氣舉反循環法成樁工藝在超深鉆孔樁在砂性土層中的應用

王志權

一、工程概況

安居南馨苑樁基礎工程超深樁為塔樓部分樁基，鉆孔深度73m，最小有效樁長60m，最大有效樁長90m。鉆孔施工深度范圍內的地質條件較為復雜，按自上而下的順序依次有人工填土層、淤泥質土、含粘土礫砂、粉質粘、礫砂、礫質粘性土，基巖為燕山晚期花崗巖。根據現場地質條件，項目采用大直徑嵌巖灌注樁鉆進與清孔雙反循環成樁的方法。

二、氣舉反循環二次清孔

鋼筋籠及導管下放到位后，開始氣舉反循環二次清孔，以減少孔內的雜物堆積量。清孔應用的是密閉式送氣系統，其核心組成包含螺桿式空氣壓縮機、灌注導管、送風管、接頭彎管及泥漿膠管。其中，送風管由PVC材料制作而成，在該裝置的下方配套配重塊，帶動管材下沉，待其實際位置達到灌注導管長度的2/3時，原本存在于導管內的泥漿與壓縮空氣接觸，并均勻混合，在此作用下，相比于管外泥漿的密度和壓力而言，管內的兩項指標均更低，隨之產生壓力差，迫使管外泥漿攜帶孔底鉆渣進入，經導管、泥漿管后開始外排，隨后對該部分做沉淀處理，凈化后的泥漿再次回流，循環運行，達到二次清孔的效果。工藝原理圖如圖1所示。

圖1 氣舉反循環二次清孔原理

三、施工技術的應用要點

1.護筒埋設

無需埋設超長護筒，通常鋼護筒埋設深度達到3～6m即可，此時孔壁的穩定性得到有效的保障。護筒原材料為Q345B鋼板，厚度10mm，按照尺寸要求制作而得，內徑略大于樁徑250mm；長度的控制以地面為參照基準，要求護筒埋設到位后頂面超出地面500mm。

2.現場整理及鉆機就位

準確劃定鉆機作業范圍，清理該處的樹根、建筑垃圾等不利于施工的雜物，并做平整、壓實處理，以免鉆機在運行時失穩；于鉆機液壓支架下方鋪設鋼板，擴大受力面積，以免因局部受力過大而導致鉆機下陷；檢查鉆頭中心，將其與護筒中心做對比分析，若在相同的鉛垂線上，則滿足要求，否則予以調整。

3.覆蓋層合金鉆頭泵吸反循環鉆進

（1）初始鉆進

調整鉆頭，使其距孔底20～30cm；啟用真空泵，向該裝置內灌注足量的清水；開啟真空管路，構成一條順暢的氣水流動通道，再啟用真空泵，提供負壓的工作環境；密切觀察砂石泵的運行狀態，其內部充滿水后則隨即關閉真空泵，并在該時刻同步啟用砂石泵，使出口真空壓力增加，超過0.2MPa即可開啟出水控制閥，將原本聚積在管路內的泥水混合物排出，使其按照特定路徑進入沉淀池，做凈化處理，由此則構成反循環運行機制。在此前提下，開始慢速鉆進。

鉆進初期以慢速運行為宜，鉆頭在孔內攪拌造漿（暫不進尺），目的在于使地層中的細顆粒與泥漿的粘粒有效結合，形成完整、可靠的泥皮，發揮出護壁的作用。

（2）軟弱土層及粘土層的鉆進

根據地質勘察結果可知，樁孔上部覆土有軟弱土層和粘土層，在該范圍內鉆進時采用的是單腰帶三翼刮刀鉆頭，該裝置的回轉阻力較小，既有較強的切削性能，能夠以較快的速度完成鉆進作業。在單腰帶片上設導向板（共四塊，遵循的是對稱布置的原則），以便控制鉆進的垂直度。

鉆進初期采取輕壓慢轉的方法，隨鉆進進尺的增加，到達粘性土層并且現場無異常狀況后，加壓鉆進。施加鉆壓穩定在30～90kN，進尺6～10m/h。

（3）砂性土、強風化層的鉆進

砂性土的自穩能力不足，在該處鉆進時易由于外部擾動作用而塌孔；鉆進深度范圍內還分布強風化層，其對水較為敏感，遇水易軟化。根據砂性土和強風化層的地質特性，采用雙腰帶四翼刮刀鉆頭鉆進，此鉆頭的導向性較好，在鉆進過程中可有效控制樁孔的垂直度，確保在特殊的地質條件下也能夠快速完成鉆進作業。

