旋挖灌注樁清孔技術(shù)現(xiàn)狀及在重慶地區(qū)適用性探討

賴晶星，，孔凡林，劉海源

（1重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶400015；2重慶市建設(shè)工程質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心，重慶400015）

旋挖灌注樁清孔技術(shù)現(xiàn)狀及在重慶地區(qū)適用性探討

賴晶星1，2，孔凡林1，劉海源1

（1重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶400015；2重慶市建設(shè)工程質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心，重慶400015）

該文列舉了國(guó)內(nèi)旋挖成孔后常用的幾種清孔方式，并對(duì)其施工原理、適用條件和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析，結(jié)合重慶地區(qū)高填方拋填塊石土場(chǎng)地的特點(diǎn)，對(duì)各類清孔技術(shù)在重慶地區(qū)的適應(yīng)性進(jìn)行探討分析，并提出一種適用于拋填塊石場(chǎng)地的高壓風(fēng)-破碎清孔法的新思路，供業(yè)界同行參考。

旋挖灌注樁；清孔；沉渣；高壓風(fēng)-破碎清孔法；抽漿法；正循環(huán)換漿法；氣舉反循環(huán)法；高壓風(fēng)清孔

近年來(lái)，各類建筑、橋梁和公路工程越來(lái)越多的使用樁基礎(chǔ)，而旋挖成孔灌注樁由于其成孔效率高、孔徑偏差小、無(wú)泥漿污染和施工安全性高等優(yōu)點(diǎn)，正逐步取代人工挖孔、沖擊成孔等傳統(tǒng)的樁基成孔方式。隨著旋挖樁在各類場(chǎng)地內(nèi)的廣泛應(yīng)用，逐漸暴露出沉渣過(guò)厚、縮頸、夾泥等易出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷，其中因成孔后樁底清孔不徹底導(dǎo)致的沉渣過(guò)厚對(duì)灌注樁的質(zhì)量影響尤其嚴(yán)重[1]。針對(duì)旋挖成孔過(guò)程中清孔不干凈的問(wèn)題，本文分析我國(guó)旋挖樁成孔過(guò)程中的清孔技術(shù)特點(diǎn)，并探討各技術(shù)在重慶地區(qū)適用性。

1 旋挖樁施工工藝

1.1 旋挖成孔工藝

旋挖鉆機(jī)成孔是利用鉆桿和鉆頭的旋轉(zhuǎn)，鉆頭旋轉(zhuǎn)切削巖土并納入桶式鉆斗內(nèi)，斗內(nèi)土裝滿后被鉆機(jī)提至孔外卸土，如此挖土、提升、卸土，循環(huán)往復(fù)直至鉆至設(shè)計(jì)孔深。

根據(jù)土層地質(zhì)情況和有無(wú)地下水的情況，旋挖成孔過(guò)程中為防止塌孔，采用埋設(shè)護(hù)筒，泥漿護(hù)壁等措施。

1.2 沉渣的形成

旋挖樁在成孔后，需采用平斗鉆頭對(duì)孔底的殘?jiān)M(jìn)行清除，但在灌注混凝土前還要進(jìn)行下放鋼筋籠和導(dǎo)管這2道工序。

一方面，下放鋼筋籠和導(dǎo)管的過(guò)程中難免觸碰孔壁，可能造成掉土、局部坍塌甚至是塌孔，從而導(dǎo)致孔底沉渣過(guò)厚。

另一方面，在有地下水的情況下，鉆進(jìn)的過(guò)程中切削下來(lái)的土和水?dāng)嚢栊纬赡酀{，一旦成孔泥漿靜止，泥漿中的懸浮顆粒會(huì)在短時(shí)間內(nèi)沉底而形成沉渣。

