市政橋梁樁基施工中反循環鉆成孔技術要點分析

姚冰峰

廣州機施建設集團有限公司 廣東 廣州 510000

引言

反循環鉆成孔是現代市政橋梁工程的一項重要施工技術，該技術的應用有效解決了孔壁易坍塌、成孔速度緩慢等多項問題，對橋梁樁基施工質量與基礎結構性能的提升有重要的現實意義。與此同時，反循環鉆成孔技術在實際操作過程中還需進一步完善，從而推動樁基施工質量的全面提升，保證橋梁結構安全。

1 工程概況

知識城信息南路橋梁工程位于廣州市黃埔區，橋梁跨徑為35m，跨越規劃塘面村河，左線橋兩岸橋臺均布置在迎水坡以外，右線橋東岸橋臺布置在迎水坡坡頂處、西岸橋臺布置在迎水坡以外。在本工程中，選擇設置雙排1m樁徑的鉆孔灌注樁作為基礎構造形式，按摩擦樁來設計鉆孔樁，采取泥漿循環鉆孔施工方法。

2 反循環鉆成孔技術概述

2.1 成孔原理

反循環鉆成孔技術采取提前制備泥漿并放入井底，控制反循環鉆機帶動鉆桿鉆頭保持旋轉狀態來切削地層，以此來強制破碎地層并按照泵吸反循環方式排除孔底沉渣與孔內泥漿的成孔方式，成孔期間憑借所注入泥漿來減小鉆頭鉆進摩阻力，在孔壁表面形成一層保護性泥皮。同時，當采取反循環鉆成孔技術在卵石層等復雜地層中開展成孔作業時，會明顯加快鉆頭鉆齒磨損量，需要頻繁更換鉆頭或使用定制鉆頭，施工單位應根據工程情況慎重選擇[1]。

2.2 成孔工序

反循環鉆成孔技術的成孔工序由鉆機對位、護筒埋設、鉆進成孔、成孔清洗、安裝鋼筋籠、灌注混凝土等步驟組成，各項步驟的施工重點有所不同。其中，鉆機對位是把反循環鉆機安裝就位、保持鉆桿鉆頭垂直狀態和控制鉆機位置偏差。護筒埋設是在樁位土層中設置鋼護筒或其他材質護筒，起到承擔外部土壓力、保證成孔作業得以順利開展的作用。鉆進成孔是在導孔內注入泥漿、啟動鉆機勻速開展鉆進作業。成孔清洗是在樁孔成型后清理孔底沉渣，避免因沉渣量過多而在后續出現樁身夾泥等質量通病。安裝鋼筋籠是在孔底中心部位固定放置鋼筋籠，也可選擇在孔內下放適當尺寸的鋼管柱，起到提高樁基結構剛度、增強承載性的作用。灌注混凝土是在孔內澆灌混凝土，待混凝土凝結硬化后成型樁基結構。

3 反循環鉆成孔技術在市政橋梁樁基施工中的應用要點

3.1 施工準備

考慮到反循環鉆成孔技術工藝復雜，涉及諸多方面，為保證成孔作業順利開展，要提前做好各方面的施工準備工作。例如，在材料制備方面，根據地層條件與成孔要求來制備泥漿，明確泥漿原料塑性指數、粒徑、粘粒含量、泥漿稠度與比重等性能指標要求，在泥漿制備后檢查性能是否達標，限期內將泥漿投入使用，以及在工程現場修筑儲漿池和泥漿沉淀池，便于泥漿臨時存儲與循環使用。

3.2 護筒埋設

護筒埋設要提前使用鋼板制成鋼護筒，清理護筒表面灰塵污漬，檢查護筒厚度與規格尺寸，護筒直徑要略大于樁孔孔徑，并在護筒上部開設溢漿孔。隨后，施工人員在各處樁位中吊放鋼護筒，保持護筒與樁位二者中心點的對準重合狀態，調節完畢后緩慢將護筒下落就位，重復檢查護筒位置與垂直度是否達標，及時調節偏位的護筒。最后，根據地層條件來確定護筒埋設深度，當護筒埋設在砂土層和黏土層時，分別把埋設深度控制在1.5m以上和1.0m以上，在護筒外側使用黏土分層回填、夯實。同時，當橋梁樁基施工地點位于水下時，則需要根據水位情況來調整護筒頂部標高和埋深值，要求護筒隔離外部水體，保持護筒內部環境的干燥狀態。

