正反循環超長鉆孔灌注樁施工技術研究

江云娥

（華神建設集團有限公司，浙江臺州 317500）

0 引言

隨著經濟建設的發展，特別是沿海地區經濟發展的需要及人口的不斷增多，土地資源匱乏情況日益嚴重，大量的工程會在沿海或者沖積平原進行建設。然而這些區域都有大量淤泥或淤泥質土等軟土的存在，含水量高，因而地基處理就變得比較困難。而各類樁基礎，特別是鉆孔灌入樁，其秉承著承載特性好，對地質條件問題有著較高的適應性以及施工操作簡便并且施工效率高等優點，在各類建筑中都獲得了越來越廣泛的應用[1-3]。

對于百米左右的超長基樁，由于其樁身長度較大，往往在特殊的施工條件下由于施工難度大，會出現單次成孔效果不好，孔位精確度不高，并且可能會出現漿液外漏等難題，使得施工效率不高。此外，由于在施工過程中需要大量的泥漿對護壁進行處理，造成質量不容易控制，排出泥漿容易造成環境污染，并且鋼筋籠吊放及定位難度大，灌注混凝土時容易產生鋼筋籠造成上浮，影響成樁質量。針對所面臨的問題，總結先前案例及經驗，有必要對其進行研究。

1 技術原理

本技術利用大扭矩鉆機通過正反循環相結合的方法鉆孔進行大直徑成孔[4]，依靠正循環吸泥挖孔至鋼護筒底部6m 左右位置，剩余樁長采用反循環吸泥成孔。鉆孔施工采用大型配重及擋圈型扶正器鉆進成孔技術，大配重及扶正器，利用重力原理，增加鉆頭自重，使它不容易偏向及左右擺動，達到垂直下放，再用扶正器保證兩點一線的直線方向下鉆，既保證進尺的前提下又減小斜孔的發生。采用多級腰帶排渣鉆頭，此設備能夠提高成孔的效率，另一方面，降低了灌注樁樁底的沉渣量，從而有限的提高樁基礎的承載特性。鉆孔泥漿循環系統通過將孔底攜帶鉆渣的泥漿泵送至地表泥漿池，經廢渣過濾網過濾，沉淀池沉淀，泥漿處理機處理三級沉淀凈化處理后循環至鉆孔內，減少了造漿量，同時可將泥漿中的鉆渣及時分離出去，保證泥漿為優質泥漿，以保證出護筒時的孔壁安全，保護孔壁免于坍塌。超長鋼筋籠吊放與定位裝置固定在施工平臺上，通過對升降和H 型拉壓抗浮這兩個裝置的精確控制，從而實現鋼筋籠的精準定位，同時可有效防止鋼筋籠上浮。

2 工藝流程與技術特點

2.1 工藝流程

施工技術流程如圖1 所示。

圖1 施工技術流程

2.2 技術特點

在工程實際中，100m 左右的超長基樁其樁身長度較大，在施工時常面臨各種困難，為了克服難關，就需要對現有技術進行改進。該技術采用多級腰帶排渣鉆頭，通過較大配重及扶正設備，對鉆頭附加額外重量，使其能夠更加精確定位所在位置。另一方面，由于在鉆頭的底部具備有沉漿吸附口，能夠有效的將雜質排出，從而提高施工效率，加快施工進程[5]。同時該技術具備鉆孔泥漿循環系統，可減少造漿量，同時可將泥漿中的鉆渣及時分離出去，保證泥漿為優質泥漿，以保證出護筒時的孔壁安全，保護孔壁免于坍塌。此外，通過對升降以及H 型抗浮拉壓這兩個裝置的精確控制從而實現超長鋼筋籠的精準定位，也可有效防止鋼筋籠上浮，該結構加工簡單、安裝方便，拆除靈活可以有效提高周轉利用率。

3 操作要點

3.1 施工準備

施工現場按照工點工廠化布置，施工區域進行臨時圍擋，區域劃分為：樁基作業區、鉆渣堆放區、泥沙分離區、泥漿池、吊裝區、鋼筋籠堆放區、導管堆放區、臨時材料堆放區等。泥漿池設置于邊跨投影區，泥漿池規格30m×20m×2.5m。中間設置隔離，分儲漿池以及沉淀池等。

施工作業過程中，在施工場地確定好樁位中心，標記點用油漆進行確定。鉆孔設備運行時，需要將設備中心與場地樁位中心位置相重合，以此確保定位準確。另外，在進行施工中，需要確定好鉆孔平臺的標高，從而以此作為基準進行孔底鉆深的把控，在結束時核查護筒頂部標高。

