市政桥梁桩基施工中反循环钻成孔技术要点分析

姚冰峰

广州机施建设集团有限公司 广东 广州 510000

引言

反循环钻成孔是现代市政桥梁工程的一项重要施工技术，该技术的应用有效解决了孔壁易坍塌、成孔速度缓慢等多项问题，对桥梁桩基施工质量与基础结构性能的提升有重要的现实意义。与此同时，反循环钻成孔技术在实际操作过程中还需进一步完善，从而推动桩基施工质量的全面提升，保证桥梁结构安全。

1 工程概况

知识城信息南路桥梁工程位于广州市黄埔区，桥梁跨径为35m，跨越规划塘面村河，左线桥两岸桥台均布置在迎水坡以外，右线桥东岸桥台布置在迎水坡坡顶处、西岸桥台布置在迎水坡以外。在本工程中，选择设置双排1m桩径的钻孔灌注桩作为基础构造形式，按摩擦桩来设计钻孔桩，采取泥浆循环钻孔施工方法。

2 反循环钻成孔技术概述

2.1 成孔原理

反循环钻成孔技术采取提前制备泥浆并放入井底，控制反循环钻机带动钻杆钻头保持旋转状态来切削地层，以此来强制破碎地层并按照泵吸反循环方式排除孔底沉渣与孔内泥浆的成孔方式，成孔期间凭借所注入泥浆来减小钻头钻进摩阻力，在孔壁表面形成一层保护性泥皮。同时，当采取反循环钻成孔技术在卵石层等复杂地层中开展成孔作业时，会明显加快钻头钻齿磨损量，需要频繁更换钻头或使用定制钻头，施工单位应根据工程情况慎重选择[1]。

2.2 成孔工序

反循环钻成孔技术的成孔工序由钻机对位、护筒埋设、钻进成孔、成孔清洗、安装钢筋笼、灌注混凝土等步骤组成，各项步骤的施工重点有所不同。其中，钻机对位是把反循环钻机安装就位、保持钻杆钻头垂直状态和控制钻机位置偏差。护筒埋设是在桩位土层中设置钢护筒或其他材质护筒，起到承担外部土压力、保证成孔作业得以顺利开展的作用。钻进成孔是在导孔内注入泥浆、启动钻机匀速开展钻进作业。成孔清洗是在桩孔成型后清理孔底沉渣，避免因沉渣量过多而在后续出现桩身夹泥等质量通病。安装钢筋笼是在孔底中心部位固定放置钢筋笼，也可选择在孔内下放适当尺寸的钢管柱，起到提高桩基结构刚度、增强承载性的作用。灌注混凝土是在孔内浇灌混凝土，待混凝土凝结硬化后成型桩基结构。

3 反循环钻成孔技术在市政桥梁桩基施工中的应用要点

3.1 施工准备

考虑到反循环钻成孔技术工艺复杂，涉及诸多方面，为保证成孔作业顺利开展，要提前做好各方面的施工准备工作。例如，在材料制备方面，根据地层条件与成孔要求来制备泥浆，明确泥浆原料塑性指数、粒径、粘粒含量、泥浆稠度与比重等性能指标要求，在泥浆制备后检查性能是否达标，限期内将泥浆投入使用，以及在工程现场修筑储浆池和泥浆沉淀池，便于泥浆临时存储与循环使用。

3.2 护筒埋设

护筒埋设要提前使用钢板制成钢护筒，清理护筒表面灰尘污渍，检查护筒厚度与规格尺寸，护筒直径要略大于桩孔孔径，并在护筒上部开设溢浆孔。随后，施工人员在各处桩位中吊放钢护筒，保持护筒与桩位二者中心点的对准重合状态，调节完毕后缓慢将护筒下落就位，重复检查护筒位置与垂直度是否达标，及时调节偏位的护筒。最后，根据地层条件来确定护筒埋设深度，当护筒埋设在砂土层和黏土层时，分别把埋设深度控制在1.5m以上和1.0m以上，在护筒外侧使用黏土分层回填、夯实。同时，当桥梁桩基施工地点位于水下时，则需要根据水位情况来调整护筒顶部标高和埋深值，要求护筒隔离外部水体，保持护筒内部环境的干燥状态。

