滨海地区正反循环钻孔灌注桩的工程实践

摘要：文章结合某工程施工实例简要介绍了正反循环钻孔灌注桩的施工工艺、施工步骤和施工注意事项，供类似工程施工参考。

Abstract: The construction technology，construction procedures and construction considerations of reverse circulation drilling pile were introduced so as to provide reference for similar projects, combining with one engineering construction example.

关键词：正反循环钻孔灌注桩；施工工艺；施工步骤；施工注意事项

Key words: reverse circulation drilling pile；construction technology；construction procedures；construction considerations

中图分类号：TU74 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）16-0084-02

作者简介：丁武保（1980-），男，安徽怀宁人，工学学位，工程师，主要从事岩土工程勘察、设计、施工、检测与治理等工作。

1 工程概况

某工程位于滨海旅游度假区海景酒店以北、观光平台以东，拟建两幢18层酒店公寓（C、D楼），设计桩径Φ800mm、Φ900mm、Φ1000mm、Φ1100mm，正反循环钻孔灌注桩（端承桩）168支，设计桩长约12.5m，单桩竖向承载力设计值分别为3750kN、4300kN、4900kN、5500kN，桩身砼强度等级C30。

根据本工程的勘察报告，场地范围内地层主要有：第①层耕土，松散，厚度0.5~1.6m；第②层淤泥质土，流塑，厚度0.4~1.0m，地基承载力特征值fak为60kPa，桩的极限侧阻力标准值qsk取20kPa；第③层粗砾砂，松散~稍密，厚度3.5~5.9m，地基承载力特征值fak为130kPa，桩的极限侧阻力标准值qsk取40kPa；第④层粉质粘土，软可塑~可塑，厚度3.1~5.2m，地基承载力特征值fak为130kPa，桩的极限侧阻力标准值qsk取35kPa；第⑤层强风化砂岩，黄灰色，厚度1.2~2.3m，地基承载力特征值fak为400kPa，桩的极限侧阻力标准值qsk取200kPa，桩的极限端阻力标准值qpk取3000kPa；第⑥层中风化砂岩，青灰色~灰褐色，为本工程的桩端持力层，属较硬岩，地基承载力特征值fak为1500kPa，桩的极限侧阻力标准值qsk取500kPa，桩的极限端阻力标准值qpk取7000kPa。拟建场地毗邻黄海海域，地下水以第四系松散岩类孔隙潜水为主，底部为微承压水，主要含水层为第③层粗砾砂，地下水与海水之间相互贯通，水位受海水潮汐的影响明显。地下水对砼具中等腐蚀，对钢筋砼结构中的钢筋具弱腐蚀，对钢结构具中等腐蚀。

本工程施工共投入4台GPS―10型正循环回转钻机（主要施工D楼）和2台QJ250型反循环钻机（主要施工C楼），24小时连续施工，于2006年9月5日～10月22日结束，混凝土总灌注量近3000m3，平均充盈系数超过1.30。

2 施工工艺

正反循环钻孔灌注桩包括正循环钻孔施工法和反循环钻孔施工法，采用泥浆循环护壁，适用于填土、淤泥、粘土、粉土、砂土、砂砾、软岩和硬岩等各种土层和基岩施工的灌注桩，具有成桩直径和桩长灵活、单桩承载力大的优点。

2.1 正循环施工法 正循环施工法是利用泥浆泵使泥浆通过钻杆、钻头而压入孔底，再从孔底将钻头切削破碎下来的钻屑经钻杆与孔壁之间的环形空间携带至地面泥浆池的循环（如图1所示）。

2.2 反循环施工法 反循环施工法是通过泵吸、射流抽吸或送入压缩空气，使钻杆内腔形成负压或充气液柱形成压差，使自孔口经过钻杆与孔壁间的环空间隙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抽吸到地面泥浆池的循环（如图2所示）。

3 施工步骤

3.1 埋设护筒

3.1.1 采用泥浆护壁成孔时，钻孔前应先埋设护筒，其作用主要有以下4点：①保证钻机沿着桩位垂直方向顺利工作。②保护桩孔顶部土层不致因钻杆、钻头反复起落、机身振动而导致塌孔。③存贮泥浆，提高桩孔内的泥浆水头，使其高出地下水位，防止塌孔。④施工中，护筒顶面还可作为钻孔深度、钢筋笼下放深度、混凝土面位置及导管埋深的测量基准。