3.2 埋設護筒

埋設護筒時采用十字定位挖埋法或振動下沉法埋設，護筒埋設前，在護筒四周打設4 根樁位護樁，護樁埋深不少于0.5m，護樁的連線交點應與放樣的樁位中心線吻合，等到護筒埋設完成以后，在用油漆將護樁點標示在護筒邊上，從而在作業進行中動態檢查鉆孔設備與樁位布置的情況。護筒埋設應準確、穩定，護筒與樁孔這兩個位置中心應滿足垂直和橫向偏差的要求，護筒采用8m 長護筒，單臺旋挖機配備2 個護筒，確保施工進度。護筒周圍用黏土搗實，確保護筒埋設牢固。在混凝土澆筑完成后將護筒拔除。

3.3 泥漿制備

樁基作業面與泥漿池間通過管道連接，形成一個封閉的泥漿循環系統，即孔內的供漿由循環池（或造漿池）內的泥漿泵將泥漿抽吸入供漿管道，輸送至孔內，滿足孔內泥漿需求；孔內泥漿通過泥漿泵抽排入排漿管內，經泥砂分離機分離后，輸送至循環池。

制備泥漿的材料主要包有優質膨潤土、水和添加劑（純堿等），泥漿配合比按下表配制，并根據實際情況加以調整，造漿后應試驗全部性能指標，鉆進中應隨時檢驗泥漿比重和含砂率。

3.4 鉆進成孔

3.4.1 鉆頭選型

通過將安裝有重型六翼刮刀和滾刀這兩種鉆頭在進尺速率以及拆除所需時間上進行綜合比較不難發現，刮刀類型雖然在覆蓋層作業時挺進較快，但當地質條件改變時，地質層為巖石層就需要進行改換鉆頭，從而導致施工效率降低。因此，在面對這兩種地質層問題下，使用滾刀型鉆頭進行施工。在首次鉆孔作業時先后進行焊齒滾刀型的鉆頭（沒有排渣孔，易胡鉆）、三翼刮刀鉆頭、簡式鉆頭（減小鉆齒磨損，巖層比較好）、四翼重型刮刀鉆頭等不同鉆具，效果均不理想。在總結旋挖和正反循環鉆機的鉆孔工藝基礎上，采用旋挖鉆機截齒加工多級腰帶排渣鉆頭進行施工。

3.4.2 鉆孔作業

在鉆孔作業中，首先，將鉆孔機的鉆斗置于地面上，并對儀器進行清零操作。其次，如實記錄鉆孔設備上鉆頭的原始位置，并在儀器上觀察鉆孔的當前位置。通過顯示器上的數據，操作人員可以監測鉆孔的實際工作位置以及每次進尺位置和孔深位置，并進行相應的鉆孔作業。在鉆孔作業過程中，通過主界面上的3 個虛擬儀表設備，可以實時監測液壓系統的工作狀態。開孔過程鉆斗的自重和對其加壓作為鉆進的動力，進尺形柱代表著長條和短條分別代表著動態鉆頭鉆進過程以及當前鉆孔孔深。當鉆斗擠壓后內部充滿殘渣，將其提出地表，操作回轉操作手柄使機器將鉆渣轉到儲渣池內，用挖機將鉆渣裝入運渣車運至場外。結束后，可通過智能操作或者是人工操作儀器完成位置復原。為了多次檢測鉆孔垂直精確度，以此來保證鉆孔達到工程要求，就需要鉆孔設備上三軸控制系統進行校核。同時，鉆孔作業中進尺情況需要根據地質條件進行調整，例如，如果地質層由硬到軟，可提高鉆孔速率，相反，就需要降低速率。另外，如果鉆孔過程中面臨著孔徑容易坍縮的地質層情況，需要根據現場實際進行多次掃孔；對淤泥、黏土層采用快轉速鉆進，以提高鉆進效率；而對于地質條件為粉砂質層則應該減小速率或者是提高漿體比重。鉆渣要及時運出工地，運至灰土拌和站用于灰土填筑，廢物利用以達到環境保護的要求。

3.4.3 成孔檢測

當鉆機成孔后，先用測繩進行孔深檢查，測繩采用鋼絲測繩，鋼絲測繩使用前應進行檢查；探孔時，需要用探孔設備檢查開孔直徑以及垂直精確度等是否滿足工程要求。探孔設備選擇JJC-1D 灌注樁成孔檢測儀，自檢合格后，報驗監理工程師，經監理工程師確認后，方可提鉆進行清孔。

3.4.4 一次清孔

在成孔檢測確定成孔垂直度無誤后開始一清，樁徑較大時，因孔深較深故采用氣舉反循環配合泥沙分離器清孔，清孔過程中由于孔徑大，孔深深，但導管直徑小，所以清孔過程中要旋轉導管以便于每個位置都可以清到位，清干凈。

