气举反循环在钻孔灌注桩施工中的应用

气举反循环在钻孔灌注桩施工中的应用

唐江

上海浦兴路桥建设工程有限公司上海200120

摘要：钻孔灌注桩因其施工方便、成孔质量可靠、机具设备简便等优点而被广泛应用于建筑、公路、铁路、水利、桥梁等工程的基础工程，而其沉渣清理是控制桩身质量的关键。结合浙江省海盐县南台头闸桥梁的桩基施工，对气举反循环在施工中的应用进行简单介绍。

关键词：钻孔灌注桩；气举反循环；工艺流程；清孔

1.工程概况

南台头闸大桥位于海盐县武原街道城东与海盐县观海园接壤，上跨南台头闸排涝泵渠，桥址与南台头闸泵房紧密相连，桥位呈近似南北走向，地势平坦开阔，区内主要是人工修筑的防洪提与观海园人工景区南台头闸桥梁主桥采用两跨（102+131米）斜拉桥加上一跨35米预应力砼连续箱梁，边跨设置辅助墩，辅助墩距离边跨桥台为22.75米，桥梁全长272.16米，与河道正交。1#-3#墩为独塔斜拉桥墩位，1#为桥台墩位，3#为主塔墩，4#墩为主桥、引桥交接墩，5#为引桥桥台墩位。3#墩钻孔灌注桩的桩径为2.5米，桩长为133.5米，主墩25根，采用水下混凝土。

2.钻孔灌注桩施工原理

传统的钻孔灌注桩多采用回转钻成孔灌注桩，正循环回钻是用泥浆以高压通过钻机的空心钻杆，从钻杆底部射出底部的钻头在回钻时将土层搅松成为钻渣，被泥浆浮悬，随着泥浆上升而溢出流到井外的泥浆溜槽，经过沉淀池净化，泥浆再循环使用，井孔壁靠水头和泥浆保护，采用本法由于钻渣的靠泥浆浮悬才能上升携带排出孔外，故对泥浆的质量要求较高。采用换浆或掏渣筒清孔法，钻孔完成后不停钻，不进尺，继续循环换浆清渣直至达到规范要求。

3#主墩桩基属于超长超大摩擦桩基，若采用传统的正循环来清孔，泥浆携带钻渣后进入钻杆与孔壁形成的环形空间上返，由于泥浆上返断面面积大，上返速度较慢，因此可能部分比重较大的颗粒会回落，须反复循环清孔，耽搁时间。泥浆比重过大，沉渣清理不干净，影响灌注成桩的质量，并且桩长为133.5米难以实现泥浆的循环。而气举反循环清孔是由泥浆携带钻渣后迅速进入过水断面较小的导管，可以获得比正循环高出数倍的上返速度。由于返浆速度较快，粒径较大的粗颗粒也能清运出来。采用气举反循环方法进行钻进成孔，既能够将沉渣控制好，又能够保证桩身质量。

3.钻机选型

气举反循环对钻机的钻杆质量、扭矩要求较高，因此选用技术先进，扭矩较大，提升能力较大的大型全液压钻机进行主墩钻孔桩施工，计划用2台全自动液压ZD3000/210气举反循环钻机施工。每台钻机配备1台20m3/min空气压缩机，1-2台3PIN泥浆泵和1台250m3/h的泥浆净化设备以及其他的泥浆循环设备。

4.气举反循环施工操作流程

3#主墩桩基采用气举反循环施工工艺，施工工艺流程如下图：

主要对钻孔及清孔过程加以介绍。

1、钻进阶段

（1）护筒内钻进阶段

在开钻之前，用电磁铁对护筒内进行扫吸，清除孔内的铁质杂物，避免护筒内掉入铁件或其他杂物，对后期钻孔造成困难。护筒内钻进采用正转“反吹法”钻进施工，主要目的是引孔、造浆调浆。护筒底口反循环钻进时，应采用慢转速、降低进尺，不扰动护筒底口土层确保底口不漏浆，保证护筒的稳定性。

