桥梁桩基工程反循环钻成孔施工技术分析

龚鸣

（江西省交通工程集团建设有限公司，江西 南昌 330038）

0 引言

随着社会经济的不断进步，建设行业加大对各类现代化施工技术的研发与投入力度，其中反循环钻成孔技术便得到相应的完善与优化，并被广泛应用于桥梁桩基施工中，极大程度地提高了我国桥梁桩基工程建设质量。但该技术应用期间仍表现出多方面的不足，这需要施工人员做到对反循环钻成孔施工技术应用要点与难点的全面把控，严格按照相关标准以及要求加以运用，弥补技术应用缺陷的同时推进桥梁桩基工程安全、高质量建设。

1 反循环钻成孔施工技术研究

1.1 技术操作原理

该技术适用于多种地层形态桩基基础施工中，如砂砾、砂土、粉土、淤泥等。针对不同岩性桥梁基础应用的钻头设备也不同，比如，若对硬性岩基础进行钻孔时，需使用滚轮式钻头；在软岩上打孔时，常采用圆锥式钻头。但在无地下水地层、自重湿陷性黄土层则不可应用反循环钻成孔施工技术。此外，对大弧石层、大抛石层、大卵砾石层进行钻孔时，使用该技术会严重影响钻进效率。

技术操作原理如下：开展钻孔作业时，将大于桩径15%的护筒设置于桩顶处，合理控制护筒内部水位高度，需始终超过地下水位2m，并将孔壁静水压力维持在0.02MPa 左右，防范孔壁坍塌。钻进过程中，需保证钻机的钻杆端部钻头借助旋转盘进行作业，从而达到切削、破碎岩土的目的；紧接着在孔壁与钻杆的环状空隙中注入清洗液，直至到达孔底，待钻头冷却后，便可将岩土内的钻渣带离出孔洞。此时的混合液会在负压的作用下逐渐上升抵达地面，并流进泥浆池中净化，处理后的冲洗液又流入孔洞内，从而达到循环。

1.2 技术应用特点

反循环钻成孔施工技术只有在静水压环境中才可获得理想中的技术应用效果，为保证技术应用价值，则需全面把控护筒埋设质量，与此同时，还应积极落实五项基础工作，防范孔洞坍塌。其一，确保孔壁周围净水压始终大于0.02MPa，合理控制护筒内水位高度；其二，提高对泥浆造壁施工的关注程度，钻进期间，孔内的泥浆会在循环作用下形成泥浆膜，实现对空隙的密实封堵，防范渗漏水问题的发生；其三，严格把控泥浆比重，若需在粉土层或黏土层开展钻进施工，需将泥浆比控制在1.02～1.04 之间，若钻进工作在易塌孔土层进行，则应保证泥浆比高于1.05，但不得超过1.08；其四，钻进作业期间需始终遵循缓慢注入原则，实现对泥浆流速的控制；其五，根据选用钻头种类、钻进深度、土层结构、桩体直径等要求确定钻进速度；其六，如果钻进工作开展于砂砾层，则需对泥膜形成时间进行充分考虑，若在黏土层中钻进，则应重点考虑泥浆浓度，并始终将浓度维持在平衡状态，避免浓度过大或过小对土层结构稳定性造成不良影响。

1.3 技术施工工艺

施工人员需始终坚持科学性施工原则，基于客观视角分析反循环钻成孔技术操作流程，并了解、掌握技术操作要点，明确桥梁桩基施工重难点。技术操作流程如下：一是埋设护筒。对埋设施工质量进行严格把控，确保钻孔结构整体稳定。二是科学布设反循环钻孔机，并安排专业施工人员对钻孔机的安装位置进行优化调整。三是技术应用前，全方位检测孔底沉渣，为后续钻孔工作秩序开展创设良好作业条件。

