试述灌注反循环钻孔灌注桩施工技术在工程中运用

【摘要】:钻孔桩是在泥浆护壁条件下,利用机械钻进形成桩孔,采用导管法灌注水下混凝土的施工方法。钻孔、灌注混凝土都是在水下进行,工程质量只能通过科学的过程控制和完工后的仪器检测来确认。因而,对作业人员的操作熟练程度、工艺水平都有较高的要求。本文着重对反循

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环钻孔灌注桩施工技术在工程中的应用进行了详细分析。
【关键词】：钻孔灌注桩；反循环；水下混凝土
引言
钻孔灌注桩因孔底沉渣和孔壁泥皮过厚往往导致承载力折减，形成上述质量通病的原因是该工艺采取了高浓度、高密度泥浆介质（冲洗液）施工的结果。为解决这个难题工程技术人员经过总结、探索，积极研究推广钻孔反循环制桩工艺。

一、反循环钻孔灌注桩施工工艺特点

通过泵吸、射流抽吸、充气送入压缩空气,使钻杆内腔形成负压或充气液柱产生压差,使经过钻杆与孔壁间的环状空间流向孔底的泥浆,携带钻头切削下来的钻屑,由钻杆内腔高速返回地面泥浆池。由于泥浆上返速度快,排渣能力强,对孔壁的冲刷作用小,在孔壁上形成的泥皮相对较薄,成孔质量好。主要适用于地下水位较高的软、硬土层,如淤泥、黏性土、砂土、软质岩等土层应用。

二、桩位放样

所有桩位用全站仪精确测定，在桩位精确打入标志物，沿桩位顺轴线方向摆放枕木和铁轨并固定，用垂直轴线和平行轴线方向的“＋”字交会法将桩位反映到枕木和铁轨上，钉上铁钉，标上油漆。成桩后确保边桩桩位允许偏差d/6且不大于100mm，中间桩桩位允许偏差d/4且不大于150mm。

三、护筒埋设

钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌。当钻孔较深时,在地下水位以下的孔壁土再静水压力下会向孔内坍塌、甚至发生流沙现象。钻孔内若能保持比地下水位高的水头,增加孔内静水压力,能稳定孔壁、防止塌孔。护筒除起到这个作用外,同时还有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和起到钻头导向作用。
采用钢质护筒,对于旋转钻护筒直径比设计桩径大20cm,对于冲击钻护筒直径比设计桩径大40cm,长度不小于180cm。
护筒顶高出地下水位:

1.5m～

2.0m。

护筒顶高出原地面20cm～30cm。 护筒底部与土层相接处用粘土夯实,护筒外面与原土之间也要用粘土填满夯实,严防地表水顺该处渗入。
护筒接头处,要求内部无突出物,能耐拉压,不漏水。
护筒平面位置偏差不得大于5cm,倾斜度不得大于1%。
钻孔
根据场地地层特点选择使用两翼或三翼钻头。钻头直径均不小于设计和规范要求。制备的泥浆性能指标：密度1.05~1.15；粘度17~25s；含砂率＜6%；PH值7~9。钻进机就位后，采用水平尺校正钻机水平度及立轴垂直度，以便确保垂直度偏差≤1%。对上部地层采用小参数正循环及轻压慢转方法，控制钻速，而后逐步改用泵吸反循环工艺为主的成孔方法。第一个桩孔钻至持力层后，邀请了甲方、设计、勘测、监理等有关人员共同对桩孔持力层进行了确认。其余各施工桩孔钻至持力层后，均及时通知了甲方、监理等有关人员共同鉴定，认为符合要求后再按进入持力层深度要求将孔钻至设计标高。钻孔过程中，桩径允许偏差－0.1d且≤－50mm；垂直度允许偏差≤1%H。

五、第一次清孔

成孔后，进行第一次清孔。在终孔时停止钻具回转，将钻具提离孔底50~80cm，维持冲洗液的循环，采用反循环工艺，缓慢回转，同时加大泵量，每隔10min，将钻具提高2~3m，再缓慢回转到底，直至排出泥浆符合要求为止。同时，清孔时泵吸量进行了合理控制，以避免过大吸垮孔壁。