护筒内钻进应注意以下几个要点：

护筒内壁泥块的清除：护筒内底口以上宜采用带钢丝刷的钻头钻进，选择高转速大泵量慢进尺钻进，这样既可保证将内壁泥块清理干净，更有利于护筒内的土层造出优质的泥浆满足砂层夹层时的施工需要，满足成孔质量要求。

泥浆控制：据地质报告结果，施工区域上部地层以粉质粘土、淤泥质粘土为主，因此在钻进时，对自造的泥浆应进行有效的监测。泥浆过稠则会大大降低钻进效率，甚至可能引起糊钻现象；泥浆过稀则对出护筒后的砂层夹层钻进的泥浆护壁与排渣增加难度带来不便。因此，钻进时应重点监测泥浆的性能指标（泥浆比重1.20-1.25，粘度≥20S，含砂率≤1.5％），及时排浆、加水稀释泥浆，既要提高钻进效率，更要保证泥浆浓度满足粉砂层的钻进施工。

（2）护筒外钻进

在护筒外施工，由于地质情况的变化频繁，层面交界无规律，钻进的速度过快，则可能导致斜孔发生，因此，必须及时调整钻机的水平度和垂直度，确保钻孔的垂直度。施工完毕时，必须及时用反循环清除钻渣，做好下一步工作的准备。

2、清孔

（1）第一次清孔阶段

清孔时将钻具提离孔底，缓慢旋转钻具，补充优质泥浆，进行反循环清孔，同时保持孔内水头，防止塌孔。经检测孔底沉渣厚度满足设计及规范要求，孔内泥浆指标符合本项目的泥浆控制技术规范要求后（循环时间控制在2～4小时），及时停机拆除钻杆（提钻过程中，保证钻机的稳定、垂直，防止钻头将孔壁的泥皮刮落）、移走钻机，尽快进行成桩施工。

在钻孔和清孔的过程中，泥浆经过旋流器分离出泥浆中携带的剩余钻渣，分离后的优质泥浆继续返回到孔内循环使用，而钻渣通过排渣槽收回到指定堆放处。钻渣要求集中堆放，运输到场外指定地点。废浆排入泥浆船，有专门的废浆运输船运走。当桩位偏差≦100mm，偏斜度≦1/200，沉渣厚度≦5cm及泥浆指标达到要求后，及时报验。

（2）第二次清孔阶段

灌注导管安装完成后，在导管内安装风管，利用导管作为吸泥管，对孔底进行二次清孔，清除下钢筋笼过程中造成的孔底沉渣。导管上部连接排渣管，将孔内带沉渣的泥浆抽吸至沉渣箱消能器，通过沉渣箱沉淀和泥浆分离器强制分离，将孔内沉淀的泥砂清理干净，净化后的泥浆通过回浆管流回孔内。测量孔深，达到终孔标高后即可停止清孔，拆除泥浆管和风管，准备灌注混凝土。

（3）清孔注意事项

①终孔后及时清理，不能停歇过久，以免使泥浆、钻碴沉淀增多而造成清孔工作的困难甚至塌孔。

②清孔时利用导管和风管、浆管路组成的反循环泥浆循环系统，通过换浆进行清孔。即将导管底口提高距孔底15～20cm，保持泥浆正常循环，持续换浆直到排出泥浆的含砂率与换入泥浆的含砂率接近且含砂率＜1.0％，孔底沉渣厚度＜5cm后可停止清孔，进行下道工序的施工。

③清孔过程中须保持孔内水头，防止坍孔，不得采用加深钻孔深度的方法来代替清孔。

5.结论

施工事实证明，气举反循环施工工艺有以下优点：清孔效果明显，大大缩短清孔与灌注之间的时间，有效提高工作效率，确保桩身质量；沉渣厚度大大减小，提高孔壁质量，优化孔壁结构；清渣速度快，泥浆排放量减少，减少环境污染，降低施工清运处理成本；从工期、质量、经济等角度来看，该施工工艺具有明显优势，在钻孔灌注桩施工中值得推广。

参考文献：

[1]吴波.气举反循环清孔工艺在超长钻孔灌注桩施工中的应用[J].城市道桥与防洪，2016（12）.

[2]苏继占.气举反循环工艺在灌注桩钻孔施工中的应用[J].勘察科学技术，1985（03）：59-60.