2 反循环钻成孔施工技术在桥梁桩基施工中的具体应用

2.1 前期准备

开展桥梁桩基钻孔施工前，需对工程所处位置的土质情况以及具体钻孔施工要求着手于场地布置工作。利用施工机械设备平整、夯实土地表层，并尽数清理施工周围杂物，若为软土地基，还需做好土质层压实处理工作，直至达到所要求的平整度后，才可执行测量放样施工。放样期间，应细致标注桩基实际位置，并做好桩基础的保护工作，开展钻孔作业前，合理科学规划施工路线，适当增加钻孔位置与通行道之间的距离，以保证孔壁结构整体稳定性。桩位放样施工过程中，应借助全站仪精准测定所有桩位，并将标志物打入到桩位上，顺着桩位以及轴线的方向布设并固定枕木与铁轨，再以垂直、平行轴线为基础，采取十字式交会法将桩位呈现于枕木和铁轨上，利用铁钉进行固定，并涂抹油漆做好标记。成桩后，需对边桩以及中间桩的桩位进行检查，其中边桩桩位设置允许偏差为6mm，中间桩桩位允许偏差不得超过4mm。完成各项准备工作后，需确定装孔钻进位置，并将钻进施工方案移交给监理部门进行审核与确认，未施工前均需积极落实现场保护工作。

2.2 护筒埋设

护筒埋设前，需先组织承压、渗漏水试验，并保证护筒内径始终大于钻头直径至少20cm，重合放置桩中心线与护筒中心竖线，将偏差控制在5cm 以下，护筒倾斜程度需小于1%。完成护筒埋设工作后，应使用黏土对护筒四周进行回填处理，并采取分层原则，夯实回填部位，如图1所示。

图1 护筒埋设示意图（单位：cm）

2.3 泥浆制作

组织施工人员在桥梁桩基工程周边挖掘泥浆池，将栏杆布设于泥浆池四周，以起到安全防护的作用。制浆前，需使用打碎机破碎大块黏土，为搅拌工作提供便利的同时，获得理想中的成浆效果，从根本上提高泥浆制作质量。在此期间，可将打碎的黏土直接投放进套管内，并借助冲击锥实现冲击制浆，直至黏土冲搅为泥浆后，便可组织作业人员开展钻孔施工。为保证钻孔工作满足桥梁桩基施工要求，应严格把控泥浆制备流程，确保所制备的泥浆达到相应的性能指标，并对黏土层钻进施工的泥浆比重进行控制，始终为1∶1.1；若钻孔施工在粉质黏土层开展，控制泥浆比重为1∶1.2；而钻砂层的泥浆比重为1∶1.3。此外，还需严格控制入孔泥浆的胶体率，需始终大于98%，而酸碱值应超过6.5。

2.4 钻机就位

确定钻机布设位置前，应全方位检查与钻孔施工相关的各项准备工作落实情况，尤其是土层平整与夯实，确保就位的钻机底座与顶端保持水平，并防范钻进期间沉陷或位移现象的发生。钻机就位后，需安排施工管理人员检查钻机水平与对中状态，将桩机中心作为标准，合理调整钻头中心的位置，尽可能做到二者相重合，最大误差不得大于10mm。与此同时，还需细致分析各类施工设计剖面图，包括水文资料、地质条件等，将此作为依据，对各类地质层的钻进压力、速度以及泥浆比重进行合理控制。

2.5 钻进成孔

2.5.1 钻进施工

由于钻头吸浆口极易出现堵塞现象，因此，在实际施工时，应适当抬高钻头，合理控制钻头与孔底之间的距离，通常为20～30cm，将适量清水注入真空泵内，并立即关闭沉淀室放水阀以及出水控制阀，实现管路的完全封闭。紧接着打开真空管路阀门，确保清水能够顺畅流通后运行至真空泵，并将管路中残留的气体尽数抽出，直至管路内部呈负压状态，再将清水注入进泥石泵中；当泵内被清水充满后，需在第一时间开启泥石泵并关闭真空泵，适当提高泥石泵出口真空压力值，保持在0.2MPa 左右，此时便可开启出水控制阀，排出管路内的泥水到沉淀池中，从而打造出反循环运行机制。开启钻机，遵循匀速、缓慢钻进原则开展钻进施工，以此增强钻进过程整体的稳定性、连续性。开启出水控制阀，在此期间，需对阀门处的压力值进行跟踪监测，当呈下降趋势并低于0.2MPa 后，可关闭出水控制阀。

