流沙地質條件下大直徑超深樁基施工關鍵技術

摘要：文章以某大橋流沙地質大直徑超深樁基施工為例，介紹了一種快速正反泥漿循環系統，即利用空壓機作為動力系統，利用止水蓋實現正反循環快速轉換。在施工過程中正循環可以將沉渣快速懸浮，反循環可以將攜渣土的泥漿循環，最終達到沉渣清除的效果。經檢測，使用快速正反泥漿循環施工工藝的樁基均實現了“零”沉渣，為該類工程提供經驗借鑒。

關鍵詞：流沙地質；大直徑超深樁基；沉渣；清孔；正反循環

中圖分類號：U443.15 A 44 154 3

0 引言

鉆孔灌注樁通常采用旋挖鉆機配合泥漿護壁施工。其中清孔是樁基的一個重要施工工藝，底部沉渣是否清理干凈直接影響灌注樁的成樁質量。在施工中一般有兩種清孔方法可做選擇，換漿正循環法和換漿反循環法，這兩種循環法清孔各有優劣［1-5］。在流沙地質條件下的大直徑超深樁基施工中，由于地質情況、樁基長度等因素影響，清孔存在沉渣過厚，泥漿循環不徹底等問題，易導致樁基成樁不能達到預期效果的問題。本文以南寧某大橋樁基施工為例，分析了在流沙地質條件下大直徑超深樁基清孔施工工藝。

1 工程概況

某大橋為鋼管混凝土下承式系桿拱橋，跨徑為320 m，主拱采用鋼管混凝土桁式結構。主橋采用墩臺加群樁基礎，承臺尺寸為21 m×10 m×5 m，群樁共32根，樁徑為2.5 m，樁長為50～60 m。受舊橋影響，基坑開挖深度最高達17 m。橋址區地質情況較為復雜，含有黏土、粉砂、卵石、強風化硅質灰巖等不同土層。

2 泥漿循環系統

旋挖鉆配合泥漿護壁進行鉆進施工，成孔后底部存有鉆渣，采用泥漿循環系統對底部沉渣進行清理即為清孔工藝。采用泥漿循環，現場須配備泥漿池或者泥漿箱，泥漿從儲存區到孔內通過泥漿泵進行泥漿交換，反復用泥漿循環，孔中的鉆渣、土粒等隨著泥漿液的交換排出，從而達到清孔的目的。

2.1 正循環系統

正循環系統是通過泥漿泵將泥漿注入導管中，泥漿相對密度為1.03～1.10，泥漿從導管底部擠出，攜帶鉆渣后進入導管與孔壁形成的環形空間上返，從孔口溢出，從而達到沉渣外溢的效果［2］。

正循環原理是鉆渣因密度小于泥漿，在泥漿沖刷時與泥漿混合而自浮于泥漿中，隨著泥漿升高至孔頂排出。該循環法的優點就是隨著鉆渣的混入，泥漿的濃度也越來越大，濃泥漿可以有效保護鉆孔護壁，不易發生塌孔現象。這適用于流沙地質情況下的樁基施工。缺點則是鉆渣自浮于泥漿中也會沉淀下去，導致泥漿反復沖刷鉆渣，清孔效率低，耗時耗材。原理見圖1。

2.2 反循環系統

反循環是通過空壓機將空氣注入導管，使泥漿從底部向上吸出，泥漿攜帶鉆渣從孔底順著導管從導管口溢出，從而達到清理沉渣的效果。

反循環系統原理是利用空壓機里的壓縮空氣，將壓縮空氣與泥漿混合在一起，形成一種密度小于泥漿的漿氣混合物，通過密度差形成的壓力差，使得導管內的泥漿從底部往上涌出［4］。因為樁基直徑較大，這就使得導管內的斷面積遠遠小于導管外與樁壁形成的環形面積，便形成了流速快，流量大的反循環，將沉渣從底部快速吸出，排出導管外。由于返漿速度快，反循環施工可以高效地清除底部沉渣且較大渣塊也能有效清理，這是其優點。缺點則是流量過大，對孔壁造成的影響較大，容易發生塌孔現象。原理見圖2。

