结合工程探讨市政桥梁桩基施工中反循环钻成孔技术

结合工程探讨市政桥梁桩基施工中反循环钻成孔技术

蒋天国

摘要：本文结合市政桥梁桩基工程施工实例，探讨分析了市政桥梁桩基施工中反循环钻成孔方法的施工技术，可供同行参考。

关键词：市政桥梁；桩基施工；反循环钻成孔；施工

一、引言

目前，市政桥梁桩基多采用钻孔灌注桩施工，且以反循环钻进成孔较为常见，这种施工技术能较好解决钻进速度，且排渣连续性好，它还具有最大的优点是孔壁护膜可较薄，但不减弱桩基的摩擦力。

二、反循环钻成孔的施工技术

（1）工程概况

某市政桥梁工程桩基础φ1200、φ1500钻孔灌注桩，桩基地质条件是：上覆为砂、砂砾、亚粘土等沉积层，下伏为花岗岩石。

（2）反循环钻成孔灌注桩适用范围及基本原理

反循环钻成孔适用于填土、淤泥、粘土、粉土、砂土、砂砾等地层;当进入软岩时可采用圆锥式钻头;当进入硬岩时可采用滚轮式钻头。反循环钻成孔不适用于自重湿陷性黄土层,也不宜用于无地下水的地层。对于大卵砾石层、大抛石层和大孤石层,反循环钻进效率反而很低。

反循环钻成孔施工法是在桩顶处设置护筒(其直径比桩径大15%左右),护筒内水位要高出自然地下水位2m以上,保持孔壁静水压力在0.02MPa以上,以保护孔壁不坍塌,省去切削套管。钻机工作时,旋转盘带动钻杆端部的钻头切削破碎岩土;钻进冲洗液从钻杆与孔壁间的环状空间中流入孔底,冷却钻头,并携带岩土钻渣,混合液在负压作用下从钻杆内腔上升到地面溢进沉淀池后返回泥浆池中净化,净化后的冲洗液又返回孔内形成循环。

（3）施工程序

设置护筒→安装反循环钻机→钻进,直至桩端持力层→测定孔底沉渣并进行第1次处理孔底沉渣→移走反循环钻机→测定孔壁→插入钢筋笼→插入导管→第2次处理孔底沉渣→水下灌注混凝土,边灌边拔导管。混凝土全部灌注完毕后,拔出导管和护筒,成桩。

（4）施工特点

1）反循环施工法是在静水压力下进行钻孔作业的,故护筒的埋设是反循环施工作业中的关键之一。

2）要使反循环施工法在无套管情况下不坍孔,必须具备5个条件:①确保孔壁周围的静水压力在0.02MPa以上,护筒内的水位要高出地下水位2m以上。②泥浆造壁。在钻进中,孔内泥浆一面循环,一面对孔壁形成1层泥浆膜。泥浆的作用是将钻孔内不同土层中的空隙渗填密实,使孔内漏水减少到最低限度;保持孔内有一定水压以稳定孔壁;延缓砂粒等悬浮颗粒的沉降,易于处理沉渣。③保持一定的泥浆比重。在粘土和粉土层中钻进时泥浆比重取1.02～1.04;在砂和砂砾等容易坍孔的土层中钻进时,必须使泥浆比重保持在1.05～1.08。④钻进时保持孔内缓慢的泥浆流速。⑤保持适当的钻进速度。钻进速度同桩径、钻深、土质、钻头的种类与钻速及扬水能力有关。在砂和砂砾层中钻进需考虑泥膜形成所需的时间;在粘性土中钻进则需考虑泥浆泵的能力并需防止泥浆浓度的增加。

3)反循环钻机的主体可在与旋转盘离开30m处进行操作,这使得反循环法的应用更加方便。

4)钻进时钻头不需每次上下排弃钻渣,只要在钻头上部逐节接长钻杆(每节长度一般为3m),就可以进行深层钻进,与其它的桩成孔法相比,越深越有利。

（5）施工要点

1)规划施工现场时,应首先考虑冲洗液循环、排水、清渣系统的安排,以保证反循环作业时,冲洗液循环通畅,污水排放彻底,钻渣清除顺利。

2)在粘性小的土层中钻进时,为保证要求的粘度、比重,可在泥浆中掺入MC(羧甲基纤维素钠盐)、膨润土等材料;成孔时,由于地下水稀释等使泥浆比重减小时,亦可添加膨润土等材料。

