泵吸式反循环钻成孔灌注桩在梧州市桂江三桥西引桥工程的应用

摘 要：本文通过工程实例，介绍了泵吸式反循环钻成孔灌注桩的施工技术，并总结了几个施技术要点。

关键词：泵吸式反循环；钻孔灌注桩；施工技术措施

Abstract: This article by an engineering example, describes the pump suction reverse circulation drill hole pile construction technology, and summarizes the technical points of several facilities.Key words: pump suction reverse circulation; bored pile; the construction of technical measures

中图分类号：TU74文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）04-0020-02

1．施工原理

泵吸式反循环钻成孔灌注桩法是钻孔桩施工方法中的一种，它的主要设备有工程钻机、砂石泵、导管、辅助吊成等。

反循环施工方法是在桩顶处设置护筒（其直径比桩径大15%左右），护筒内的水位要高出自然地下水位2m以上，以确保孔壁的任何部分均保持0.02mm2以上的静水压力保持孔壁不坍塌，因而钻挖时不用套管。钻机工作时，旋转盘事动钻杆端部的钻头钻挖孔内土，用涡轮泵（或潜水泵）将孔内的泥土和水吸出孔外，同时又把泥浆和水送回孔内形成循环。泵吸式反循环赛钻进时，开动真空泵抽除管路中的空气，使由孔口流进钻孔中的泥浆与世隔绝钻戒渣混合，在真空泵抽除管路中的作用下，混合物进入钻头的进渣口，由钻杆内腔经泥石泵，再从出水控制阀排泄到沉淀池中净化，再供使用。终孔后进行第一次清孔夫子，然后吊放钢筋笼，再进行第二次清孔，最后灌注水下混凝土而成桩（施工艺流程图见附页）。

反循环施工方法适合于粘性土、砂类土、砾石卵石（粒径小于钻杆内径）土以及基岩（中、强风化）等，具有大直径、长桩身、成孔快、清底好等特点，质量保证。它在国内其它省市应用较多，而且是在梧州市则有始于1998年6月，在由广西梧州市第一建筑安装工程总公司承建的桂江三桥西引桥工作程中首次应用。笔者时任该总公司负责桩基础施工的分公司经理，全面负责西引桥桩基础施工管理工作。

2．工程概况

梧州市桂江三桥是连接梧州市河东与河西两城区的主要城市交通桥梁，主桥为三孔自锚式钢管混凝土中承式系杆拱桥，引桥为钢筋混凝土连续箱梁桥。桥梁总长695米，其中:主桥长255米，桥面宽25.6米；东、西引桥和引道全长439.54米。

桂江三桥西引桥位于角嘴路，全长174m，桥面宽限16.5m,从1#桥台至9#桥墩共布桩20根,其中1#桥台4根桩，2#至9桥墩每墩均2根桩。根据设计要求，这种20根桩采用钻（冲）孔灌注桩，桩底要求进入中风化层1m，桩径D=1.2m，桩长30―50m，桩身混凝土强度25#，桩钢筋笼全长配置，主筋20Ф25（上部）及10Ф25（下部），箍筋Ф8@100-200。孔底沉渣厚度按设计及施工规范要求控制在5cm以内。

施工现场地土层自上而下依次分布如下：

（1）人工填筑土：主要由粘土、粉细砂、水泥砂浆、砖块、碎石等成份堆填而成，成分混杂，结构疏松，层厚6-10m。

（2）来粘土：呈黄褐、褐、灰褐浅黄色等，夹少量的粘土或亚砂土，局部地段呈透镜体状；土体结构紧密，呈可一硬塑状态。层厚15-20cm。

（3）粉细砂：该层土松变较大，土体结构稍密或中密，含水丰富，呈饱和状，层厚3-12cm。

（4）粗砂：砂粒径0.5-2mm，其含量约为50%-60%，无粘性能超群，渗水性好，局部夹少量圆砾，层厚0-10m。

（5）卵石土：由粉细砂、中粗砂、卵砾石组成，粒径2-10cm，含量50%-70%。成分以石英、砂岩为主，可见部分花岗岩。亚圆形，中密结构，饱和状态，局部粒径较大，层厚0-9m。

（6）强风化岩体：由石英岩、砂岩、页岩组成，层厚0-3m。

（7）中风化岩体：以砂岩、页岩为了主，偶夹石英岩，较坚硬，层厚2-6m，为桩端持力层。

3．施工方案的选择

根据土层分布的特点及桥梁工程的施工技术要求，制定以下施工方案。

（1）施工机械：选用2台GPS-15型工程钻机，配置6PS砂石泵和3PNL泥浆泵，采用泵吸式反循环钻进成孔。该钻机穿透力强，能进行二次清孔，可穿越填土、粘土、粉细砂、粗砂及中风化岩层。但当遇到粒径较大的卵石（15cm以上）、漂石或孤石时，则会钻进困难，甚至无法钻进。一旦无法钻进，可考虑改用冲孔机穿过卵石层。

