大直径钻孔灌注桩清孔技术研究与应用

颜世留　蔡帅

【摘 要】桥梁钻孔灌注桩是一种常见的桩基础形式，其工艺适用性强，不受地质条件限制，同时施工简便，在桥梁、房屋建筑等工程领域被广泛运用。大直径超深水中桩基础的清孔的速度，一直是施工技术难题。清孔时间长短，关系到桩基础效益及质量。为解决冲孔灌注桩直径深度过大时清孔效果差、泥浆排量大的难题，攀枝花金沙江大桥1#墩桩基在施工过程中创新应用了“泥浆净化装置”二次清孔系统。通过对比证明，采用泥浆净化装置清孔与一般泥浆循环清孔相比，缩短了清孔时间，增强了清孔效果，桩身质量得到了有效保证。

【关键词】大直径；桩基；清孔；研究

【Abstract】Drilled cast-in-place bored piles are a common form of pile foundations. They have strong process applicability， are not limited by geological conditions， and are simple to construct. They are widely used in bridges， house construction and other engineering fields. The speed of clearing holes in large-diameter ultra-deep water pile foundations has always been a construction technical problem. The length of time for clearing holes relates to the efficiency and quality of pile foundations. In order to solve the problem of poor hole-cleaning effect and large mud displacement when the diameter of punching and pouring piles is too large， the second hole cleaning system of “mud cleaning device” was innovatively applied to the construction of the 1# pier foundation of the Jinsha River Bridge in Panzhihua. Through comparison， it is proved that the use of mud cleaning device to clear the hole compared with the general mud circulation hole， shorten the hole clearing time， enhance the effect of hole cleaning， the pile quality has been effectively guaranteed.

【Key words】Large Diameter；Pile Foundation；Clear Hole；Research

1. 工程概況

攀枝花金沙江大桥地处桐子林隧道出口后方，跨径为（120+208+120）米，大桥上跨成昆铁路线、金沙江及金沙江大道等，施工情况较为复杂，难度较大。由于大桥跨越金沙江，跨度较大，故而全桥下部结构采用桩基、承台+空心桥墩，梁跨则采用双塔双索面配合预应力混凝土梁的矮塔斜拉桥式。1#、2#墩桩基为钻孔桩，直径2.5m，每墩20根，1#墩桩长25.5m，2#墩桩长60m。墩位地质上层主要为5～8m厚的块石土、下层为弱风化花岗闪长岩。

图1 正循环法泥浆清孔循环系统

2. 常规钻孔灌注桩的清孔工艺

过去钻孔灌注桩常采用换浆清孔方式的正循环钻孔工艺进行清孔。利用正循环旋转钻机不进尺的方式，将泥浆从钻杆顶部压入孔底，冷却钻头并清洗钻渣，直至达到泥浆清理的要求。在清孔过程中，需要定时测量泥浆比重、含砂率以及沉淀物厚度来判断清孔的效果（正循环法泥浆清孔循环系统见图1）。

3. 钻孔灌注桩清孔技术重难点分析

3.1 清孔目的

清孔是为了去除孔内残渣和泥浆沉淀物，以达到保证灌注混凝土的质量和桥基承载力的目的。

3.2 清孔重难点分析

攀枝花金沙江大桥1#墩1～5#孔、1～15#孔成孔后采用正循环法清孔，清孔过程中发现无论如何调整泥浆比重均不能将沉碴清除，经现场调查，该该段花岗岩地质含铁比重较大，通过外委检测，碴样含铁量为6.10%、5.91%。因含铁比重大，石碴较正常花岗岩重，常规清孔无法将沉碴清除，不能满足验孔要求（现场调查照片（用磁铁可将碴样吸附）见图2，外委含铁量检测报告单见图3）。

4. 泥浆净化装置清孔工艺

4.1 采用泥浆净化装置的缘由

根据以往施工经验，受钢围堰吸沙下沉工艺启发，拟采用吸抽法清孔，经市场调查及多次试验后，确定采用ZX-250泥浆净化装置清孔。

4.2 泥浆清孔装置的性能参数。

4.2.1 单机的泥浆处理量最大可达250m3/h；

4.2.2 净化除砂效率可达90%以上（-0.074mm粒级）；

4.2.3 碴料筛分速率为25～80t/h，并可根据造孔机具进尺的不同进行调整；

4.2.4 筛分出的碴料含水率小于30%；

4.2.5 在达到净化除砂的最大效率时：污浆最大比重小于1.2g/cm3，马氏漏斗粘度40s以下（苏氏漏斗30s以下），含砂量小于20%；

4.2.6 装机总功率：15～48（58）KW；

4.2.7 设备外形尺寸（长×宽×高）：3.54m×2.25m×2.8m（ZX-250）；

4.2.8 整机重量：4600Kg。

4.3 泥浆清孔装置的工艺原理

（1）泥浆清空装置的工艺原理是通过砂石泵将位于孔底的污浆抽吸出来，将其送入泥浆净化装置。首先，用振动筛选的方法分离出粒径在3mm以上的渣料。然后让泥浆流入储浆槽中，用渣浆泵将位于槽内的泥浆吸出，沿输浆管进入水力旋浆器内。在水力旋浆器内，粒径较为微小的泥砂被分离析出，通过沉砂嘴进入细筛，经过脱水后，较干燥的细渣料即被分离出来，而经过筛选的泥浆则返回储浆槽内。渣料已基本分离干净的泥浆会通过溢流管流入中储箱，最后顺管道流出送回孔道内。

（2）如果泥浆要求较高，可通过减少进入泥浆的总量，增加泥浆在旋流器中的分离次数的方法来达到施工质量的要求。

（3）在泥浆分离循环的过程中，储浆槽内泥浆的液面高由一个液位浮标控制。在储浆槽内处于供不应求，泥浆供给不足时，浮标下降，补浆管自动开启，中储箱中的泥浆流入储浆槽之中，使液面回复上升；当槽内泥浆输出不足，供应泥浆无法及时输出时，则泥浆由溢流管排出，以免出现漫浆的情况。

5. 采用泥浆净化装置前后效果对比

攀枝花金沙江大桥1#墩桩基施工采用常规泥浆清孔方式（桩长25.5m），每孔需要4～5天，但仍有部分沉碴无法清除，需在灌注混凝土前用高压风将孔底的沉碴吹散，使孔内泥浆均匀后方可浇筑混凝土；采用ZX-250型泥浆净化装置清孔，每孔需要1～2天左右，大大的提高了工作效率，保证了桩基施工质量，节约了施工成本。

6. 结语

攀枝花金沙江大桥1#墩桩基施工采用泥浆净化装置清孔后解决了大直径钻孔灌注桩清孔效果差、泥浆排放量大等难题。通过对比证明，采用泥浆净化装置清孔与一般泥浆循环清孔相比，提高了钻碴排除能力，缩短了清孔时间，增强了清孔效果，桩身质量得到了有效保证。为接下来将要施工的攀枝花金沙江大桥2#墩桩基（桩长60m）施工奠定了坚实的基础，提供了有力的技术保障，将会大大的节约本桥的总体施工工期。

参考文献

[1] 张子芳；大直径超深冲孔桩施工清孔技术；山西建筑；2009年16期.

[2] 田豐；浅谈裸岩深水大孔径桩基清孔技术；工业技术；2012年37期.

[文章编号]1619-2737（2018）02-01-688