旋挖灌注樁清孔技術現狀及在重慶地區適用性探討

賴晶星，，孔凡林，劉海源

（1重慶市建筑科學研究院，重慶400015；2重慶市建設工程質量檢驗測試中心，重慶400015）

旋挖灌注樁清孔技術現狀及在重慶地區適用性探討

賴晶星1，2，孔凡林1，劉海源1

（1重慶市建筑科學研究院，重慶400015；2重慶市建設工程質量檢驗測試中心，重慶400015）

該文列舉了國內旋挖成孔后常用的幾種清孔方式，并對其施工原理、適用條件和優缺點進行了分析，結合重慶地區高填方拋填塊石土場地的特點，對各類清孔技術在重慶地區的適應性進行探討分析，并提出一種適用于拋填塊石場地的高壓風-破碎清孔法的新思路，供業界同行參考。

旋挖灌注樁；清孔；沉渣；高壓風-破碎清孔法；抽漿法；正循環換漿法；氣舉反循環法；高壓風清孔

近年來，各類建筑、橋梁和公路工程越來越多的使用樁基礎，而旋挖成孔灌注樁由于其成孔效率高、孔徑偏差小、無泥漿污染和施工安全性高等優點，正逐步取代人工挖孔、沖擊成孔等傳統的樁基成孔方式。隨著旋挖樁在各類場地內的廣泛應用，逐漸暴露出沉渣過厚、縮頸、夾泥等易出現的質量缺陷，其中因成孔后樁底清孔不徹底導致的沉渣過厚對灌注樁的質量影響尤其嚴重[1]。針對旋挖成孔過程中清孔不干凈的問題，本文分析我國旋挖樁成孔過程中的清孔技術特點，并探討各技術在重慶地區適用性。

1 旋挖樁施工工藝

1.1 旋挖成孔工藝

旋挖鉆機成孔是利用鉆桿和鉆頭的旋轉，鉆頭旋轉切削巖土并納入桶式鉆斗內，斗內土裝滿后被鉆機提至孔外卸土，如此挖土、提升、卸土，循環往復直至鉆至設計孔深。

根據土層地質情況和有無地下水的情況，旋挖成孔過程中為防止塌孔，采用埋設護筒，泥漿護壁等措施。

1.2 沉渣的形成

旋挖樁在成孔后，需采用平斗鉆頭對孔底的殘渣進行清除，但在灌注混凝土前還要進行下放鋼筋籠和導管這2道工序。

一方面，下放鋼筋籠和導管的過程中難免觸碰孔壁，可能造成掉土、局部坍塌甚至是塌孔，從而導致孔底沉渣過厚。

另一方面，在有地下水的情況下，鉆進的過程中切削下來的土和水攪拌形成泥漿，一旦成孔泥漿靜止，泥漿中的懸浮顆粒會在短時間內沉底而形成沉渣。

根據《建筑樁基技術規范》JGJ94的要求，對端承樁孔底沉渣厚度不大于50mm，對摩擦樁則為100mm。在旋挖樁施工過程中，如果在上述兩方面控制不好的情況下，極易導致沉渣厚度超過規范要求，且沉渣厚度過大不僅影響樁端阻力的發揮，亦嚴重影響樁基側阻力的發揮值[2]。因此樁底沉渣厚度是影響樁身質量的關鍵因素，而對旋挖成孔的清孔技術研究亦顯得尤為必要。

2 清孔技術現狀研究

我國自80年代初引入旋挖鉆進以來，孔底沉渣清孔技術經過這30多年的發展亦取得極大發展。根據鉆進方式、機械設備、地質條件等不同，常見的清孔技術有以下幾種。

2.1 人工清孔

人工清孔顧名思義即將清孔人員下放至孔底，采用人工的方式將沉渣裝入空斗后提升至地表，與人工挖孔樁清孔方式一致。

其優點主要是清孔快速、干凈，效率較高，但其存在較大局限性，只能在無地下水或少量地下水且孔深不大的場地使用，且對于樁徑600mm甚至更小的樁孔，由于缺少工作面，一般不使用此方法。

由于人工清孔存在人員安全隱患，因此目前正逐步淘汰。

2.2 抽漿法[3]

