市政桥梁桩基施工中反循环钻成孔技术要点

市政桥梁桩基施工中反循环钻成孔技术要点

徐永康  ,杨骞 

中国水利水电第十一工程局有限公司  河南省三门峡市  472000

摘要：在新时期背景下，全国各地的城市都在推行现代化建设，因此也在交通领域投入了更多的资金与人力，其中市政桥梁工程就属于交通体系中的重要部分，但是因为市政桥梁工程普遍施工条件比较复杂，因此对施工技术也相应的提出比较高的要求，尤其是在进行桩基的施工作业中。为了取得更好的施工质量，市政桥梁桩基施工方面慢慢研发出了较多的技术，其中反循环钻成孔技术就获得了普遍的应用。本文重点分析了反循环钻成孔技术，介绍了此技术的原因、优缺点，并对其在市政桥梁桩基中的应用展开深入探讨，以期能为有关工程的施工建设提供可靠参考。

关键词：市政桥梁工程；桩基；反循环钻成孔技术

随着各种各样的桥梁施工技术的发展成熟，许多桥梁工程在进行桩基施工时开始应用反循环钻成孔技术，利用排削技术体系，把钻孔底端形成的渣土由钻杆中排除，做到了钻孔作业的持续性和高效性，同时也有效补足了传统桩基钻孔施工的缺陷，显著提高了桥梁桩基作业效果，提高了桩基施工的质量，更为后续桥梁工程的主体结构建设活动奠定了良好的基础。

1.对反循环钻成孔施工技术的阐述

1.1反循环钻成孔技术适用范围及其基本原理

该技术一般在填土、砂砾、淤泥、砂土、粘土、粉土等地质条件下运用较多。当对软岩类型的地层实行钻成孔作业时，可采用圆锥式钻孔，而若是施工现场属于硬岩类型的地层，那么便可采用滚轮式钻头。不过，反循环钻成孔技术并非可运用于所有类型的土层，比如湿陷性较为严重的黄土层便不能使用此项技术。反循环钻成孔技术的应用原理比较简单，即在开展钻孔施工时，对桩顶部位安设一个大于桩直径大概15%的护筒。相较于地下水而言，护筒中水的高度应当高达至少两米，而且施加给孔壁的静水压力不得低于0.02mpa，如此方可确保孔壁处于足够稳定的状态，孔壁才不容易出现坍塌。在实施钻孔作业时，基于钻头的高速旋转，把岩土切削粉碎，钻孔时所用到的冲洗液会从钻杆与孔壁中间的部位流至钻孔底侧，而且钻渣也有可能伴随其一起流至钻孔底端。受到负压作用的影响，钻杆内腔混合液会逐渐提高，慢慢由内腔渗透到地表，流入沉淀池内，然后流入泥浆池内，受到净化处理以后，再流回钻孔中，如此就能构成完整的循环[1]。

1.2反循环钻成孔技术的施工程序与施工特点

此技术的使用步骤主要可归纳为：安设护筒→安装反循环钻机→钻进，一直到桩端持力层→检测孔洞底部的沉渣，对沉渣进行首次清理→移除反循环钻机→检测孔壁状态→放入钢筋笼→放入导管→第二次清理孔洞底部沉渣→水下灌入混凝土，一边灌注一边拔出导管，一直到砼完全灌注结束，再将导管与护筒等工具移除。因为反循环钻成孔技术是处于静水压力状态实行钻孔施工的，所以护筒的埋设属于循环施工中的重要环节。

1.3反循环钻成孔施工技术的优缺点

（1）根据目前的反循环钻成孔施工技术应用状况得知，因为该技术存在振动幅度小、噪音分贝低，能够用于开展大直径、大深度桩基的施工作业，只需凭借天然泥浆便可实现对孔壁的有效保护，基本上能够应用在任何土层与岩层条件下，还可使用特殊钻头进行岩石的切削处理，以及实行水上作业，孔壁护膜比较薄的情况下也不会导致桩基摩擦力降低，能够在地下水位的厚细砂层内钻进，钻进的速率非常快等多项优点，从而得到了广泛的使用[2]。

