關于新型清孔器清理旋挖鉆鉆孔灌注樁沉渣的研究

摘 要：在橋梁基礎工程的施工領域中，樁基施工占據(jù)地基與基礎部分的關鍵。目前，對于鉆孔灌注樁孔成孔底部沉渣的清理施工，使用傳統(tǒng)沖擊鉆清渣工藝，施工速度較慢、效率較低，清渣過程投入設備較多，工序較復雜，不能達到較好的沉渣厚度清理，增加了施工費用，減緩了工程施工進度推進。為提高施工效率，優(yōu)化傳統(tǒng)灌注樁沉渣清理工藝，提出了一種新型清孔器設備，具有工具操作簡便、工藝簡便易學、節(jié)省費用、提高施工質(zhì)量等優(yōu)點，同時可以實現(xiàn)降本、保質(zhì)、高效的綠色施工。

關鍵詞：鉆孔灌注樁；沉渣；清孔器；樁基施工；施工技術文章編號：2095-4085（2024）06-0013-03

0 引言

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展及施工技術的不斷進步，橋梁工程對基礎結(jié)構的要求也不斷提高，因此，作為地基與基礎部分施工的重點把控對象，樁基礎的施工方法與設備尤為關鍵［1］。其中，旋挖成孔灌注樁因其高效、節(jié)能、環(huán)保，且土質(zhì)適用條件廣泛的優(yōu)勢，深受各類工程建設項目的關注和推廣［2］。

樁底沉渣厚度是橋梁樁基承載力重要影響因素［3-4］，過大的沉渣厚度將導致樁產(chǎn)生較大的沉降，甚至出現(xiàn)刺入破壞，并且會明顯削弱樁端承載力，危害結(jié)構安全。因此，現(xiàn)行規(guī)范《建筑樁基技術規(guī)范》（JGJ 94—2008）［5］及《建筑地基基礎工程施工質(zhì)量驗收標準》（GB 50202—2018）［6］均對沉渣厚度指標提出明確的要求。本文提出一種新型清孔器，詳細介紹設備制作、使用方法及施工控制，為清理旋挖鉆鉆孔灌注樁提供新方法和新思路。

1 工程概況

本文依托于臨沂市通達路祊河橋及兩岸立交改造工程，通達路祊河橋由主橋、南北引橋組成，橋梁全長822.9m，主橋采用四塔柱雙索面鋼箱梁斜拉橋，橋跨布置為109.5+51+109.5=270m，主梁標準斷面寬45.1m，整體為四肢分離式空間曲線結(jié)構，塔柱全高100m。主梁采用鋼箱梁，梁高3.5m，全橋共設20對斜拉索，橋梁與濱河路交叉設置蝶形互通立交，與祊河路交叉設置菱形互通立交。

全橋共有樁基293根，其中131根樁徑為1.5m、72根樁徑為2.0m、90根樁徑為1.2m。樁基均按嵌巖樁設計，樁基嵌入中風化安山巖不得小于2d。樁身完整性檢測評價結(jié)果應達到全部為Ⅰ類和Ⅱ類樁，且Ⅰ類樁應達到98%以上。但現(xiàn)場砂層較厚且存在溶洞較多，在施工過程中容易出現(xiàn)漏漿及塌孔現(xiàn)象。因此，低效率的傳統(tǒng)灌注樁沉渣清理工藝將對工程施工進度和工程質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。

2 新型清孔器應用研究

2.1 旋挖鉆孔灌注樁清孔要求

清孔的目的是換取孔內(nèi)泥漿使其達到澆灌混凝土所要求的泥漿比重，同時清除鉆渣和沉淀物，確保樁孔的質(zhì)量指標符合樁孔質(zhì)量要求。此外，清孔還為灌注水下混凝土創(chuàng)造良好條件，保證準確探測、灌注順利。因此清孔是鉆孔樁施工保證成樁質(zhì)量的重要一環(huán)。在清孔結(jié)束后應單獨驗收，確定最終清孔效果是否符合設計要求。

清孔是在下放鋼筋籠以及灌注導管孔內(nèi)安裝完畢后，利用導管連接3PN泵進行，泥漿比重小于1.10，清孔后，孔底沉渣厚度不得大于設計要求，并將孔口處雜物清理干凈，方可進行下步工序。清孔結(jié)束后30min內(nèi)澆灌混凝土。否則應重新測定孔底沉渣厚度。

