反循環(huán)回旋鉆機在濱海粉黏土地區(qū)鉆孔灌注樁中的應(yīng)用

李 鳳 東營職業(yè)學(xué)院講師

鉆孔灌注樁是指在施工現(xiàn)場通過機械鉆孔的措施在地基中形成樁孔，并在其內(nèi)部放置鋼筋籠、灌注水下混凝土而形成結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)的一種工藝[1]。該工藝具有施工簡單、可機械化施工、承載能力大以及適應(yīng)性強等突出特點，在橋梁基礎(chǔ)工程中得到廣泛應(yīng)用[2]。下文結(jié)合某工程實例，對鉆孔灌注樁的施工技術(shù)展開研究。

1 工程概況

某工程中橋梁工程地處濱海地區(qū)，地形地貌特征為沖積平原，土質(zhì)為黏土、粉土以及粉黏土等。根據(jù)本工程的特點及施工條件，橋梁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。下面將結(jié)合施工現(xiàn)場的水文地質(zhì)條件選擇合適的鉆機鉆孔方式，并分析該橋梁鉆孔灌注樁基礎(chǔ)的施工技術(shù)。

2 鉆孔灌注樁常用的鉆孔方法

鉆孔灌注樁鉆孔方法根據(jù)鉆孔設(shè)備以及鉆進方法的不同有以下幾種，如旋挖鉆機成孔、沖擊鉆進成孔以及回旋鉆孔成孔等[3]。其中，回旋鉆機根據(jù)泥漿壓入和鉆渣排出方式的不同又分為正循環(huán)和反循環(huán)兩種。

旋挖鉆機是利用鉆斗和鉆桿的旋轉(zhuǎn)使土屑進入鉆斗，土屑裝滿鉆斗后，提升鉆斗出土而成孔。其特點是施工震動小，噪聲低，最適宜硬度黏土中干鉆，機械安裝簡單，施工場地移動方便，鉆進速度快，施工占地少。鉆進時要保證孔內(nèi)泥漿高度并適當(dāng)增大泥漿比重，以保持孔壁穩(wěn)定。

沖擊鉆孔是將沖錐式鉆頭提升一定高度后以自由下落的沖擊力來破碎巖層，然后用掏渣筒來掏取孔內(nèi)的渣漿。開始鉆進時速度不宜過快，鉆進過程中注意校正垂直度。特點是泥漿護壁是沖擊鉆成孔的關(guān)鍵因素，要求泥漿含砂率一定要小。

正循環(huán)回旋鉆孔是將泥漿池中制備的泥漿通過鉆桿中心輸入，從鉆機鉆頭處噴入鉆孔內(nèi)，而挾帶鉆渣的泥漿隨鉆機作業(yè)沿鉆孔上升到鋼護筒頂部的排漿孔，由此排出至沉淀池。鉆渣沉淀后，泥漿流入泥漿池再次循環(huán)利用。反循環(huán)回旋鉆孔與正循環(huán)相反，將泥漿池中制備的泥漿輸入孔內(nèi)，而挾帶鉆渣的泥漿通過鉆桿中心由真空泵或吸泥機向上吸出，并排出至沉淀池，鉆渣沉淀后，泥漿流入泥漿池再次循環(huán)利用。與正循環(huán)回旋鉆孔相比，反循環(huán)回旋鉆孔法的鉆進速度快，排渣效率較高，對周邊結(jié)構(gòu)物影響小，但要注意在有卵石的土層中容易堵塞鉆桿管路。由于帶鉆渣的泥漿是從鉆桿底口吸進，從鉆桿中排出，其抽渣速度較塊，孔壁塌陷的可能性較正循環(huán)法的大，所以需要較高質(zhì)量的泥漿。

該工程地處濱海地區(qū)，地質(zhì)為黏土、粉土以及粉黏土等，結(jié)合施工現(xiàn)場水文地質(zhì)條件以及對鉆進設(shè)備和鉆進方法的分析對比，最終選擇反循環(huán)回旋鉆鉆孔方式進行鉆孔灌注樁樁基成孔，下文為本工程主要的施工技術(shù)要點。

3 反循環(huán)回旋鉆機鉆孔灌注樁施工技術(shù)要點

3.1 場地準(zhǔn)備

樁基施工前首先平整場地，清除樁基施工范圍內(nèi)的雜物、樹木以及植被，樹根挖除完成后修筑施工便道。粗略放出樁位，確定鉆機工作位置、泥漿池和沉淀池開挖位置以及鉆機成孔施工順序。對場地進行平整、壓實，確保場地的平整度和承載能力，以保證鉆機設(shè)備安全作業(yè)。等鉆機設(shè)備進場，再次對樁位坐標(biāo)精準(zhǔn)放樣，并引出4 個保護樁，經(jīng)監(jiān)理復(fù)測合格后轉(zhuǎn)入下道工序。

