旋挖灌注桩清孔技术现状及在重庆地区适用性探讨

赖晶星，，孔凡林，刘海源

（1重庆市建筑科学研究院，重庆400015；2重庆市建设工程质量检验测试中心，重庆400015）

旋挖灌注桩清孔技术现状及在重庆地区适用性探讨

赖晶星1，2，孔凡林1，刘海源1

（1重庆市建筑科学研究院，重庆400015；2重庆市建设工程质量检验测试中心，重庆400015）

该文列举了国内旋挖成孔后常用的几种清孔方式，并对其施工原理、适用条件和优缺点进行了分析，结合重庆地区高填方抛填块石土场地的特点，对各类清孔技术在重庆地区的适应性进行探讨分析，并提出一种适用于抛填块石场地的高压风-破碎清孔法的新思路，供业界同行参考。

旋挖灌注桩；清孔；沉渣；高压风-破碎清孔法；抽浆法；正循环换浆法；气举反循环法；高压风清孔

近年来，各类建筑、桥梁和公路工程越来越多的使用桩基础，而旋挖成孔灌注桩由于其成孔效率高、孔径偏差小、无泥浆污染和施工安全性高等优点，正逐步取代人工挖孔、冲击成孔等传统的桩基成孔方式。随着旋挖桩在各类场地内的广泛应用，逐渐暴露出沉渣过厚、缩颈、夹泥等易出现的质量缺陷，其中因成孔后桩底清孔不彻底导致的沉渣过厚对灌注桩的质量影响尤其严重[1]。针对旋挖成孔过程中清孔不干净的问题，本文分析我国旋挖桩成孔过程中的清孔技术特点，并探讨各技术在重庆地区适用性。

1 旋挖桩施工工艺

1.1 旋挖成孔工艺

旋挖钻机成孔是利用钻杆和钻头的旋转，钻头旋转切削岩土并纳入桶式钻斗内，斗内土装满后被钻机提至孔外卸土，如此挖土、提升、卸土，循环往复直至钻至设计孔深。

根据土层地质情况和有无地下水的情况，旋挖成孔过程中为防止塌孔，采用埋设护筒，泥浆护壁等措施。

1.2 沉渣的形成

旋挖桩在成孔后，需采用平斗钻头对孔底的残渣进行清除，但在灌注混凝土前还要进行下放钢筋笼和导管这2道工序。

一方面，下放钢筋笼和导管的过程中难免触碰孔壁，可能造成掉土、局部坍塌甚至是塌孔，从而导致孔底沉渣过厚。

另一方面，在有地下水的情况下，钻进的过程中切削下来的土和水搅拌形成泥浆，一旦成孔泥浆静止，泥浆中的悬浮颗粒会在短时间内沉底而形成沉渣。

根据《建筑桩基技术规范》JGJ94的要求，对端承桩孔底沉渣厚度不大于50mm，对摩擦桩则为100mm。在旋挖桩施工过程中，如果在上述两方面控制不好的情况下，极易导致沉渣厚度超过规范要求，且沉渣厚度过大不仅影响桩端阻力的发挥，亦严重影响桩基侧阻力的发挥值[2]。因此桩底沉渣厚度是影响桩身质量的关键因素，而对旋挖成孔的清孔技术研究亦显得尤为必要。

2 清孔技术现状研究

我国自80年代初引入旋挖钻进以来，孔底沉渣清孔技术经过这30多年的发展亦取得极大发展。根据钻进方式、机械设备、地质条件等不同，常见的清孔技术有以下几种。

2.1 人工清孔

人工清孔顾名思义即将清孔人员下放至孔底，采用人工的方式将沉渣装入空斗后提升至地表，与人工挖孔桩清孔方式一致。

其优点主要是清孔快速、干净，效率较高，但其存在较大局限性，只能在无地下水或少量地下水且孔深不大的场地使用，且对于桩径600mm甚至更小的桩孔，由于缺少工作面，一般不使用此方法。

由于人工清孔存在人员安全隐患，因此目前正逐步淘汰。

2.2 抽浆法[3]

