种成程
陕西路桥集团有限公司 陕西西安 710065
摘要：结合西乡县西子路段家营跨汉江大桥工程施工，运用气举反循环钻进工艺解决深水钻孔灌注桩施工中因孔壁漏浆；塌孔孔渣清理及嵌岩桩灌注前二次彻底清除淤积沉渣的实际问题，保证成桩深度和质量。介绍施工技术工艺，总结成功经验。
关键词：气举法反循环 钻孔灌注桩 漏浆 塌孔 二次清孔
在钻孔灌注桩施工中，一般情况因考虑投入小、钻进快、工艺简单等优点常采用正循环工艺。但有时会遇到因特殊地质、环境因素造成塌孔、漏浆情况；灌注前二次清孔后沉渣厚度过大等情况，正循环工艺不能解决的难题，而采用反循环工艺处理就会取得很好的效果。2010年9月我们在西乡县西子路跨汉江大桥工程施工中，应用气举反循环工艺成功的解决了此类问题，取得了显著的效果，为工程进度和质量打好了坚实的基础。
一、工程说明
（1）设计标准
西子路段家营汉江大桥位于汉江河石泉水库库区上游。桥梁起点位于汉江南岸的罗家村，终点位于汉江北岸的段家营，桥梁全长420m，上部采用（5ⅹ30+2ⅹ42+6ⅹ30）m预应力混凝土箱梁，下部采用柱式墩，肋板式、柱式桥台，钻孔灌注桩基础。桩基最大直径2.2m，桩长31m，最大孔深46m,嵌岩深度4-6m。
（2）水文地质
地质上层属第四系冲、洪积物，下部为上古生界泥盘系片麻岩。从上到下为：角砾土、粉砂、圆砾土、全风化片麻岩、强风化片麻岩、中风化片麻岩。全年降水量在七、八、九月份，多暴雨；年降水量约886mm，一小时最大降水量550mm。 低水位时河宽约200m，水深5-6m，常水位时河宽约280m，水深8-10m。蓄水、洪水期河宽450m，水深10-15m。
（3）桩基施工方案
在超出历史最高水位5m标高打入钢管桩基础，搭设钢便桥及施工平台。跨中4、5、6、7、8号墩位桩基施工采用在施工平台上放样定位打入直径大于设计桩径500mm的钢护筒，用CZ-60型正循环冲击钻在平台上钻孔施工的施工方案。水中平台桩施工钢护筒打入河床以下4-6m。护筒顶标高大于平台标高30-50cm。其余墩位采用土袋围堰填筑施工平台，用CZ-60型正循环冲击钻直接钻孔施工的施工方案。
二、施工出现问题
（1） 钻进过程漏浆
由于对汉江河及库区复杂多变的水文、地质条件没有充分的了解。在9月份陆续开始钻孔的跨中5、6、7、8号墩位均出现漏浆情况。造成正循环时孔口不返浆，难以排渣。经过对钻孔桩产生漏浆前后水位标高的观测，以及综合漏浆孔施工过程分析，主要存在护筒埋深不够；钻进过程振动方面的原因。
（2）灌注前塌孔
4号墩孔在清渣结束准备安装钢筋骨架前发现塌孔。造成施工难度加大，无法继续施工。通过用测伞对塌孔情况的探测，结果判定塌孔位置在角砾层和粉砂层之间。根据钻孔过程留取渣样记录推断孔底沉积物为砾石和粉砂混合体。主要原是钢便桥围堰桥台改变了水流的自然流向，在4号墩处形成4m左右深的冲沟。造成上层护壁渗水，累积成塌孔。
（3）灌注前沉渣过厚
嵌岩桩规范要求灌注前孔底沉渣厚度小于50mm。在常规地质结构情况下，正循环清孔是先让钻头在原位继续转动，反复用泥浆循环清孔。孔中土颗粒、岩石屑等钻渣随浆液溢出孔外。二次正循环清孔采用循环换浆法，通过导管注入泥浆，并加入清水，使沉渣排出孔外，以达到沉渣清理和调节泥浆比重的效果。但是在施工中清理多次才能达到规范要求的范围，耽误时间太长。对护壁稳定造成影响，增加施工风险。分析原因是因为粉砂层造成孔内泥浆砂率太大，难以短时间彻底清除。
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三、处理方法选择
