混凝土灌注樁鉆孔技術在國際工程的應用研究

王彥軍

中國能源建設集團天津電力建設有限公司 天津 300380

在工程建設領域，灌注樁鉆孔為常用施工方法，其主要設備涉及到旋挖鉆機、沖擊鉆機、回轉鉆機，不同設備對于不同地質底層，在適用性上具有較大差異。特別是對于國際工程而言，引起對于施工質量有著更高的要求，一旦出現質量問題將為承建單位、施工單位造成嚴重經濟損失。因此，深度探討灌注樁鉆孔技術在購機工程中的應用要點，是確保發揮灌注樁鉆孔施工技術優勢以及國際工程施工質量的高價值研究行為。

1 國際工程特點

相比國內工程建設項目，國際工程的特點集中于管控難度大、文化差異、環境條件三個維度。首先，國際工程項目距離遙遠，承建單位總部設立于國內情況下，對于施工質量的遠程管控難度較大。較遠的距離以及無法面對面協調，極易出現信息不對稱問題，繼而為施工進度、質量的保證帶來阻礙。其次，就國際工程項目而言，項目主體往往來自不同國家，故不同主體的價值觀、行為標準、始終規則以及質量要求存在諸多差異，這些差異問題又會間接導致不同項目主體對于項目管理方法、管理工具上難以協調，經常出現各主體之間難以相互難以理解、頻繁發生糾紛問題，而這其中最多的問題便是質量問題。最后，相比國內工程，施工單位、建設單位在海外施工需要面對來自社會政治、經濟、法律制度與施工管理思想的差異，這些差異往往會導致施工質量無法匹配業主要求、施工進度因各種原因延長。

基于對國際工程特點的分析，可得知若要確保國際工程順利實施，且施工質量滿足海外業主的要求，必須采取正確的施工機具、應用正確的施工技術來保障質量達到要求。特別是樁基施工方面，作為建筑工程項目關鍵環節，只有基于合理的機具、技術達到建設質量，才可規避國際工程實施階段不同主體因質量問題所引發的各種糾紛、矛盾[1]。

2 混凝土灌注樁鉆孔技術的重要性分析

作為建筑工程中的關鍵技術，灌注樁鉆孔質量優劣，直接影響整個建筑工程質量。首先，一旦灌注樁鉆孔質量無法滿足要求，輕則對建筑物使用功能、外觀帶來影響，重則可能對未來建筑物使用者的生命財產造成威脅。特別是國際工程項目，一旦出現項目質量問題，其造成的經濟損失遠遠超出國內項目。其次，鉆孔灌注樁技術噪音低、振動小，可實現復雜地基上的靈活應用，但是其具有施工隱藏性強、施工難度大的特點。與此同時，灌注樁鉆孔階段通常會受到工程地質水文條件帶來的影響，因此只有高度重視對施工機具、施工方法的選擇，才可確保灌注樁鉆孔質量滿足購機工程高質量要求。再次，混凝土灌注樁鉆孔技術在施工過程中確保了工程的安全穩定。通過鉆孔技術，可以對土層進行勘探分析，了解地質條件，選擇合適的樁基礎形式和施工參數。在鉆孔過程中，需要嚴格控制孔徑和孔壁的牢固度，以及樁周土壤與孔壁的黏結狀況，確保孔壁的堅實性和穩定性。同時，利用鉆孔技術還能夠避開地下管線和其他障礙物，減少工程施工風險，保證工地的安全環境。最后，混凝土灌注樁鉆孔技術對于項目效益也具有重要意義。鉆孔技術可以在土壤條件復雜的情況下，實現局部地質情況的調整，提高樁基施工的靈活性和適應性。相比傳統的基礎形式，混凝土灌注樁能夠減少樁周土方開挖量，降低土方處理成本，節約施工[2]。