3.2 鋼護筒埋設(shè)

本工程地處濱海地區(qū)，地勢低平，地表層的土質(zhì)較差，由于海水浸漬，多為濕洼地，土壤鹽漬嚴(yán)重，高鹽漬會使混凝土結(jié)構(gòu)受侵蝕。因此為防止鉆孔過程出現(xiàn)塌孔問題，且能起到防腐作用，工程設(shè)計考慮采用永久鋼護筒作為樁基，最終采用18 m 的鋼護筒，分為上部3 m 臨時護筒+下部15 m 永久護筒。臨時鋼護筒上部有20 cm×20 cm 的溢漿孔，鋼護筒在工廠用鋼板加工，內(nèi)徑大于樁徑200 mm。該工程采用的鋼護筒由于長度較長，容易發(fā)生變形，所以采取在上、中、下端的外側(cè)各焊加勁肋，在豎向則采取槽鋼加固的方式，增強鋼護筒整體的剛度，保證下壓過程不變形。

鋼護筒埋設(shè)施工時，為方便埋設(shè)，鉆機成孔的孔徑要大于鋼護筒的外徑，根據(jù)鋼護筒埋深，預(yù)留1 m 深度不鉆孔。把鋼護筒吊放入孔，18 m 鋼護筒需要用兩節(jié)9 m 長鋼護筒焊接，焊接接頭要密實飽滿。焊接完成后繼續(xù)下放，采用場地準(zhǔn)備時做好的4 個保護樁引線的方法，確定樁位中心位置，吊機吊起護筒，使鋼護筒中心與樁位中心重合時下放鋼護筒，并保證偏差不超過規(guī)范允許偏差值，否則需要重新調(diào)整鋼護筒的位置。護筒定位后采用壓重的方法將剩余1 m 長度壓入，注意控制標(biāo)高，保證鋼護筒的頂面在地面0.3 m 以上，接著對稱均勻的回填黏土，并壓實到規(guī)定的壓實度。

3.3 泥漿制備

根據(jù)樁位和現(xiàn)場的施工條件，在合適位置挖設(shè)泥漿池和沉淀池，泥漿池的尺寸為長×寬×高=10 m×10 m×2 m，并確保泥漿容量能滿足鉆孔需要方可開鉆。施工時，采用循環(huán)沉淀的方法沉淀泥漿，排出孔外的泥漿先排到沉淀池，泥漿經(jīng)沉淀后流入泥漿池，循環(huán)使用。施工過程中需特別注意做好泥漿池防護工作。泥漿池防護采用格柵式護欄，高度為1.2 m，護欄實施安全可視化，掛設(shè)警示牌，夜晚設(shè)置太陽能警示頻閃燈。此外，由于本工程土質(zhì)為黏土、粉土以及粉黏土，因此為確保泥漿質(zhì)量，可按易坍地質(zhì)層的指標(biāo)進行配置泥漿。

3.4 鉆機鉆進成孔

首先檢查鉆孔前的各項準(zhǔn)備工作，包括主要機具設(shè)備的檢修，作業(yè)平臺的平整度和穩(wěn)定性等。然后調(diào)整鉆機鉆桿的豎直度，并保證鉆機穩(wěn)固，按照從4 個保護樁引出的十字線校正鉆頭與樁位中心的偏差，調(diào)整完畢后請監(jiān)理現(xiàn)場檢驗，合格后方可鉆進成孔。鉆機鉆進時根據(jù)地層和鉆孔深度的變化，選擇合理的鉆進參數(shù)，并及時調(diào)整泥漿比重等指標(biāo)，確保樁基成孔質(zhì)量。鉆進時嚴(yán)格控制開孔的尺寸，保證孔壁圓順、垂直，以防鉆進方向偏移。

鉆進過程中隨時監(jiān)測，遇到地層變化處應(yīng)取渣樣處分析土層性質(zhì)，記入鉆進記錄表與地質(zhì)柱狀圖核對，并根據(jù)土層情況調(diào)整鉆進的速度。整個鉆機成孔過程宜一氣呵成，以免中途停鉆引起塌孔。操作人員執(zhí)行崗位責(zé)任制，隨時填寫鉆孔記錄?？足@至設(shè)計標(biāo)高后，檢查成孔孔徑、孔深以及傾斜度等，填寫終孔檢驗記錄。

