基于橋梁樁基鉆孔成樁反循環(huán)清孔技術(shù)分析

潘肇敏

（湖南省益陽(yáng)公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司，湖南 益陽(yáng) 413000）

隨著橋梁項(xiàng)目施工工藝的提升，越來(lái)越多的施工技術(shù)被應(yīng)用于橋梁項(xiàng)目施工當(dāng)中。但在鉆孔施工作業(yè)中，沖擊鉆鉆孔施工仍是最為重要的鉆孔施工形式，尤其在樁徑1.2m-2.5m 的樁基成孔中，經(jīng)濟(jì)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。但在施工實(shí)踐中，因?yàn)槠渑涮椎恼h(huán)清孔工藝缺陷，導(dǎo)致鉆孔清孔完成后常出現(xiàn)泥漿不達(dá)標(biāo)和泥漿中含砂率過(guò)高的問(wèn)題，因此文章分析水中樁基沖擊鉆施工氣舉反循環(huán)清孔技術(shù)，具有十分重要的理論意義。

1 正循環(huán)泥漿清孔機(jī)理

正循環(huán)泥漿清孔原理是通過(guò)泥漿管，將泥漿注入樁孔底部，將原樁孔內(nèi)泥漿擠出，在泥漿被向上擠出的過(guò)程中，會(huì)帶動(dòng)鉆孔作業(yè)產(chǎn)生的鉆渣、砂石等沉淀物，達(dá)到清孔的目的。

2 正循環(huán)泥漿清孔工藝缺陷原因分析

2.1 通過(guò)上述正循環(huán)泥漿清孔機(jī)理可知，原泥漿在新注入泥漿的擠壓下，被迫向上運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了向上的動(dòng)力，鉆渣等沉淀物在泥漿之中，因受到泥漿的浮力和粘結(jié)力的作用，跟隨泥漿向上運(yùn)動(dòng)。因此可知，泥漿對(duì)鉆渣等沉淀物的浮力、粘結(jié)力以及泥漿向上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，是影響清孔效果的主要因素。

2.2 試驗(yàn)表明，泥漿的粘結(jié)力和浮力由其粘稠度和密度決定，經(jīng)測(cè)量，鉆渣顆粒密度范圍在2.2-2.7g/cm3左右，因?yàn)殂@錘的沖擊、攪動(dòng)作用，絕大部分鉆渣會(huì)被包裹在泥漿中隨泥漿運(yùn)動(dòng)；在泥漿注入過(guò)程中，因?yàn)樽⑷肽酀{速度高、動(dòng)能大，理想狀態(tài)下原泥漿在新注入泥漿的擠壓作用下，會(huì)同時(shí)以較高速度和動(dòng)能包裹鉆渣向上擠出，最終流出樁孔。

2.3 施工實(shí)踐中，因清孔后泥漿粘度、密度變小，且向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受阻力等因素影響，動(dòng)力也越來(lái)越小，導(dǎo)致泥漿對(duì)鉆渣產(chǎn)生的浮力、粘結(jié)力和向上的動(dòng)力無(wú)法克服鉆渣的重力，因此泥漿向上擠出，鉆渣開(kāi)始懸浮，但一旦泥漿停止，鉆渣就會(huì)很快沉淀到孔底形成沉淀層。

2.4 試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，泥漿的膠體率是影響鉆渣沉淀速率的主要因素。但在鉆孔施工階段，除了開(kāi)孔施工作業(yè)時(shí)，會(huì)使用膠體率較高的粘土泥漿之外，其他時(shí)間大多使用鉆孔產(chǎn)生的泥漿，通過(guò)補(bǔ)充粘土造漿的方式，提升泥漿的膠體率，導(dǎo)致清孔后出漿口泥漿膠體率低于標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 通過(guò)泥漿性能檢測(cè)試驗(yàn)，當(dāng)泥漿的高度為20cm 時(shí)，沉淀完成所需時(shí)間約為2min。根據(jù)試驗(yàn)，可以推算出孔深為45m時(shí)，沉淀完成大約需要7.5h。工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出從結(jié)束2 次清孔到開(kāi)始澆筑樁基混凝土，大約需要30 分鐘，雖然這一段時(shí)間內(nèi)也會(huì)有沉淀產(chǎn)生，但基本可以忽略。

2.6 試驗(yàn)表明普通泥漿在混凝土的作用下變?yōu)檎吵頋鉂{的時(shí)間約為3h，這就導(dǎo)致混凝土灌注以后，因?yàn)檎吵頋鉂{阻礙而無(wú)法有效填充鋼筋籠外側(cè)空隙，造成樁基鋼筋籠外露病害。

3 改善措施

針對(duì)以上，本文給出了以下幾點(diǎn)措施：

3.1 可以通過(guò)泥漿泵動(dòng)力，提升泥漿泵注入流量，考慮改用反循環(huán)加大局部泥漿動(dòng)能，具有較強(qiáng)的操作性，并且技術(shù)簡(jiǎn)單，成本較小。

3.2 提高混凝土灌注速度。在工程實(shí)踐中，可以選擇生產(chǎn)、運(yùn)輸能力強(qiáng)的攪拌站，并做好現(xiàn)場(chǎng)施工組織工作。

3.3 提升泥漿性能。該方法技術(shù)簡(jiǎn)單，但因需優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土、烯酰胺等材料造漿，因此施工成本較高。

