正反循环超长钻孔灌注桩施工技术研究

江云娥

（华神建设集团有限公司，浙江台州 317500）

0 引言

随着经济建设的发展，特别是沿海地区经济发展的需要及人口的不断增多，土地资源匮乏情况日益严重，大量的工程会在沿海或者冲积平原进行建设。然而这些区域都有大量淤泥或淤泥质土等软土的存在，含水量高，因而地基处理就变得比较困难。而各类桩基础，特别是钻孔灌入桩，其秉承着承载特性好，对地质条件问题有着较高的适应性以及施工操作简便并且施工效率高等优点，在各类建筑中都获得了越来越广泛的应用[1-3]。

对于百米左右的超长基桩，由于其桩身长度较大，往往在特殊的施工条件下由于施工难度大，会出现单次成孔效果不好，孔位精确度不高，并且可能会出现浆液外漏等难题，使得施工效率不高。此外，由于在施工过程中需要大量的泥浆对护壁进行处理，造成质量不容易控制，排出泥浆容易造成环境污染，并且钢筋笼吊放及定位难度大，灌注混凝土时容易产生钢筋笼造成上浮，影响成桩质量。针对所面临的问题，总结先前案例及经验，有必要对其进行研究。

1 技术原理

本技术利用大扭矩钻机通过正反循环相结合的方法钻孔进行大直径成孔[4]，依靠正循环吸泥挖孔至钢护筒底部6m 左右位置，剩余桩长采用反循环吸泥成孔。钻孔施工采用大型配重及挡圈型扶正器钻进成孔技术，大配重及扶正器，利用重力原理，增加钻头自重，使它不容易偏向及左右摆动，达到垂直下放，再用扶正器保证两点一线的直线方向下钻，既保证进尺的前提下又减小斜孔的发生。采用多级腰带排渣钻头，此设备能够提高成孔的效率，另一方面，降低了灌注桩桩底的沉渣量，从而有限的提高桩基础的承载特性。钻孔泥浆循环系统通过将孔底携带钻渣的泥浆泵送至地表泥浆池，经废渣过滤网过滤，沉淀池沉淀，泥浆处理机处理三级沉淀净化处理后循环至钻孔内，减少了造浆量，同时可将泥浆中的钻渣及时分离出去，保证泥浆为优质泥浆，以保证出护筒时的孔壁安全，保护孔壁免于坍塌。超长钢筋笼吊放与定位装置固定在施工平台上，通过对升降和H 型拉压抗浮这两个装置的精确控制，从而实现钢筋笼的精准定位，同时可有效防止钢筋笼上浮。

2 工艺流程与技术特点

2.1 工艺流程

施工技术流程如图1 所示。

图1 施工技术流程

2.2 技术特点

在工程实际中，100m 左右的超长基桩其桩身长度较大，在施工时常面临各种困难，为了克服难关，就需要对现有技术进行改进。该技术采用多级腰带排渣钻头，通过较大配重及扶正设备，对钻头附加额外重量，使其能够更加精确定位所在位置。另一方面，由于在钻头的底部具备有沉浆吸附口，能够有效的将杂质排出，从而提高施工效率，加快施工进程[5]。同时该技术具备钻孔泥浆循环系统，可减少造浆量，同时可将泥浆中的钻渣及时分离出去，保证泥浆为优质泥浆，以保证出护筒时的孔壁安全，保护孔壁免于坍塌。此外，通过对升降以及H 型抗浮拉压这两个装置的精确控制从而实现超长钢筋笼的精准定位，也可有效防止钢筋笼上浮，该结构加工简单、安装方便，拆除灵活可以有效提高周转利用率。

3 操作要点

3.1 施工准备

施工现场按照工点工厂化布置，施工区域进行临时围挡，区域划分为：桩基作业区、钻渣堆放区、泥沙分离区、泥浆池、吊装区、钢筋笼堆放区、导管堆放区、临时材料堆放区等。泥浆池设置于边跨投影区，泥浆池规格30m×20m×2.5m。中间设置隔离，分储浆池以及沉淀池等。

施工作业过程中，在施工场地确定好桩位中心，标记点用油漆进行确定。钻孔设备运行时，需要将设备中心与场地桩位中心位置相重合，以此确保定位准确。另外，在进行施工中，需要确定好钻孔平台的标高，从而以此作为基准进行孔底钻深的把控，在结束时核查护筒顶部标高。

