葉 超

(福建省交通建設工程試驗檢測中心)

1 概述

清孔是鉆孔灌注樁施工中重要的一環，其主要的目的是降低泥漿的相對密度、粘度、含砂率等指標，清除鉆渣，減少孔底沉淀厚度，防止樁底沉渣過厚而降低樁基承載力。其常見的主要清孔方法有兩種。正循環換漿法和反循環抽漿法。通常正循環換漿法用于沖擊鉆施工，反循環抽漿法則應用于回旋鉆施工。

正循環換漿法:就是通過泥漿泵將較大比重的泥漿通過泥漿管注入孔底，利用泥漿的比重懸浮起鉆漿，并通過泥漿自孔底向孔口的流動將鉆渣排出孔外。

反循環抽漿法則是通過空壓機和風管在排渣管(導管)一定深度位置注入壓縮空氣，使壓縮空氣與導管內的泥漿混合后形成氣、水混合物，從而與導管外的孔內泥漿形成負壓，使得風管內的水、氣混合物在負壓下向風管口流動，在導管底口產生的“吸力”，將孔底的鉆渣及泥漿抽出孔外。除渣后的部分泥漿再循環至孔內，同時補充新的泥漿。

在海水環境中，由于海水中富含的Cl-、Mg2+、Ca2+，從而會降低泥漿的粘度和膠體率，使得泥漿懸浮能力較差，一旦靜置，泥漿中土顆粒則極易聚集和下沉，清孔排渣困難。因此，在海水環境中實施鉆孔，通常需采取專門的海水泥漿配方，即通過在泥漿中加入如聚陰離子纖維素PAC等來提高泥漿保持粘度和膠體率的能力，同時增強泥漿的耐鹽抗鈣性能。但對于大多數工程而言，聚陰離子纖維素PAC等添加劑的成本相對較高(每立方米約增加成本40～60元)，而施工中由于鉆孔墩位的不停變換，泥漿的回收和利用較為困難。因此，選用不加添加劑的普通泥漿的情況就普通存在，如此一來，海水環境中的鉆孔灌注樁清孔質量更顯重要。

2 海水中沖擊鉆鉆孔沉渣原因分析

2.1 原因一

沖擊鉆一清大多正循環排渣。由于泥漿中含有大量的土顆粒，受海水泥漿粘度及膠體率差的影響，土顆粒在海水的懸浮能力較差，當泥漿攜帶鉆渣由孔底向孔口流動至一定高度后，不同粒徑的土顆粒就會在不同高度位置停止上升，懸浮于半空中。而隨著一清時泥漿的不停循環，孔中部的泥漿濃度越來越大，土顆粒相互吸附，形成較大顆粒，就又逐漸沉向孔底。這樣一來不僅降低了第一次清孔的效率，而且還會在鋼筋籠下時，由于此時泥漿相對處于靜置，從而在孔底形成較厚的沉渣，甚至可達數米。這些較厚的沉渣往往在二次清孔時也無法徹底清除，特別是孔底鋼筋籠四周。且這些濃泥漿一但與泥漿中的砂結合，形成板結，則更不易清除，從而導致沉渣超標。

2.2 原因二

沖擊鉆在臨近終孔時，此時由于孔深基本處于該樁最大深度，排渣較為困難。通常作法為拋填粘土，從而增加泥漿比重以利于排渣。而此時由于即將面臨終孔，從為防止超鉆和減小對孔底持力層的破損的角度出發，通常情況下采用50 cm小沖程沖擊，以縮小進尺，減少孔底持力層的破壞;同時也以此撓動底部鉆渣，使之懸浮后經正循環排出。但如此一來，由于鉆頭僅在50 cm有限的小沖程上、下活動，鉆頭的旋轉角度很小，從而導致孔底所拋粘土和聚集下沉的土顆粒無法被鉆頭撓動到，無法形成泥漿，相反則可能吸附于于孔底，形成所謂的“死泥”。從而導致在一、二次清孔時均無法吸出，形成沉渣。

2.3 原因三

通常鉆孔樁二清采用氣舉反循環清孔，效率較高且好。但對于板結物往往效率及效果將大為折減。其原因在于深泥漿與泥漿中的細砂、粉細砂、鉆渣結合形成的板結物通常較致密(這一點可從很多工程的取芯芯樣看出)，從而使得二清時流動的泥漿很難浸入到其內部，從而導致“吸力”大為降低，這也是為什么氣舉反循環能把10～20 cm左右卵石吸出卻未必能夠將孔底沉渣吸干凈的原因所在。