根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94的要求，對(duì)端承樁孔底沉渣厚度不大于50mm，對(duì)摩擦樁則為100mm。在旋挖樁施工過(guò)程中，如果在上述兩方面控制不好的情況下，極易導(dǎo)致沉渣厚度超過(guò)規(guī)范要求，且沉渣厚度過(guò)大不僅影響樁端阻力的發(fā)揮，亦嚴(yán)重影響樁基側(cè)阻力的發(fā)揮值[2]。因此樁底沉渣厚度是影響樁身質(zhì)量的關(guān)鍵因素，而對(duì)旋挖成孔的清孔技術(shù)研究亦顯得尤為必要。

2 清孔技術(shù)現(xiàn)狀研究

我國(guó)自80年代初引入旋挖鉆進(jìn)以來(lái)，孔底沉渣清孔技術(shù)經(jīng)過(guò)這30多年的發(fā)展亦取得極大發(fā)展。根據(jù)鉆進(jìn)方式、機(jī)械設(shè)備、地質(zhì)條件等不同，常見(jiàn)的清孔技術(shù)有以下幾種。

2.1 人工清孔

人工清孔顧名思義即將清孔人員下放至孔底，采用人工的方式將沉渣裝入空斗后提升至地表，與人工挖孔樁清孔方式一致。

其優(yōu)點(diǎn)主要是清孔快速、干凈，效率較高，但其存在較大局限性，只能在無(wú)地下水或少量地下水且孔深不大的場(chǎng)地使用，且對(duì)于樁徑600mm甚至更小的樁孔，由于缺少工作面，一般不使用此方法。

由于人工清孔存在人員安全隱患，因此目前正逐步淘汰。

2.2 抽漿法[3]

抽漿法又稱泵吸法，適用于含地下水地層旋挖成孔，且樁身混凝土為水下澆筑時(shí)采用。

在澆筑混凝土前，通過(guò)特制導(dǎo)管插入孔底，以導(dǎo)管作為吸泥管，在吸泥泵的作用下將孔底泥漿泵吸至地表。其速度快且

方便快捷，但其存在的缺點(diǎn)有：

（1）需要配備大功率吸泥泵和導(dǎo)管，設(shè)備組裝費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

（2）進(jìn)行抽漿作業(yè)時(shí)，只能將混合均勻的泥漿清除，對(duì)大顆粒或已沉積底部的細(xì)渣效果不好。

（3）此工藝清孔施工較為激烈，易導(dǎo)致孔壁二次塌孔。

2.3 正循環(huán)換漿法

正循環(huán)換漿法為旋挖成孔樁工藝中常采用的一種清孔方式。其通過(guò)在導(dǎo)管上連接泥漿泵，用比重小的稀泥漿將樁孔內(nèi)的沉渣和比重大的泥漿置換掉（圖1），在泥漿中顆粒還處于懸浮狀態(tài)時(shí)，及時(shí)澆筑混凝土。

圖1 正循環(huán)換漿法示意圖[4]

采用正循環(huán)法進(jìn)行清孔所需設(shè)備比較簡(jiǎn)單，僅需一臺(tái)泥漿泵，且孔內(nèi)泥漿護(hù)壁不易塌孔，但其清孔不徹底，難以應(yīng)付底部顆粒較大的沉渣。

樁孔內(nèi)大量泥漿的循環(huán)需要大量時(shí)間，且往外翻出的泥漿需泥漿池儲(chǔ)存，占用大量場(chǎng)地不環(huán)保。

2.4 氣舉反循環(huán)法

氣舉反循環(huán)又稱壓氣反循環(huán)，空氣壓縮機(jī)通過(guò)安裝在導(dǎo)管內(nèi)的輸氣管將壓縮空氣送至樁孔內(nèi)，空氣經(jīng)風(fēng)管底部的混合器形成氣液混合物，孔底部的沉渣在噴出空氣的作用下懸浮并形成密度比導(dǎo)管外泥漿密度小的泥漿-空氣混合漿液，混合漿液在管內(nèi)外壓力差的作用下，沿著導(dǎo)管上升并排出至泥漿沉淀池，經(jīng)沉淀后的泥漿以自流的方式流回樁孔內(nèi)，形成反循環(huán)，泥漿攜帶沉渣從導(dǎo)管內(nèi)翻出，排出導(dǎo)管以外，直至孔內(nèi)沉渣達(dá)到規(guī)范要求（圖2）。