2.3 正反循環快速轉換系統

在流沙地質的大直徑超深樁基施工過程中，先是采用傳統反循環系統進行清孔，然而在驗孔時發現底部沉渣仍然較厚。綜合實際情況分析討論后，采用了一種正反循環快速轉換系統進行清孔作業。

采用的正反循環快速轉換系統設備同反循環清孔設備相同，在導管頂部增設一個止水蓋。首先是正循環使底部沉渣與漿液混合，將止水蓋關閉，通過空壓機將空氣注入導管內部，由于導管口已被止水蓋封住，空氣只能往導管下部擠壓，這時底部沉渣也會因為空氣的注入而被攪動，使泥漿與沉渣充分混合在一起，形成正循環，見圖3。

正循環時間不宜太久，待底部沉渣與漿液充分混合后（見圖4），迅速打開止水蓋，整個循環系統發生變化，這時導管內部形成的漿氣混合物與底部泥漿與鉆渣混合物形成壓力差，泥漿從導管底部往上快速吸出，排出導管外，形成反循環，見圖5。

通過止水蓋的開關快速完成了正反循環系統的轉換，既增加了泥漿的濃度，有效保護了孔壁，同時也實現了快速深層清孔的效果。

3 深沉渣施工技術

3.1 終孔驗收

旋挖鉆鉆機顯示標高和鉆桿長度達到設計要求后，立即準備下一步清孔工作。

3.2 正反循環快速轉換清孔

采用埋置式泥漿系統，該系統由造漿池、儲漿池、沉淀池、泥漿回流管道、泥漿泵及泥漿泵管等組成。

導管下放前，注意檢查密封性，確保導管密封不漏氣。將導管下放至距孔底10 cm處，若沉渣高度超過1 m，則保證導管距沉渣面以上10 cm，待沉渣減少再逐步加長導管。

將塑料風管和空壓機安裝好，并接入導管的空壓機接口位置。

先將止水蓋封閉，空壓機進行送氣，風量由小至大，此時泥漿形成正循環將孔底沉渣與泥漿充分被攪動混合在一起，經過試驗表明正循環持續一段時間效益達到最高。試驗結果見圖6。

由圖6試驗結果可得，根據樁底的沉渣厚度選擇正循環的持續時間，正循環結束后迅速打開止水蓋，循環系統快速轉換為反循環。底部鉆渣與漿液混合物通過負壓從導管口吸出，此時泥漿與沉渣混合導致比重較大不易循環，則可邊清渣邊加合格泥漿，直至沉渣和泥漿指標滿足要求。反循環排出。

4 檢測結果

通過上述深沉渣施工，該項目實測清渣效果良好，現場循環泥漿性能均滿足規范要求。實測數據見下頁表1。

在流沙地質下也未出現塌孔現象，大直徑超深樁基成孔質量均為一類樁。

5 結語

本文以某大橋樁基施工為例，分析了流沙地質下大直徑超深樁基關鍵技術，得到以下結論：

（1）通過設置封閉止水蓋，實現泥漿正反循環快速轉換。

（2）通過正循環實現沉渣快速懸浮，通過反循環實現沉渣全面清除。

（3）根據樁基完整性檢測結果得知，該泥漿循環施工方法可實現樁底零沉渣，可為日后類似的病害處置提供經驗。

參考文獻

［1］章 勇.正循環換漿清孔法研究［J］.考試周刊，2009（26）：239-240.

［2］周洪川.鉆孔灌注樁正反循環法清孔工藝比較研究［J］.中國水運（下半月），2008（5）：215，217.

［3］韓 冰.超長大直徑樁基施工中的旋挖鉆機成孔技術［J］.交通世界，2019（8）：110-112.

［4］李育軍.論鉆孔灌注樁反循環工藝的原理及施工建議［J］.中小企業管理與科技，2009（33）：208.

［5］崔宏柏.鉆孔灌注樁正循環與反循環實例分析比較［J］.中國標準化，2018（8）：137-139.

收稿日期：2022-12-20