高 強(qiáng)， 王 勇， 郎 繼 堯

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

鉆孔灌注樁廣泛應(yīng)用于房屋建筑基礎(chǔ)、邊坡支護(hù)、鐵路、公路和城市橋梁等基礎(chǔ)建設(shè)工程，其具有抗震性能強(qiáng)、承載力大、地層適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。由于鉆孔灌注樁是一種隱蔽性較高的地下工程，其施工質(zhì)量在很大程度上決定了上層建筑的整體質(zhì)量，因此，施工過(guò)程中一定要控制好各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量。而清孔作為鉆孔灌注樁施工的一道關(guān)鍵工序，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到澆筑、樁基承載力等，意義重大。

老中鐵路第Ⅴ標(biāo)第Ⅰ分部明松楠松河特大橋鉆孔灌注樁工程普遍存在巖溶(喀斯特地貌)、砂土液化、松軟土等不良地質(zhì)及特殊巖土。基礎(chǔ)為灰?guī)r，硬度大，巖溶形態(tài)發(fā)育以地表溶溝、溶槽、溶蝕洼地等為主，巖溶中等-強(qiáng)烈發(fā)育，隱伏性巖溶發(fā)育，巖層中存在一定規(guī)模的溶洞、溶隙，溶洞填充物多為細(xì)砂；樁徑為1.25 m和1 m兩種，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)6～53 m，均為柱樁。采用沖擊鉆鉆孔，泥漿正循環(huán)清孔方法清孔。介紹了清孔方法的選擇情況。

2 常用的清孔方法

常用的清孔方法有掏渣法、正循環(huán)、反循環(huán)(氣舉、泵吸)等，各種方法可以單一使用，也可組合使用。不同的清孔方式均有其優(yōu)缺點(diǎn)及適用性，因此，一定要結(jié)合地質(zhì)情況、技術(shù)要求、經(jīng)濟(jì)效益等因素綜合對(duì)比，選用最適宜的清孔方式。筆者對(duì)其進(jìn)行了逐一分析。

2.1 掏渣法清孔

掏渣法清孔是一種通過(guò)抽筒或撈砂斗直接清除孔底的沉渣并在孔口補(bǔ)充新鮮泥漿以保證槽孔穩(wěn)定的清孔方法。該方法操作簡(jiǎn)單，可快速清理孔底沉渣。

抽筒掏渣一般應(yīng)用于沖擊鉆成孔，抽筒具有一定的重量，底部設(shè)有內(nèi)開活門，其利用自身重力壓入孔底渣漿中，通過(guò)流體壓力擠壓開活門、在孔底反復(fù)上下提拉幾次由孔底濃漿置換抽筒內(nèi)的清漿，然后提出孔口。

撈砂斗一般應(yīng)用于旋挖鉆成孔，在其鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)孔深后將撈砂斗(帶擋板)留在孔底并機(jī)械旋轉(zhuǎn)數(shù)圈，將孔底的沉渣盡量裝入斗內(nèi)，然后提出孔口。

采用掏渣法清孔，泥漿中的細(xì)砂不能清理出來(lái)，對(duì)于含砂較多的地層、孔深較大的灌注樁不適合采用掏渣法清孔除渣。

2.2 正循環(huán)法清孔

正循環(huán)一般有兩種方法：一種是下設(shè)供漿管到孔底，供漿管不斷輸入新鮮泥漿，泥漿攜砂從孔口返出，一般在沖擊鉆機(jī)成孔且掏渣法不能滿足施工要求時(shí)采用；一種是下設(shè)撈砂筒及鉆桿，使泥漿攜砂從孔口返出或從撈砂筒抽出，一般為正循環(huán)旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)采用(圖1)。

正循環(huán)清孔的關(guān)鍵是通過(guò)加大泥漿比重、增加供漿量、減少沉渣粒徑、增加漿液的沖擊面積及上升速度來(lái)增加出渣效果。

2.3 反循環(huán)法清孔

反循環(huán)法清孔是將沉渣從漿管內(nèi)排出的清孔工藝，包括氣舉反循環(huán)和泵吸反循環(huán)。氣舉反循環(huán)可以應(yīng)用于各種成孔機(jī)械，而泵吸法則多用于反循環(huán)旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)。