圖2 氣舉反循環(huán)示意圖[5]

氣舉反循環(huán)清孔法為目前較為先進(jìn)的一種清孔工藝，在我國(guó)上海、江蘇、福建和山東等沿海地區(qū)[5-8]有著豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。其主要特點(diǎn)有：

（1）清孔能力強(qiáng)，采用氣舉反循環(huán)清孔工藝，沉渣厚度完全可控制在規(guī)范要求之內(nèi)，且可將粒徑達(dá)140mm的卵石排出[7]。

（2）清孔效率高，與正循環(huán)相比，清孔時(shí)間大大縮短，一般經(jīng)30～60min清孔作業(yè)即可完成，節(jié)約工期。

（3）特別適用于孔深較大的樁孔，當(dāng)樁孔越深，清孔效率越高，樁孔太淺反而很難形成反循環(huán)。以上海中心大廈為例，在施工的近千根樁基中樁孔最深86m，經(jīng)此法清孔后沉渣厚度均控制在100mm以內(nèi)[5]。

2.5 高壓風(fēng)清孔

高壓風(fēng)清孔法與正循環(huán)換漿法原理基本相同，但是增加了樁孔底部高壓送風(fēng)步驟，如圖3所示，采用空氣壓縮機(jī)將高壓空氣噴射至樁孔底部，將沉渣翻起并懸浮于泥漿中，空氣與泥漿混合后快速上升，加速泥漿循環(huán)，從而提高清孔速度[9]。

圖3 高壓風(fēng)清孔示意圖[9]

高壓風(fēng)清孔法工藝的核心程序即為射風(fēng)翻渣，并及時(shí)澆筑水下混凝土。其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)為：

（1）清孔效果好，由于有高壓空氣翻渣，可將沉于樁孔底部的沉渣徹底翻起。

（2）工藝簡(jiǎn)單，效率較高，與正循環(huán)換漿法相比，僅需增加一臺(tái)空壓機(jī)，卻能大大縮短清孔時(shí)間，提高清孔效率。

與正循環(huán)法類似，高壓風(fēng)清孔法同樣對(duì)樁孔內(nèi)粒徑較大基巖塊石、卵石和土顆粒團(tuán)塊等沉渣去除效果不好；泥漿池、泥漿泵和空壓機(jī)等設(shè)備占用大量工程場(chǎng)地；大量泥漿翻至地表增加了泥漿外運(yùn)的工作量。

3 重慶地區(qū)旋挖樁清孔方法適用性分析

3.1 工程場(chǎng)地特點(diǎn)

重慶地區(qū)多山、平地少，近年來(lái)城市化進(jìn)程的加速，越來(lái)越多的建設(shè)用地采用開(kāi)山填谷的方式進(jìn)行場(chǎng)地平整，巖性主要為砂巖、泥巖、灰?guī)r夾雜表層粘性土和耕植土，填筑方式采用拋填。這類場(chǎng)地普遍存在如下特點(diǎn)：（1）填方深度大，根據(jù)場(chǎng)地原始地形分布，填土厚度可達(dá)10～40m；（2）填料之間空隙大，由于填料多為爆破開(kāi)山形成的土石方，且采用無(wú)組織拋填，空隙率最大可達(dá)30%[10]；（3）結(jié)構(gòu)松散，顆粒級(jí)配不良，在旋挖鉆進(jìn)時(shí)極易塌孔；（4）土層透水性強(qiáng)，地下水貯存條件好。

3.2 旋挖樁成孔施工特點(diǎn)

目前在重慶地區(qū)旋挖樁已經(jīng)成為替代人工挖孔樁的主要樁型，在重慶市現(xiàn)有建設(shè)工程中，90%以上樁基礎(chǔ)采用旋挖成孔方式[1]。