抽浆法又称泵吸法，适用于含地下水地层旋挖成孔，且桩身混凝土为水下浇筑时采用。

在浇筑混凝土前，通过特制导管插入孔底，以导管作为吸泥管，在吸泥泵的作用下将孔底泥浆泵吸至地表。其速度快且

方便快捷，但其存在的缺点有：

（1）需要配备大功率吸泥泵和导管，设备组装费时费力。

（2）进行抽浆作业时，只能将混合均匀的泥浆清除，对大颗粒或已沉积底部的细渣效果不好。

（3）此工艺清孔施工较为激烈，易导致孔壁二次塌孔。

2.3 正循环换浆法

正循环换浆法为旋挖成孔桩工艺中常采用的一种清孔方式。其通过在导管上连接泥浆泵，用比重小的稀泥浆将桩孔内的沉渣和比重大的泥浆置换掉（图1），在泥浆中颗粒还处于悬浮状态时，及时浇筑混凝土。

图1 正循环换浆法示意图[4]

采用正循环法进行清孔所需设备比较简单，仅需一台泥浆泵，且孔内泥浆护壁不易塌孔，但其清孔不彻底，难以应付底部颗粒较大的沉渣。

桩孔内大量泥浆的循环需要大量时间，且往外翻出的泥浆需泥浆池储存，占用大量场地不环保。

2.4 气举反循环法

气举反循环又称压气反循环，空气压缩机通过安装在导管内的输气管将压缩空气送至桩孔内，空气经风管底部的混合器形成气液混合物，孔底部的沉渣在喷出空气的作用下悬浮并形成密度比导管外泥浆密度小的泥浆-空气混合浆液，混合浆液在管内外压力差的作用下，沿着导管上升并排出至泥浆沉淀池，经沉淀后的泥浆以自流的方式流回桩孔内，形成反循环，泥浆携带沉渣从导管内翻出，排出导管以外，直至孔内沉渣达到规范要求（图2）。

图2 气举反循环示意图[5]

气举反循环清孔法为目前较为先进的一种清孔工艺，在我国上海、江苏、福建和山东等沿海地区[5-8]有着丰富的工程经验。其主要特点有：

（1）清孔能力强，采用气举反循环清孔工艺，沉渣厚度完全可控制在规范要求之内，且可将粒径达140mm的卵石排出[7]。

（2）清孔效率高，与正循环相比，清孔时间大大缩短，一般经30～60min清孔作业即可完成，节约工期。

（3）特别适用于孔深较大的桩孔，当桩孔越深，清孔效率越高，桩孔太浅反而很难形成反循环。以上海中心大厦为例，在施工的近千根桩基中桩孔最深86m，经此法清孔后沉渣厚度均控制在100mm以内[5]。

2.5 高压风清孔

高压风清孔法与正循环换浆法原理基本相同，但是增加了桩孔底部高压送风步骤，如图3所示，采用空气压缩机将高压空气喷射至桩孔底部，将沉渣翻起并悬浮于泥浆中，空气与泥浆混合后快速上升，加速泥浆循环，从而提高清孔速度[9]。

图3 高压风清孔示意图[9]

高压风清孔法工艺的核心程序即为射风翻渣，并及时浇筑水下混凝土。其优点主要体现为：

（1）清孔效果好，由于有高压空气翻渣，可将沉于桩孔底部的沉渣彻底翻起。

（2）工艺简单，效率较高，与正循环换浆法相比，仅需增加一台空压机，却能大大缩短清孔时间，提高清孔效率。

与正循环法类似，高压风清孔法同样对桩孔内粒径较大基岩块石、卵石和土颗粒团块等沉渣去除效果不好；泥浆池、泥浆泵和空压机等设备占用大量工程场地；大量泥浆翻至地表增加了泥浆外运的工作量。

3 重庆地区旋挖桩清孔方法适用性分析

3.1 工程场地特点

重庆地区多山、平地少，近年来城市化进程的加速，越来越多的建设用地采用开山填谷的方式进行场地平整，岩性主要为砂岩、泥岩、灰岩夹杂表层粘性土和耕植土，填筑方式采用抛填。这类场地普遍存在如下特点：（1）填方深度大，根据场地原始地形分布，填土厚度可达10～40m；（2）填料之间空隙大，由于填料多为爆破开山形成的土石方，且采用无组织抛填，空隙率最大可达30%[10]；（3）结构松散，颗粒级配不良，在旋挖钻进时极易塌孔；（4）土层透水性强，地下水贮存条件好。

3.2 旋挖桩成孔施工特点

目前在重庆地区旋挖桩已经成为替代人工挖孔桩的主要桩型，在重庆市现有建设工程中，90%以上桩基础采用旋挖成孔方式[1]。

重庆地区抛填块石场地内进行旋挖钻进时具有如下施工特点：（1）塌孔严重，由于填料不密实，基本上成孔过程中都会出现程度不一的塌孔现象；（2）漏浆严重，在高填方场地采用泥浆护壁形式控制塌孔，因地层空隙大，漏浆现象明显；（3）采用专用的清渣钻头可将孔底大部分沉渣清除，但在下放钢筋笼和导管的过程中孔壁掉土再次形成沉渣，且二次清孔多采用泥浆泵抽浆，其效果不好。