3.3 鉆進成孔

鉆進成孔期間，需重點掌握泥漿護壁、鉆桿接長、鉆速調節三方面的技術要點。第一，在泥漿護壁方面，提前向護筒內部注入泥漿，由泥漿來減小鉆頭鉆進阻力，一段時間后在樁孔孔壁表面形成保護泥皮。確定泥漿注入量達到一定標準后，啟動鉆機開展鉆進作業，并根據鉆進情況來實時調節泥漿注入量和注漿壓力值。第二，鉆桿接長方面，待首節或上一節段鉆桿鉆進完畢后，暫停成孔作業，施工人員清理孔內沉渣，在上一節段鉆桿接頭部位使用橡皮圈和法蘭盤來密封連接下一節段鉆桿，檢查鉆桿接頭部位是否存在滲漏情況，確定無誤后即可繼續開展鉆進成孔作業，重復上述操作，直至鉆頭抵達設計標高、完成剩余鉆桿接長作業。第三，鉆速調節方面，需要根據鉆進成孔期間鉆頭所穿越地層條件來實時調節鉆速，在鉆頭穿越成巖性較好的地層時適當降低鉆速，在鉆頭穿越成巖性較差的地層時則增加鉆速，避免因鉆速不合理而出現卡鉆、鉆頭過度磨損等問題。而在成孔質量檢查步驟，可選擇配備JJC-1D成孔檢測儀等設備，對樁孔位置、孔徑、孔深、孔壁傾斜度與完好性等多項指標進行逐項檢查，對照檢測結果與技術標準，確定成孔質量達標后，方可填寫終孔檢驗合格證，進入下道工序[3]。

3.4 清孔

在橋梁樁基施工期間，需要重復多次開展清孔作業。其中，首次清孔作業開展于成孔結束后，施工人員控制鉆頭向上抬升0.5m左右，向孔內持續泵入泥漿，在泥漿循環過程中帶動孔內沉渣向外排出，待樁孔內外泥漿的比重和稠度基本一致后，表明孔內沉渣得到有效清除，即可停止一次清孔作業，清除孔內泥漿，檢查孔底沉渣層厚度是否小于5cm。第二次清孔作業開展于鋼筋籠安放完畢后，同樣采取泥漿循環清孔方式，向孔內循環注入泥漿，通過泥漿來攜帶孔內殘留泥渣、垃圾雜物進入沉淀池內，直至孔底沉渣層厚度達標為止，也可選擇使用高壓空氣來清理孔內殘渣。

3.5 安放鋼筋籠

在安放鋼筋籠環節，施工人員提前檢查鋼筋籠規格尺寸與樁孔清孔效果，對質量不達標的鋼筋籠進行綁扎調節，并清理鋼筋表面殘留銹跡，避免后續因內部鋼筋銹蝕而影響到橋梁樁基結構性能狀態。確定無誤后，將鋼筋籠起吊至樁孔上方一定高度處，調節鋼筋籠位置與方位角度，緩慢將鋼筋籠下放至孔底中心點，下放期間保持鋼筋籠與孔壁安全間距，預防孔壁刮傷、保護泥皮剝落和鋼筋籠變形問題的出現。最后，待鋼筋籠就位后，重新調整鋼筋籠位置，將鋼筋籠固定在孔底，確保鋼筋籠不會在后續混凝土澆筑期間因沖刷力與浮力影響而出現偏位、上浮情況，并開展二次清孔作業。

3.6 混凝土灌注

在混凝土灌注環節，在現場安裝導管與儲料斗等配套裝置，清理導管內部殘留浮漿，檢查導管密閉性能，并在導管內部通水潤濕，避免混凝土漿料粘黏在導管表面。隨后，將導管下放就位，保持導管下口以及孔底0.4m以上的間隔距離，通過噴嘴持續向周邊灌注混凝土，嚴格控制混凝土灌注速度，根據混凝土液面高度上升情況來同步上提導管，待混凝土液面高度超過樁基頂部設計標高后，即可停止灌注作業、取出導管，盡可能一次性完成混凝土灌注作業。最后，清理孔口向外溢出的混凝土漿液，觀察一段時間混凝土液面狀態，在液面下陷時進行補灌處理，在混凝土臨近初凝時對表面進行抹壓處理，抹壓后開展保溫保濕養護作業，直至混凝土試塊強度達標，到達養護時間，即可完成反循環鉆成孔作業。