（1）5、6、7、8号墩孔桩均在钻进10m左右出现不同程度漏浆。根据漏浆快慢程度我们分别采取了以下措施：加长护筒打入深度，补浆钻进。并严格控制泥浆指标，确保护壁质量；回填片石、粘土堵漏，重新钻进等方法。但经过一段时间的钻进，陆续又出现了漏浆。最终迫使暂停施工。项目部迅速组织专家组研究分析情况，考虑到地质岩层硬度大、洪水期对施工的威胁及成本方面的因素最终排除了换用反循环钻机。决定继续使用原有冲击钻钻进，同时配备简易反举法反循环工艺清除钻渣的方案。结果大大出乎意料，不但钻渣能够清出孔外，据记录比较钻进速度较常规加快一倍。
（2）4号墩孔位终孔经过一次清孔后测量孔深达到设计，但是在下设钢筋骨架前测量孔深离设计还差3m多，出现大面积塌孔现象。因继续使用正循环清孔较慢，可能会造成更严重的塌孔已被排除。最终决定迅速用气举法反循环清除孔底沉渣，而后根据塌孔位置下设带有钢护筒的钢筋骨架，然后二次清孔后完成灌注。清除孔底3m泥石前后用时不到3小时，期间没有发现新的塌孔出现。清出砾石最大直径120mm以上。最终取得很好成功收效。
四、工艺方法
图一是常规利用灌注导管作为排渣钢管气举反循环原理示意图，常用于二次清孔。图二是特制的钢管作为排渣钢管气举反循环原理示意图，常用于漏浆情况下钻进过程排渣。二者最大区别是风管内外位置不同；混合器的设置不同。
（1）原理
压缩机压缩空气通过送风管送到排渣钢管下部与其内的泥浆充分混合，使其比重减小，在排渣钢管内外液面间产生反向压力差，推动排渣钢管内泥浆从底口处携带钻渣上升，上升过程中气体因外部压力的减小而膨胀又推动了泥浆的上升，从而将岩屑排出孔外。
（2）注意事项
风管下入数量根据孔深、水位等确定，经过试验，沉没比达0.5-0.7即可；排渣钢管接头、钢管帽接头处要求密封、耐高压，要求接口处涂油，采用新的橡胶密封圈；清孔时间不宜过长(15~30min)，以免造成塌孔；送气时风量、风压应由小到大（风量保持在8m3/h,风压为0.5~0.7MPa），防止排渣钢管上浮和风压管破裂；清孔达到要求后，应先停气再断水，以防水头损失；清孔完毕后立即灌注成桩。
五、成效与质量评价
通过上述实践表明，气举反循环清孔由于返浆速度快，清渣效果较好，钻孔过程中提高了钻进速度。二次清孔后沉渣层较薄，泥浆调节好降低了施工风险，保证了成桩质量。
（1）气举反循环清孔过程中形成的泥皮较薄从而使摩阻力增大，桩底沉渣清除较为彻底，无软弱层，沉渣厚度小，从而提高单桩承载力。
（2）气举反循环清渣速度快，提高了钻进速度，缩短工期，降低施工成本。与正循环比较节约三分之一时间。
（3）气举反循环工艺处理塌孔，漏浆等特殊情况有简易、成本低等优点，降低了施工风险。
（4）气举反循环工艺操作简单，原理易懂、施工人员容易掌握。
六、结束语
西子路段家营跨汉江大桥工程施工工期紧，难度大、任务重，水文、地质情况复杂多变。必须保证在汛期来临之前完成下部工程。我们在水下钻孔灌注桩这一关键控制工程中采用了气举法反循环工艺。运用效果明显。不但消除了钻进速度缓慢制约工期的矛盾，同时解决了漏浆情况下无法清渣的难题。为汛期完成下部工程目标争取了宝贵的施工时间。为工程质量打好了坚实的基础，为以后深水桥梁钻孔桩施工积累了宝贵而丰富的施工经验。
参考文献：
[1]桥梁深水基础钻孔灌注桩施工技术概要[J]. 刘建伟. 科技与企业. 2014(02)
[2]大口径气举反循环钻井技术的研究[J]. 杨宏伟. 地质装备. 2012(02)
[3]正循环钻进、气举反循环清孔工艺施工应用[J]. 周曙春,杜坤乾,谢军. 岩土工程学报. 2011(S2)
论文作者:种成程
论文发表刊物:《防护工程》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/7
标签：钻孔论文; 沉渣论文; 汉江论文; 泥浆论文; 工艺论文; 钢管论文; 片麻岩论文; 《防护工程》2018年第25期论文;