4 工藝改進(jìn)應(yīng)用實(shí)例

4.1 工程概況

某獨(dú)塔雙索面斜拉橋，為H 型塔柱，跨徑為149m＋149m，水面高程范圍175m±2m。主墩有水中樁26 根，樁徑D220cm，樁長(zhǎng)45m。巖土結(jié)構(gòu)為：0-2m 主要為松散細(xì)砂0-2m；2-4m 主要為中密卵石；4m 以下為灰?guī)r層，主墩樁基擬定為沖擊鉆孔方案。水中鉆孔平臺(tái)尺寸為60m×24m，如圖1。

圖1 鉆孔平臺(tái)布置方案圖（單位:cm）

4.2 清孔工藝設(shè)計(jì)

4.2.1 清孔工藝設(shè)計(jì)

結(jié)合本工程水文和地質(zhì)特點(diǎn)，鉆孔施作工序，采用正循環(huán)泥漿循環(huán)系統(tǒng)，但終孔后，再改用氣舉反循環(huán)清孔。工藝流程如圖2。

圖2 清孔工藝流程圖

4.2.2 泥漿正循環(huán)系統(tǒng)

采用鋼護(hù)筒制作泥漿桶，制作完成后，在泥漿桶底部，開(kāi)設(shè)一個(gè)尺寸為0.3m×0.3m 排渣門(mén)，讓泥漿由鋼護(hù)筒流向泥漿桶，方便清理鉆渣，鉆孔泥漿正循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 鉆孔泥漿正循環(huán)系統(tǒng)

4.2.3 氣舉反循環(huán)清孔

4.2.3.1 鉆孔施工階段，終孔前依然通過(guò)泥漿正循環(huán)清孔；終孔后，改為氣舉反循環(huán)清孔，直到滿足清水孔標(biāo)準(zhǔn)。主要設(shè)備材料為：1 臺(tái)12m3空壓機(jī)，?150mm 導(dǎo)管、?50mm 高壓風(fēng)管。

4.2.3.2 在氣舉反循環(huán)清孔作業(yè)過(guò)程中，因?yàn)榱髁枯^大，應(yīng)采取一定的措施預(yù)防塌孔情況的出現(xiàn)。為保證清渣效果，應(yīng)保持孔內(nèi)水頭壓力和水量。

4.2.3.3 要求鋼護(hù)筒務(wù)必入巖，鋼護(hù)筒布設(shè)施作，需沖擊鉆鉆入巖面以下1.0 米位置時(shí)，將沖擊鉆鉆頭提出，再次振動(dòng)鋼護(hù)筒。工程實(shí)踐表明，往往需要回填片石掃孔一次，然后再進(jìn)行復(fù)振，才可確保達(dá)到鋼護(hù)筒入巖的目的。

4.2.3.4 孔內(nèi)水頭壓力是影響清渣效果的重要因素，為保證水頭壓力和補(bǔ)水量，因大型水泵成本較高，而多臺(tái)水泵又需要布設(shè)較多管線，因此，本項(xiàng)目施工過(guò)程中，專門(mén)設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)易補(bǔ)水裝置，較好的保證了水頭壓力和補(bǔ)水量的需求。在鋼護(hù)筒經(jīng)過(guò)第1 次振搗作業(yè)下沉至巖頂面位置時(shí)，將補(bǔ)水裝置通過(guò)焊接的方式，焊接于水面下40cm 處的護(hù)筒側(cè)面，接著在護(hù)筒上開(kāi)設(shè)一個(gè)孔徑為?250mm 的圓孔。在補(bǔ)水裝置安裝完畢，復(fù)振鋼護(hù)筒，使水面沒(méi)過(guò)補(bǔ)水裝置頂部約20cm。

4.2.3.5 使用一根50m 長(zhǎng)的?150mm 鋼管插入孔低，吸取泥漿，在出口位置布設(shè)90°彎管；在進(jìn)行清孔作業(yè)前，需先向孔內(nèi)供水，再送風(fēng)清孔，補(bǔ)水門(mén)可以較好的保證孔內(nèi)水頭高度。補(bǔ)水孔如圖4。

圖4 補(bǔ)水孔方案圖(單位:cm)

4.2.4 實(shí)踐效果

4.2.4.1 清孔施作完工，孔內(nèi)泥漿接近清水，手搓無(wú)顆粒感，密度范圍在1.0-1.02g/cm3，孔底沉渣厚度為0mm。

4.2.4.2 反循環(huán)清孔作業(yè)用時(shí)僅需30min 左右，比正循環(huán)清孔作業(yè)所需用時(shí)縮短超過(guò)24h。

4.2.4.3 經(jīng)超聲波檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，所有樁均滿足Ⅰ類樁標(biāo)準(zhǔn)；鉆心抽樣檢測(cè)顯示，混凝土與巖石粘結(jié)程度較好，孔低無(wú)明顯沉淀層。

5 結(jié)論

本文結(jié)合某橋梁項(xiàng)目施工實(shí)踐，針對(duì)該項(xiàng)目的地質(zhì)特點(diǎn)，對(duì)該項(xiàng)目沖擊鉆鉆孔施工采用的正循環(huán)泥漿清孔存在的不足進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)終孔后改用氣舉反循環(huán)清孔，在顯著提高清孔作業(yè)效率的基礎(chǔ)上，有效解決了正循環(huán)泥漿清孔清孔不徹底、含砂量大的問(wèn)題，可為后期類似地質(zhì)條件的項(xiàng)目施工提供一定的參考。