反循环配合旋挖钻在桩基工程中的应用

文/ 杨乐 蒋冬芹

引言

中山东路（新津河-莲凤路）道路桥梁及配套工程PPP项目为2021年汕头亚青会主会馆与城市区的主干道，中砂大桥为该项目的控制性工程，桥梁桩基的顺利施工显得尤为重要。国内外学者对桩基成孔工艺、清孔工艺等已展开了较多的探讨。裴迎春介绍了旋挖钻的技术优劣及注意事项，并以之与反循环工艺进行对比分析。雷斌分析旋挖钻孔工艺桩底沉渣过厚的原因，介绍了6种清孔工艺，并对比分析各种工艺的特点，提出了旋挖桩清孔工艺的优化选择方法。单慧川对比分析了正循环冲击钻和反循环回旋钻的钻孔工艺及施工效果，就成孔质量、成孔效率、成本消耗等进行了详细论述。

目前，对桩基钻孔工艺及清孔工艺的研究较多，但对不同钻机结合使用的研究较少。本文着重分析反循环配合旋挖钻工艺的应用。该工艺较常规施工工艺能有效提高施工效率，保证成桩质量，为类似工程施工提供参考。

工程概况

中砂大桥全长1325m，主桥跨径布置为80+180+80m=340m，全桥桩基共212根，其中φ1.2m桩基28根，φ1.8m桩基48根，φ2m桩基112根，φ2.5m桩基24根（主墩桩基），基础型式均为群桩，桩基类型以嵌岩桩为主。

方案比选

桩基钻进方案主要有三种：冲击钻、旋挖钻、反循环；清孔方案主要有四种：泥浆正循环、泵吸反循环、气举反循环、无泥浆循环。将上述工艺优缺点列表1。

因旋挖钻进尺速度最快，反循环钻机自带有气举反循环清孔设备，经综合考虑工程的工期、造价要求，最终采用反循环配合旋挖钻的施工工艺，由反循环钻进土层，旋挖钻进岩层，再由反循环清孔。

施工工艺

施工流程

1.施工准备。主墩桩基位于外砂河河道中，在桩基施工前，采用“钓鱼法”打设钢管桩基础，并搭设钢平台。钢平台为上承式结构，为后续主墩桩基及承台施工提供工作平台。

2.测量放样。根据设计图纸要求，用全站仪坐标放样法确定桩中心位置，为后续钢护筒打设提供依据。

3.钢护筒打设。主墩桩基直径为2500mm，采用外径2800mm，壁厚22mm，长度30m的钢护筒，通过打桩船进行打设。

4.钻机就位。受现场条件影响，钢护筒定位时存在误差，钻机就位前需重新复核桩中心位置，及时做好标记，保证钻头中心与桩中心重合。

5.泥浆制备。桩基施工采用轻质环保化学泥浆。为提高泥浆的化学性能，适当添加相应材料，不同土质应采用不同性能指标的泥浆，泥浆比重、粘度应随土样大颗粒的增多而增加。

丙种球蛋白是一种由健康人血浆分离提取并经过病毒灭活处理的免疫球蛋白制品，属于血液来源的生物制品。生物制品是很容易导致严重过敏反应的一类药品。另外，一旦制造这种药品的血浆受到污染，注射后感染传染病如乙肝、丙肝等的概率极大，而且临床中也不断发现由于注射受污染的血液制品而感染的病例，所以，现代传染病学认为丙种球蛋白不能大量、广泛地在临床上应用于免疫预防，更不能用于感冒这类小病的预防。临床上对它的使用非常严格，仅用于某些严重疾病的治疗，例如免疫缺陷病、大面积烧伤、严重创伤感染以及败血症等。

6.反循环钻进。在钻机安装就位后，要检查钻机是否安装平稳。采用减压钻进的方式施工，要根据不同地质情况，控制钻机进尺和转速，及时捞取钻渣样品，核实是否与地质剖面图相符，同时关注护筒内水压，保持护筒内水头差，确保孔壁稳定。反循环钻进至强风化岩层时，要进行钻机设备更换，采用旋挖钻继续钻进，采用反循环设备进行下一桩位的钻进。