3.5 清孔

鉆機成孔后必須清孔，主要目的是除去孔底的沉渣和泥漿，以保證后序水下混凝土的灌注質(zhì)量。當(dāng)鉆機鉆到設(shè)計標(biāo)高，鉆機停鉆，檢查孔深、孔徑以及傾斜度，并報監(jiān)理驗收。孔深采用鋼絲測繩進行測量，孔徑和傾斜度采用直徑與樁徑相同、長度為設(shè)計孔徑4 ～6倍的探孔器進行檢查，探孔器主筋采用Φ25的鋼筋制作。提升、拆卸鉆桿，拆卸完成后下探孔器檢測樁徑、樁長、傾斜度是否符合要求。符合要求則進行鋼筋籠吊裝，不符合要求的部位進行擴孔處理，當(dāng)孔檢驗合格后方可進行清孔作業(yè)。

清孔方法要根據(jù)土質(zhì)情況、設(shè)計要求、鉆機設(shè)備以及鉆孔方法來選擇，常見的清孔方法有掏渣法、換漿法和抽漿法3 種[4]。清孔過程一定注意樁孔內(nèi)的水頭高度，以免塌孔。清孔后，保證孔深、泥漿比重、含砂率和泥漿稠度等指標(biāo)符合規(guī)范與設(shè)計要求。本工程中最終清孔標(biāo)準(zhǔn)如下，相對密度＜1.06，粘度為18 ～24 Pa·s，含砂率＜1.5%。

3.6 鋼筋籠制作、運輸與吊裝

3.6.1 鋼筋籠的制作及運輸

鋼筋籠集中在鋼筋加工場下料加工，用人工胎架制作。按照設(shè)計圖紙及施工規(guī)范要求進行鋼筋籠的制作，主筋鋼筋直徑大于25 mm 均用剝肋滾壓直螺紋連接，直螺紋連接絲頭提前加工，鋼筋籠分節(jié)制作。為防止鋼筋骨架在存放及吊裝過程變形，將每隔一定間距臨時設(shè)置十字加勁撐。鋼筋骨架焊接采用CO2保護焊進行梅花形點焊，同時焊接箍筋，從而形成鋼筋骨架。

本工程中樁基礎(chǔ)鋼筋籠的保護層厚度控制采取混凝土圓餅形墊塊，考慮到濱海地區(qū)樁基鋼筋易受海水腐蝕，保護層厚度取不小于70 mm，縱向每隔2 m 設(shè)置，混凝土墊塊沿圓周方向?qū)ΨQ設(shè)置，每道應(yīng)不少于4 塊。

運輸過程中要捆綁結(jié)實，行走平穩(wěn)，安放時墊木保持在理論支撐線上。為防止鋼筋籠在運輸及起吊的過程中發(fā)生變形，可在加強箍位置處增設(shè)三角支撐，三角支撐設(shè)計為可重復(fù)利用型，在鋼筋籠下放過程中取出。

3.6.2 鋼筋籠的吊裝

鋼筋吊裝采用四點起吊底節(jié)骨架，用鋼管或型鋼臨時擔(dān)在孔口，再起吊底部第二節(jié)骨架，對正進行套筒連接，必須使用扭矩扳手，以保證連接牢固，逐段放入孔內(nèi)至設(shè)計標(biāo)高，最上面一節(jié)鋼筋籠頂端焊接吊筋固定于孔口。

第一吊點設(shè)在距鋼筋籠骨架底部0.1L 處（L 為鋼筋籠骨架長度），第二吊點設(shè)在距鋼筋籠骨架底部0.4L 處，第三吊點設(shè)在距鋼筋籠骨架頂部0.4L 處，第四吊點設(shè)在距鋼筋籠骨架頂部0.1L 處。第三吊點和第四吊點通過扁擔(dān)梁與主鉤相連，第一吊點和第二吊點通過扁擔(dān)梁與副鉤相連。鋼筋籠吊裝時，先由主副鉤同步起吊，起吊到一定高度后，副鉤配合主鉤進行鋼筋籠吊裝回直。

3.7 導(dǎo)管拼裝并二次清孔

本工程中導(dǎo)管為無縫鋼管，內(nèi)徑選用30 cm，絲扣接頭。為保證導(dǎo)管口連接處嚴(yán)密，采用螺栓連接，并墊橡膠墊圈。導(dǎo)管在使用前要進行試拼和試壓試驗，以防導(dǎo)管漏水、漏氣，試驗合格后方可用于灌注混凝土施工。安裝完成的導(dǎo)管底至孔底距離控制在0.3 ～0.4 m。