重慶地區(qū)拋填塊石場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行旋挖鉆進(jìn)時(shí)具有如下施工特點(diǎn)：（1）塌孔嚴(yán)重，由于填料不密實(shí)，基本上成孔過(guò)程中都會(huì)出現(xiàn)程度不一的塌孔現(xiàn)象；（2）漏漿嚴(yán)重，在高填方場(chǎng)地采用泥漿護(hù)壁形式控制塌孔，因地層空隙大，漏漿現(xiàn)象明顯；（3）采用專用的清渣鉆頭可將孔底大部分沉渣清除，但在下放鋼筋籠和導(dǎo)管的過(guò)程中孔壁掉土再次形成沉渣，且二次清孔多采用泥漿泵抽漿，其效果不好。

3.3 清孔方法適用性分析

結(jié)合旋挖樁在重慶拋填塊石場(chǎng)地的施工特點(diǎn)，各類清孔方式的適用性分析如下：

（1）人工清孔法限于其安全性和局限性，在此不作分析。

（2）抽漿法如前節(jié)所述對(duì)大顆粒的巖塊、沉積顆粒效果不良，清孔效果不徹底，難以達(dá)到規(guī)范的要求。

（3）高填方土層中空隙大，地層透水性好，因此，如采用正、反循環(huán)或高壓風(fēng)清孔的方式，泥漿容易沿著樁孔周邊空隙流出。為保證泥漿翻至地表，則需要通過(guò)制備大量高濃度泥漿，或采用全套管鉆進(jìn)的方式。前者根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)效果不理想，而后者容易出現(xiàn)拔管困難，設(shè)備和時(shí)間成本較高。此外，由于泥漿翻至地表又造成場(chǎng)地泥漿污染，增加外運(yùn)成本，顯得不夠環(huán)保和經(jīng)濟(jì)。

3.4 高壓風(fēng)-破碎清孔法新思路

由于現(xiàn)有清孔方式對(duì)重慶地區(qū)拋填塊石場(chǎng)地旋挖成孔的清孔效果難以保證，且面臨諸多局限。因此，根據(jù)各清孔方法的優(yōu)缺點(diǎn)并結(jié)合重慶地區(qū)工程場(chǎng)地特點(diǎn)，我們找到一種新的綜合清孔方法，以保證旋挖樁樁身質(zhì)量，即高壓風(fēng)-破碎清孔法，見(jiàn)圖4。

高壓風(fēng)-破碎清孔法將壓縮空氣通過(guò)空壓機(jī)和風(fēng)管將樁孔底部的沉渣和粗顆粒翻起，在靠近樁孔底部處吊放一臺(tái)破碎裝置，其作用主要是將高壓風(fēng)翻起的粗顆粒巖塊、建渣和泥團(tuán)破碎，使其充分與水混合形成泥漿，待孔底部沉渣都吹起后，立即澆筑混凝土。

圖4 高壓風(fēng)-破碎清孔法

3.4.1 高壓風(fēng)-破碎清孔法旋挖樁施工工序

旋挖樁終孔→專用清渣鉆頭清孔→安裝鋼筋籠→安裝導(dǎo)管→下放高壓風(fēng)噴和破碎裝置→破碎翻渣（二次清孔）→立即澆筑首盤混凝土。

3.4.2 高壓風(fēng)-破碎清孔法可行性分析

3.4.2.1 地質(zhì)條件基礎(chǔ)

重慶地區(qū)拋填塊石的巖性多為砂巖和泥巖，且砂巖泥質(zhì)含量大，在水泡和機(jī)械破碎條件下易粉碎并形成泥漿，這為該思路提供了前提條件。

3.4.2.2 清孔過(guò)程可行性分析

通過(guò)高壓風(fēng)可將孔底部的細(xì)顆粒沉渣翻起攪動(dòng)形成泥漿，粗顆粒沉渣在旋轉(zhuǎn)的泥漿作用下往樁孔中心聚集，此時(shí)吊放與樁孔底部中心的破碎裝置將巖塊粉碎形成泥漿。