（2）随着该技术的广泛使用，也有许多问题逐渐暴露出来，例如较难在大于钻头吸渣口径的卵石层、漂石中进行钻进，当土层内部存在压力较大的承压水或者是地下水流的情况下，比较难以成孔，若是水压头与泥浆比例设置不合理，容易引发坍孔问题，切削出的土砂内水分太多，会导致难以弃土，废泥水的处理工作量较大等。所以，施工企业应当在对反循环钻成孔技术不断分析研究的前提下，彻底解决施工期间所发现的缺点，从而保障工程项目的施工质量。对此，在实际应用反循环钻成孔技术时，必须要注意把控好钻进速度，保证排渣的连续性，以取得良好的施工效果。

2.反循环钻成孔技术在市政桥梁的桩基的应用

2.1 明确施工流程

在开展桥梁桩基施工作业前，需要对设计图纸进行详细分析研究，结合工程项目的实际情况，选择合适的施工技术，明确具体的施工流程。因为应用反循环钻成孔技术进行桩基施工具有较高的复杂性与难度，因此，必须要对施工内容加以合理布置，确定施工顺序、时间与工艺，把控好施工细节，而且要在施工作业的全过程中做好相应的监督管理工作。

2.2施工准备

当进行桩基的钻孔作业之前，应当根据土质条件、施工标准来对现场环境进行合理布置。首先，应当将土层表面清理干净，夯实平整，移除软土，同时要对土质层加以严密夯实，待到土层处于较为密实、平整的状态之后，再实行测量放样工作，对桩基位置加以标记，并在周边设置十字型保护桩。在进行钻孔施工之前，需再次对施工方案加以核对、审查，将施工流程规划好，确保通行道和钻孔位置之间存在合理的间距，以免使得孔壁稳定性受到影响。

2.3桩位放样

将所有桩位使用全站仪加以准确测量，对每个桩位准确打入相应的标志位，顺着桩位与轴线的方向把枕木、铁轨放置好，根据垂直和平行轴线的方向，采用“+”式交会法将桩位于枕木、铁轨中体现，再钉上铁钉，涂好油漆。成桩之后，确保边桩桩位允许偏差不超过d/6，而且在一百毫米以内；中间桩位允许偏差为d/4，而且要在150毫米之内。将桩孔定位完毕之后，需要上报给监理师进行检查、核对，同时要对现场采取必要的保护措施。

2.4护筒埋设

要做到护筒足够坚固，不能漏水，内径需大于钻头直径，而且不低于二十厘米；护筒的中心竖线需要与桩中心线处于重合状态，同时偏差需控制在五厘米以内，倾斜度应当小于百分之一；对护筒周围实行粘土回填，而且要采取分层的方式加以夯实处理；通常情况下，护筒埋设深度需控制在2-4米以内。

2.5泥浆制作

先实行泥浆池的开挖，还要对周围安设防护栏杆，以保证施工环境的安全性。在进行制浆之前，需尽可能把粘土破碎，以便在搅拌过程中成浆，同时提高泥浆质量[3]。在制浆阶段，可将破碎后的粘土直接放入套管之中，再使用冲击锥实行冲击处理，以制成泥浆，待到粘土已经被充分搅拌成泥浆，便可进行钻孔。泥浆一定要符合有关性能标准，如果是进行粘土层的钻进，则需配置1:1.1的泥浆；若为粉质粘土层，则泥浆比例为1:1.2；若为砂层，则泥浆比例为1:1.3。对于入孔泥浆粘度的控制，需要把粘土层设置在16-22之间，而如果是松散、容易坍塌的地层，则要控制在19-28之间，胶体率则要控制在不低于98%的水平，PH应当大于6.5。

2.6钻机就位和钻孔

将钻机放置到规定位置前，需要对钻孔作业的各方面准备工作进行仔细检查。将钻机放置到位以后，要将底座和顶端保持平稳状态，钻进施工中不得发生位移或是沉陷。另外，还要在钻机就位以后对其进行详细的检查，而在钻机运行过程中，也要重视对其性能的检查。实行钻孔作业之前，按照施工设计图中的地质、水文资料等剖面图，根据不同地质层来选定合适的钻进压力、速率、泥浆比例[4]。实际钻孔施工中，需分多个班次，确保施工的连续性，还要详细记录好钻孔的数据，在交接班时应当将钻进的情况以及下一班次的注意要点告知清楚；应当多加检查钻孔泥浆状态，若达不到相关要求，则需立即采取措施加以改进。钻孔环节，需要先以缓慢的速度实行钻孔，当深度处于护筒下端一米的位置之后，待到孔洞口处于稳定状态后，再逐渐提高钻速，同时以正常速度均匀钻进。钻孔过程中可使用水平尺将钻机的水平度、立轴的垂直度进行校准，确保垂直度误差不超过1%。如果孔洞中水位相较于护筒底侧高出0.5米，或者位于地下水的1.56-2.13米时，就应立刻停止作业，将孔洞充水，使得水位维持在合适的高度。