4 反循環鉆成孔技術常見的問題及解決措施

4.1 鉆頭脫落

鉆頭脫落是因鉆進成孔期間錯誤設定鉆速，在穿越堅硬巖石層時承受過大負荷導致鉆頭從鉆桿上脫落。同時，在鉆頭自身質量不佳、連接法蘭螺栓未擰緊以及鉆桿材質質量較差時，也可能出現鉆頭脫落問題。

針對這一問題，施工人員需要采取位置校正、鉆桿強化和優選鉆頭品種三項措施。首先，位置校正是在鉆進成孔期間定期對轉盤、固定鉆桿卡控、底座水平加以測量校正，將垂直度等參數的偏差值控制在允許范圍內，避免因誤差超標而引發鉆孔偏斜、鉆頭脫落等一系列問題出現。其次，鉆桿強化是使用高強度材料來制作鉆桿，必要時可選用鑄鐵加重鉆桿、在鉆桿上額外幫補高強鋼材，以及在鉆桿與鉆頭接觸面上使用高強螺栓進行固定。最后，優選鉆頭品種是根據現場地層條件來確定鉆頭品種，如在現場分布卵石層或漂石層的情況下，可以選用三翼筒鉆復合式鉆頭，由鉆筒、擋板、一二級鉆刀等部分組成，鉆進期間采取由點到面逐級破碎方法，既可以保持較高鉆進速度，還可以預防鉆齒破損、鉆頭脫落和鉆桿跳躍等施工問題出現[4]。

4.2 孔壁坍塌

在反循環鉆成孔施工期間，孔壁坍塌問題的形成原因包括泥漿稠度偏小、泥漿密度過小、鉆進速度過快、中途停鉆時間超標、鉆頭上提與鋼筋籠下放操作不當、混凝土灌注作業開展不及時等因素。在鉆進速度過快時，無法為孔壁泥皮的形成提供足夠時間，導致孔壁受到水土壓力而出現變形破損情況，常見于現場分布松軟砂層的市政橋梁工程。而在中途停鉆時間過長時，隨著時間推移，孔內水頭發生變化，最終降低水頭對孔壁壓力。

針對這一問題，施工人員需要圍繞孔壁坍塌問題成因，提前采取多項防治處理措施，如根據現場地質勘察報告來確定泥漿比重、泥漿黏度、鉆進速度、泥漿稠度等工藝參數，將護筒振動沉入水中、要求護筒底部穿過透水層，盡可能連續性完成鉆進成孔作業、嚴格控制中途停鉆時間，實時監控調節鉆頭上提速度和校正鋼筋籠下放位置。同時，針對已出現的孔壁坍塌問題，根據坍塌程度來選擇處理方法。例如，在孔壁輕微坍塌情況下，施工人員增加泥漿比重與泥漿水頭壓力值，即可修補孔壁、遏制孔壁進一步坍塌。在孔壁嚴重塌孔情況下，則需要在樁孔內回填砂類土或是添加水泥砂漿的黏土，待樁孔回填完畢后，在原位或是其他位置重新開展鉆進成孔作業[5]。

4.3 鉆孔偏斜

鉆孔偏斜形成原因包括鉆機垂直度偏差超標、鉆孔期間鉆機傾斜不穩、鉆進路線中分布大體積孤石、鉆頭穿越地層交界面時受力不均、鉆頭擺動等。例如，在橋梁樁基施工現場地表土層松散情況下，如果直接開展鉆進成孔作業，作業區域現場土層在施工擾動和鉆機自身重量等作用力影響下，會產生一定程度的沉降量，導致鉆機底座水平狀態受到影響，因鉆機垂直度偏差超標致使鉆孔偏斜。

針對這一問題，施工人員需要采取提前硬化平整場地、鉆架中額外設置導向架、保持轉盤與底座水平及護筒中心在相同直線中、鉆頭穿越地層交界面時適當降低鉆速、鉆進期間持續測量鉆孔偏斜度并校正鉆桿等防治處理措施。如果鉆孔偏斜度超過1%，則在偏斜部位回填、夯實砂黏土，待鉆桿復位后繼續開展鉆進成孔作業。

5 結束語

綜上所述，為確保反循環鉆成孔技術功能效用得到充分發揮，順利實現市政橋梁工程建設目標。施工單位應提高對反循環鉆成孔技術的重視程度，深入了解成孔原理與工序流程，全面掌握技術操作要點，嚴格把控各施工環節作業質量，并采取相應處理措施來預防鉆頭脫落、孔壁坍塌、鉆孔偏斜等常見工藝問題的出現，為我國橋梁事業發展保駕護航。