樁基灌注前，由于從提鉆到導(dǎo)管安裝完成時間較長，必然會使第一次清孔后的沉渣增加。另外，在提鉆、吊裝鋼筋籠入孔內(nèi)固定以及安裝導(dǎo)管過程中，難免會碰擦孔壁，使孔壁上的泥皮等刮落孔底。為避免因沉渣過多引起樁基的承載力減弱，因此必須高度重視灌注前的二次清孔工作。二次清孔后，重新檢測樁孔的各項指標(biāo)，符合規(guī)范和設(shè)計要求后進行水下混凝土灌注作業(yè)。

3.8 水下灌注混凝土

混凝土由拌合站生產(chǎn)供應(yīng)，運輸車運輸。灌注前要根據(jù)孔深考慮充盈系數(shù)，合理計算所需混凝土方量。混凝土運至現(xiàn)場后，要檢查其和易性和坍落度，確保坍落度控制在180 ～220 mm。

為了保證將導(dǎo)管內(nèi)的水壓出，并封堵導(dǎo)管底口，隔絕樁孔內(nèi)水的影響，并保證后序混凝土能連續(xù)不斷地灌入，首批混凝土灌注量的計算非常重要。由導(dǎo)管底口至樁孔底端的間距控制在0.3 ～0.4 m，且滿足導(dǎo)管初次埋置深度不小于1.0 m，本工程取1.2 m。以樁基設(shè)計直徑為1.6 m，樁長為50 m 為例，計算得此樁基最大首灌混凝土的方量約為4.38 m3，所以需備制1 個能容納4 m3以上的儲料斗，此料斗底部混凝土出口設(shè)計閥門。在儲料斗中準(zhǔn)備足夠數(shù)量的混凝土，打開閥門，首批混凝土入孔后，要緊湊、連續(xù)地進行灌注，嚴(yán)禁中途停工。為確?；炷凉嘧⒆鳂I(yè)連續(xù)進行，現(xiàn)場至少有兩車混凝土等候灌注。

灌注過程隨時測量和記錄孔內(nèi)混凝土灌注高程和導(dǎo)管入孔長度，以控制和保證導(dǎo)管埋入孔內(nèi)混凝土有適當(dāng)深度[5]。導(dǎo)管的埋置深度控制在2 ～6 m，專業(yè)工程師要隨時測量孔內(nèi)混凝土的灌注高度，以便指導(dǎo)導(dǎo)管的提升和拆除。如導(dǎo)管卡住鋼筋骨架，可順著導(dǎo)管安裝的方向正向轉(zhuǎn)動導(dǎo)管，使其脫開鋼筋骨架，移到鉆孔中心。拆除導(dǎo)管時，動作要快，拆下的導(dǎo)管及時沖洗干凈，并堆放整齊。灌注的樁頂高程要比設(shè)計高程高出0.5 ～1 m，以保證樁頭強度。灌注結(jié)束拔底節(jié)導(dǎo)管時速度要慢，防止沉渣擠入形成夾心。灌注過程中試件留存，每根樁基試件制作4 組，試件標(biāo)明工程名稱、施工部位、混凝土標(biāo)號及試件制作日期內(nèi)容。

4 結(jié)語

在公路工程中，鉆孔灌注樁作為一種橋涵使用的深基礎(chǔ)，具有能適應(yīng)各種地質(zhì)條件、強度剛度大、承載力高以及樁身變形小等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于橋梁工程的基礎(chǔ)工程。但是鉆孔灌注樁作為隱蔽工程，由于施工程序復(fù)雜，受到水文地質(zhì)等施工環(huán)境影響因素多，容易產(chǎn)生鋼筋籠上浮，樁頭浮漿、縮頸、擴徑和斷樁，樁身混凝土質(zhì)量差，出現(xiàn)蜂窩、空洞、夾泥層或級配不均現(xiàn)象等缺陷。這些缺陷影響樁身基礎(chǔ)，使橋梁結(jié)構(gòu)存在安全隱患，因此有必要加強鉆孔灌注樁施工技術(shù)的研究，針對不同的工程地質(zhì)情況，提出施工過程中質(zhì)量的控制要點，可加快施工進度，保證施工質(zhì)量與安全，對實際工程有著重要的指導(dǎo)意義。