在此過(guò)程中，高壓空氣翻渣為成熟可行的技術(shù)，因此破碎裝置的研制是該綜合處理技術(shù)的關(guān)鍵，其至少應(yīng)具備條件有：（1）防水；（2）自吸式破碎，應(yīng)具有一定的吸力，可將碎石、巖塊捕捉至裝置內(nèi)進(jìn)行破碎；（3）體積小，針對(duì)二次清孔要求，在下放鋼筋籠后吊放的破碎裝置體積應(yīng)較小，否則難以放至樁孔底部；（4）破碎效率高，巖塊破碎過(guò)程應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)完成，因此對(duì)破碎頭的硬度和旋轉(zhuǎn)速度提出較高的要求。

對(duì)此，我們承接了重慶市建設(shè)科技計(jì)劃項(xiàng)目“旋挖樁樁底沉渣清理裝置開(kāi)發(fā)研究”，經(jīng)過(guò)多次設(shè)計(jì)、改造、修改和試驗(yàn)，目前已取得階段性成果，初步完成的裝置破碎效果明顯，可將小體積碎石、建渣和泥團(tuán)破碎成粉末狀并形成泥漿。

3.4.2.3 預(yù)計(jì)成果

隨著旋樁底沉渣清理裝置研究成功，及完成與高壓風(fēng)翻

渣的協(xié)同研發(fā)工作，高壓風(fēng)-破碎清孔法將成為一種新型、環(huán)保和高效的清孔工藝，對(duì)重慶地區(qū)的旋挖成孔灌注樁質(zhì)量控制產(chǎn)生積極效應(yīng)。

4 結(jié)語(yǔ)

旋挖灌注樁作為現(xiàn)在以及將來(lái)一段時(shí)間內(nèi)極為重要的一種樁基礎(chǔ)施工工藝，其樁身質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到上層結(jié)構(gòu)的安全，而旋挖成孔后的清孔作業(yè)又是關(guān)系到樁身質(zhì)量的關(guān)鍵工序，需從業(yè)人員加以更大的關(guān)注。

本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)主要的幾種清孔技術(shù)進(jìn)行分析，并結(jié)合重慶地區(qū)高填方拋填塊石土場(chǎng)地的特點(diǎn)，對(duì)各項(xiàng)技術(shù)在重慶地區(qū)的適應(yīng)性進(jìn)行探討，并提出一種適用于拋填塊石場(chǎng)地的高壓風(fēng)-破碎清孔法的新思路，供業(yè)界同行參考。

[1]熊啟東，李成芳，孔凡林.旋挖成孔灌注樁施工質(zhì)量控制技術(shù)探討[J].重慶建筑，2003(1).

[2]JGJ94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2008.

[3]張濤.軟土地基正循環(huán)鉆孔灌注樁二次清孔工藝選擇及其最佳清孔時(shí)間研究[J].隧道建設(shè)，2011(5).

[4]章勇.正循環(huán)換漿清孔法研究[J].考試周刊，2009(26).

[5]肖勝杰.氣舉反循環(huán)清孔工藝在超高層建筑中的應(yīng)用[J].建筑施工，2010(4).

[6]周曙春，杜坤乾，謝軍.氣舉反循環(huán)清孔工藝施工應(yīng)用[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2011(Supp.2).

[7]余志文，邱杰.沖(鉆)孔灌注樁氣舉反循環(huán)清孔工藝[J].福建建設(shè)科技，2009(1).

[8]高新學(xué)，周憲偉.氣舉反循環(huán)清孔技術(shù)在大橋深樁基礎(chǔ)中的應(yīng)用[J].黑龍江交通科技，2011(6).

[9]劉漢龍.高壓風(fēng)清孔在鉆孔樁施工中的應(yīng)用[J].鐵道建筑，2007(12).