3.2 埋设护筒

埋设护筒时采用十字定位挖埋法或振动下沉法埋设，护筒埋设前，在护筒四周打设4 根桩位护桩，护桩埋深不少于0.5m，护桩的连线交点应与放样的桩位中心线吻合，等到护筒埋设完成以后，在用油漆将护桩点标示在护筒边上，从而在作业进行中动态检查钻孔设备与桩位布置的情况。护筒埋设应准确、稳定，护筒与桩孔这两个位置中心应满足垂直和横向偏差的要求，护筒采用8m 长护筒，单台旋挖机配备2 个护筒，确保施工进度。护筒周围用黏土捣实，确保护筒埋设牢固。在混凝土浇筑完成后将护筒拔除。

3.3 泥浆制备

桩基作业面与泥浆池间通过管道连接，形成一个封闭的泥浆循环系统，即孔内的供浆由循环池（或造浆池）内的泥浆泵将泥浆抽吸入供浆管道，输送至孔内，满足孔内泥浆需求；孔内泥浆通过泥浆泵抽排入排浆管内，经泥砂分离机分离后，输送至循环池。

制备泥浆的材料主要包有优质膨润土、水和添加剂（纯碱等），泥浆配合比按下表配制，并根据实际情况加以调整，造浆后应试验全部性能指标，钻进中应随时检验泥浆比重和含砂率。

3.4 钻进成孔

3.4.1 钻头选型

通过将安装有重型六翼刮刀和滚刀这两种钻头在进尺速率以及拆除所需时间上进行综合比较不难发现，刮刀类型虽然在覆盖层作业时挺进较快，但当地质条件改变时，地质层为岩石层就需要进行改换钻头，从而导致施工效率降低。因此，在面对这两种地质层问题下，使用滚刀型钻头进行施工。在首次钻孔作业时先后进行焊齿滚刀型的钻头（没有排渣孔，易胡钻）、三翼刮刀钻头、简式钻头（减小钻齿磨损，岩层比较好）、四翼重型刮刀钻头等不同钻具，效果均不理想。在总结旋挖和正反循环钻机的钻孔工艺基础上，采用旋挖钻机截齿加工多级腰带排渣钻头进行施工。

3.4.2 钻孔作业

在钻孔作业中，首先，将钻孔机的钻斗置于地面上，并对仪器进行清零操作。其次，如实记录钻孔设备上钻头的原始位置，并在仪器上观察钻孔的当前位置。通过显示器上的数据，操作人员可以监测钻孔的实际工作位置以及每次进尺位置和孔深位置，并进行相应的钻孔作业。在钻孔作业过程中，通过主界面上的3 个虚拟仪表设备，可以实时监测液压系统的工作状态。开孔过程钻斗的自重和对其加压作为钻进的动力，进尺形柱代表着长条和短条分别代表着动态钻头钻进过程以及当前钻孔孔深。当钻斗挤压后内部充满残渣，将其提出地表，操作回转操作手柄使机器将钻渣转到储渣池内，用挖机将钻渣装入运渣车运至场外。结束后，可通过智能操作或者是人工操作仪器完成位置复原。为了多次检测钻孔垂直精确度，以此来保证钻孔达到工程要求，就需要钻孔设备上三轴控制系统进行校核。同时，钻孔作业中进尺情况需要根据地质条件进行调整，例如，如果地质层由硬到软，可提高钻孔速率，相反，就需要降低速率。另外，如果钻孔过程中面临着孔径容易坍缩的地质层情况，需要根据现场实际进行多次扫孔；对淤泥、黏土层采用快转速钻进，以提高钻进效率；而对于地质条件为粉砂质层则应该减小速率或者是提高浆体比重。钻渣要及时运出工地，运至灰土拌和站用于灰土填筑，废物利用以达到环境保护的要求。

3.4.3 成孔检测

当钻机成孔后，先用测绳进行孔深检查，测绳采用钢丝测绳，钢丝测绳使用前应进行检查；探孔时，需要用探孔设备检查开孔直径以及垂直精确度等是否满足工程要求。探孔设备选择JJC-1D 灌注桩成孔检测仪，自检合格后，报验监理工程师，经监理工程师确认后，方可提钻进行清孔。

3.4.4 一次清孔

在成孔检测确定成孔垂直度无误后开始一清，桩径较大时，因孔深较深故采用气举反循环配合泥沙分离器清孔，清孔过程中由于孔径大，孔深深，但导管直径小，所以清孔过程中要旋转导管以便于每个位置都可以清到位，清干净。

