；其三，嚴(yán)格把控泥漿比重，若需在粉土層或黏土層開展鉆進(jìn)施工，需將泥漿比控制在1.02～1.04 之間，若鉆進(jìn)工作在易塌孔土層進(jìn)行，則應(yīng)保證泥漿比高于1.05，但不得超過1.08；其四，鉆進(jìn)作業(yè)期間需始終遵循緩慢注入原則，實(shí)現(xiàn)對泥漿流速的控制；其五，根據(jù)選用鉆頭種類、鉆進(jìn)深度、土層結(jié)構(gòu)、樁體直徑等要求確定鉆進(jìn)速度；其六，如果鉆進(jìn)工作開展于砂礫層，則需對泥膜形成時(shí)間進(jìn)行充分考慮，若在黏土層中鉆進(jìn)，則應(yīng)重點(diǎn)考慮泥漿濃度，并始終將濃度維持在平衡狀態(tài)，避免濃度過大或過小對土層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成不良影響。

1.3 技術(shù)施工工藝

施工人員需始終堅(jiān)持科學(xué)性施工原則，基于客觀視角分析反循環(huán)鉆成孔技術(shù)操作流程，并了解、掌握技術(shù)操作要點(diǎn)，明確橋梁樁基施工重難點(diǎn)。技術(shù)操作流程如下：一是埋設(shè)護(hù)筒。對埋設(shè)施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把控，確保鉆孔結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定。二是科學(xué)布設(shè)反循環(huán)鉆孔機(jī)，并安排專業(yè)施工人員對鉆孔機(jī)的安裝位置進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。三是技術(shù)應(yīng)用前，全方位檢測孔底沉渣，為后續(xù)鉆孔工作秩序開展創(chuàng)設(shè)良好作業(yè)條件。

2 反循環(huán)鉆成孔施工技術(shù)在橋梁樁基施工中的具體應(yīng)用

2.1 前期準(zhǔn)備

開展橋梁樁基鉆孔施工前，需對工程所處位置的土質(zhì)情況以及具體鉆孔施工要求著手于場地布置工作。利用施工機(jī)械設(shè)備平整、夯實(shí)土地表層，并盡數(shù)清理施工周圍雜物，若為軟土地基，還需做好土質(zhì)層壓實(shí)處理工作，直至達(dá)到所要求的平整度后，才可執(zhí)行測量放樣施工。放樣期間，應(yīng)細(xì)致標(biāo)注樁基實(shí)際位置，并做好樁基礎(chǔ)的保護(hù)工作，開展鉆孔作業(yè)前，合理科學(xué)規(guī)劃施工路線，適當(dāng)增加鉆孔位置與通行道之間的距離，以保證孔壁結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。樁位放樣施工過程中，應(yīng)借助全站儀精準(zhǔn)測定所有樁位，并將標(biāo)志物打入到樁位上，順著樁位以及軸線的方向布設(shè)并固定枕木與鐵軌，再以垂直、平行軸線為基礎(chǔ)，采取十字式交會法將樁位呈現(xiàn)于枕木和鐵軌上，利用鐵釘進(jìn)行固定，并涂抹油漆做好標(biāo)記。成樁后，需對邊樁以及中間樁的樁位進(jìn)行檢查，其中邊樁樁位設(shè)置允許偏差為6mm，中間樁樁位允許偏差不得超過4mm。完成各項(xiàng)準(zhǔn)備工作后，需確定裝孔鉆進(jìn)位置，并將鉆進(jìn)施工方案移交給監(jiān)理部門進(jìn)行審核與確認(rèn)，未施工前均需積極落實(shí)現(xiàn)場保護(hù)工作。

2.2 護(hù)筒埋設(shè)

護(hù)筒埋設(shè)前，需先組織承壓、滲漏水試驗(yàn)，并保證護(hù)筒內(nèi)徑始終大于鉆頭直徑至少20cm，重合放置樁中心線與護(hù)筒中心豎線，將偏差控制在5cm 以下，護(hù)筒傾斜程度需小于1%。完成護(hù)筒埋設(shè)工作后，應(yīng)使用黏土對護(hù)筒四周進(jìn)行回填處理，并采取分層原則，夯實(shí)回填部位，如圖1所示。