（2）孔口护筒埋设：河岸（尤其7#-9#墩）填土较杂，旧基础大块石较多项式，有的大石重达200-300kg，需用吊车吊起，因此决定采用人工开挖，现浇钢筋混凝土护筒，而不是采用钢护筒，护筒内径D=1.4m，筒壁厚150mm。施工中，有桩孔护筒（如9#-1）浇至10m才将地下大石挖除。

（3）钻进成孔：钻进过程中，孔内泥浆一面循环，一面对孔壁形成一层泥浆膜。在填土及粘土层中钻进时，可利用自然土层造浆维护孔壁稳定；在粉细砂及粗砂层中钻进，可向孔中投入粘土增加泥浆比重，同时宜用低速钻进，以减少对砂土的搅动；在卵石或岩层中钻进时，也应以低速钻进。遇到较大的卵石、漂石或孤石不能钻进时，可改用冲孔机施工，但应尽量发挥GBS-15型工程钻机的特点来穿越卵石层。

（4）清孔方法：第一次清孔达到要求后，由于要安放钢筋及导管准备灌注水下混凝土，这段时间要6-8小时，间隔较长，孔底又会产生新的沉渣，可利用导管进行二次清孔。

（5）灌注水下混凝土：因施工场地狭窄，且围筑沉淀地所占地面积较大，现场搅拌混凝土可能性较少，为克服这个困难，同时也为了更好地控制混凝土的质量，决定采用预拌混凝土。混凝土配合比相应提高难度一个等级，即设计的配合比达到30#以上，坍落度为180-200mm。水泥采用525#转窑水泥，碎石粒径5-31.5mm,砂为中粗砂。预拌混凝土的添加剂有粉煤灰和缓凝减水剂FDN-800，以增加混凝土的和易性。

4．施工技术措施

（1）穿越卵石层。能否钻穿卵石层并吸出残余的粒径较大的卵石，是泵吸式反循环钻成孔灌注桩成败的关键。根据地质资料推断，7#-9#墩的卵石层最厚，且卵石粒径较大。在钻孔施工中，当碰到卵石时，即以低速钻进，一边钻一边将大部分卵石吸排到沉淀池中。有时卵石粒径大于钻杆内腔直径，一时无法吸排，便低速慢钻，慢慢将这些卵石磨开成几个小块而排出。有些卵石确实无法排出，有些卵石在入岩终孔后继续掉落，给成孔和清孔带来较大困难重重。经过研究分析，采取拆卸钻杆，放入灌注水下混凝土用的导管来吸卵石。因导管口径D=250mm，能吸出较大粒径的卵石。实践证明这是一个成功的举措，吸出的大卵石中，有的长为230mm，宽为150mm。整个桩基施工均全部采用GPS-15型工程钻机一次成孔，从而确保了工程质量，加快了施工进度。

（2）第二次清孔质量的控制。20根桩均按柱桩设计，按照施工技术规范的要求，孔底沉渣厚度必须控制在5cm以内。二次清孔的方法是：以灌注混凝土的导管代替泵吸式反循环回转的空心钻杆作为吸泥管，将特制弯管接上导管顶端，开动真空泵，使导管内形成强大高难度压气流向上涌，被搅动的泥渣随着高压气流上涌从喷口排出。但并不是所有的孔底沉渣随着高压气流上涌从喷口排出。但并不是所有的孔底沉渣均能一次性吸出，有的要吸2-3次。吸渣时利用卷扬机导管上下拉放，并辅以人力前后左右摇摆导管，还利用了先高压往导管内向下灌水，将孔底沉渣冲起再将其吸排出的方法，如此反复循环，终于使清孔质量控制在5cm以内。

（3）钢筋笼的安放与校正固定。因桩长为30-50m,钢筋笼要分2-3节制作，安入时用25T汽车吊逐节吊直焊接。在起吊过程中，钢筋笼会弯曲变形，尤其是接头部位的主筋因未能得逞焊接箍筋更易扭曲，从而影响焊接。为解决这一难题，在起吊前首先在钢筋笼中下部位置绑扎数根直径12-15cm，长3-4m的杉木条，使钢筋笼中下部的刚度加强，从而确保了钢筋笼的完整与平直，并给钢筋的焊接带来极大的方便。

钢筋笼焊接完成后放至孔底，为防止钢筋笼在灌注混凝土过程中四周摆动而偏位（不得大于5cm），需要固定钢筋笼。固定前，首先要校正钢筋笼子的中心线，使其与桩孔中心线重合（桩孔中心线预留在护筒顶或护筒壁上），然后在钢筋笼量顶的加劲箍筋处对称焊接4根长约30cm、规格Ф25的短钢筋，短钢筋紧紧顶住护筒内壁，从而将钢筋笼牢牢固定。桩基开挖后检查表明，钢筋笼的偏位均在5cm以内，达到了预期效果。

