大直徑鉆孔灌注樁清孔技術研究與應用

顏世留　蔡帥

【摘 要】橋梁鉆孔灌注樁是一種常見的樁基礎形式，其工藝適用性強，不受地質條件限制，同時施工簡便，在橋梁、房屋建筑等工程領域被廣泛運用。大直徑超深水中樁基礎的清孔的速度，一直是施工技術難題。清孔時間長短，關系到樁基礎效益及質量。為解決沖孔灌注樁直徑深度過大時清孔效果差、泥漿排量大的難題，攀枝花金沙江大橋1#墩樁基在施工過程中創新應用了“泥漿凈化裝置”二次清孔系統。通過對比證明，采用泥漿凈化裝置清孔與一般泥漿循環清孔相比，縮短了清孔時間，增強了清孔效果，樁身質量得到了有效保證。

【關鍵詞】大直徑；樁基；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

攀枝花金沙江大橋地處桐子林隧道出口后方，跨徑為（120+208+120）米，大橋上跨成昆鐵路線、金沙江及金沙江大道等，施工情況較為復雜，難度較大。由于大橋跨越金沙江，跨度較大，故而全橋下部結構采用樁基、承臺+空心橋墩，梁跨則采用雙塔雙索面配合預應力混凝土梁的矮塔斜拉橋式。1#、2#墩樁基為鉆孔樁，直徑2.5m，每墩20根，1#墩樁長25.5m，2#墩樁長60m。墩位地質上層主要為5～8m厚的塊石土、下層為弱風化花崗閃長巖。

圖1 正循環法泥漿清孔循環系統

2. 常規鉆孔灌注樁的清孔工藝

過去鉆孔灌注樁常采用換漿清孔方式的正循環鉆孔工藝進行清孔。利用正循環旋轉鉆機不進尺的方式，將泥漿從鉆桿頂部壓入孔底，冷卻鉆頭并清洗鉆渣，直至達到泥漿清理的要求。在清孔過程中，需要定時測量泥漿比重、含砂率以及沉淀物厚度來判斷清孔的效果（正循環法泥漿清孔循環系統見圖1）。

3. 鉆孔灌注樁清孔技術重難點分析

3.1 清孔目的

清孔是為了去除孔內殘渣和泥漿沉淀物，以達到保證灌注混凝土的質量和橋基承載力的目的。

3.2 清孔重難點分析

攀枝花金沙江大橋1#墩1～5#孔、1～15#孔成孔后采用正循環法清孔，清孔過程中發現無論如何調整泥漿比重均不能將沉碴清除，經現場調查，該該段花崗巖地質含鐵比重較大，通過外委檢測，碴樣含鐵量為6.10%、5.91%。因含鐵比重大，石碴較正常花崗巖重，常規清孔無法將沉碴清除，不能滿足驗孔要求（現場調查照片（用磁鐵可將碴樣吸附）見圖2，外委含鐵量檢測報告單見圖3）。

4. 泥漿凈化裝置清孔工藝

4.1 采用泥漿凈化裝置的緣由

根據以往施工經驗，受鋼圍堰吸沙下沉工藝啟發，擬采用吸抽法清孔，經市場調查及多次試驗后，確定采用ZX-250泥漿凈化裝置清孔。

4.2 泥漿清孔裝置的性能參數。

4.2.1 單機的泥漿處理量最大可達250m3/h；

4.2.2 凈化除砂效率可達90%以上（-0.074mm粒級）；

4.2.3 碴料篩分速率為25～80t/h，并可根據造孔機具進尺的不同進行調整；

4.2.4 篩分出的碴料含水率小于30%；

4.2.5 在達到凈化除砂的最大效率時：污漿最大比重小于1.2g/cm3，馬氏漏斗粘度40s以下（蘇氏漏斗30s以下），含砂量小于20%；

4.2.6 裝機總功率：15～48（58）KW；

4.2.7 設備外形尺寸（長×寬×高）：3.54m×2.25m×2.8m（ZX-250）；

4.2.8 整機重量：4600Kg。

4.3 泥漿清孔裝置的工藝原理

（1）泥漿清空裝置的工藝原理是通過砂石泵將位于孔底的污漿抽吸出來，將其送入泥漿凈化裝置。首先，用振動篩選的方法分離出粒徑在3mm以上的渣料。然后讓泥漿流入儲漿槽中，用渣漿泵將位于槽內的泥漿吸出，沿輸漿管進入水力旋漿器內。在水力旋漿器內，粒徑較為微小的泥砂被分離析出，通過沉砂嘴進入細篩，經過脫水后，較干燥的細渣料即被分離出來，而經過篩選的泥漿則返回儲漿槽內。渣料已基本分離干凈的泥漿會通過溢流管流入中儲箱，最后順管道流出送回孔道內。

（2）如果泥漿要求較高，可通過減少進入泥漿的總量，增加泥漿在旋流器中的分離次數的方法來達到施工質量的要求。

（3）在泥漿分離循環的過程中，儲漿槽內泥漿的液面高由一個液位浮標控制。在儲漿槽內處于供不應求，泥漿供給不足時，浮標下降，補漿管自動開啟，中儲箱中的泥漿流入儲漿槽之中，使液面回復上升；當槽內泥漿輸出不足，供應泥漿無法及時輸出時，則泥漿由溢流管排出，以免出現漫漿的情況。

5. 采用泥漿凈化裝置前后效果對比

攀枝花金沙江大橋1#墩樁基施工采用常規泥漿清孔方式（樁長25.5m），每孔需要4～5天，但仍有部分沉碴無法清除，需在灌注混凝土前用高壓風將孔底的沉碴吹散，使孔內泥漿均勻后方可澆筑混凝土；采用ZX-250型泥漿凈化裝置清孔，每孔需要1～2天左右，大大的提高了工作效率，保證了樁基施工質量，節約了施工成本。

6. 結語

攀枝花金沙江大橋1#墩樁基施工采用泥漿凈化裝置清孔后解決了大直徑鉆孔灌注樁清孔效果差、泥漿排放量大等難題。通過對比證明，采用泥漿凈化裝置清孔與一般泥漿循環清孔相比，提高了鉆碴排除能力，縮短了清孔時間，增強了清孔效果，樁身質量得到了有效保證。為接下來將要施工的攀枝花金沙江大橋2#墩樁基（樁長60m）施工奠定了堅實的基礎，提供了有力的技術保障，將會大大的節約本橋的總體施工工期。

參考文獻

[1] 張子芳；大直徑超深沖孔樁施工清孔技術；山西建筑；2009年16期.

[2] 田豐；淺談裸巖深水大孔徑樁基清孔技術；工業技術；2012年37期.

[文章編號]1619-2737（2018）02-01-688