圖1 護(hù)筒埋設(shè)示意圖（單位：cm）

2.3 泥漿制作

組織施工人員在橋梁樁基工程周邊挖掘泥漿池，將欄桿布設(shè)于泥漿池四周，以起到安全防護(hù)的作用。制漿前，需使用打碎機(jī)破碎大塊黏土，為攪拌工作提供便利的同時(shí)，獲得理想中的成漿效果，從根本上提高泥漿制作質(zhì)量。在此期間，可將打碎的黏土直接投放進(jìn)套管內(nèi)，并借助沖擊錐實(shí)現(xiàn)沖擊制漿，直至黏土沖攪為泥漿后，便可組織作業(yè)人員開展鉆孔施工。為保證鉆孔工作滿足橋梁樁基施工要求，應(yīng)嚴(yán)格把控泥漿制備流程，確保所制備的泥漿達(dá)到相應(yīng)的性能指標(biāo)，并對黏土層鉆進(jìn)施工的泥漿比重進(jìn)行控制，始終為1∶1.1；若鉆孔施工在粉質(zhì)黏土層開展，控制泥漿比重為1∶1.2；而鉆砂層的泥漿比重為1∶1.3。此外，還需嚴(yán)格控制入孔泥漿的膠體率，需始終大于98%，而酸堿值應(yīng)超過6.5。

2.4 鉆機(jī)就位

確定鉆機(jī)布設(shè)位置前，應(yīng)全方位檢查與鉆孔施工相關(guān)的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作落實(shí)情況，尤其是土層平整與夯實(shí)，確保就位的鉆機(jī)底座與頂端保持水平，并防范鉆進(jìn)期間沉陷或位移現(xiàn)象的發(fā)生。鉆機(jī)就位后，需安排施工管理人員檢查鉆機(jī)水平與對中狀態(tài)，將樁機(jī)中心作為標(biāo)準(zhǔn)，合理調(diào)整鉆頭中心的位置，盡可能做到二者相重合，最大誤差不得大于10mm。與此同時(shí)，還需細(xì)致分析各類施工設(shè)計(jì)剖面圖，包括水文資料、地質(zhì)條件等，將此作為依據(jù)，對各類地質(zhì)層的鉆進(jìn)壓力、速度以及泥漿比重進(jìn)行合理控制。

2.5 鉆進(jìn)成孔

2.5.1 鉆進(jìn)施工

由于鉆頭吸漿口極易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，因此，在實(shí)際施工時(shí)，應(yīng)適當(dāng)抬高鉆頭，合理控制鉆頭與孔底之間的距離，通常為20～30cm，將適量清水注入真空泵內(nèi)，并立即關(guān)閉沉淀室放水閥以及出水控制閥，實(shí)現(xiàn)管路的完全封閉。緊接著打開真空管路閥門，確保清水能夠順暢流通后運(yùn)行至真空泵，并將管路中殘留的氣體盡數(shù)抽出，直至管路內(nèi)部呈負(fù)壓狀態(tài)，再將清水注入進(jìn)泥石泵中；當(dāng)泵內(nèi)被清水充滿后，需在第一時(shí)間開啟泥石泵并關(guān)閉真空泵，適當(dāng)提高泥石泵出口真空壓力值，保持在0.2MPa 左右，此時(shí)便可開啟出水控制閥，排出管路內(nèi)的泥水到沉淀池中，從而打造出反循環(huán)運(yùn)行機(jī)制。開啟鉆機(jī)，遵循勻速、緩慢鉆進(jìn)原則開展鉆進(jìn)施工，以此增強(qiáng)鉆進(jìn)過程整體的穩(wěn)定性、連續(xù)性。開啟出水控制閥，在此期間，需對閥門處的壓力值進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，當(dāng)呈下降趨勢并低于0.2MPa 后，可關(guān)閉出水控制閥。

2.5.2 接長鉆桿

每完成一節(jié)鉆桿鉆進(jìn)施工后需停止鉆進(jìn)行為，并安排施工人員對孔底沉渣進(jìn)行全面清理，在此期間，需關(guān)閉泥石泵，對鉆桿進(jìn)行接長處理。將厚度約4mm的橡皮筋置于接頭法蘭盤中，檢查螺栓擰緊程度，確保整體嚴(yán)密性，防范漿液外漏問題的發(fā)生。只有各項(xiàng)工作落實(shí)且達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)后才可開展后續(xù)鉆進(jìn)施工。

2.5.3 鉆速控制

通常來說，泥漿密度、漿渣吸附能力、鉆錐回轉(zhuǎn)速度、土質(zhì)條件、鉆孔直徑等因素都會影響鉆孔施工進(jìn)度。比如，若鉆孔直徑設(shè)定為2.2m，則采取泵吸式反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)施工方法，結(jié)合橋梁樁基工程所在位置的土質(zhì)情況，確定每小時(shí)最適宜的鉆進(jìn)速度，見表1。

表1 不同土層每小時(shí)鉆進(jìn)深度控制

此外，還需結(jié)合作業(yè)現(xiàn)場的地質(zhì)情況對鉆機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整：遇砂類土、硬黏土?xí)r應(yīng)將鉆機(jī)調(diào)節(jié)為一擋轉(zhuǎn)速；遇高液限黏土?xí)r需調(diào)整鉆機(jī)轉(zhuǎn)速為二或三擋；由于粉質(zhì)土層結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性較差，因此既要合理控制鉆機(jī)轉(zhuǎn)速還需適當(dāng)提高泥漿相對密度，防范孔壁坍塌問題發(fā)生。