清孔時應保持鉆孔內(nèi)泥漿面高于地下水位1.5～2.0m防止塌孔，一次清孔后，沉渣厚度大于設計要求時，需進行二次清孔，清孔的方法是在導管頂部安裝一個彎頭和皮籠，用泵將泥漿壓入導管內(nèi)，再從孔底沿著導管外置換沉渣。清孔標準是孔深達到設計要求，孔底泥漿比重≤1.15，含砂率≤4%，復測沉渣厚度在設計或規(guī)范允許范圍以內(nèi)，此時清孔完成，立即灌注混凝土。

清孔完成后，用探孔器進行驗收，探孔器長度為孔徑的4倍，能深入孔底方為合格。清孔達到要求，由監(jiān)理工程師再次驗收孔深、泥漿、沉渣厚度，防止彈性變形影響測量精度，確認合格后方可進入下道工序。

2.2 新型清孔器構造及制作

（1）底部抽渣室制作：設備主體結(jié)構均采用材質(zhì)為Q345和NM400的鋼板。主體采用直徑1.5m高1m的錐形底座，中間設長3m螺旋輸送耐磨管設計，繞長3m、直徑為60mm的螺旋中軸設螺旋葉片，底部設有弧形刮板和若干護罩進料口。

（2）中部儲渣室制作：主體結(jié)構采用材質(zhì)為Q345和NM400的鋼板，儲渣室外周設直徑1.2m、 高2.2m的滑動外筒，儲料筒一側(cè)等間距設有三個吊耳，儲料筒內(nèi)側(cè)壁設有兩組導向軌，與滑塊相互配合連接，導向軌一側(cè)設有定位塊Ⅰ，導向軌另一側(cè)設有定位塊，與上部濾渣室固定。

（3）上部濾渣室制作：主體結(jié)構均采用材質(zhì)為Q345和NM400的鋼板，新型清孔器最上部設有動力馬達，與管道中的螺旋葉片相連接；泥漿分離筒一側(cè)設有兩組吊耳Ⅰ，側(cè)壁設有若干出水孔，出水孔一側(cè)設有兩組滑塊，通過吊耳Ⅰ將整個裝置吊裝至工作位置，清孔機構對樁基進行清理，多余的水分通過出水孔流出。

（4）組裝：各主要部件制作完成后，將底部抽渣室、中部儲渣室和上部濾渣室進行組裝，組裝完成后進行調(diào)試，投入使用。

2.3 新型清孔器與旋挖鉆連接

使用拖車將新型清孔器托運清孔器至樁孔處，在托運的過程中將清孔器放置在車輛的安全承重位置，底下加墊枕木，用螺栓將清孔器和枕木固定在一起，避免運輸途中震動顛簸引起對清孔器的損壞。清孔器內(nèi)部、四周不得放置其余散件物品，避免途中與清孔器發(fā)生碰撞，產(chǎn)生二次破壞。裝車完畢后使用鋼絲繩拉緊牢固，將清孔器與車板穩(wěn)固成一個整體，防止在途中設備移位。圖2為旋挖鉆配合清孔器進行作業(yè)。

將新型清孔器與旋挖鉆連接，連接時保證清孔器與旋挖鉆連接緊密牢固，不出現(xiàn)松動現(xiàn)象，以免出現(xiàn)塌孔等無法提升清孔器情況。

2.4 沉渣清理作業(yè)

清孔器在旋挖鉆配合下進入孔內(nèi)，清孔器利用自帶的動力裝置進行清渣作業(yè)。清孔器內(nèi)最下側(cè)的弧形刮板對底部泥漿進行擾動，使底部沉渣與泥漿形成混合物。當沉渣暫存筒內(nèi)沉渣較多時，提升清孔器進行卸渣，圖3為清孔器清渣原理。

判斷清孔器清理沉渣達到一定數(shù)量后，將清孔器提升至樁孔作業(yè)面，進行卸渣。螺旋葉片將攜帶沉渣的泥漿，向頂部輸送，使底部錐形護罩內(nèi)形成負壓；攜帶有沉渣的泥漿經(jīng)護罩進料口不斷進入錐形護罩內(nèi)。清孔器提升至樁孔作業(yè)面后，頂部泥漿分離筒的四周過濾性出水孔，沉渣在重力作用下自動下沉至儲料筒，多余泥漿將從四周出水孔流出。提升儲料筒，利用錐形護罩錐形斜面，沉渣從儲料筒內(nèi)自然滑落至清孔器外［7］。重復此清渣作業(yè)過程。反復進行清渣作業(yè)，直至所清出沉渣數(shù)量較少。

2.5 檢測樁基沉渣情況

提升清孔器，完成清渣作業(yè)。清渣作業(yè)完成后，施工管理人員在監(jiān)理人員的見證下進行樁基沉渣厚度的檢測。滿足設計要求，小于5cm檢測線后，進行下一步的工作計劃。

