新型鉆孔灌注樁無泥漿清水成孔施工系統及方法研究

摘要：提高鉆孔灌注樁成孔效率是橋梁工程中的重要問題。提出了一種新型鉆孔灌注樁無泥漿清水成孔的施工系統與方法。該系統結合泵吸反循環與沖擊鉆成孔深度，既解決了巖層只能用沖擊鉆施工，而沖擊鉆只能用泥漿來懸浮鉆渣的問題，又利用泵吸反循環解決了沖擊鉆在無泥漿情況下鉆進和清孔兩個過程的排渣問題，鉆進的過程中及時排渣。通過將系統應用于工程實踐，證明了其良好的運渣排渣、護壁成孔效率。

關鍵詞：鉆孔灌注樁無泥漿成孔清水成孔鉆孔施工沖擊成孔

中文分類號： 文獻標志碼：A

ResearchontheConstructionSystemandMethodofNewBoredPilewithMudFreeWaterDrilling

PANChengwen1LIULin1，2DENGZhongzhen1，2

1.HICCInfrastructureConstructionCo.，Ltd.，Wuhan，HubeiProvince，430000China;2.HubeiIndustrialConstructionGroupCo.，Ltd.，Wuhan，HubeiProvince，430076China

Abstract：Improvingtheefficiencyofboredpilesisanimportantissueinbridgeengineering.Thisarticleproposesanewconstructionsystemandmethodforboredpileswithmudfreewater.drillingThissystemcombinespumpsuctionreversecirculationwithimpactdrillingdepth，whichnotonlysolvestheproblemofrocklayersbeingonlyconstructedwithimpactdrilling，whileimpactdrillingcanonlyusemudtosuspenddrillingslag，butalsousespumpsuctionreversecirculationtosolvetheslagdischargeproblemduringthedrillingandcleaningprocessesofimpactdrillingwithoutmud，andtimelydischargeslagduringthedrillingprocess.Byapplyingthesystemtoengineeringpractice，itisprovedthatthesystemhasgoodefficiencyinslagtransportation，slagdischarge，andwallprotectionholeformation.

KeyWords：Boredpile;Mudfreedrilling;Waterdrilling;Drillingconstruction;Impactdrilling

鉆孔灌注樁結構在橋梁工程中具有廣泛應用[1-3]，常采用沖擊成孔方式成樁。在常規的沖擊鉆成孔中，常采用泥漿護壁方法防止塌孔，并利用泥漿懸浮運輸鉆渣。鉆孔過程中，鉆進的速度通常由排渣速度決定，鉆孔作業的效率與排渣速度緊密相關，后者則直接受到泥漿物理性質（尤其是黏度）與新注入泥漿清潔度的影響。當泥漿黏度過高時，會顯著增加沉淀池中泥漿與鉆渣分離的難度，導致重新進入孔底的泥漿中夾雜有小粒徑鉆渣，進而削弱孔底鉆渣的懸浮效率，影響鉆孔進度。而黏度太低的泥漿本身懸浮效率低下，易導致大量的鉆渣沉淀在孔底，降低鉆進速度。因此，如何提高鉆渣的運輸效率、提高鉆孔速度是當前橋梁工程的重要問題。另外，盡管泥漿具有護壁作用，但施工后其排放過程易污染水源[4-5]，影響周邊生態環境，尤其是在跨海大橋工程中。

針對以上問題，陳振剛[6]在研究指出喀斯特地區公路橋梁施工中采取了一系列措施防止漏漿和卡鉆。吳浩[7]研究指出王二河特大橋梁施工采用了清水護壁方法進行鉆孔灌注樁施工，類似的施工方法晏宇星[8]、梁新禮[9]也在文獻中進行了相關論述。孫鵬等人[10]研究指出佩列沙茨特大跨海大橋采用了清水護壁形式完成樁基施工。

鑒于當前鉆孔灌注樁技術領域中存在的技術局限性，本文創新性地設計并闡述了一種無泥漿清水成孔的新型鉆孔灌注樁施工系統及其操作方法。該系統巧妙融合了泵吸反循環技術與沖擊鉆的深孔鉆進能力，旨在克服傳統方法中巖層施工必須依賴泥漿懸浮鉆渣的弊端，同時利用泵吸反循環機制解決了沖擊鉆在無泥漿條件下進行鉆進與清孔作業時面臨的排渣難題。此創新方案通過實時高效排渣，顯著提升了鉆進作業的效率與速度。本文將首先對該鉆孔施工系統組成與施工方法流程進行詳細介紹，然后進行該系統的工程應用實例分析。