3.1.2 护筒埋设应符合以下5点规定：①护筒埋设应准确、稳定，护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm。②护筒一般用4~8mm钢板制作，其内径应大于钻头直径100mm，上部宜开1~2个溢浆孔。③护筒的埋设深度：粘性土中不宜小于1.0m；砂土中不宜小于1.5m；其高度尚应满足孔内泥浆面高度要求，一般高出地面或水面400~600mm。采用正循环法钻孔，地层不易塌孔时溢浆口底边应高出地下水位1.0~1.5m，地层易塌孔时应高出地下水位1.5~2.0m；采用反循环法钻孔，护筒顶面应高出地下水位2.0m。④受水位涨落影响或水下施工时，护筒应加高加深，必要时应打入不透水层。⑤护筒与孔壁之间应用粘土分层夯实，必要时在面层铺设20mm厚水泥砂浆，以防漏水。埋设护筒时，应先在桩位处挖出比护筒外径大80~100cm的圆坑，填筑50cm厚的粘土，分层夯实，然后将护筒吊入，使其中心与桩孔中心重合，再对称、均匀地回填最佳含水量粘性土。

3.2 安装钻机 安装正循环钻机时，转盘中心应与钻架上吊滑轮在同一垂直线上，钻杆位置偏差不应大于20mm。使用带有变速器的钻机，应把变速器上的电动机和变速器被动轴的轴心设置在同一水平上。

3.3 钻进 ①在松软土层中钻进，应根据泥浆补给情况控制钻进速度；在硬土层或岩层中的钻进速度以钻机不发生跳动为宜。在砂砾、砂卵、卵砾石层钻进时，可采用“间断钻进、间断回转”的方法来控制钻进速度。②为了保证钻孔的垂直度，潜水钻的钻头上应有不小于3倍直径长度的导向装置，利用钻杆加压的正循环回转钻机在钻具中应加设扶正器。③加接钻杆时，应先停钻，将钻具提离孔底80~100mm，维持冲洗液循环1~2min，以清洗孔底并将管道内的钻渣携出排净，然后停泵加接钻杆。钻杆连接应拧紧上牢，防止螺栓、螺母、拧卸工具等掉入孔内。④钻进过程中如孔内出现塌孔、涌砂等异常情况时，应停钻，立即将钻具提离孔底，控制泵量，保持冲洗液循环，吸除塌落物和涌砂，同时向孔内输送性能符合要求的泥浆，保持水头压力以再阻止继续塌孔、涌砂。恢复钻进后，泵排量不宜过大，否则易吸塌孔壁。钻进过程中如发生斜孔、护筒周围冒浆时，应停钻，待采取相应措施后再钻进。

3.4 第一次清孔 清孔的目的是使孔底沉渣（虚土）厚度、循环液中含钻渣量和孔壁泥垢厚度等符合质量要求或设计要求，为下一道工序即在泥浆中灌注混凝土创造良好的条件。当钻孔达到设计深度后应停止钻进，开始清孔，先稍提钻杆，使钻头距孔底100~200mm处空转，并保持泥浆正常循环。必要时，可低速回转钻头，同时将相对密度为1.05~1.10的不含杂质的干净泥浆或清水，把孔内悬浮较多钻渣的泥浆置换出孔外。如此反复循环15~20min左右，使返出孔内的泥浆含砂量达到规定要求为止，具体要求如下：孔底500mm以内的泥浆相对密度应小于1.25；含砂率≤8%；粘度≤28s；灌注混凝土之前，孔底沉渣厚度（端承桩）≤50mm。