砂性土、強風化層鉆進施工時，保持二檔轉速；而在砂土、砂礫層地質條件下鉆進時，調整為一、二檔轉速；局部粉砂、砂土地層的地下水覆蓋范圍廣、含量多，地層遇水后易失穩坍塌，為避免此類問題，采取低檔慢速轉進的作業方式，控制好鉆壓（60～120kN）和進尺（1～6m/h），在安全的環境中高效鉆進成孔。

（4）鉆桿的加接操作

加接鉆桿前做好準備：先停止鉆進，向上提升鉆具，直至其與孔底相距80～100mm為止；為有效清理管道內的鉆渣，要求泥漿循環5～8min。

起鉆時加強防護，以免因控制不當而出現鉆頭剮蹭孔壁的情況；保證泥漿自流，嚴格控制孔內水頭高度，充分維持孔壁的穩定性，以防坍塌。

4.硬巖全斷面滾刀鉆頭反循環鉆進

在硬巖處鉆進時，采用滾刀鉆頭，做到一次成孔。考慮到硬巖處鉆進難度較大的特點，在鉆頭前端配備12個滾刀頭，聯合應用。

鉆進過程中，滾刀產生剪切與拉伸作用，持續將巖渣剝離母巖，經一段時間后，得到粒徑約為2cm的巖渣；有效清理鉆進時產生的巖渣，即利用大泵量泵吸反循環泥漿攜帶出孔。

硬巖的鉆進采取一檔液壓加壓鉆進的模式，適當加大砂石泵的流量，鉆壓120～240kN，進尺0.2～0.6m/h，并且全程鉆速不超過1r/min。

5.泵吸反循環一次清孔

終孔后，安排泵吸反循環一次清孔，采取此項措施減少鉆渣沉淀量，為后續的二次清孔創設良好的條件（若一次清孔效果較差，則會明顯加大二次清孔的難度）。具體作業要點為：向上提鉆30～50cm，在大流量砂石泵抽吸作用下，使孔底部的泥漿攜帶沉渣向外排出，該部分沉渣于沉淀池內得到凈化處理，產生性能較好的泥漿，進而繼續流向樁孔內，形成循環流動通道，保證樁孔液面的穩定性。

6.鋼筋籠的吊裝

設備為履帶式起重機，由其將鋼筋籠吊裝至指定位置。考慮到鋼筋籠直徑偏大的情況，一次吊裝的可操作性不足，因此劃分為多個24m長的節段，有序將各節段下放到位；為使鋼筋籠維持穩定，在每節段的兩端設三角臨時固定撐。

各節鋼筋籠下放到位后，用籠體限位裝置對孔口做固定處理，增強鋼筋籠的穩定性。

7.密閉式氣舉反循環二次清孔

向導管內置入PVC送風管，直至管的下端到達導管底部2/3處為止；適配三通彎接頭，使PVC送風管的上端與空壓機連接。三通彎頭與導管則用螺紋連接，保證嚴密性。

在距離泥漿池50cm的位置安裝孔口消壓裝置，調整出漿口的位置，使其朝向泥漿池方向；再做連接處理，使進漿口與循環泥漿膠管末端緊密連接；若前述準備工作無誤，則啟用空壓機，開始二次清孔。

清孔結束后，用標準繩測量沉渣厚度以及泥漿指標，判斷是否達到要求，若有不足之處，則再次清孔、檢測，直至各項實測結果均滿足要求為止。

8.混凝土灌注施工

（1）樁徑是決定初灌量的關鍵因素，因此根據各樁體的樁徑展開計算，得到合適的初灌量，制備適量的漿液；準備8～10m3初灌斗，先做濕潤處理，用吊車將其吊運至孔口，調整好初灌斗的姿態，使其有效對準灌注導管，以便卸入混凝土，進行灌注施工。

（2）隔水塞采用的是球膽裝置，分階段操作：初灌前，向導管內放入隔水塞，蓋上導管口蓋板，開始倒入混凝土；灌注過程中，嚴格控制罐車出料口的位置，使其能夠對準灌注斗；罐車混凝土快速卸料，將混凝土轉至料斗內，完成初灌。為順利推進混凝土灌注施工進程，準備足量的預拌混凝土，連續灌注，期間根據施工進度適時拔管，使導管埋深始終穩定在2～6m。

四、結語

綜上所述，在超深鉆孔樁施工過程中，氣舉反循環是較為典型的方法，其具有較強的清渣能力，且操作便捷、經濟高效。通過本文的分析，提出氣舉反循環沉樁工藝的一些具體工作要點，希望可以給類似工程提供參考。