1鉆孔灌注樁無泥漿清水成孔施工系統及方法

1.1系統構成

本系統包括沖擊鉆錘、清孔裝置、排渣機構、沖擊鉆機架、泥漿泵和沉渣池。沖擊鉆機架作為核心支撐結構，負責驅動沖擊鉆錘進行升降與沖擊作業。沖擊鉆錘上集成排渣機構，機構底部設計有若干進渣孔，用于捕獲并引導鉆孔過程中產生的鉆渣，頂部設置出渣口，便于鉆渣的后續排出。泥漿泵的進污端與排渣機構的出渣口通過泥漿進管緊密相連，確保排渣過程中的密封性與流暢性。泥漿泵將含有鉆渣的泥漿通過泥漿出管輸送至沉渣處理池接收泥漿，并配備有清水出口及清水出管，便于后續清水處理與循環利用。

1.1.1鉆進排渣裝置

鉆進排渣系統由沖擊錘主體與排渣機構構成。排渣機構的核心為環形串聯管，連接多個吸渣管形成排渣網絡。環形串聯管上設抽漿接口管，接口管與泥漿泵的進污端口之間通過嚴格密封的泥漿管道實現無縫對接，確保了泥漿及鉆渣的順暢傳輸。

1.1.2泵吸反循環清孔裝置

在完成鉆孔作業并達到設計終孔深度后，提取出沖擊鉆設備，并替換為清孔裝置，執行泵吸反循環清孔工序。清孔裝置核心組成包括漏斗狀的本體結構，本體內部布置骨架增強結構的穩定性與強度。內部骨架沿本體軸向配置的沉渣攪動裝置，該裝置由中心固定軸、轉動套管以及一系列轉動葉片構成。轉動葉片隨轉動套管的同步旋轉，對孔底沉積物進行攪動與破碎，提升清孔作業效率與質量。

1.1.3其他裝置

其他裝置包括沖擊鉆鉆架、空壓機、泥漿泵及沉淀池。沖擊鉆鉆架作為核心驅動機構，負責調控沖擊鉆頭的升降與沖擊鉆孔作業。空壓機通過高壓氣體輸送管道，向清孔系統的反向漏斗型腔室內注入高壓氣體。高壓氣體經由底部圓形管道上密布的微小噴孔釋放，直接作用于孔底，有效攪動并清除沉積于孔底的顆粒雜質。在鉆進作業與排渣流程中，泥漿循環泵發揮關鍵作用，促使孔底的渣水混合物經由排渣裝置、泥漿輸入管道進入泵體，隨后被排放至泥漿沉淀池中以促進泥漿的循環再利用。在清孔階段，泥漿泵通過泵吸作用，引發泥漿在清孔裝置內部迅速上涌，進而驅動裝置內部上下兩層旋轉葉片的同步運動，攪動孔底的沉積物，使其均勻懸浮于清水中，隨后被泥漿泵高效抽出。泥漿沉淀池作為系統的終端處理單元，實現了鉆渣的有效沉淀與清水資源的回收利用。

1.2操作方法

系統具體操作方法介紹如下。

1.2.1安裝裝置

裝置置于預設位置確保鉆進作業精確執行。另一側配置泥漿泵與沉渣池，沖擊鉆鉆架鋼絲繩末端繞過導向滑輪固定至沖擊鉆錘的頂端，泥漿泵進污端口與排渣裝置出渣口之間，通過泥漿進管實現無縫連接，泥漿泵的出污端口通過泥漿出管，以密閉方式連接至沉渣池的進污口實現泥漿與沉渣的初步分離。在沉渣處理池中，為了進一步提純泥漿并循環利用清水資源，設計了清水出口系統。該出口通過密閉連接的清水出管，將經過沉淀處理的上層清水導向至待鉆孔位置，以補充鉆孔作業所需的水量。

