市政桥梁桩基施工中反循环钻成孔技术应用

杨杰

摘要：反循环钻成孔技术具有钻进与排渣同时连续进行、钻进速度快、泥浆护壁效果好、泥皮比较薄的优点，在桥梁桩基施工中广泛应用。本文介绍了反循环钻成孔技术的优点，并探讨了反循环钻成孔技术在市政桥梁桩基施工中的应用要点。

关键词：市政桥梁桩基；反循环钻成孔技术；应用

中图分类号：U448文献标识码： A

一、反循环钻成孔技术

所谓反循环，是指钻机工作时，旋转盘带动钻杆端部的钻头切削破碎孔内岩土，冲洗液从钻杆与孔壁间的环状间隙中流入孔底，冷却钻头并携带被切削下来的岩土钻渣，由钻杆内腔返回地面，与此同时，冲洗液又返回孔内形成循环。由于钻杆内腔较井孔直径小得多，所以，钻杆内泥水上升速度较正循环快得多。既是清水，也可将钻渣带至钻杆顶端，流向泥浆沉淀池，泥浆净化后再循环使用。反循环钻成孔技术特点如下：

（一）钻进速度与成桩效率高

随着钻孔直径以及土层颗粒的增大而增大，一般来说对于地层和技术要求相同的情况，反循环施工速度为正循环的2倍左右。

反循环钻进过程就是清孔过程，不但节省了时间同时又可靠地保证孔底沉渣符合要求。机械钻进速度的提高和清孔时间的缩短促进施工效率的提高、成桩周期缩短，有效地提高了劳动生产率。

（二）孔壁稳定、成孔质量好

反循环钻孔桩孔壁的稳定，主要是利用静水压力来平衡地层压力维持孔壁的稳定。根据土力学计算以及大量实践证明，只要保持孔壁任何深度处压力不小于0.2Mpa，即使是在粘聚力较差的流沙层，使用经过处理的泥浆（冲洗液）也可以保持钻孔不坍塌、不缩颈、不扩颈；反循环钻孔根据浇注混凝土记录时浇注深度与混凝土用量关系，很容易反算孔径。计算结果表明由于孔壁稳定，从上到下孔壁的直径都是在有效控制范围之内。这样就可以有效的防止缩颈、扩颈不良现象出现并避免混凝土的浪费。

（三）混凝土浇注质量得到有效保证

反循环成孔由于泥浆（冲洗液）密度、浓度、粘度都较低，形成泥皮较薄和钻渣清理较为彻底，因此灌注较为顺畅，桩顶泥浆少，桩身混凝土质量明显提高。

（四）提高单桩承载力，降低工程造价

单桩承载力的大小，取决于桩周土的摩阻力与桩底端承力，反循环钻孔过程中形成的泥皮较薄从而使摩阻力增大，桩底沉渣清除较为彻底，无软弱层从而提高端承力。根据对比试验，一般反循环比正循环提高承载力10%-20%，因此单位承载力造价必然降低。

二、市政桥梁桩基施工中反循环钻成孔技术应用

（一）工程概况

某城市跨线立交桥工程，桥梁全长782.4m，共计26跨，桥梁下部结构有240根Ф1.2m的钻孔灌注桩，采用反循环钻机成孔。本工程沿线均为城市繁华地带，与多条道路交叉，地下管线复杂，地面车辆、行人拥挤，具有施工干扰大，施工场地狭窄，噪音及环保控制要求高的特点；而且本工程的工程数量大，工期仅360天，工期非常紧张。桥梁地质软弱、复杂，地下水埋藏浅，钻孔桩基础共穿过11个地质层，基岩变化大，桩基施工难度大，其中桩基有382根桩持力层位于卵石层，设计采用后压浆进行桩底加固处理，因此桩基施工顺利与否成为控制工期的关键因素。

（二）施工技术

1、施工前准备

进行场地踏勘，对既有架空电线、地下电缆、给排水管道等设施，如果妨碍施工或对安全操作有影响，采取清除、改移、保护等措施妥善处理。收集工程地质资料，施工图审核意见、施工组织设计或方案，编制工艺施工组织设计和施工工艺设计，通过施工工艺设计确定施工参数。

场地平整以便钻机安装和移位，对不利于施工机械运行的松散场地，应采取硬化、加固等措施。场地要采取有效的排水措施。

本工程施工场地为旱地，平整场地、清除杂物、换除软土、夯打密实。钻机底座不宜直接置于不坚实的填土上，以免产生不均匀沉陷。

用全站仪等准确放样各桩位中心，用十字桩固定位置，用水准仪测量地面高程，确定钻孔深度；测好的桩位必须复测，并严格控制测量误差。

2、护筒制作及埋设

护筒采用6mm厚钢板制作，要求平面圆顺，纵向平直，直径比桩径大40cm，为有利于拆模，护筒制成两个半圆，用螺栓连接。为加强钢度防止变位，在护筒上下端和中部外侧各焊一道加劲筋。在护筒顶部开设20㎝×20㎝的溢浆口。