3.4.5 吊放鋼筋籠

鋼筋籠的吊放采用吊放與定位裝置，首先在施工場地上將升降設備精確把控后進行固定，之后將整體支撐鋼架進行搭接，調整鋼筋籠與設備間的垂直導向度，然后將鋼絲繩固定好特定位置并且將繩索與鋼筋籠頂端連接，從而進行鋼筋籠的吊放，吊放過程中，需要把控精準度以此保證施工順利。

3.4.6 導管安裝

導管由厚度為4mm 鋼管制成，螺紋接頭上的螺紋絲牙采用平口型。導管施工時，其尺寸應符合要求，具體尺寸為：長150m，內徑28m，節段長3m，底節長4m，灌筑前導管懸空控制區間為40～60cm，期間為保證混凝土灌注的流暢性，導管埋深為2～6m。

為了測試導管性能，在使用前進行水密性試驗探究，注意的是，試驗環境下的水壓不要低于孔內水壓的1.3 倍，另外也不應該低于導管壁和焊接縫所能接受混凝土注入的最強水壓的1.3 倍。

3.4.7 二次清孔

導管擱置完成后進行二次清孔，在清空過程中時刻檢查情況，并及時將較好的泥漿注入護筒內，清孔結束經監理工程師現場檢驗，檢驗泥漿指標、沉渣厚度、孔深是合格，當達到要求后，移出導管和清泥彎頭，之后進行下一步施工。

3.4.8 灌注水下混凝土

（1）首次水下混凝土灌輸。為了灌輸封底混凝土，常常采納拔塞法。將塞子固定在鋼絲繩，起重機的掛鉤上掛著鋼絲繩。漏斗也被懸掛在起重機鉤上，通過另一把較短的鋼絲繩。當進行封底灌輸時，提升塞子一定高度而不影響小料斗，可以增加壓差，使混凝土更易灌輸。當堵塞發生時，也提升漏斗可以增大壓差，有助于混凝土下落。以大料斗為例，當料斗內部的混凝土量達到封底量后，開啟放料口供小料斗使用。當小料斗幾乎被灌滿混凝土時，應立即取出塞子，以便混凝土沿著導管下落。同時，混凝土罐車應不間斷地通過小料斗和導管灌注至水下，以完成首次混凝土的注入。

（2）連續水下混凝土灌輸。在完成首次混凝土的灌輸后，混凝土可以直接通過小料斗和導管的方式注入水下，確保整個樁體順利施工。混凝土在陸上混合并由混凝土罐車運輸至注入點。在澆注混凝土之前，現場實驗室需要對每一輛車進行混凝土坍落度的檢測。混凝土必須符合規定的標準才能進行灌注。如果混凝土不符合要求，則應退回混合攪拌站進行調整。在混凝土注入過程中，應保持護筒內泥漿面高于水位1m。另外在混凝土注入時，還應定期測量混凝土面的高度以確保導管的埋深把控在2～6m。如果導管埋得太深或太淺，則需要及時拆除導管。此外為了保證樁頂混凝土強度達標，在混凝土的澆灌過程中，頂面澆筑要超過一定的高度，大約比設計要求高出0.5～1m。混凝土灌注過程中按要求認真做好記錄。孔內由混凝土置換出來的泥漿經連通管流入另一幅鉆孔鋼護筒或者泥漿池回收利用，對于混凝土澆至樁頂以上部分含有水泥漿的廢漿不能回收再利用，運至指定位置清理。

（3）待混凝土澆注將要完成時，確定所需混凝土澆筑量的多少以此檢驗其高度是否達標，待達到工程要求標高后，應當將混凝土管拔出，完成這一階段的施工。

4 結語

本文對正反循環超長鉆孔灌注樁施工技術進行研究，對于施工作業時所面臨的難題提出該技術的優勢，具體總結以下3 點。

（1）該技術采用多級腰帶排渣鉆頭，通過較大配重及扶正設備，對鉆頭附加額外重量，使其能夠更加精確定位所在位置。另一方面，由于在鉆頭的底部具備有沉漿吸附口，能夠有效的將雜質排出，從而提高施工效率，加快施工進程。

（2）本技術采用鉆孔泥漿循環系統，可減少造漿量，同時可將泥漿中的鉆渣及時分離出去，保證泥漿為優質泥漿，以保證出護筒時的孔壁安全，保護孔壁免于坍塌。

（3）本技術對鋼筋籠安置所需設備進行改善，通過對升降和抗浮拉壓這兩種設備的精準把控，從而實現鋼筋籠的精準定位，同時可有效防止鋼筋籠上浮，該結構加工簡單、安裝方便，拆除靈活可以有效提高周轉利用率。