（4）混凝土灌注质量控制。水下混凝土的灌注是最为关键的一道工序，直接关系到钻桩施工的质量，每一根桩在灌注前均要做好最能充分的准备，以确保万无一失。

①混凝土的初灌。首批混凝土的灌注能否顺利到达孔底，对整根桩的灌注及桩端砼的质量起着十分重要的作用。它主要包括三个方面的因素：一是首灌数量要足够，第一斗混凝土的数量必须有能将导管底端一次性埋入水下砼1m以上；二是混凝土的坍落度要适宜，其扩散性、流动性要好；三是导管的密封性能要优良，保证不渗水。为了解决以上问题，在施工中分别采取相对的措施：一是计算出首灌量（约2.8m3），专门加工制作了一个容积为3m3的储料斗用以初灌；二是否对预拌混凝土实行监控，灌注前首先要测出定其坍落度，检查合格才允许使用；三是在安装导管时加强检查，尤其要检查密封胶垫有无损坏、变形、老化等，不合格的胶垫坚决不用；四是在灌注前先配制0.2―0.3 m3流动性好的水泥砂浆并将其倾入导管内隔水栓以上空间，再将首批混凝土灌入，以保证首批混凝土顺利到达孔底。事实证明，采用以下措施效果良好。

②导管埋深控制。导管埋深大小对灌注质量影响很大，根据水下混凝土流动扩散规律，埋深过小，往往使管外混凝土面上的浮浆沉渣挟裹入混凝土内，形成夹层，埋深过大，导管口的超压力减少，管内混凝土不易流出，容易产生堵塞，并给导管的起升带来困难。故此，保持合理的埋深对水下混凝土的灌注非常重要，一般取2-6m。为确保导管埋深符合要求，在灌注混凝土时采用测锤来测量，每次提升导管准备拆卸时，首先用测锤测出混凝土面的高度，通过计算可得知导管的埋深，然后再确定提管高度以及拆卸导管的节数，并做好记录。如此反复操作，确保了灌注质量符合设计和规范要求。

5．施工效果

整个钻孔桩施工过程历时3个月（6-8月），扣除“6.28”特大洪水的影响，实际施工天数约60天。竣工验收表明，桩身混凝土强度、桩位偏移、孔底沉淀厚度、垂直度、钢筋笼制作安装等均符合设计和规范要求。同时，这20根桩采用不同的方法进行检测，其中钻孔抽芯桩1根，超声波透视法检验桩6根，小应变反射波法桩测桩13根，检测结论中：桩身完整，无缺陷。经综合评定，桩基工程达到优良等级标准，评为优良工程。2004年5月，广西交通工程质量监督站评定桂江三桥为优良工程（证书编号200013）

6．施工注意要点

（1）加强地质勘察工作，摸清地质情况，尤其对场地的旧基础、孤石、散石、卵石等勘探准确，便于采取正确的施工技术措施。

（2）现浇钢筋混凝土护筒时要捣制密实，且上下节护筒（每节长约1m）要相互连接5cm以下，以防渗水。

（3）为控制好桩孔垂直度，在开钻前必须校正钻机的水平度，并在钻进到一定深度（超过孔深一半以上）时加定向杆。

（4）清孔时要大量补水，以防塌孔，同时围筑多几个（不少于2个）沉淀池，保证泥砂等沉淀物不再随水返入孔中又形成新的沉渣。

（5）严格把住二次清孔质量，缩短二次清孔后与世隔绝第一斗混凝土灌注之间的时间间隔。清孔一旦符合要求，在半小时内必须立即灌注，否则应重新测定沉浸于渣厚度或再次清孔。

（6）混凝土的坍落度必须符合要求，且要有良好的流动性，灌注时易从导管内流出扩散。水下混凝土的灌注应连续进行，间隔不宜太长（一般不宜超过1小时），否则会影响桩身质量。

（7）连接各节导管的橡皮垫圈要完好，破损、老化的垫圈严禁使用，以防导管渗水，形成夹层或断桩。

（8）应由专人负责，严格监测导管的埋置深度，并做好记录。

7、结束语

反循环钻成孔灌注桩在桂江三桥西引桥工程的应用取得了成功，并通过了桩基检测，工程质量优良。该桩型成孔好、穿透力强、施工速度快，可以在梧州市的高层建筑、公路桥涵以及水利等工程建设的基础中广泛应用。在施工中，要严格按照设计要求和施工规范进行施工，尤其要抓住二次清孔和灌注水下混凝土这两个关键环节，确保桩身质量。

参考文献

1、高层建筑施工手册，中国建筑工业出版社，1992

2、公路桥涵施工技术规范（JTJ041-89），人民交通出版社，1998

3、建筑桩基技术规范（JGJ94-94），中国建筑工业出版社，1995

4、桩基础工程施工与组织管理，中国建筑工业出版社。1997