2.5.2 接长钻杆

每完成一节钻杆钻进施工后需停止钻进行为，并安排施工人员对孔底沉渣进行全面清理，在此期间，需关闭泥石泵，对钻杆进行接长处理。将厚度约4mm的橡皮筋置于接头法兰盘中，检查螺栓拧紧程度，确保整体严密性，防范浆液外漏问题的发生。只有各项工作落实且达到施工标准后才可开展后续钻进施工。

2.5.3 钻速控制

通常来说，泥浆密度、浆渣吸附能力、钻锥回转速度、土质条件、钻孔直径等因素都会影响钻孔施工进度。比如，若钻孔直径设定为2.2m，则采取泵吸式反循环回转钻进施工方法，结合桥梁桩基工程所在位置的土质情况，确定每小时最适宜的钻进速度，见表1。

表1 不同土层每小时钻进深度控制

此外，还需结合作业现场的地质情况对钻机转速进行调整：遇砂类土、硬黏土时应将钻机调节为一挡转速；遇高液限黏土时需调整钻机转速为二或三挡；由于粉质土层结构整体稳定性较差，因此既要合理控制钻机转速还需适当提高泥浆相对密度，防范孔壁坍塌问题发生。

2.6 清孔与检孔

当钻进深度达到施工设计要求后，需安排专业人员及时清理泥浆泵，避免泥浆凝固堵塞孔洞，增大坍孔风险。清孔时可采用换浆法进行，将相对密度较低的泥浆注入孔洞中，以此排出内部相对密度较大的泥浆和悬浮钻渣。而开展检孔作业时，检查对象为孔深、孔垂直度以及孔径，应用的检测设备通常为笼式检孔器。该类型检孔器是通过对直径为20cm 的钢筋进行加工制作而成，其外径大于桩体直径，可实现对孔洞全覆盖检测，有效检测长度约6m。检孔作业过程中，需吊起检孔器，并将检测绳索零点位置缠绕在检孔器顶端处，尽可能保证起吊的钢丝绳中心、孔中心以及检孔器中心始终保持在同一铅垂线上，紧接着将检孔器缓慢放入到孔洞内，通过对检孔器长度以及测绳刻度的数据变化进行分析，可实现对设备放入位置的精准判断。

2.7 混凝土灌注

作为反循环钻成孔技术的最后环节，混凝土灌注工作直接决定着桥梁桩基整体施工质量。但由于混凝土灌注施工表现出复杂性的特点，且受多种外界因素及人为因素的干扰，因此需加大对该施工环节质量的把控力度。依托于桥梁桩基钻孔实际需要，选择适配的灌注机及其他辅助性施工设备，并在投入使用前检查设备运行状态，只有达到施工标准后才可开展灌注施工。技术应用要点如下：通常选用C30 混凝土作为灌注原材料，控制混凝土坍落度在18～22cm 之间，水灰比为1∶0.74。针对原材料质量，可在混凝土制备时混合级配碎石、中砂以及P.O42.5 水泥，并根据桩基整体稳定性需求加入适量粉煤灰和减水剂，做好各原料的充分搅拌工作，确保初凝混凝土凝固时间超过4h。混凝土搅拌工作可在生产车间或施工现场进行，若采用前一种制备方法，需做好混凝土运输路线的规划与设计工作，还应在全程运输中搅拌混凝土，避免其凝固。

开展混凝土灌注施工时，应保证孔底与灌注导管下端出口之间的距离需超过40cm，并将导管完全置于混凝土内部，埋深需大于1m。灌注作业期间应保证灌注行为的连续性执行，并使用探测锤对孔内混凝土水平面实际位置进行检测，做好检测数据的记录与分析工作，以此为依据，着手于导管埋深的科学调整。当孔内混凝土注入钢筋骨架中且高度约2m 时，可适当抬高导管位置，以此规避导管埋设过深问题的发生。由于桩体顶端结构稳定性较差，为保证该部位的施工质量，应在桩顶位置加灌0.7m 左右的混凝土。

3 结语

反循环钻成孔施工技术表现出孔壁护膜薄、连续性排渣、保护桩基摩擦力、钻进速度快等优势，将其应用于桥梁桩基施工中，可大幅度提升施工效率与质量。但为保证技术科学有效运用，要求施工人员做好前期准备工作，并全面把控护筒埋设、泥浆制作、混凝土灌注等施工作业质量，依托于先进施工技术获得理想中的桥梁桩基施工效果。