3.3 钻进成孔

钻进成孔期间，需重点掌握泥浆护壁、钻杆接长、钻速调节三方面的技术要点。第一，在泥浆护壁方面，提前向护筒内部注入泥浆，由泥浆来减小钻头钻进阻力，一段时间后在桩孔孔壁表面形成保护泥皮。确定泥浆注入量达到一定标准后，启动钻机开展钻进作业，并根据钻进情况来实时调节泥浆注入量和注浆压力值。第二，钻杆接长方面，待首节或上一节段钻杆钻进完毕后，暂停成孔作业，施工人员清理孔内沉渣，在上一节段钻杆接头部位使用橡皮圈和法兰盘来密封连接下一节段钻杆，检查钻杆接头部位是否存在渗漏情况，确定无误后即可继续开展钻进成孔作业，重复上述操作，直至钻头抵达设计标高、完成剩余钻杆接长作业。第三，钻速调节方面，需要根据钻进成孔期间钻头所穿越地层条件来实时调节钻速，在钻头穿越成岩性较好的地层时适当降低钻速，在钻头穿越成岩性较差的地层时则增加钻速，避免因钻速不合理而出现卡钻、钻头过度磨损等问题。而在成孔质量检查步骤，可选择配备JJC-1D成孔检测仪等设备，对桩孔位置、孔径、孔深、孔壁倾斜度与完好性等多项指标进行逐项检查，对照检测结果与技术标准，确定成孔质量达标后，方可填写终孔检验合格证，进入下道工序[3]。

3.4 清孔

在桥梁桩基施工期间，需要重复多次开展清孔作业。其中，首次清孔作业开展于成孔结束后，施工人员控制钻头向上抬升0.5m左右，向孔内持续泵入泥浆，在泥浆循环过程中带动孔内沉渣向外排出，待桩孔内外泥浆的比重和稠度基本一致后，表明孔内沉渣得到有效清除，即可停止一次清孔作业，清除孔内泥浆，检查孔底沉渣层厚度是否小于5cm。第二次清孔作业开展于钢筋笼安放完毕后，同样采取泥浆循环清孔方式，向孔内循环注入泥浆，通过泥浆来携带孔内残留泥渣、垃圾杂物进入沉淀池内，直至孔底沉渣层厚度达标为止，也可选择使用高压空气来清理孔内残渣。

3.5 安放钢筋笼

在安放钢筋笼环节，施工人员提前检查钢筋笼规格尺寸与桩孔清孔效果，对质量不达标的钢筋笼进行绑扎调节，并清理钢筋表面残留锈迹，避免后续因内部钢筋锈蚀而影响到桥梁桩基结构性能状态。确定无误后，将钢筋笼起吊至桩孔上方一定高度处，调节钢筋笼位置与方位角度，缓慢将钢筋笼下放至孔底中心点，下放期间保持钢筋笼与孔壁安全间距，预防孔壁刮伤、保护泥皮剥落和钢筋笼变形问题的出现。最后，待钢筋笼就位后，重新调整钢筋笼位置，将钢筋笼固定在孔底，确保钢筋笼不会在后续混凝土浇筑期间因冲刷力与浮力影响而出现偏位、上浮情况，并开展二次清孔作业。

3.6 混凝土灌注

在混凝土灌注环节，在现场安装导管与储料斗等配套装置，清理导管内部残留浮浆，检查导管密闭性能，并在导管内部通水润湿，避免混凝土浆料粘黏在导管表面。随后，将导管下放就位，保持导管下口以及孔底0.4m以上的间隔距离，通过喷嘴持续向周边灌注混凝土，严格控制混凝土灌注速度，根据混凝土液面高度上升情况来同步上提导管，待混凝土液面高度超过桩基顶部设计标高后，即可停止灌注作业、取出导管，尽可能一次性完成混凝土灌注作业。最后，清理孔口向外溢出的混凝土浆液，观察一段时间混凝土液面状态，在液面下陷时进行补灌处理，在混凝土临近初凝时对表面进行抹压处理，抹压后开展保温保湿养护作业，直至混凝土试块强度达标，到达养护时间，即可完成反循环钻成孔作业。