抽漿法又稱泵吸法，適用于含地下水地層旋挖成孔，且樁身混凝土為水下澆筑時采用。

在澆筑混凝土前，通過特制導管插入孔底，以導管作為吸泥管，在吸泥泵的作用下將孔底泥漿泵吸至地表。其速度快且

方便快捷，但其存在的缺點有：

（1）需要配備大功率吸泥泵和導管，設備組裝費時費力。

（2）進行抽漿作業時，只能將混合均勻的泥漿清除，對大顆粒或已沉積底部的細渣效果不好。

（3）此工藝清孔施工較為激烈，易導致孔壁二次塌孔。

2.3 正循環換漿法

正循環換漿法為旋挖成孔樁工藝中常采用的一種清孔方式。其通過在導管上連接泥漿泵，用比重小的稀泥漿將樁孔內的沉渣和比重大的泥漿置換掉（圖1），在泥漿中顆粒還處于懸浮狀態時，及時澆筑混凝土。

圖1 正循環換漿法示意圖[4]

采用正循環法進行清孔所需設備比較簡單，僅需一臺泥漿泵，且孔內泥漿護壁不易塌孔，但其清孔不徹底，難以應付底部顆粒較大的沉渣。

樁孔內大量泥漿的循環需要大量時間，且往外翻出的泥漿需泥漿池儲存，占用大量場地不環保。

2.4 氣舉反循環法

氣舉反循環又稱壓氣反循環，空氣壓縮機通過安裝在導管內的輸氣管將壓縮空氣送至樁孔內，空氣經風管底部的混合器形成氣液混合物，孔底部的沉渣在噴出空氣的作用下懸浮并形成密度比導管外泥漿密度小的泥漿-空氣混合漿液，混合漿液在管內外壓力差的作用下，沿著導管上升并排出至泥漿沉淀池，經沉淀后的泥漿以自流的方式流回樁孔內，形成反循環，泥漿攜帶沉渣從導管內翻出，排出導管以外，直至孔內沉渣達到規范要求（圖2）。

圖2 氣舉反循環示意圖[5]

氣舉反循環清孔法為目前較為先進的一種清孔工藝，在我國上海、江蘇、福建和山東等沿海地區[5-8]有著豐富的工程經驗。其主要特點有：

（1）清孔能力強，采用氣舉反循環清孔工藝，沉渣厚度完全可控制在規范要求之內，且可將粒徑達140mm的卵石排出[7]。

（2）清孔效率高，與正循環相比，清孔時間大大縮短，一般經30～60min清孔作業即可完成，節約工期。

（3）特別適用于孔深較大的樁孔，當樁孔越深，清孔效率越高，樁孔太淺反而很難形成反循環。以上海中心大廈為例，在施工的近千根樁基中樁孔最深86m，經此法清孔后沉渣厚度均控制在100mm以內[5]。

2.5 高壓風清孔

高壓風清孔法與正循環換漿法原理基本相同，但是增加了樁孔底部高壓送風步驟，如圖3所示，采用空氣壓縮機將高壓空氣噴射至樁孔底部，將沉渣翻起并懸浮于泥漿中，空氣與泥漿混合后快速上升，加速泥漿循環，從而提高清孔速度[9]。

圖3 高壓風清孔示意圖[9]

高壓風清孔法工藝的核心程序即為射風翻渣，并及時澆筑水下混凝土。其優點主要體現為：

（1）清孔效果好，由于有高壓空氣翻渣，可將沉于樁孔底部的沉渣徹底翻起。

（2）工藝簡單，效率較高，與正循環換漿法相比，僅需增加一臺空壓機，卻能大大縮短清孔時間，提高清孔效率。

與正循環法類似，高壓風清孔法同樣對樁孔內粒徑較大基巖塊石、卵石和土顆粒團塊等沉渣去除效果不好；泥漿池、泥漿泵和空壓機等設備占用大量工程場地；大量泥漿翻至地表增加了泥漿外運的工作量。

3 重慶地區旋挖樁清孔方法適用性分析

3.1 工程場地特點

重慶地區多山、平地少，近年來城市化進程的加速，越來越多的建設用地采用開山填谷的方式進行場地平整，巖性主要為砂巖、泥巖、灰巖夾雜表層粘性土和耕植土，填筑方式采用拋填。這類場地普遍存在如下特點：（1）填方深度大，根據場地原始地形分布，填土厚度可達10～40m；（2）填料之間空隙大，由于填料多為爆破開山形成的土石方，且采用無組織拋填，空隙率最大可達30%[10]；（3）結構松散，顆粒級配不良，在旋挖鉆進時極易塌孔；（4）土層透水性強，地下水貯存條件好。