7.旋挖钻入岩。由现场实践可知，对于中风化岩层，同设备进尺效率比约为：旋挖钻:反循环:冲击钻=1:0.33:0.25；三种设备每米进尺的单价比约为：旋挖钻:反循环:冲击钻=1:1.15:0.39；反循环扩孔系数最小，约为1.04；旋挖钻次之，约为1.06；冲击钻最大，约为1.16。

考虑工期的影响，要优先采用旋挖钻钻进岩层。旋挖钻采用牙轮或截齿筒钻取芯钻进成孔，由于主墩桩径为2.5m，需采取分级扩孔，扩孔级数为2级，按Φ1m、Φ2m和Φ2.5m分级成孔。

8.终孔、反循环清孔。经实践证明，相同条件下正循环清孔时间约为反循环清孔时间的4倍。另，由于旋挖钻钻进过程中会产生较大的颗粒，所以采用气举反循环进行清孔。

当孔深达到设计标高后，旋挖钻继续进行下一桩位钻进，要更换反循环进行清孔，下放反循环钻杆，同时在反循环钻头上加设4根钢绞线，以发挥扫渣的作用，保证清孔效果良好。沉渣厚度及泥浆指标满足设计要求后，撤出反循环设备进行钻孔复测。

9.孔径、孔深、倾斜度复核。清孔完成后需对孔深、孔径、钻孔倾斜度进行再次复核，采用专用勘探设备进行检测，检测无误后进行钢筋笼下放。

10.钢筋笼安装。钢筋笼采用长线法加工制作，分节倒运至施工现场。钢筋笼下放前需再次复核桩中心，并通过桩基中心坐标反算桩顶钢筋笼定位筋的长度，确保钢筋笼安装时，钢筋笼中心与桩中心重合。

12.灌注水下混凝土。依据《JTGT/F50-2011公路桥涵施工技术规范》里首灌公式进行计算，确保首批灌注混凝土的方量应能满足首次埋深（≥1m）和填充导管底部的需要。经计算，首灌方量约为8m3。

为保证首灌方量，首次灌注混凝土时，采用两辆罐车同时灌注，单罐车放料速度为4m3/min；经现场实践，当灌注1min时，料斗内混凝土不再满布料斗底，料斗尺寸为5m。经计算可知，采用两罐车同时灌注时，当料斗内混凝土不再满布料斗底时，所灌注方量总为5+4*2=13方，满足首灌方量要求。

首灌完成后按照导管埋深2～6m的要求继续灌注混凝土，需保证混凝土灌注的连续性，直至灌注超出桩顶标高0.5～1m，此时完成桩基施工。

施工中的创新点

桩基础系桥梁结构的隐蔽性工程，且是桥梁的主要受力结构，其高质量对整个桥梁工程尤为重要。本桥梁主桥桩基通过优化钻孔、清孔工艺，保证了成桩质量及工程进度，改进首灌方式，提高了灌注混凝土的灵活性：

1.对于中风化岩层，旋挖进尺效率为反循环的3倍，故采用反循环配合旋挖的钻进工艺，由反循环钻进桩基上部的软弱土层，旋挖钻进以中风化为代表的坚硬岩层，保证进尺效率，提供进度保障。

2.旋挖终孔后，采用反循环钻机并于钻头加钢绞线的方式对桩底进行扫孔清孔，以控制沉渣厚度，保证成桩质量。

3.采用两罐车同时放料的方式保证首灌方量，间接地减小了料斗的体积，提高了混凝土灌注的灵活性。

4.采用旋挖钻进中风化，进尺深度5m需要约27h；采用反循环钻进钻机中风化，进尺深度5m需要约76h。对于主桥桩基，采用旋挖钻替代反循环钻进中风化，至少可节约工期约25天。

结语

桩基础是桥梁工程的承重部位，其施工工艺的优质、高效十分重要。本工程通过采用旋挖钻配合反循环的施工工艺，对桩基钻进及清孔进行优化，同时改进了首灌方式，提高了混凝土灌注的灵活性，保证了工程进度，提高了工程质量，为后续类似工程施工提供了参考。