[10]孔凡林，羅世輝，李成芳，等.拋填塊石場(chǎng)地中旋挖深孔灌注樁的質(zhì)量缺陷與防止對(duì)策探討[J].重慶建筑，2011(11).

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

能工巧匠

居住建筑木扶手金屬欄桿的問(wèn)題及對(duì)策

有關(guān)檢測(cè)單位通過(guò)對(duì)幾個(gè)小區(qū)住宅工程施工及驗(yàn)收發(fā)現(xiàn)，居住建筑樓梯的欄桿在制作與安裝方面存在幾點(diǎn)隱患問(wèn)題。

1樓梯欄桿垂直桿件間凈距問(wèn)題

我國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文房屋建筑部分中4.1.3規(guī)定：樓梯欄桿垂直桿件間凈空不應(yīng)大于0.11 m。而現(xiàn)今設(shè)計(jì)單位一般從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，將樓梯踏步寬度設(shè)計(jì)為280～300mm，木扶手欄桿做法則參照蘇J9505中1／3。樓梯欄桿實(shí)際施工按圖集每踏步設(shè)置2根Φ16的圓鋼，設(shè)置安裝后2根Φ16圓鋼的垂直桿件間凈空間124～134mm。間凈空大于0.11 m，違反了工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文及設(shè)計(jì)要求。

2樓梯水平段欄桿高度問(wèn)題

對(duì)于居住建筑物的樓梯最頂層水平段欄桿的高度，工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文房屋建筑部分中4.1-3規(guī)定欄桿扶手高度不應(yīng)小于1.05m，而在實(shí)際施工中如按樓梯踏步斜段部分高度直接90O轉(zhuǎn)彎延伸設(shè)置水平段欄桿，安裝后的高度為1.05m減去一個(gè)設(shè)計(jì)踏步高度，不滿足要求。如為了滿足水平段的高度(1.05m)而使水平段的桿件整體平移一個(gè)設(shè)計(jì)踏步寬度，那么休息平臺(tái)處的使用面積將減少，而且影響進(jìn)戶門的正常開(kāi)啟。

3采取的對(duì)策

(1)對(duì)于第一個(gè)問(wèn)題，可采取在已施工安裝的每?jī)筛怪睏U件上增加焊接Φ12圓鋼一根。因Φ12圓鋼端部能全面有效地與Φ16圓鋼側(cè)面接觸滿焊且美觀大方，從而滿足設(shè)計(jì)及工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文要求。

(2)對(duì)于第二個(gè)問(wèn)題，可采用將斜段部分木扶手(及木扶手下扁鋼)在90O轉(zhuǎn)角處垂直登高一個(gè)設(shè)計(jì)踏步高度，然后90O轉(zhuǎn)入水平段欄桿安裝，從而使水平段木扶手欄桿高度不小于1.05m的要求。按規(guī)定，欄桿及扶手高度應(yīng)以平段高度控制，所以發(fā)生這種情況時(shí)，原則上應(yīng)返工重作。

（摘自：《建筑工人》，請(qǐng)作者速與本刊聯(lián)系支付稿費(fèi)）

On Status Quo of Residue Clearance Technology for Rotary Drilling Pile and Its Application in Chongqing

Several residue clearance methods for rotary drilling pile are introduced with their construction principle,application condition,advantages and disadvantages demonstrated.Combined with the features of high fill in Chongqing,adaptability of residue clearance methods is discussed and the new idea of high-pressure blast--crush clearance for high fill is presented for

.

rotary drilling pile;clearance;dregs;high-pressure blast--crush clearance;grout pumping;grout change in direct cycle;high-pressure blast clearance

TU74

A

1671-9107（2013）06-0033-04

2013-05-28

賴晶星（1987-），男，江西撫州人，碩士，工程師，從事工程質(zhì)量檢測(cè)、鑒定及相關(guān)研究工作。

基金論文：該論文為重慶市科委科技攻關(guān)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：cstc2012gg-yyjs30005）和重慶市建設(shè)科技計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：城科字（2013）11-2）論文之一。

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.06.033