护筒采用钢护筒，护筒节间焊接要严密，谨防漏水。埋设护筒时采用重压辅以筒内除土法，并检查埋设是否偏位。护筒顶端高出地面30cm以上,埋设深度为2米。

护筒坑直径比护筒大80cm，深度比护筒底端埋置深度大50cm。护筒底部和周围用粘土换填并夯填密实。以防成孔时护筒下部塌孔。

护筒顶标高高出地下水2.0m以上。护筒埋好后，再次检查护筒埋设平面位置及垂直度。护筒中心应与桩中心线重合，平面允许误差要求在50mm内，竖直倾斜不大于1%。

相临桩间距不足4倍桩径时要跳桩施工或间隔36小时后方可施工。

3、成孔

准备工作完成后，履带式反循环钻机自行就位，钻机将钻头中心线对准桩孔中心，误差控制在2cm以内。启动泥浆泵、钻机开始钻进，钻进方式以正循环钻进为主，以反循环钻进为辅，一般情况下，先用正循环方式钻进，以加强泥浆护壁的效果，确保成孔质量及施工安全，终孔后改用反循环方式进行清孔，以加快清孔速度，减少沉碴厚度；在部分地质条件较好的桩位采用反循环方式成孔，可提高钻进速度。在粘土层内可适当加快钻进速度，到砂层后考虑泥浆不易粘在孔壁上，则要放慢钻进速度。钻至土夹卵碎石，旋转钻机进尺不明显，可改换备用的冲击钻。钻孔过程中，对成孔的孔位、孔深、孔形、孔径、倾斜度及泥浆的各项指标进行检查，及时调整。孔内应保持泥浆稠度适当、水位稳定，及时加水加粘土，以维持孔内水头差，以防坍孔。并对钻碴作取样分析，核对设计地质资料，根据地层变化情况，采用相应的钻进方式、泥浆稠度。

故障预防与处理：

（1）钻孔偏斜：安装钻机时保证钻杆、钻头及护筒三者均在同一竖直线上，并经常进行检查校正。钻杆、接头及时调整，防止弯曲。

在出现钻孔偏斜后，查明偏斜位置和深度，一般在偏斜处反复扫孔，使钻孔垂直。倾斜严重时回填粘土到偏斜处，待沉积密实后再钻。

（2）糊钻：在软塑状土层中旋转钻进时，因进尺快、钻碴大，出浆口堵塞后易造成糊钻（吸钻）。一般采取控制进尺速度，选用刮板齿小，出浆口大的钻头，以防糊钻。如糊钻严重，将钻头提出孔口，清除钻头残碴。

（3）缩孔、扩孔：施工钻进过程中经常检查孔径，如发生缩孔现象，采用上下反复扫孔的方法，并及时补焊钻头，防止因钻头磨耗使钻孔孔径小于设计桩径。如发生扩孔现象，施工时采取加大泥浆比重、控制进尺速度的方法，减少扩孔现象。

4、清孔

（1）清孔要求。清孔过程中应观测孔底沉渣厚度和冲洗液含渣量，当冲洗液含渣量小于4％，孔底沉渣厚度符合设计要求时即可停止清孔，并应保持孔内水头高度，防止发生坍孔事故；

（2）第一次沉渣处理。在终孔时停止钻具回转，将钻头提离孔底500～800mm，维持冲洗液的循环，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lOmin左右，直至达到清孔要求为止；

（3）第二次沉渣处理。在灌注混凝土之前进行第二次沉渣处理，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；

（4）空气升液排渣方式是将头部带有lm多长管子的气管插入到导管之内，管子的底部插入水下至少1Om，气管导致管底部的最小距离为2m左右。压缩空气从气管底部喷出，如使导管底部在桩孔底部不停地移动，就能全部排除沉渣。在急骤地抽出孔内的水时，为不降低孔内水位，必须不断地向孔内补充清水；

（5）对深度不足l0m的桩孔，须用空气泵清渣。

参考文献

[1]余宽.简论反循环钻孔泥浆在桥梁大直径桩成孔中的技术应用[J].城市建设理论研究（电子版）,2011年22期.

[2]邱德俊.超深钻孔灌注桩反循环携渣特性及应用研究[D].地质工程:中国地质大学(武汉),2011.