3 混凝土灌注樁鉆孔技術在國際工程的應用研究

3.1 國際工程項目概況

A項目為再熱凝汽式汽輪機發電機組建設項目，項目規模為2×610MW，項目鍋爐組建采用亞臨界阻燃循環、一次中間再熱燃油箱型汽包鍋爐。B項目同樣為汽輪機發電機組建設項目，采用設備為一臺SST5-4000F汽輪機結合兩臺西門子SGT5-4000F聯合組成循環機組，同時配備SGT 4000F級雙燃料燃機發電機機組匹配的臥式、自然循環、兩級補燃余熱鍋爐。目前，A項目已投產，B項目已實現并網發電。

A項目與B項目工程設計方面，均采用灌注樁形式開展裝機施工。表1為A、B項目灌注樁設計信息：

3.2 項目地質條件

A項目、B項目地質條件基本相同，項目選址以粉質黏土為表層，為軟塑～硬可塑性質，集中在2m～3m。第二層為粘土、洗砂層，分別為可塑～硬塑性質，中密～密實/非常密實性質，黏土層局部夾砂。細砂方面局部含有粘性土，細砂層下則為高度密實硬質硅砂層，承載力良好。

3.3 鉆機設備概況

施工階段，A項目灌注樁施工期間使用正循環回轉鉆機實現成孔施工，B項目因受到施工前期準備階段的一系列因素影響，早期灌注樁施工采用旋挖鉆機。施工階段，施工單位發現旋挖鉆機不適合應用于大型樁基工程項目對于進度、造價以及施工質量要求，隨后將旋挖鉆機改為反循環回轉鉆機[3]。

3.4 不同鉆機在工程中的適用性研究

3.4.1 施工工藝

正循環回轉鉆機、旋挖鉆機、反循環回轉鉆機設備施工工藝基本一致，但區別在于成孔階段與清孔作業。其中，正循環回轉鉆機、反循環回轉鉆機施工，是基于一般地質鉆機在泥漿護壁的條件下緩慢鉆進，基于泥漿排渣成孔，隨后開展混凝土灌注作業成樁，這一施工方法在我國十分常用。就正循環回轉鉆機、反循環回轉鉆機施工階段的循環方式而言，正循環回轉鉆機施工階段，水或是泥漿自鉆桿進入到孔內，自井口流程，鉆渣會隨著泥漿上升至孔頂從而排出。在此過程中，鉆渣數量逐漸增加，泥漿濃度亦隨之提升，同時鉆渣沉淀問題會造成重復碾磨問題，對施工效率具有一定影響。反循環回轉鉆機施工期間，泥漿與水從自井口流入，自鉆桿吸出，吸出股從衡中會夾帶鉆渣循環泥漿，同時自孔頂補充泥漿，以對孔內液面做出保障，實現孔壁穩定性控制。此外，使用循環回轉鉆機，會將泥漿泵設置在地面以下部位的泥漿池內，通過碎石調整高度來保證排漿口始終完全淹沒于泥漿液位之下。反之，采用反循環回轉鉆機施工，泥漿泵設置于地面以上，故施工前需要使用相關機具將泥漿泵抽真空。

清孔是影響灌注樁鉆孔的重要因素。本次A項目使用正循環清孔形式，其基本原理為基于鉆桿或是導管將泥漿注入孔底，帶動孔底鉆渣等沉淀物上浮。重力作用之下，泥漿內砂礫等各種沉淀物會出現下沉趨勢。當泥漿泵流量偏小，會造成顆粒較大砂礫懸浮在一定高度。倘若將泥漿循環速度或是泥漿濃度加大，方可將較大沉渣顆粒順利排出孔外。施工期間，為比年孔中的泥漿水頭過小，需要施工單位及時使用泥漿泵將優質泥漿向孔內沖入，以此形成循環系統。清孔效率方面，A項目采用正循清孔形式，單孔清孔時間在2h～4h范圍內，經常無法徹底清理孔底10cm以內的鉆渣。經分析，導致這一問題原因在于清孔期間受到泥漿泵排量以及循環速度的限制，并且加大泥漿比重也無法達到最佳效果。B項目內，氣舉反循環清孔時間在1h左右，大塊沉渣、亂石均可清理至孔外，有著較好的效果。