3.2 旋挖樁成孔施工特點

目前在重慶地區旋挖樁已經成為替代人工挖孔樁的主要樁型，在重慶市現有建設工程中，90%以上樁基礎采用旋挖成孔方式[1]。

重慶地區拋填塊石場地內進行旋挖鉆進時具有如下施工特點：（1）塌孔嚴重，由于填料不密實，基本上成孔過程中都會出現程度不一的塌孔現象；（2）漏漿嚴重，在高填方場地采用泥漿護壁形式控制塌孔，因地層空隙大，漏漿現象明顯；（3）采用專用的清渣鉆頭可將孔底大部分沉渣清除，但在下放鋼筋籠和導管的過程中孔壁掉土再次形成沉渣，且二次清孔多采用泥漿泵抽漿，其效果不好。

3.3 清孔方法適用性分析

結合旋挖樁在重慶拋填塊石場地的施工特點，各類清孔方式的適用性分析如下：

（1）人工清孔法限于其安全性和局限性，在此不作分析。

（2）抽漿法如前節所述對大顆粒的巖塊、沉積顆粒效果不良，清孔效果不徹底，難以達到規范的要求。

（3）高填方土層中空隙大，地層透水性好，因此，如采用正、反循環或高壓風清孔的方式，泥漿容易沿著樁孔周邊空隙流出。為保證泥漿翻至地表，則需要通過制備大量高濃度泥漿，或采用全套管鉆進的方式。前者根據以往經驗效果不理想，而后者容易出現拔管困難，設備和時間成本較高。此外，由于泥漿翻至地表又造成場地泥漿污染，增加外運成本，顯得不夠環保和經濟。

3.4 高壓風-破碎清孔法新思路

由于現有清孔方式對重慶地區拋填塊石場地旋挖成孔的清孔效果難以保證，且面臨諸多局限。因此，根據各清孔方法的優缺點并結合重慶地區工程場地特點，我們找到一種新的綜合清孔方法，以保證旋挖樁樁身質量，即高壓風-破碎清孔法，見圖4。

高壓風-破碎清孔法將壓縮空氣通過空壓機和風管將樁孔底部的沉渣和粗顆粒翻起，在靠近樁孔底部處吊放一臺破碎裝置，其作用主要是將高壓風翻起的粗顆粒巖塊、建渣和泥團破碎，使其充分與水混合形成泥漿，待孔底部沉渣都吹起后，立即澆筑混凝土。

圖4 高壓風-破碎清孔法

3.4.1 高壓風-破碎清孔法旋挖樁施工工序

旋挖樁終孔→專用清渣鉆頭清孔→安裝鋼筋籠→安裝導管→下放高壓風噴和破碎裝置→破碎翻渣（二次清孔）→立即澆筑首盤混凝土。

3.4.2 高壓風-破碎清孔法可行性分析

3.4.2.1 地質條件基礎

重慶地區拋填塊石的巖性多為砂巖和泥巖，且砂巖泥質含量大，在水泡和機械破碎條件下易粉碎并形成泥漿，這為該思路提供了前提條件。

3.4.2.2 清孔過程可行性分析

通過高壓風可將孔底部的細顆粒沉渣翻起攪動形成泥漿，粗顆粒沉渣在旋轉的泥漿作用下往樁孔中心聚集，此時吊放與樁孔底部中心的破碎裝置將巖塊粉碎形成泥漿。

在此過程中，高壓空氣翻渣為成熟可行的技術，因此破碎裝置的研制是該綜合處理技術的關鍵，其至少應具備條件有：（1）防水；（2）自吸式破碎，應具有一定的吸力，可將碎石、巖塊捕捉至裝置內進行破碎；（3）體積小，針對二次清孔要求，在下放鋼筋籠后吊放的破碎裝置體積應較小，否則難以放至樁孔底部；（4）破碎效率高，巖塊破碎過程應在短時間內完成，因此對破碎頭的硬度和旋轉速度提出較高的要求。

對此，我們承接了重慶市建設科技計劃項目“旋挖樁樁底沉渣清理裝置開發研究”，經過多次設計、改造、修改和試驗，目前已取得階段性成果，初步完成的裝置破碎效果明顯，可將小體積碎石、建渣和泥團破碎成粉末狀并形成泥漿。

3.4.2.3 預計成果

隨著旋樁底沉渣清理裝置研究成功，及完成與高壓風翻

渣的協同研發工作，高壓風-破碎清孔法將成為一種新型、環保和高效的清孔工藝，對重慶地區的旋挖成孔灌注樁質量控制產生積極效應。

4 結語

旋挖灌注樁作為現在以及將來一段時間內極為重要的一種樁基礎施工工藝，其樁身質量的好壞直接關系到上層結構的安全，而旋挖成孔后的清孔作業又是關系到樁身質量的關鍵工序，需從業人員加以更大的關注。