3.3 清孔方法适用性分析

结合旋挖桩在重庆抛填块石场地的施工特点，各类清孔方式的适用性分析如下：

（1）人工清孔法限于其安全性和局限性，在此不作分析。

（2）抽浆法如前节所述对大颗粒的岩块、沉积颗粒效果不良，清孔效果不彻底，难以达到规范的要求。

（3）高填方土层中空隙大，地层透水性好，因此，如采用正、反循环或高压风清孔的方式，泥浆容易沿着桩孔周边空隙流出。为保证泥浆翻至地表，则需要通过制备大量高浓度泥浆，或采用全套管钻进的方式。前者根据以往经验效果不理想，而后者容易出现拔管困难，设备和时间成本较高。此外，由于泥浆翻至地表又造成场地泥浆污染，增加外运成本，显得不够环保和经济。

3.4 高压风-破碎清孔法新思路

由于现有清孔方式对重庆地区抛填块石场地旋挖成孔的清孔效果难以保证，且面临诸多局限。因此，根据各清孔方法的优缺点并结合重庆地区工程场地特点，我们找到一种新的综合清孔方法，以保证旋挖桩桩身质量，即高压风-破碎清孔法，见图4。

高压风-破碎清孔法将压缩空气通过空压机和风管将桩孔底部的沉渣和粗颗粒翻起，在靠近桩孔底部处吊放一台破碎装置，其作用主要是将高压风翻起的粗颗粒岩块、建渣和泥团破碎，使其充分与水混合形成泥浆，待孔底部沉渣都吹起后，立即浇筑混凝土。

图4 高压风-破碎清孔法

3.4.1 高压风-破碎清孔法旋挖桩施工工序

旋挖桩终孔→专用清渣钻头清孔→安装钢筋笼→安装导管→下放高压风喷和破碎装置→破碎翻渣（二次清孔）→立即浇筑首盘混凝土。

3.4.2 高压风-破碎清孔法可行性分析

3.4.2.1 地质条件基础

重庆地区抛填块石的岩性多为砂岩和泥岩，且砂岩泥质含量大，在水泡和机械破碎条件下易粉碎并形成泥浆，这为该思路提供了前提条件。

3.4.2.2 清孔过程可行性分析

通过高压风可将孔底部的细颗粒沉渣翻起搅动形成泥浆，粗颗粒沉渣在旋转的泥浆作用下往桩孔中心聚集，此时吊放与桩孔底部中心的破碎装置将岩块粉碎形成泥浆。

在此过程中，高压空气翻渣为成熟可行的技术，因此破碎装置的研制是该综合处理技术的关键，其至少应具备条件有：（1）防水；（2）自吸式破碎，应具有一定的吸力，可将碎石、岩块捕捉至装置内进行破碎；（3）体积小，针对二次清孔要求，在下放钢筋笼后吊放的破碎装置体积应较小，否则难以放至桩孔底部；（4）破碎效率高，岩块破碎过程应在短时间内完成，因此对破碎头的硬度和旋转速度提出较高的要求。

对此，我们承接了重庆市建设科技计划项目“旋挖桩桩底沉渣清理装置开发研究”，经过多次设计、改造、修改和试验，目前已取得阶段性成果，初步完成的装置破碎效果明显，可将小体积碎石、建渣和泥团破碎成粉末状并形成泥浆。

3.4.2.3 预计成果

随着旋桩底沉渣清理装置研究成功，及完成与高压风翻

渣的协同研发工作，高压风-破碎清孔法将成为一种新型、环保和高效的清孔工艺，对重庆地区的旋挖成孔灌注桩质量控制产生积极效应。

4 结语

旋挖灌注桩作为现在以及将来一段时间内极为重要的一种桩基础施工工艺，其桩身质量的好坏直接关系到上层结构的安全，而旋挖成孔后的清孔作业又是关系到桩身质量的关键工序，需从业人员加以更大的关注。

本文通过对国内主要的几种清孔技术进行分析，并结合重庆地区高填方抛填块石土场地的特点，对各项技术在重庆地区的适应性进行探讨，并提出一种适用于抛填块石场地的高压风-破碎清孔法的新思路，供业界同行参考。

[1]熊启东，李成芳，孔凡林.旋挖成孔灌注桩施工质量控制技术探讨[J].重庆建筑，2003(1).