六、钢筋制作与安装

钢筋笼主筋接头采用双面搭接焊,每一截面上接头数量不超过50%,加强箍筋与主筋连接全部焊接。钢筋笼的材料、加工、接头和安装,符合要求。钢筋骨架的保护层厚度可用同标号混凝土旋转垫块。设置密度按竖向每隔2m设一道,每一道沿圆周布置4个～6个。
钢筋笼制作完成后,骨架安装采用汽车吊,为保证骨架不变形,须用两点吊:第一吊点设在骨架的下部,第二吊点设在骨架长度的中点到三分点之间。起吊时先提第一吊点,使骨架稍稍提起,再与第二吊点同时起吊,待骨架离开地面后,第一吊点停止起吊,继续提升第二吊点。随着第二吊点不断提升,慢慢放松第一吊点,直到骨架同地面垂直,停止起吊。检查骨架是否顺直。骨架入孔时应慢慢下放,严禁摆动碰撞孔壁。将骨架临时支撑于护筒口,再起吊第二节骨架,使上下两节骨架位于同直线上进行焊接,焊接时应先焊顺桥方向的接头,最后一个接头焊好后,全部接头就可以下沉入孔,直至所有骨架安装完毕。并在孔口牢固定位,以免在灌注混凝土过程中发生浮笼现象。
钢筋骨架的制作和吊装的允许偏差为:主筋间距±10mm;箍筋间距±20mm;骨架外径±10mm;骨架倾斜度±0.5％;骨架保护层厚度±20mm;骨架中心平面位置20mm;骨架顶端高程±20mm;骨架底面高程±50mm。

七、导管的安装

导管采用直径300mm×3.5mm×3m无缝钢管,接口严密,密封性好。刚性强,不易变形。在使用前首先进行导管水密性检验,并检查密封垫好坏和导管内是否有残物,使用后将导管清洗干净,涂油保护螺栓并堆放整齐。
导管采用一台吊车吊装.吊装前应根据孔深算出导管长度,下导管过程中要逐个记录导管顺序及每节长度对准孔位中心吊装。
八、第二次清孔
导管入孔后，再次测定孔底沉渣厚度超过规定时，应采用泵吸反循环工艺进行二次清孔。清孔时应逐渐稀释泥浆，其粘度控制在25~28s左右，清孔时间不少于10min。二次清孔结束后，用专用皮尺测量桩底沉渣，测定孔底沉渣≤5cm后方可停止清孔。二次清孔后要求30min内必须开始灌注混凝土，否则应重新清孔。
九、水下混凝土施工
开始灌注前，导管下端距孔底0.5-0.6m，把隔水塞用铁丝仅仅悬挂于导管内。先灌入一定质量的水泥砂浆（配合比为水泥：水：砂=1：0.5：1.5），再灌入设计要求的混凝土，初灌后检查混凝土面高度，保证埋管深度大于1.5米。混凝土均匀连续的注入导管，严禁中途停工，满足埋管深度要求并及时测量孔内混凝土面高度，适时拆卸倒灌，导管和埋置深度控制在2-7米。灌注过程中注意观察孔口返水情况，若出现返水偏小时，应检查原因及时处理，防止堵管事故发生。若发生堵管事故，则可以采取上下活动导管方法进行处理，要控制好高度，不得使导管埋深小于2m。灌注接近桩顶时，导管内外混凝土面高差减小，混凝土面上升困难，此时应控制到管内混凝土注入量，同时加密混凝土面高度测量次数，及时掌握灌注情况，为了保证桩头强度，混凝土超过设计标高50厘米.测量混凝土时，要从桩面对称的2个和4个位置测量混凝土面，最低处为混凝土面高度。测量时要及时、准确记录孔内混凝土量，混凝土面上升高度、导管拆除长度、导管埋深及孔内导管长度等数据，作为灌注桩水下混凝土灌注施工纪录的工程资料。此外，还应注意，混凝土要连续浇注,中断时间不超过30分钟。浇灌的桩顶标高应高出设计标高0.5m以上。泵送混凝土直接输送至工作面，施工中应保证场地清洁卫生,泥浆不可到处外溢,泥渣应及时清除。
结束语
总而言之，因反循环工艺对班组操作工人要求较高,实施起来有一定的难度,笔者建议加强班组操作工人的培训,再加以推广。当然反循环钻进也有自身的缺点如水泵故障多、纯钻进时间较正循环短、超径卵石层钻进困难以及循环系统复杂等,相信反循环工艺的不足之处会随着研究和应用的深入会逐步解决。
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