3)为使冲洗液净化,清水钻进时,钻渣可在沉淀池内通过重力沉淀后予以清除;在泥浆钻进时,宜使用多级振动筛、旋流除砂器或其它除渣装置等进行机械除砂清渣。

4)钻头吸水断面应开敞、规整,减少流阻,以防碎砖块、卵砾石等堆挤堵塞;钻头体吸口端距钻头底端高度不宜大于250mm;钻头体吸水口直径宜略小于钻杆内径;碎砖、卵砾石等的尺寸不得大于钻杆内径的4/5。

5)对于泵吸反循环钻进方式,起动离心泵,待反循环正常后,才能开动钻机慢速回转下放钻头至孔底。开始钻进时,应先轻压慢转,待钻头正常工作后,逐渐加大转速,调整压力,并使钻头吸口不产生堵水。

6)气举反循环钻进方式钻进时,为了保证不堵吸渣口,应事先开空压机送风吸泥,然后开动动力头,慢慢进给;停钻时,要先停止钻进,然后停止动力头,最后停风。

7)第1次孔底沉渣处理：终孔时停止钻具回转,将钻头提离孔底500～800mm,维持约1个孔容积量的冲洗液循环,并向孔中注入含砂量小于4%的新泥浆或清水,令钻头在原地空转数十分钟,直至达到清孔要求为止。维持反循环的时间,视孔底沉渣厚度、桩孔容积大小而定。

8)第2次孔底沉渣处理：在灌注混凝土之前进行第2次沉渣处理,通常采用普通导管的空气升液排渣法或空吸泵的反循环方式。

（6）反循环钻成孔灌注桩优缺点

1)优点:①振动小,噪声低;②可施工超大直径(4.0m以上)、超大深度(100m以上)的桩;③用天然泥浆即可保护孔壁;④几乎在各种土层和岩层中均可施工,采用特殊钻头可切削岩石;⑤可进行水上施工;⑥可在地下水位下厚细砂层(厚度5m以上)中钻进;⑦钻进速度较快。

2)缺点：①很难在比钻头吸渣口径大的卵石层或漂石中钻进;②土层中有压力较高的承压水或地下水流时,成孔较困难;如果水压头和泥浆比重等管理不当,会引起坍孔;③切削出来的土砂中水分多,弃土困难;④废泥水处理量大;⑤暂时架设的规模大。

（7）常遇问题与处理措施

反循环钻成孔灌注桩施工中常遇问题有:真空泵或灌注泵起动过程中的问题、在某些岩土层中进尺缓慢、钻头脱落、转台不能旋转、孔壁坍塌、桩端持力层松动及垂直精度不良等。处理措施：①及时更换或补焊钻头，并向桩孔中回填片石，在钻进面先用小冲程钻进，然后逐渐加大到正常冲程，转入正常钻孔;②在溶洞顶板施钻时应先用小冲程开孔，并注意旋转钻头，溶洞开口后，要及时抛填片石和粘土块填筑，逐渐进入正常钻孔；③穿越溶洞时应改用小冲程钻进，防止击垮溶洞顶板，并准备好拖拉设施，系好滑车钢丝绳，做好钻机撤离准备。

三、施工效果

运用反循环钻成孔施工方法,孔底无沉渣，成孔效果好，成孔进度快，该市政桥梁桩基工程施工进度比原计划提前完成，有效降低了工程造价。

四、结语

总之,市政桥梁桩基采用反循环钻进成孔，这种施工技术能较好解决钻进速度，且排渣连续性好，它还具有最大的优点是孔壁护膜可较薄，但不减弱桩基的摩擦力。本文对市政桥梁桩基施工反循环钻成孔技术进行了探讨，这为我们在今后的桥梁桩基处治方法选择时提供参考。

参考文献:

[1]沈保汉.桩基工程手册第11章[M].北京:中国建筑工业出版社,2015.