浅谈钻孔灌注桩正反循环钻机成孔异同的适应性

王军涛

【摘要】回转钻机是由动力装置带动钻机回转装置转动，再由其带动带有钻头的钻杆移动，由钻头切削土壤。根据泥浆循环方式的不同，分为正循环回转钻机和反循环回转钻机。但总体来看，反循环回旋钻在钻孔灌注桩成孔中处于主导地位。本文就钻孔灌注桩正反循环钻机成孔异同的适应性进行了探讨。

【关键词】正循环回旋钻；反循环回旋钻；钻孔灌注桩成孔；适应性

0 引言

我国在应用钻孔灌注桩对郑州黄河公路大桥完成直径220cm，孔深70m的摩擦桩施工中，使钻孔灌注桩的可施工桩径突破200cm大关，是国产回旋钻机向大口径发展的重要里程碑，1986年广东省九江大桥2*160独塔斜拉桥工程中又使用BDM-4型反循环钻机完成φ200-300嵌岩桩的施工，标志着我国应用循环钻机施工钻孔灌注桩的工艺日趋成熟。

1 正反循环钻机成孔的原理

灌注桩是一种极为有效，安全可靠的基础形式，它具有将上部结构荷载传递到深层稳定的土层中，大大减少基础沉降的优点，因此成为目前建设工程中使用较广泛的一种桩基。灌注桩的施工大多是在地下或水下完成，施工工序多，导致了质量控制难度大。反循环回旋钻相较于正循环回旋钻，在保持成孔速度快，噪音低，机身高度小，振动小，可成孔直径大，钻孔深度大等优点外，还具备泥浆质量要求低，清孔速度快，清孔效率高等特点，虽然也存在钻机结构复杂，造价偏高等缺点。

正循环：用高压将泥浆通过钻机的空心钻杆从钻杆底部射出，底部的钻头在回旋时，将土层搅松成钻渣，被泥浆浮悬，随着泥浆上升而溢出流到孔外的泥浆溜槽，经沉淀池净化，泥浆再循环使用，孔壁靠水头和泥浆保护，采用本法由于钻渣得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。

反循环：同正循环相反，泥浆由孔外流（注）入孔内，用真空泵或其他方式（如空气吸泥机等），将钻渣从钻杆中吸出，由于钻杆内径较孔径小得多，故钻杆内泥浆上升速度较正循环快很多，就是清水也可把钻渣带上钻杆顶端流向泥浆沉淀池，净化后泥浆可循环使用，本法的泥浆只起到辅助护壁作用，其质量要求较低，但如土层为易塌土层，则仍需用高质量泥浆。反循环工艺的泥浆上流的速度较高，能携带较大的土渣。

2 正反循环回旋钻的优缺点

正循环回旋钻：钻进与排渣同时连续进行，故正循环回旋钻的成孔速度较快，钻孔深度较大，最大深度可达100米，缺点是需设置泥浆槽、沉淀池、储浆池等，施工场地占地面积较大，需要大量地水和原料，机具设备复杂，机械故障较多，最大的缺点是由于泥浆较稠，故孔壁的泥浆厚度常达5～7cm，大大降低了桩周摩擦力，因而正循环回旋钻机发展趋势比较缓慢。

反循环回旋钻：排除钻渣连续性好，速度较正循环快，功效较高，目前此类钻机最大嵌岩桩钻孔孔径可达250cm，普通土层钻孔直径可达300cm，深度可达80～120cm，钻进岩层的岩石强度可达180MPa左右，这类钻机排渣无需泥浆，在孔壁十分稳定的地层中甚至可以用清水，在孔壁不稳定的地层中，出于固壁的特殊需要，必须调制优质泥浆，但其造浆原材料的用量远远低于正循环，反循环回旋钻机的最大优点是孔壁保护膜较薄，不会太多影响桩的摩擦力，其缺点是扩孔率大于正循环回旋钻机，并且钻机结构较正循环钻机更为复杂，造价偏高，特别是钻孔直径达到300cm和孔深达到100m以上实造价会更高，尽管如此，目前反循环回旋钻在桥梁钻孔灌注桩成孔中仍处于主导地位。

二者噪音都较小，机身高度中等，振动小，成孔速度快。

3 适合地质条件

正循环回旋钻：黏性土，粉砂，细中粗砂，含少量砾石、卵石（含量少于20%）的土、软岩。

反循环回旋钻：黏性土，砂类土，含少量砾石、卵石（含量少于20%，粒径小于钻杆内径2/3）的土。

4 正反循环钻机钻进成孔

4.1 开孔钻进的控制

对正循环，应稍提钻杆，启动泥浆泵和转盘使之空转一段时间，使泥浆由泥浆泵从泥浆池输进钻杆内腔后，经钻头的出浆口在护筒内射出进行造浆，待泥浆均匀后以低档速进行钻进，钻至护筒脚下1m后，再按正常速度钻进。钻进过程中必须保持钻孔的垂直，并保证孔内水位高于地下水位。