4 反循环钻成孔技术常见的问题及解决措施

4.1 钻头脱落

钻头脱落是因钻进成孔期间错误设定钻速，在穿越坚硬岩石层时承受过大负荷导致钻头从钻杆上脱落。同时，在钻头自身质量不佳、连接法兰螺栓未拧紧以及钻杆材质质量较差时，也可能出现钻头脱落问题。

针对这一问题，施工人员需要采取位置校正、钻杆强化和优选钻头品种三项措施。首先，位置校正是在钻进成孔期间定期对转盘、固定钻杆卡控、底座水平加以测量校正，将垂直度等参数的偏差值控制在允许范围内，避免因误差超标而引发钻孔偏斜、钻头脱落等一系列问题出现。其次，钻杆强化是使用高强度材料来制作钻杆，必要时可选用铸铁加重钻杆、在钻杆上额外帮补高强钢材，以及在钻杆与钻头接触面上使用高强螺栓进行固定。最后，优选钻头品种是根据现场地层条件来确定钻头品种，如在现场分布卵石层或漂石层的情况下，可以选用三翼筒钻复合式钻头，由钻筒、挡板、一二级钻刀等部分组成，钻进期间采取由点到面逐级破碎方法，既可以保持较高钻进速度，还可以预防钻齿破损、钻头脱落和钻杆跳跃等施工问题出现[4]。

4.2 孔壁坍塌

在反循环钻成孔施工期间，孔壁坍塌问题的形成原因包括泥浆稠度偏小、泥浆密度过小、钻进速度过快、中途停钻时间超标、钻头上提与钢筋笼下放操作不当、混凝土灌注作业开展不及时等因素。在钻进速度过快时，无法为孔壁泥皮的形成提供足够时间，导致孔壁受到水土压力而出现变形破损情况，常见于现场分布松软砂层的市政桥梁工程。而在中途停钻时间过长时，随着时间推移，孔内水头发生变化，最终降低水头对孔壁压力。

针对这一问题，施工人员需要围绕孔壁坍塌问题成因，提前采取多项防治处理措施，如根据现场地质勘察报告来确定泥浆比重、泥浆黏度、钻进速度、泥浆稠度等工艺参数，将护筒振动沉入水中、要求护筒底部穿过透水层，尽可能连续性完成钻进成孔作业、严格控制中途停钻时间，实时监控调节钻头上提速度和校正钢筋笼下放位置。同时，针对已出现的孔壁坍塌问题，根据坍塌程度来选择处理方法。例如，在孔壁轻微坍塌情况下，施工人员增加泥浆比重与泥浆水头压力值，即可修补孔壁、遏制孔壁进一步坍塌。在孔壁严重塌孔情况下，则需要在桩孔内回填砂类土或是添加水泥砂浆的黏土，待桩孔回填完毕后，在原位或是其他位置重新开展钻进成孔作业[5]。

4.3 钻孔偏斜

钻孔偏斜形成原因包括钻机垂直度偏差超标、钻孔期间钻机倾斜不稳、钻进路线中分布大体积孤石、钻头穿越地层交界面时受力不均、钻头摆动等。例如，在桥梁桩基施工现场地表土层松散情况下，如果直接开展钻进成孔作业，作业区域现场土层在施工扰动和钻机自身重量等作用力影响下，会产生一定程度的沉降量，导致钻机底座水平状态受到影响，因钻机垂直度偏差超标致使钻孔偏斜。

针对这一问题，施工人员需要采取提前硬化平整场地、钻架中额外设置导向架、保持转盘与底座水平及护筒中心在相同直线中、钻头穿越地层交界面时适当降低钻速、钻进期间持续测量钻孔偏斜度并校正钻杆等防治处理措施。如果钻孔偏斜度超过1%，则在偏斜部位回填、夯实砂黏土，待钻杆复位后继续开展钻进成孔作业。

5 结束语

综上所述，为确保反循环钻成孔技术功能效用得到充分发挥，顺利实现市政桥梁工程建设目标。施工单位应提高对反循环钻成孔技术的重视程度，深入了解成孔原理与工序流程，全面掌握技术操作要点，严格把控各施工环节作业质量，并采取相应处理措施来预防钻头脱落、孔壁坍塌、钻孔偏斜等常见工艺问题的出现，为我国桥梁事业发展保驾护航。