3.5 测定孔壁回淤厚度。

3.6 吊放钢筋笼。

3.7 插入、安放导管。

3.8 第二次清孔 第一次清孔达到设计要求后，由于安放钢筋笼及导管准备灌注水下混凝土，这段时间间隙较长，孔底又会产生新的沉渣，所以待安放钢筋笼及导管就绪后，再利用导管进行第二次清孔。清孔方法是在导管顶部安放一个弯头和皮笼，用泵将泥浆压入导管内，再从孔底沿着导管外置换沉渣，清孔标准是孔深达到设计要求，复测沉渣厚度在50mm以内，此时清孔就算完成，立即进行水下混凝土灌注。

3.9 灌注水下混凝土，拔出、拆卸导管。

3.10 拔出护筒。

4 施工注意事项

①规划布置施工现场时，应首先考虑冲洗液循环、排水、清渣系统的安放，以保证正反循环作业时冲洗液循环通畅、污水排放彻底、钻渣清除顺利。②施工过程中应及时清除沉淀于池内的废泥浆和钻渣，并将清出的废泥浆和钻渣及时运出现场，防止污染施工现场及周围环境。③正循环钻进时，应合理调整和掌握钻进参数，不得随意提动孔内钻具。操作时应掌握升降机钢丝绳的松紧度，以减少钻杆、水龙头晃动。在钻进过程中，应根据不同地质条件随时检查泥浆指标。④反循环钻进时，应认真仔细观察进尺和砂石泵排水出渣情况。排量减少或出水中含土渣量较多时，应控制钻进速度，防止因循环液密度太大而中断反循环。

5 检测结果

当桩身强度达到养护期限后，由检测部门按照有关规范对所有168支桩均进行了基桩低应变测试，并抽取了3支进行桩静载荷试验，检测结果如下：所有桩的测试曲线正常，桩身完整性良好，均为Ⅰ类或Ⅱ类桩，单桩竖向承载力满足设计要求。

6 施工总结、对比

经多年的工程实践、总结，正反循环法施工工艺已比较成熟，适用于填土、淤泥、粘土、粉土、砂土、砂砾、软岩和硬岩等各种土层和基岩施工的灌注桩，具有成桩直径和桩长灵活、单桩承载力大的优点。通过该工程钻孔灌注桩工程中正、反循环施工法的应用，现将两种施工工艺的特点总结、对比如下：①正循环施工法设备简单轻便，适应狭小场地作业，操作简易，配套设备、器具较少，工程费用较低。但对于桩孔直径较大（一般大于1m），桩孔深度较深，及易塌孔的地层，效率较低，排渣能力较差，孔底沉渣多，孔壁泥皮厚；对含卵石、砾石的地层不适用。②反循环施工法由于泥浆上返速度快，排渣能力强，孔底水力流场合理，钻头始终处于新鲜土层或岩层面上切削、破碎，成孔效率高，排渣能力强，对孔壁的冲刷作用较小，在孔壁上形成的泥皮相对较薄，成孔质量好。该施工方法不适用于自重湿陷性黄土层及无地下水的地层。对孔深大于30m的端承桩，宜采用反循环工艺成孔或清孔。③从基桩低应变测试结果可以看出，桩身范围内多处有扩径现象（反循环法施工的C楼桩更加明显），分析其原因是易塌孔地层（淤泥质土和粗砾砂层）的存在，并受海水涨潮、落潮影响，孔内极易塌孔、扩径，从而导致混凝土超方严重。④从施工情况看出，正循环施工法成孔速度较慢（一般每天1支），操作简易，排渣能力较差，孔壁泥皮较厚，相对不易塌孔，D楼桩成桩比较顺利；反循环施工法成孔速度较快（每天约2～3支），排渣能力强，孔壁泥皮较薄，但易塌孔。且由于排出的钻渣颗粒较大、上返速度又快，易堵塞钻杆内腔或泥浆管。⑤两种施工法各有优缺点，可相互互补灵活运用。工程施工时应根据具体的工程地质条件和施工要求进行优化选择，以确保成桩顺利和工期、质量满足要求。

参考文献：

[1]海阳市海润阳光公寓C、D楼钻孔灌注桩工程竣工报告.青岛地矿岩土工程有限公司，2006.

[2]建筑桩基技术规范JGJ 94―94.中国建筑科学研究院，1995.

[3]地基与基础工程新技术实用手册.海潮出版社.

[4]建筑桩基础工程.机械工业出版社，2003.