2.6 清孔與檢孔

當(dāng)鉆進(jìn)深度達(dá)到施工設(shè)計(jì)要求后，需安排專業(yè)人員及時(shí)清理泥漿泵，避免泥漿凝固堵塞孔洞，增大坍孔風(fēng)險(xiǎn)。清孔時(shí)可采用換漿法進(jìn)行，將相對密度較低的泥漿注入孔洞中，以此排出內(nèi)部相對密度較大的泥漿和懸浮鉆渣。而開展檢孔作業(yè)時(shí)，檢查對象為孔深、孔垂直度以及孔徑，應(yīng)用的檢測設(shè)備通常為籠式檢孔器。該類型檢孔器是通過對直徑為20cm 的鋼筋進(jìn)行加工制作而成，其外徑大于樁體直徑，可實(shí)現(xiàn)對孔洞全覆蓋檢測，有效檢測長度約6m。檢孔作業(yè)過程中，需吊起檢孔器，并將檢測繩索零點(diǎn)位置纏繞在檢孔器頂端處，盡可能保證起吊的鋼絲繩中心、孔中心以及檢孔器中心始終保持在同一鉛垂線上，緊接著將檢孔器緩慢放入到孔洞內(nèi)，通過對檢孔器長度以及測繩刻度的數(shù)據(jù)變化進(jìn)行分析，可實(shí)現(xiàn)對設(shè)備放入位置的精準(zhǔn)判斷。

2.7 混凝土灌注

作為反循環(huán)鉆成孔技術(shù)的最后環(huán)節(jié)，混凝土灌注工作直接決定著橋梁樁基整體施工質(zhì)量。但由于混凝土灌注施工表現(xiàn)出復(fù)雜性的特點(diǎn)，且受多種外界因素及人為因素的干擾，因此需加大對該施工環(huán)節(jié)質(zhì)量的把控力度。依托于橋梁樁基鉆孔實(shí)際需要，選擇適配的灌注機(jī)及其他輔助性施工設(shè)備，并在投入使用前檢查設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，只有達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)后才可開展灌注施工。技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)如下：通常選用C30 混凝土作為灌注原材料，控制混凝土坍落度在18～22cm 之間，水灰比為1∶0.74。針對原材料質(zhì)量，可在混凝土制備時(shí)混合級配碎石、中砂以及P.O42.5 水泥，并根據(jù)樁基整體穩(wěn)定性需求加入適量粉煤灰和減水劑，做好各原料的充分?jǐn)嚢韫ぷ鳎_保初凝混凝土凝固時(shí)間超過4h。混凝土攪拌工作可在生產(chǎn)車間或施工現(xiàn)場進(jìn)行，若采用前一種制備方法，需做好混凝土運(yùn)輸路線的規(guī)劃與設(shè)計(jì)工作，還應(yīng)在全程運(yùn)輸中攪拌混凝土，避免其凝固。

開展混凝土灌注施工時(shí)，應(yīng)保證孔底與灌注導(dǎo)管下端出口之間的距離需超過40cm，并將導(dǎo)管完全置于混凝土內(nèi)部，埋深需大于1m。灌注作業(yè)期間應(yīng)保證灌注行為的連續(xù)性執(zhí)行，并使用探測錘對孔內(nèi)混凝土水平面實(shí)際位置進(jìn)行檢測，做好檢測數(shù)據(jù)的記錄與分析工作，以此為依據(jù)，著手于導(dǎo)管埋深的科學(xué)調(diào)整。當(dāng)孔內(nèi)混凝土注入鋼筋骨架中且高度約2m 時(shí)，可適當(dāng)抬高導(dǎo)管位置，以此規(guī)避導(dǎo)管埋設(shè)過深問題的發(fā)生。由于樁體頂端結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，為保證該部位的施工質(zhì)量，應(yīng)在樁頂位置加灌0.7m 左右的混凝土。

3 結(jié)語

反循環(huán)鉆成孔施工技術(shù)表現(xiàn)出孔壁護(hù)膜薄、連續(xù)性排渣、保護(hù)樁基摩擦力、鉆進(jìn)速度快等優(yōu)勢，將其應(yīng)用于橋梁樁基施工中，可大幅度提升施工效率與質(zhì)量。但為保證技術(shù)科學(xué)有效運(yùn)用，要求施工人員做好前期準(zhǔn)備工作，并全面把控護(hù)筒埋設(shè)、泥漿制作、混凝土灌注等施工作業(yè)質(zhì)量，依托于先進(jìn)施工技術(shù)獲得理想中的橋梁樁基施工效果。