在钻孔过程中，需要对主机所处地面和支脚支撑地面变化状况展开观察，如果发现发生沉降问题，就要立即停机加以处理，如果由于故障较为严重而需长时间停机，则要将套管扣保险钩充分挂紧。当钻孔深度已经达到了规定标准之后，可使用测绳对孔深予以检查，利用检孔器对孔径、孔形加以检查，通过测量放样对孔位加以复核，确保其达到设计标准之后，再完成终孔检查证的登记，同时取得专业监理工程师的审核以后，才可开展孔洞的清理，着手准备水下混凝土灌注作业。

2.7清孔

在市政桥梁桩基建设过程中，涉及到多次清孔工作。首次清孔是在成孔完毕后实施，作业人员操控钻头往上抬高大约0.5米，往孔中持续灌入泥浆，在泥浆循环期间夹带孔中沉渣往外部排出，一直到桩孔内外部的泥浆比例、粘稠度大体相同后，则表示孔中沉渣已经被充分清洗干净，此时就可结束首次清孔施工，并检测孔洞底部的沉渣厚度有否低于五厘米。第二次清孔工作是在钢筋笼放置结束后进行，一样采用泥浆循环清孔的方法，往孔中循环灌入泥浆，利用泥浆夹带孔中残余的泥渣、垃圾等排入沉淀池中，一直到孔洞底部的沉渣层厚度达标方可停止，或者也可利用高压空气进行孔中残渣的清除。

2.8安装钢筋笼

在此阶段，作业人员应当预先检查钢筋笼尺寸和桩孔清孔状态，如果钢筋笼质量不过关就要重新进行捆扎和调整，还要将钢筋表层残余锈迹清除干净，防止后期由于内部钢筋生锈而导致桩基结构性能下降。确定不存在遗漏或者失误以后，把钢筋笼吊装到桩孔上端适当高度位置，调整钢筋笼位置和角度，再以缓慢、均匀的速度把钢筋笼放入孔洞底部的中心位置，下放过程中要将钢筋笼和孔壁之间保持适当的距离，以免孔壁受到剐蹭而受损，以免发生泥皮脱落、钢筋笼变形等情况。最后，将钢筋笼放置在规定位置以后，还要对其放置的状态进行适当的调节，把钢筋笼固定于孔底，保证钢筋笼不会在后期砼浇筑作业环节由于冲刷力、浮力作用的影响而发生偏移、上浮的状况，还要进行二次清孔处理。

2.9导管与储料斗安装

导管和储料斗都是反循环钻成孔作业中的重要环节，在对其进行安装时，一定要严格遵照施工设计图的要求，在规定位置进行安装，而且还要选取密封性强的构件，安装结束后需仔细对连接部位加以检查。导管安装阶段，可对每节导管实行编号，并记录好导管长度，按照市政桥梁工程的实际要求确定导管长度。对于储料斗，则应当按照工程具体状况合理确定其体积，当安装结束之后，还要实行二次清孔，确保后续混凝土灌注施工的顺利开展

[5]。

2.10灌注混凝土

灌注混凝土施工质量高低会对市政桥梁桩基工程的整体质量带来重大影响。灌注砼包含多道步骤，由于工程项目比较复杂，必须要对此作业环节提高重视。因为施工环境会让灌注混凝土施工质量受到影响，所以在灌注之前必须要对施工环境展开详细调查，具体调查内容包括：成孔质量，混凝土浇筑速率，桩孔内的沉淀物与泥浆状态等。在实际灌注施工期间，还要对砼的下降速率、水位提高速率加以检测，根据砼灌注的具体位置来设置导管，还要及时将没用的导管移除，防止对混凝土的灌注质量带来影响。

3.反循环钻成孔技术常见的问题及解决措施

3.1钻头脱落

钻头发生脱落一般是由于钻进成孔阶段所设置的钻速不合理，在对硬度较高的岩石进行钻进时受到太高的负荷而使得钻头从钻杆上掉落。而且，当存在钻头自身质量太差、连接法兰螺栓没有固定牢固、钻杆材料质量太差等问题时，则也有可能发生钻头掉落的情况。