圖1 正循環(huán)清孔用噴氣組件示意圖

2.3.1 氣舉反循環(huán)清孔

氣舉反循環(huán)清孔是利用空壓機(jī)的壓縮空氣、通過(guò)安裝在漿管內(nèi)(外)的風(fēng)管送至樁孔內(nèi)，高壓氣與泥漿混合在導(dǎo)管內(nèi)形成一種密度小于泥漿的漿氣混合物，漿氣混合物因其比重小而上升，在漿管內(nèi)混合器的底端形成負(fù)壓，下面的泥漿在負(fù)壓的作用下不斷上升并在氣壓動(dòng)量的聯(lián)合作用下不斷補(bǔ)漿，上升至混合器的泥漿與氣體持續(xù)形成氣漿混合物后繼續(xù)上升，進(jìn)而形成漿液循環(huán)。由于漿管的內(nèi)斷面積大大小于漿管外壁與樁壁間的環(huán)狀斷面積，形成了流速、流量極大的反循環(huán)，所攜帶的沉渣從漿管內(nèi)返出排出孔外(圖2)。

氣舉反循環(huán)清孔一般采取自上而下、逐步清孔的方式。漿管的下放深度為出漿管底距沉淤面30～40 cm、風(fēng)管的下放深度一般為氣漿混合器至泥漿面距離與孔深之比的0.6左右，清孔時(shí)應(yīng)同步跟進(jìn)出漿管，以保持管底口與沉淤面的距離?？諌簷C(jī)的風(fēng)量為6～9 m3/min，出漿管的直徑一般不小于200 mm，風(fēng)管直徑為25 mm，漿氣混合器用φ25的水管制作成花管。開始送風(fēng)時(shí)應(yīng)先孔內(nèi)送漿，停止清孔時(shí)應(yīng)先關(guān)氣后斷漿。清孔過(guò)程中，特別要注意補(bǔ)漿量，嚴(yán)防因補(bǔ)漿不足(水頭損失)造成塌孔。根據(jù)孔底水頭壓力、孔底沉渣厚度、粒徑大小及沉淀板結(jié)情況調(diào)整送風(fēng)量并搖動(dòng)出漿管，以利排渣。

2.3.2 泵吸法反循環(huán)清孔

泵吸法反循環(huán)是在砂石泵抽吸的作用下，鉆桿內(nèi)孔產(chǎn)生負(fù)壓，在大氣壓及自重作用下，漿液經(jīng)樁孔孔口流向孔底并將鉆機(jī)鉆頭切削出的碎渣帶進(jìn)鉆桿內(nèi)形成混合液經(jīng)砂石泵排至地面沉淀池內(nèi)，鉆渣迅速沉淀，漿液流入樁孔內(nèi)形成反循環(huán)。與氣舉法裝置相比較，其不需要風(fēng)管，鉆桿通過(guò)漿管連接砂石泵。

圖2 氣舉反循環(huán)示意圖

采用反循環(huán)清孔的返漿速度較大，直徑約150 mm的石塊也能清運(yùn)出來(lái)。為了防止堵管，應(yīng)在導(dǎo)管底部安裝濾網(wǎng)，濾網(wǎng)間距不大于出漿管的最小直徑。

3 正反循環(huán)清孔效果之對(duì)比分析

3.1 出渣能力

反循環(huán)與正循環(huán)清孔在沉渣的上返流速上差異較大。反循環(huán)漿液攜帶鉆渣后迅速進(jìn)入過(guò)水?dāng)嗝孑^小的漿管(鉆桿)內(nèi)，可以獲得比正循環(huán)高出數(shù)倍的上返速度。根據(jù)鉆探水力學(xué)原理，漿液在鉆孔內(nèi)的上返速度是鉆渣顆粒群懸浮速度的1.2～1.3倍，即Va=(1.2～1.3)Vs，式中Va為漿液上返速度；Vs為鉆渣上返速度。反循環(huán)清孔至鉆渣在漿管內(nèi)運(yùn)動(dòng)，使形態(tài)各異的鉆渣群在有限的空間作懸浮運(yùn)動(dòng)，上升速度較快。而采用正循環(huán)清孔時(shí)，漿液攜帶鉆渣后進(jìn)入鉆桿與孔壁形成的環(huán)形空間上返，由于漿液上返斷面面積大，上返速度較慢，因此，可能有部分粒徑較大的顆粒會(huì)回落，須反復(fù)循環(huán)清孔，出渣慢。