在二次清孔時，雖然會將導管沿孔四周作上、下移動，但由于此時導管的直徑與孔深相差極為懸殊，系一個細柔桿件，從而使得導管口雖然在沿孔四周作移動，但導管底口由于沉渣的影響，移動的軌跡通常僅限于孔中心的一定范圍。在導管作上、下活動時，由于導管的自重破壞了孔底中心位置的沉渣，從而使得孔底中心位置沉渣會吸出，但孔的四周任無法有效吸出，從而形成鍋底狀沉渣。

圖1 氣舉反循環清孔鍋底狀沉渣形成示意圖

3 針對措施

針對上述海水環境中清孔存在的困難和方法上的不足，采取改進清孔工藝、加強一清質量、控制終孔后泥漿中的細砂含量和土含量等措施。

(1)優化清孔方法。采用正、反循環結合法清孔，即一清和二清采用正反循環交替清孔。樁孔終孔后一清時，首先保證在孔底錘頭反復撓動的情況下，用正循環清孔，之舉在于沖散孔內粗粒徑鉆渣和孔底殘余的粘土;之后再進行反循環清孔，其作用時快速排出因正循環作用懸浮起來鉆渣及泥塊，并初步調整泥漿指標。二次清孔則主要采用反循環，其作用是進一步降低泥漿中的砂率和泥漿比重;期間根據實際情況穿插采用正循環清孔，其作用沖起并懸浮鋼筋籠四周及孔底的沉渣，避免鍋底狀沉渣的出現。兩者相互作用，達到將沉底沉渣清理干凈并及時排出孔外的目的。

(2)為了防止粘土沒及時轉化成泥漿而吸附于孔底的狀況出現，嚴禁杜絕在摩擦樁2～3 m，端承樁50～100 cm范圍內嚴格直接向孔內投注粘土造漿的作法，期間泥漿指標如不能滿足排渣要求，則采用方法:人工造濃漿補漿;下風管采用反循環排渣，即將反循環排渣管下鉆頭頂3～4 m，在沖擊鉆進時，同時開啟反循環排渣，完成最后1～2 m鉆進。

(3)增加配置泥漿旋流分離器和配套的空壓機，降低泥漿中的土顆粒和含砂量，減少海水環境中板結層厚度，保證第一次清孔、第二次清孔質量。

(4)為防止孔壁泥皮過厚，在入巖前鉆頭上加焊鋼筋箍，刮除孔壁多余泥皮;且下放鋼筋籠時，底節鋼筋籠添加足夠的圓形墊塊，用于鋼筋導向，避免鋼筋籠箍筋大面積刮落泥皮。

針對以上措施存在正循環與反循環相互頻繁切換的問題，為保證鉆孔效率，提高清孔質量，通過改進氣舉反循環導管體系，來達到正、反循環交替的便捷。正反循環交替清孔工藝示意圖如下。

圖2 蝶閥關、三通接循環池泥漿泵，正循環

反循環:蝶閥開，頂面三通管接空壓機高壓皮管，壓縮空氣通過風管進入導管，帶動泥漿經過閘閥從排渣管排出，形成反循環。

正循環:閘閥關閉，三通管接沉降池泥漿泵，泥漿通過風管順導管進入孔底，帶動沉渣從孔口排出，形成正循環。

4 清孔質量的檢查方法

根據設計及規范要求，一般端承樁孔底沉渣不大于5 cm，摩擦樁不大于15 cm。混凝土澆注前泥漿指標應達到以下要求:比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度17～20 s。

根據現場施工經驗，清孔前樁底沉渣過厚或清孔時間過長時，孔底沉渣易板結，一般平底測錘無法量測準確，另外摩擦樁終孔后由于一清、二清的反復清孔，易將樁底軟土層吸附成鍋底或凹凸不平狀，使得樁底標高發生變化，這些給量測孔底沉渣厚度帶來了困難，如何有效而準確地來判斷清孔后的沉渣厚度，結合實踐經驗，可通過以下兩點方法來判斷沉渣指標是否滿足要求。(1)對于基巖較硬樁基，可使用重4 kg平底測錘在孔底多個方向下放撞擊基巖的反彈情況來判斷。(2)對于摩擦樁或基底較軟樁基，可通過同時在多個相同位置下放相同重量的平底測錘和尖頭測錘量取孔深，若所測孔深相差較小，也可反映樁底清孔較理想。

5 結語

實踐證明，在海水環境中，采取以上清孔方法及施工控制措施，清孔效果徹底，減少了孔底沉渣厚度，壓縮了清孔時間，提高了清孔效率和清孔質量，降低了施工成本。經取芯驗證表明混凝土芯與基巖結合密實，成樁質量可得到保證。

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