对反循环，先将钻头提高距孔底约20cm，将真空泵加足清水，然后启动真空泵，抽出管路内的气体，待泥浆泵充满水时，关闭真空泵，启动泥浆泵，打开出水控制阀，把管路中的泥水混合物排到沉淀池，形成反循环后，启动钻机，慢速开始钻进。待一节钻杆钻完时，停钻沉淀，关闭泥浆泵，接长钻杆钻进。

4.2 正反循环钻机钻进过程的差别

正循环钻进时，进尺适当控制，在护筒刃脚处，低档慢速钻进，使刃脚处有坚硬的泥皮扩壁。钻至刃脚下1m后，再按土质以正常速度钻进。黏土中钻进，由于泥浆黏性大，钻锥受阻力也大，易糊钻，选用尖底钻锥、中等钻速、大泵量、稀泥浆；砂土或软土层钻进时，易坍孔，选用平底钻锥、控制进尺、轻压、低档慢速、大泵量、稠密泥浆；在轻亚黏土或亚黏土夹卵、泥石层中钻进时，因土层太硬，会产生钻锥跳动、钻机运转困难、钻杆摆动幅度加大和钻锥偏斜等现象，易使钻机超负荷损坏，采用低档慢速、优质泥浆、大泵量、两级钻进的方法钻进。待终孔后检查钻孔直径和竖直度，用探笼吊入孔内，圆笼中心与钻孔中心一致，如上下各处均无挂碍，则钻孔直径和倾斜度符合要求。

对于反循环回旋钻，在硬黏土中钻进时，用一档钻进，放松起吊钢丝绳，自由进尺。在普通黏土、砂黏土中钻进时，用二、三档钻进，自由进尺，以免陷没钻头或抽吸钻渣的速度跟不上。遇地下水丰富、易坍孔的粉砂土用低档慢速钻进，减少钻进对粉砂土的搅动，同时加大泥浆比重和提高水头，以加强护壁防止坍孔。钻进中，稍提钻杆以减压钻进，使钻锥回转平稳，避免或减少斜孔、弯孔和扩孔现象。

正反循环回旋钻机开钻前应调制足够数量的泥浆，钻进过程中如泥浆有损耗、漏失，应迅速补充。并按时检查泥浆指标。每钻进2m或底层变化处应在泥浆中捞取钻渣样品，查明土层类别并记录，以便与设计资料核对。

5 清孔方式

5.1 正循环钻机清孔

当使用正循环回旋钻机钻进时，终孔后，易采用换浆法清孔。停止钻进，稍提钻锥离孔底10～20cm空转，并保持泥浆正常循环，以中速压入比重为1.03～1.10的较纯泥浆，把钻孔内悬浮钻渣较多的泥浆换出，使清孔后泥浆的含砂率降到2%以下，黏度为17～20s，相对密度为1.03～1.10，且孔底沉淀土厚度不大于设计规定的数值，即可停止清孔。根据钻孔直径和深度，换浆时间约為4～8h。这种清孔方式不需另加机具。且孔内仍为泥浆护壁，不易坍孔。缺点是清孔不彻底，混凝土质量较难保证，而且清孔时间太长。

5.2 反循环钻机清孔

当使用反循环回旋钻机钻进时，终孔后，易采用抽浆法清孔。可在成孔后停止钻进，利用反循环系统中的泥石泵持续吸渣5～15min左右，使孔底钻渣清楚干净。这种清孔方式在反循环钻机成孔施工中使用同样不需要另加机具，清孔较彻底，但孔壁易坍塌的土层在使用抽浆法时，操作要注意，防止坍孔。

6 结语

总而言之，钻孔灌注桩基础日益成为软弱地基上工业建筑、高层楼宇、桥梁码头及重型仓储等工程经常采用的一种深基础形式，其成孔的方法很多，正、反循环回旋钻成孔法由于施工噪音小，对土层扰动小，振动力小，成孔速度快，因此在钻孔灌注桩施工中得到了广泛的应用，同时受到施工单位的高度重视。

参考文献：

[1]卿三惠.桥梁工程（第2版）[M].中国铁道出版社，2013：38-40.

[2]天津市市政工程局，道路桥梁工程施工手册[M].中国建筑工业出版社，2013：331-332.