3.2 清孔質(zhì)量

反循環(huán)清孔雖然返漿速度快、清渣效果較好，沉渣層較薄，但沉渣層厚度的大小與單樁承載力高低密切相關(guān)。從另一角度考慮，正循環(huán)為了有效的排渣，所選用的泥漿密度較高、濃度較大，勢(shì)必造成孔內(nèi)壓力大，對(duì)孔壁四周作用力也大，孔壁四周泥皮較厚，降低了孔四周的摩阻力，亦降低了單樁承載力。從質(zhì)量角度出發(fā)，摩擦樁應(yīng)慎用正循環(huán)清孔方式(尤其是二清)，并且在采用正循環(huán)清孔時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制清孔的時(shí)間，防止鋼筋籠外裹泥皮而影響到混凝土與鋼筋的結(jié)合，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致漏筋。由于正循環(huán)出渣能力有限，清理范圍小，因此，從質(zhì)量角度考慮，反循環(huán)清孔優(yōu)于正循環(huán)。

3.3 清孔時(shí)間

從實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)，反循環(huán)清孔效率高于正循環(huán)，因此，清孔時(shí)間為反循環(huán)少于正循環(huán)，清孔所需的新鮮泥漿數(shù)量也少于正循環(huán)，返漿可以通過(guò)旋流器、泥漿凈化機(jī)等設(shè)備增加除砂效率，提高泥漿的回收利用率，節(jié)約成本。

3.4 孔壁穩(wěn)定

正循環(huán)清孔由于泥漿密度大、泥皮厚、水頭不大，造成塌孔的概率比反循環(huán)小。在反循環(huán)清孔時(shí)，若泥漿的相對(duì)密度不夠而使孔壁形成堅(jiān)硬的泥皮，或水頭太高使孔壁滲水將會(huì)引起塌孔，同時(shí)，抽吸作用在孔內(nèi)形成的負(fù)壓也不利于孔壁穩(wěn)定，特別是在軟土、巖溶地區(qū)采用反循環(huán)清孔，若操作不當(dāng)，特別容易產(chǎn)生塌孔，故此類地區(qū)應(yīng)謹(jǐn)慎使用。根據(jù)老中鐵路的地質(zhì)條件，最終決定采用正循環(huán)清孔法清孔。

3.5 設(shè)備投入

反循環(huán)工藝較正循環(huán)工藝而言增加了空壓機(jī)一臺(tái)，風(fēng)管、漿管一套，但不需要泥漿泵。漿管一般為鋼管，下設(shè)時(shí)間比較長(zhǎng)，二次清孔時(shí)可將風(fēng)管直接安裝在導(dǎo)管內(nèi)，在導(dǎo)管上相應(yīng)增加連接閥門，風(fēng)管下部是氣漿混合器。反循環(huán)工藝導(dǎo)致沉渣從導(dǎo)管內(nèi)返出，故在導(dǎo)管上部增加了一套三通，排至接渣沉淀池。

3.6 經(jīng)濟(jì)效益

從設(shè)備成本看正反循環(huán)清孔的成本差距不大，反循環(huán)略高，但反循環(huán)清孔所需的時(shí)間短，縮短了設(shè)備周轉(zhuǎn)周期，降低了施工成本；從換漿效果看，反循環(huán)所需的新鮮泥漿明顯少于正循環(huán)，泥漿成本降低，因此，反循環(huán)具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié) 語(yǔ)

從地質(zhì)條件進(jìn)行分析，在(軟、松散)土層、粉砂層施工中，反循環(huán)并不比正循環(huán)清孔具有優(yōu)勢(shì)，反而因?yàn)榭變?nèi)的負(fù)壓易產(chǎn)生塌孔，具有較高的風(fēng)險(xiǎn)性。但是，在較密實(shí)的卵礫石層、基巖等地層中，反循環(huán)清孔效率高、作業(yè)時(shí)間短，施工進(jìn)度明顯加快，在此類地層中采用反循環(huán)清孔作業(yè)比較合適。老中鐵路第Ⅴ標(biāo)第1分部鉆孔灌注樁已完成樁檢865根，全部合格，其中Ⅰ類樁占比為99.1%，項(xiàng)目所采用的鉆孔、清孔方法滿足工程質(zhì)量要求。

從鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析可知：在澆筑準(zhǔn)備及澆筑時(shí)間、砂沉淀等因素基本一致的假設(shè)條件下，樁徑小、樁長(zhǎng)短的鉆孔灌注樁可采用掏渣法或正循環(huán)清孔，其簡(jiǎn)單快捷；反之，采用反循環(huán)清孔效果更佳。