对于此项问题，作业人员主要可通过位置调整、钻杆加强、合理选择钻头种类三种方式加以改进。其一，位置调整也就是在钻孔环节，定期对转盘、固定钻杆卡控、底座水平加以检测校准，把垂直度等方面的误差值调整在规定范围内，防止由于误差太大而引起钻孔歪斜、钻头掉落等情况。其二，钻杆加强也就是选取强度与性能优秀的材料进行钻杆的制作，必要情况下还可利用铸铁将钻杆加强，或是在钻杆上格外粘贴高强度钢材，或是在钻杆和钻头接触部位应用高强螺栓加以固定处理。其三，合理选择钻头种类，即按照工程项目现场地层环境来确定合适的钻头种类，比如若现场存在卵石层或者漂石层，则可选取三翼筒钻复合式钻头，主要包括了钻筒、挡板和一二级钻刀等结构，在进行钻进作业时采用从点到面逐级破碎的方式，不仅能够维持比较高的钻速，还能防止钻齿受损、钻头掉落、钻杆跳跃等不良施工现象的发生。

3.2孔壁坍塌

此问题一般是由于泥浆稠度太低、泥浆密度太小、钻进速率太快、中途停工时间太长、钻头上提和钢筋笼放置的操作不规范、砼灌注施工时机不对等原因导致。如果钻进速率太快，就不能给孔壁泥皮的形成提供充足的时间，使得孔壁遭受水土压力容易发生变形受损的问题，一般常发生在施工场地存在松软砂层的市政桥梁项目。如果中途停工时间太长，则孔中水头会发生一定的变化，从而导致水头对孔壁施加的压力下降。对于此项问题，作业人员应当结合孔壁坍塌的具体形成原因，预先采取可靠的防范措施，例如结合工程施工场地的地质勘察报告明确泥浆比重与黏度、钻进速率等，把护筒振动下沉到水中，按照规定要求将护筒底端穿越透水层，尽量不发生中途停工，即使不得不停工也要严格把控好停工时间，对钻头上提速率、钢筋笼下放位置进行严格管控。此外，对于已发生的孔壁坍塌情况，需按照坍塌程度来选取合适的处理方式。比如，当孔壁坍塌的程度比较轻微之时，作业人员便要提高泥浆比重和水头压力大小，如此能够实现对孔壁的有效修补，缓解孔壁的进一步坍塌。当孔壁出现比较严重的坍孔问题时，应当往桩孔中填入砂类土或者含有水泥砂浆的黏土，一直到桩孔回填结束之后，再在原来的位置或者其它位置重新进行钻孔施工。

3.3钻孔偏斜

此问题一般是由于钻机垂直度误差太大、钻机歪斜不稳定、钻进路线中存在大块孤石等原因导致。对于此项问题，作业人员可通过预先平整、紧实工程场地，在钻架中格外安装导向架，将转盘、底座水平和护筒中心控制在同一直线，钻头穿过地层交界面时略微放缓钻速，钻进过程中做好钻孔偏移度的检测、及时校准钻杆等一系列措施加以防范。若是钻孔偏移度大于1%，就要在偏移位置填入、夯击砂黏土，直到钻杆复位之后，再继续进行钻孔施工。

结束语：

市政桥梁工程一般具有工期时间紧张、工程量大、施工难度高等特征，需要尽快完成施工任务方可降低对周边居民日常出行带来的影响，充分发挥出城市快速通道的作用，满足广大人民群众对于交通出行的要求。反循环钻成孔技术属于一种新式的桩基施工技术，可以在钻进期间把渣土利用钻杆移除，还可缩短成孔时间，提高成孔质量，对于降低工程造价成本有着较大作用。把此项技术应用到桥梁桩基工程中，不仅可充分满足工程项目的工期要求，还可提高工程的总体经济与社会效益。

参考文献：

[1]饶柯,邹卫雄. 反循环钻成孔技术在公路桥梁桩基施工中的应用[J]. 运输经理世界,2021,(35):107-109.

[2]刘伟. 公路桥梁桩基工程中反循环钻成孔施工技术[J]. 四川建材,2021,47(04):130-131.

[3]庞冬伟. 反循环钻成孔技术在市政桥梁桩基施工中的运用[J]. 中国建材科技,2017,26(05):132-133.

[4]杨杰. 关于市政工程桥梁桩基施工技术的探讨[J]. 江西建材,2017,(22):162+165.

[5]汪艳芳,陈刚. 浅谈反循环钻成孔技术在市政桥梁桩基施工中的应用[J]. 四川水利,2017,38(02):69-70+82.