3.4.5 吊放钢筋笼

钢筋笼的吊放采用吊放与定位装置，首先在施工场地上将升降设备精确把控后进行固定，之后将整体支撑钢架进行搭接，调整钢筋笼与设备间的垂直导向度，然后将钢丝绳固定好特定位置并且将绳索与钢筋笼顶端连接，从而进行钢筋笼的吊放，吊放过程中，需要把控精准度以此保证施工顺利。

3.4.6 导管安装

导管由厚度为4mm 钢管制成，螺纹接头上的螺纹丝牙采用平口型。导管施工时，其尺寸应符合要求，具体尺寸为：长150m，内径28m，节段长3m，底节长4m，灌筑前导管悬空控制区间为40～60cm，期间为保证混凝土灌注的流畅性，导管埋深为2～6m。

为了测试导管性能，在使用前进行水密性试验探究，注意的是，试验环境下的水压不要低于孔内水压的1.3 倍，另外也不应该低于导管壁和焊接缝所能接受混凝土注入的最强水压的1.3 倍。

3.4.7 二次清孔

导管搁置完成后进行二次清孔，在清空过程中时刻检查情况，并及时将较好的泥浆注入护筒内，清孔结束经监理工程师现场检验，检验泥浆指标、沉渣厚度、孔深是合格，当达到要求后，移出导管和清泥弯头，之后进行下一步施工。

3.4.8 灌注水下混凝土

（1）首次水下混凝土灌输。为了灌输封底混凝土，常常采纳拔塞法。将塞子固定在钢丝绳，起重机的挂钩上挂着钢丝绳。漏斗也被悬挂在起重机钩上，通过另一把较短的钢丝绳。当进行封底灌输时，提升塞子一定高度而不影响小料斗，可以增加压差，使混凝土更易灌输。当堵塞发生时，也提升漏斗可以增大压差，有助于混凝土下落。以大料斗为例，当料斗内部的混凝土量达到封底量后，开启放料口供小料斗使用。当小料斗几乎被灌满混凝土时，应立即取出塞子，以便混凝土沿着导管下落。同时，混凝土罐车应不间断地通过小料斗和导管灌注至水下，以完成首次混凝土的注入。

（2）连续水下混凝土灌输。在完成首次混凝土的灌输后，混凝土可以直接通过小料斗和导管的方式注入水下，确保整个桩体顺利施工。混凝土在陆上混合并由混凝土罐车运输至注入点。在浇注混凝土之前，现场实验室需要对每一辆车进行混凝土坍落度的检测。混凝土必须符合规定的标准才能进行灌注。如果混凝土不符合要求，则应退回混合搅拌站进行调整。在混凝土注入过程中，应保持护筒内泥浆面高于水位1m。另外在混凝土注入时，还应定期测量混凝土面的高度以确保导管的埋深把控在2～6m。如果导管埋得太深或太浅，则需要及时拆除导管。此外为了保证桩顶混凝土强度达标，在混凝土的浇灌过程中，顶面浇筑要超过一定的高度，大约比设计要求高出0.5～1m。混凝土灌注过程中按要求认真做好记录。孔内由混凝土置换出来的泥浆经连通管流入另一幅钻孔钢护筒或者泥浆池回收利用，对于混凝土浇至桩顶以上部分含有水泥浆的废浆不能回收再利用，运至指定位置清理。

（3）待混凝土浇注将要完成时，确定所需混凝土浇筑量的多少以此检验其高度是否达标，待达到工程要求标高后，应当将混凝土管拔出，完成这一阶段的施工。

4 结语

本文对正反循环超长钻孔灌注桩施工技术进行研究，对于施工作业时所面临的难题提出该技术的优势，具体总结以下3 点。

（1）该技术采用多级腰带排渣钻头，通过较大配重及扶正设备，对钻头附加额外重量，使其能够更加精确定位所在位置。另一方面，由于在钻头的底部具备有沉浆吸附口，能够有效的将杂质排出，从而提高施工效率，加快施工进程。

（2）本技术采用钻孔泥浆循环系统，可减少造浆量，同时可将泥浆中的钻渣及时分离出去，保证泥浆为优质泥浆，以保证出护筒时的孔壁安全，保护孔壁免于坍塌。

（3）本技术对钢筋笼安置所需设备进行改善，通过对升降和抗浮拉压这两种设备的精准把控，从而实现钢筋笼的精准定位，同时可有效防止钢筋笼上浮，该结构加工简单、安装方便，拆除灵活可以有效提高周转利用率。