3.4.2 適應條件與施工成孔速度

對A項目、B項目的正循環回轉鉆機、反循環回轉鉆機以及B項目前期使用的旋挖鉆機進行適用條件、成孔速度對比。具體見表2。

表2 不同鉆機設備適用條件與成孔速度

3.5 鉆機選擇方法

對海外工程灌注樁鉆孔設備進行選擇，應綜合考量施工工藝、清孔、施工條件以及施工局限性。基于前文對正循環回旋鉆機、旋挖鉆機與反循環回旋鉆機在各維度的對比。首先站在施工工藝角度，正循環回轉鉆機施工、反循環回轉鉆機施工效率以及經濟性高于回旋鉆機施工，故可排除回旋鉆機。正循環回旋鉆機鉆孔階段因鉆渣襯墊問題會造成施工階段大量無用功操作，需要設置泥漿泵、泥漿池。反循環回旋鉆機鉆孔施工，盡管需要將泥漿泵設置在地面之上，施工前采取抽真空操作，但可有效降低鉆渣重復碾磨作業，相比正循環回旋施工有著更高的效率。

站在清孔角度考慮，A項目所使用的正循環清孔形式，孔內泥漿中砂礫等沉淀物會在重力作用之下下沉，需要提升泥漿循環速度與泥漿濃度排出較大沉渣客流，B項目反循環回轉施工下采用的“氣舉反循環”，基于大氣壓作用可有效將汽水混合物排出管外，但為保證泥漿水頭需要面向孔中送入優質泥漿繼而打造循環系統。清孔效率，正循環清孔單孔平均2～4h時間成本，且孔底10cm以內鉆渣難以徹底清理，“氣舉反循環”清孔時間在1h左右，且大塊沉渣與亂石可良好處理。

適應條件與成孔速度對比下，反循環回旋施工相比正循環回旋施工，可有效應對密實土層、礫石與巖層，能夠克服正循環回轉施工存在的短板，在施工局限方面，B項目的反循環施工方法水資源消耗量大，且需要專門處理、運輸泥漿，然而相比A項目需要設置泥漿沉淀池、泥漿槽以及占地面積大、環境影響大的缺點，反循環回旋施工方法更值得使用。在應用反循環回旋鉆機階段，主要技術要點第一在于鉆具的選擇，反循環回旋鉆機在鉆孔時需要使用一系列的鉆具，包括鉆頭、鉆桿和套管等。鉆具的選擇要充分考慮所鉆地層的性質和鉆孔參數的要求，以避免發生卡鉆、轉套管等問題。第二在于循環系統的控制，施工人員要充分了解泥漿特性，并通過管路的設計和泥漿的控制，對泥漿進行過濾、維護和保護，盡可能保持泥漿的穩定性和流變特性，以保證循環系統的正常運行。第三是動力系統的維護，反循環回旋鉆機需要配備動力系統支持，保證鉆進時的動力和原材料供應。因此，動力系統的維護和保養工作是至關重要的，包括冷卻系統、空氣濾清器、潤滑系統的維修和更換。

3.6 混凝土灌注樁鉆孔技術應用成果分析

對A項目、B項目鉆孔灌注樁施工成果進行單樁豎向抗壓靜載試驗，試驗結果見表3、表4。

表3 A項目施工結果單樁豎向抗壓靜載試驗結果

表4 B項目施工結果單樁豎向抗壓靜載試驗結果

基于表3、表4單樁豎向抗壓靜載試驗結果，可得A項目、B項目沉降量均在可接受范圍之內，但B項目采用反循環回旋鉆機開展鉆孔施工，裝機載力質量明顯優于A項目，進一步說明B項目采用fan循環回旋鉆機施工，可確保國際工程樁基施工獲取更好的施工質量。

4 結束語

國際工程相比國內工程項目有著更高的施工質量要求，正確選擇施工機具與施工方法，是獲取高質量建設成果的基礎保障。本文通過對正循環回旋鉆機、旋挖鉆機、反循環回旋鉆機施工結果的多維度對比，證實了三種施工機具、施工方法下，反循環回旋鉆孔釋放方法有著更高的經濟性、施工效率、施工質量，完成施工后單樁豎向抗壓靜載測試結果優于正循環回轉施工。因此，未來我國施工、建設單位承接國際項目，可優先考慮反循環回轉鉆機。