3 施工控制

3.1 技術保證措施

（1）在樁基成孔后，要立即進行清渣施工，避免施工工序間隔時間過長，造成塌孔等問題。

（2）進行鉆孔灌注樁沉渣清理的施工中，要嚴格觀察樁基情況，及時判斷孔內(nèi)情況，避免出現(xiàn)塌孔造

成新型清孔器堵塞情況。

（3）在清渣過程中，要根據(jù)清出沉渣數(shù)量等情況，及時判斷樁基沉渣情況，進行下一步施工計劃。

（4）新型清孔器進行沉渣清理完成后，要嚴格按照測量沉渣厚度的工序進行沉渣厚度復測，控制成孔質(zhì)量。

3.2 管理保證措施

樁基施工屬臨邊作業(yè)，泥漿池四周設置連續(xù)的臨邊防護設置并對孔口及時進行覆蓋，同時懸掛安全警示標志和爆閃燈。

現(xiàn)場使用的機械設備，必須性能良好，安全防護裝備齊全。施工機械進場結(jié)束后，應由項目工程師組織施工組、技術組以及有關作業(yè)隊的有關人員對施工機械進行驗收，合格后方可使用。

配電箱、開關箱設防護棚，有防雨措施，安裝位置周圍不得有雜物，便于操作。統(tǒng)一編號，噴上危險標志。保護零線不得裝設開關或熔斷器，截面應不小于工作零線的截面。所有設備的工作性能和絕緣強度應處于完好狀態(tài)，且在漏電保護器的范圍內(nèi)。電源線不可亂放、亂拉。

4 經(jīng)濟及社會效益

在本次改造工程的鉆孔灌注樁沉渣清理施工中，全部采用新型清孔器清理旋挖鉆鉆孔灌注樁沉渣施工工藝，大大節(jié)省了成本費用。具體經(jīng)濟效益分析如表1所示，可以看出，采用新型清孔器清理旋挖鉆鉆孔灌注樁沉渣施工工藝有效地降低了施工成本，就本工程293根樁基來看，與傳統(tǒng)施工方法相比較降本率達66.40%。

沉渣清理工作采用新型清孔器清理旋挖鉆鉆孔灌注樁沉渣施工工藝，加快了樁基施工進度，提高了樁基施工質(zhì)量，縮短了樁基清渣所占用時間，樁基較施工計劃提前完成；并且新型清孔器可反復使用，節(jié)約資源，提高資源利用率，符合綠色施工的概念。

5 結(jié)語

本文提出的新型清孔器包括動力機構、泥漿分離筒、儲料筒、錐形護罩、清孔機構，動力機構一側(cè)設有清孔機構，清孔機構一側(cè)設有錐形護罩、錐形護罩一側(cè)設有儲料筒，儲料筒一側(cè)設有泥漿分離筒。通過吊裝吊耳將清孔器放置到樁孔中，通過清孔機構對樁孔內(nèi)的不同大小砂石進行清理，防止因砂石造成卡頓導致無法進行正常清理工作的情況發(fā)生，動力機構帶動泥渣隨弧形刮板繞轉(zhuǎn)動軸螺旋上升，從進料口進入管道，將泥渣砂石向上傳輸，由出料口進入儲料筒：通過不斷的傳送抽取，儲料筒內(nèi)的泥渣不斷累積，通過出水孔將多余的水分排出，實現(xiàn)泥漿分離：將設備吊離樁孔，使儲料筒內(nèi)的泥渣排出。該新型設備操作簡單易學，施工工序簡單，不僅提高了工程整體質(zhì)量，更節(jié)省了施工成本，易于推廣使用。

參考文獻：

［1］謝要平.旋挖鉆孔灌注樁孔底沉渣的質(zhì)量控制分析［J］.房地產(chǎn)世界，2021（5）：122-124.

［2］孫玉剛.淺談旋挖灌注樁的沉渣問題控制［J］.土工基礎，2021，35（3）：247-250.

［3］羅朝明.高速公路樁基持力層及樁身處理施工技術［J］.居業(yè)，2023（5）：22-24.

［4］劉偉方，周昌棟，代明凈.高壓注漿法在大直徑灌注樁過厚沉渣層處理中的應用［J］.世界橋梁，2018，46（4）：46-49.

［5］JGJ 94-2008，建筑樁基技術規(guī)范［S］.

［6］GB 50202-2018，建筑地基基礎工程施工質(zhì)量驗收標準［S］.

［7］鄧幫，徐小洋，鄭文濤.高地下水位、穿透夾砂層和卵礫石層、入中風化泥巖鉆孔灌注樁施工技術［J］.建筑工程技術與設計，2016（33）：377-378，1224.