[2]JGJ94-2008建筑桩基技术规范[S].住房和城乡建设部，2008.

[3]张涛.软土地基正循环钻孔灌注桩二次清孔工艺选择及其最佳清孔时间研究[J].隧道建设，2011(5).

[4]章勇.正循环换浆清孔法研究[J].考试周刊，2009(26).

[5]肖胜杰.气举反循环清孔工艺在超高层建筑中的应用[J].建筑施工，2010(4).

[6]周曙春，杜坤乾，谢军.气举反循环清孔工艺施工应用[J].岩土工程学报，2011(Supp.2).

[7]余志文，邱杰.冲(钻)孔灌注桩气举反循环清孔工艺[J].福建建设科技，2009(1).

[8]高新学，周宪伟.气举反循环清孔技术在大桥深桩基础中的应用[J].黑龙江交通科技，2011(6).

[9]刘汉龙.高压风清孔在钻孔桩施工中的应用[J].铁道建筑，2007(12).

[10]孔凡林，罗世辉，李成芳，等.抛填块石场地中旋挖深孔灌注桩的质量缺陷与防止对策探讨[J].重庆建筑，2011(11).

责任编辑：孙苏，李红

能工巧匠

居住建筑木扶手金属栏杆的问题及对策

有关检测单位通过对几个小区住宅工程施工及验收发现，居住建筑楼梯的栏杆在制作与安装方面存在几点隐患问题。

1楼梯栏杆垂直杆件间净距问题

我国工程建设标准强制性条文房屋建筑部分中4.1.3规定：楼梯栏杆垂直杆件间净空不应大于0.11 m。而现今设计单位一般从经济角度出发，将楼梯踏步宽度设计为280～300mm，木扶手栏杆做法则参照苏J9505中1／3。楼梯栏杆实际施工按图集每踏步设置2根Φ16的圆钢，设置安装后2根Φ16圆钢的垂直杆件间净空间124～134mm。间净空大于0.11 m，违反了工程建设标准强制性条文及设计要求。

2楼梯水平段栏杆高度问题

对于居住建筑物的楼梯最顶层水平段栏杆的高度，工程建设标准强制性条文房屋建筑部分中4.1-3规定栏杆扶手高度不应小于1.05m，而在实际施工中如按楼梯踏步斜段部分高度直接90O转弯延伸设置水平段栏杆，安装后的高度为1.05m减去一个设计踏步高度，不满足要求。如为了满足水平段的高度(1.05m)而使水平段的杆件整体平移一个设计踏步宽度，那么休息平台处的使用面积将减少，而且影响进户门的正常开启。

3采取的对策

(1)对于第一个问题，可采取在已施工安装的每两根垂直杆件上增加焊接Φ12圆钢一根。因Φ12圆钢端部能全面有效地与Φ16圆钢侧面接触满焊且美观大方，从而满足设计及工程建设标准强制性条文要求。

(2)对于第二个问题，可采用将斜段部分木扶手(及木扶手下扁钢)在90O转角处垂直登高一个设计踏步高度，然后90O转入水平段栏杆安装，从而使水平段木扶手栏杆高度不小于1.05m的要求。按规定，栏杆及扶手高度应以平段高度控制，所以发生这种情况时，原则上应返工重作。

（摘自：《建筑工人》，请作者速与本刊联系支付稿费）

On Status Quo of Residue Clearance Technology for Rotary Drilling Pile and Its Application in Chongqing

Several residue clearance methods for rotary drilling pile are introduced with their construction principle,application condition,advantages and disadvantages demonstrated.Combined with the features of high fill in Chongqing,adaptability of residue clearance methods is discussed and the new idea of high-pressure blast--crush clearance for high fill is presented for

.

rotary drilling pile;clearance;dregs;high-pressure blast--crush clearance;grout pumping;grout change in direct cycle;high-pressure blast clearance

TU74

A

1671-9107（2013）06-0033-04

2013-05-28

赖晶星（1987-），男，江西抚州人，硕士，工程师，从事工程质量检测、鉴定及相关研究工作。

基金论文：该论文为重庆市科委科技攻关项目（项目编号：cstc2012gg-yyjs30005）和重庆市建设科技计划项目（项目编号：城科字（2013）11-2）论文之一。

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.06.033