本文通過對國內主要的幾種清孔技術進行分析，并結合重慶地區高填方拋填塊石土場地的特點，對各項技術在重慶地區的適應性進行探討，并提出一種適用于拋填塊石場地的高壓風-破碎清孔法的新思路，供業界同行參考。

[1]熊啟東，李成芳，孔凡林.旋挖成孔灌注樁施工質量控制技術探討[J].重慶建筑，2003(1).

[2]JGJ94-2008建筑樁基技術規范[S].住房和城鄉建設部，2008.

[3]張濤.軟土地基正循環鉆孔灌注樁二次清孔工藝選擇及其最佳清孔時間研究[J].隧道建設，2011(5).

[4]章勇.正循環換漿清孔法研究[J].考試周刊，2009(26).

[5]肖勝杰.氣舉反循環清孔工藝在超高層建筑中的應用[J].建筑施工，2010(4).

[6]周曙春，杜坤乾，謝軍.氣舉反循環清孔工藝施工應用[J].巖土工程學報，2011(Supp.2).

[7]余志文，邱杰.沖(鉆)孔灌注樁氣舉反循環清孔工藝[J].福建建設科技，2009(1).

[8]高新學，周憲偉.氣舉反循環清孔技術在大橋深樁基礎中的應用[J].黑龍江交通科技，2011(6).

[9]劉漢龍.高壓風清孔在鉆孔樁施工中的應用[J].鐵道建筑，2007(12).

[10]孔凡林，羅世輝，李成芳，等.拋填塊石場地中旋挖深孔灌注樁的質量缺陷與防止對策探討[J].重慶建筑，2011(11).

責任編輯：孫蘇，李紅

能工巧匠

居住建筑木扶手金屬欄桿的問題及對策

有關檢測單位通過對幾個小區住宅工程施工及驗收發現，居住建筑樓梯的欄桿在制作與安裝方面存在幾點隱患問題。

1樓梯欄桿垂直桿件間凈距問題

我國工程建設標準強制性條文房屋建筑部分中4.1.3規定：樓梯欄桿垂直桿件間凈空不應大于0.11 m。而現今設計單位一般從經濟角度出發，將樓梯踏步寬度設計為280～300mm，木扶手欄桿做法則參照蘇J9505中1／3。樓梯欄桿實際施工按圖集每踏步設置2根Φ16的圓鋼，設置安裝后2根Φ16圓鋼的垂直桿件間凈空間124～134mm。間凈空大于0.11 m，違反了工程建設標準強制性條文及設計要求。

2樓梯水平段欄桿高度問題

對于居住建筑物的樓梯最頂層水平段欄桿的高度，工程建設標準強制性條文房屋建筑部分中4.1-3規定欄桿扶手高度不應小于1.05m，而在實際施工中如按樓梯踏步斜段部分高度直接90O轉彎延伸設置水平段欄桿，安裝后的高度為1.05m減去一個設計踏步高度，不滿足要求。如為了滿足水平段的高度(1.05m)而使水平段的桿件整體平移一個設計踏步寬度，那么休息平臺處的使用面積將減少，而且影響進戶門的正常開啟。

3采取的對策

(1)對于第一個問題，可采取在已施工安裝的每兩根垂直桿件上增加焊接Φ12圓鋼一根。因Φ12圓鋼端部能全面有效地與Φ16圓鋼側面接觸滿焊且美觀大方，從而滿足設計及工程建設標準強制性條文要求。

(2)對于第二個問題，可采用將斜段部分木扶手(及木扶手下扁鋼)在90O轉角處垂直登高一個設計踏步高度，然后90O轉入水平段欄桿安裝，從而使水平段木扶手欄桿高度不小于1.05m的要求。按規定，欄桿及扶手高度應以平段高度控制，所以發生這種情況時，原則上應返工重作。

（摘自：《建筑工人》，請作者速與本刊聯系支付稿費）

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

賴晶星（1987-），男，江西撫州人，碩士，工程師，從事工程質量檢測、鑒定及相關研究工作。

基金論文：該論文為重慶市科委科技攻關項目（項目編號：cstc2012gg-yyjs30005）和重慶市建設科技計劃項目（項目編號：城科字（2013）11-2）論文之一。

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.06.033