1.2.2鉆進排渣

沖擊鉆鉆架集成卷揚機構控制鋼絲繩的收放運動，驅動沖擊鉆錘進行垂直方向的升降往復作業，以此實現對目標巖層的沖擊剝離與孔洞的形成。啟動泥漿泵，沖擊鉆錘升降運動持續攪動孔內的渣水混合物，防止鉆渣迅速沉積。同時，排渣裝置通過進渣孔抽吸孔內的渣水混合物，經由裝置內部通道進入泥漿進管，由泥漿泵輸送至沉渣池中，實現鉆渣與泥漿的初步分離。鉆渣在沉渣池中逐漸沉淀，上層清水通過清水出管持續回流至鉆孔作業區域，保持鉆孔環境的穩定與作業效率。

沖擊鉆錘在鉆進過程中的往復運動，不僅確保了對孔底巖面的有效沖擊，還通過攪動孔內混合物維持了鉆渣的懸浮狀態，這一機制顯著減少了鉆渣在孔底的沉積量。泥漿泵的吸力作用，則進一步確保了鉆渣被有效清除，使每次沖擊鉆錘的落地都能作用在新鮮未受污染的巖面上，從而極大地提升了鉆孔作業的速度與效率。

1.2.3泵吸反循環清孔

完成鉆孔作業后隨即清孔，先將沖擊鉆錘從孔內提出，并拆卸泥漿進管，泥漿進管的進口端與清孔裝置的排渣孔進行密封連接，清孔裝置的進氣口通過高壓氣體管與空壓機緊密相連。隨后，將清孔裝置置于孔底，在沉渣池上方連接清水出管構建循環回路。啟動泥漿泵與空壓機，將漏斗內部積聚的渣水混合物排出，使外部清水通過裝置底部預留區域流入漏斗，實現清水的持續補給。空壓機產生的高壓氣體通過清孔裝置噴出，將新流入的清水與孔底殘留的鉆渣充分混合，這一過程中，清水攜帶鉆渣，隨后被泥漿泵再次吸走，通過既定的流體路徑排至沉渣池進行固液分離。

上述循環過程不斷重復，直至孔底達到無沉渣狀態，即實現了高質量的清孔作業。此過程不僅顯著提升了成樁作業的整體質量，還通過精準控制與高效清排機制，確保了樁基結構的穩定與安全。

2工程實例分析

冷水河大橋位于鄖西縣六郎鄉壕渠村二組北側，橋梁起訖樁號為K0+011～K0+213，全長202m，橋面縱坡為2.142%，橫坡為雙向2%。主橋上部構造為（52+90+52）m三跨預應力混凝土連續剛構梁，箱梁斷面采用單箱單室。下部構造橋墩墩身采用雙肢等截面實心薄壁墩，1號橋墩高20.006m、2號橋墩高21.933m。基礎采用樁徑2.5m的鉆孔灌注樁，每墩共4根樁，1號橋墩樁基礎長52m、2號橋墩樁基礎長55m。橋臺采用重力式U型擴大基礎。本橋樁基總計8根。基位于傾斜裸露的巖面上，覆蓋層較薄，施工最大水深約40m。

本項目冷水河大橋由于處于庫區，為減少對周邊生態環境的破壞，在采用新型鉆孔灌注樁無泥漿清水成空施工系統之后，有效地減少了鉆渣在孔底的沉渣，確保了每次錘頭落地新鮮的巖面上，有效提升了鉆進的速度。

3結語

（1）本文提出了一種新型的鉆孔灌注樁清水鉆孔施工系統與方法，該系統將泵吸反循環與沖擊鉆成孔結合，克服了巖層只能用沖擊鉆施工，而沖擊鉆必須用泥漿來懸浮鉆渣的弱點，利用泵吸反循環解決了沖擊鉆在無泥漿情況下，鉆進和清孔兩個過程中的排渣問題。

（2）無泥漿成孔，孔內載體為清水，在鉆進過程中無泥漿排放，有利于環境保護。同時，由于孔內載體為清水，所有細小顆粒都會在較短時間內沉入孔底，在鉆進排渣過程中，須及時從孔內抽出渣水混合物，鉆錘的每一次錘擊都將直接錘擊新鮮的巖面，提高了鉆進速度。

（3）終孔后通過清孔裝置可一次性徹底清除孔底沉渣，避免了利用泥漿成孔中的二次清孔，同時由于孔內載體為清水在混凝土灌注的過程中可以有效避免斷樁和夾渣的問題。

參考文獻

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