摘要：文章以某大橋流沙地質(zhì)大直徑超深樁基施工為例，介紹了一種快速正反泥漿循環(huán)系統(tǒng)，即利用空壓機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)，利用止水蓋實(shí)現(xiàn)正反循環(huán)快速轉(zhuǎn)換。在施工過(guò)程中正循環(huán)可以將沉渣快速懸浮，反循環(huán)可以將攜渣土的泥漿循環(huán)，最終達(dá)到沉渣清除的效果。經(jīng)檢測(cè)，使用快速正反泥漿循環(huán)施工工藝的樁基均實(shí)現(xiàn)了“零”沉渣，為該類(lèi)工程提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

關(guān)鍵詞：流沙地質(zhì)；大直徑超深樁基；沉渣；清孔；正反循環(huán)

中圖分類(lèi)號(hào)：U443.15 A 44 154 3

0 引言

鉆孔灌注樁通常采用旋挖鉆機(jī)配合泥漿護(hù)壁施工。其中清孔是樁基的一個(gè)重要施工工藝，底部沉渣是否清理干凈直接影響灌注樁的成樁質(zhì)量。在施工中一般有兩種清孔方法可做選擇，換漿正循環(huán)法和換漿反循環(huán)法，這兩種循環(huán)法清孔各有優(yōu)劣［1-5］。在流沙地質(zhì)條件下的大直徑超深樁基施工中，由于地質(zhì)情況、樁基長(zhǎng)度等因素影響，清孔存在沉渣過(guò)厚，泥漿循環(huán)不徹底等問(wèn)題，易導(dǎo)致樁基成樁不能達(dá)到預(yù)期效果的問(wèn)題。本文以南寧某大橋樁基施工為例，分析了在流沙地質(zhì)條件下大直徑超深樁基清孔施工工藝。

1 工程概況

某大橋?yàn)殇摴芑炷料鲁惺较禇U拱橋，跨徑為320 m，主拱采用鋼管混凝土桁式結(jié)構(gòu)。主橋采用墩臺(tái)加群樁基礎(chǔ)，承臺(tái)尺寸為21 m×10 m×5 m，群樁共32根，樁徑為2.5 m，樁長(zhǎng)為50～60 m。受舊橋影響，基坑開(kāi)挖深度最高達(dá)17 m。橋址區(qū)地質(zhì)情況較為復(fù)雜，含有黏土、粉砂、卵石、強(qiáng)風(fēng)化硅質(zhì)灰?guī)r等不同土層。

2 泥漿循環(huán)系統(tǒng)

旋挖鉆配合泥漿護(hù)壁進(jìn)行鉆進(jìn)施工，成孔后底部存有鉆渣，采用泥漿循環(huán)系統(tǒng)對(duì)底部沉渣進(jìn)行清理即為清孔工藝。采用泥漿循環(huán)，現(xiàn)場(chǎng)須配備泥漿池或者泥漿箱，泥漿從儲(chǔ)存區(qū)到孔內(nèi)通過(guò)泥漿泵進(jìn)行泥漿交換，反復(fù)用泥漿循環(huán)，孔中的鉆渣、土粒等隨著泥漿液的交換排出，從而達(dá)到清孔的目的。

2.1 正循環(huán)系統(tǒng)

正循環(huán)系統(tǒng)是通過(guò)泥漿泵將泥漿注入導(dǎo)管中，泥漿相對(duì)密度為1.03～1.10，泥漿從導(dǎo)管底部擠出，攜帶鉆渣后進(jìn)入導(dǎo)管與孔壁形成的環(huán)形空間上返，從孔口溢出，從而達(dá)到沉渣外溢的效果［2］。

正循環(huán)原理是鉆渣因密度小于泥漿，在泥漿沖刷時(shí)與泥漿混合而自浮于泥漿中，隨著泥漿升高至孔頂排出。該循環(huán)法的優(yōu)點(diǎn)就是隨著鉆渣的混入，泥漿的濃度也越來(lái)越大，濃泥漿可以有效保護(hù)鉆孔護(hù)壁，不易發(fā)生塌孔現(xiàn)象。這適用于流沙地質(zhì)情況下的樁基施工。缺點(diǎn)則是鉆渣自浮于泥漿中也會(huì)沉淀下去，導(dǎo)致泥漿反復(fù)沖刷鉆渣，清孔效率低，耗時(shí)耗材。原理見(jiàn)圖1。

2.2 反循環(huán)系統(tǒng)

反循環(huán)是通過(guò)空壓機(jī)將空氣注入導(dǎo)管，使泥漿從底部向上吸出，泥漿攜帶鉆渣從孔底順著導(dǎo)管從導(dǎo)管口溢出，從而達(dá)到清理沉渣的效果。

反循環(huán)系統(tǒng)原理是利用空壓機(jī)里的壓縮空氣，將壓縮空氣與泥漿混合在一起，形成一種密度小于泥漿的漿氣混合物，通過(guò)密度差形成的壓力差，使得導(dǎo)管內(nèi)的泥漿從底部往上涌出［4］。因?yàn)闃痘睆捷^大，這就使得導(dǎo)管內(nèi)的斷面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于導(dǎo)管外與樁壁形成的環(huán)形面積，便形成了流速快，流量大的反循環(huán)，將沉渣從底部快速吸出，排出導(dǎo)管外。由于返漿速度快，反循環(huán)施工可以高效地清除底部沉渣且較大渣塊也能有效清理，這是其優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)則是流量過(guò)大，對(duì)孔壁造成的影響較大，容易發(fā)生塌孔現(xiàn)象。原理見(jiàn)圖2。

2.3 正反循環(huán)快速轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

在流沙地質(zhì)的大直徑超深樁基施工過(guò)程中，先是采用傳統(tǒng)反循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行清孔，然而在驗(yàn)孔時(shí)發(fā)現(xiàn)底部沉渣仍然較厚。綜合實(shí)際情況分析討論后，采用了一種正反循環(huán)快速轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進(jìn)行清孔作業(yè)。

采用的正反循環(huán)快速轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)備同反循環(huán)清孔設(shè)備相同，在導(dǎo)管頂部增設(shè)一個(gè)止水蓋。首先是正循環(huán)使底部沉渣與漿液混合，將止水蓋關(guān)閉，通過(guò)空壓機(jī)將空氣注入導(dǎo)管內(nèi)部，由于導(dǎo)管口已被止水蓋封住，空氣只能往導(dǎo)管下部擠壓，這時(shí)底部沉渣也會(huì)因?yàn)榭諝獾淖⑷攵粩噭?dòng)，使泥漿與沉渣充分混合在一起，形成正循環(huán)，見(jiàn)圖3。

正循環(huán)時(shí)間不宜太久，待底部沉渣與漿液充分混合后（見(jiàn)圖4），迅速打開(kāi)止水蓋，整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生變化，這時(shí)導(dǎo)管內(nèi)部形成的漿氣混合物與底部泥漿與鉆渣混合物形成壓力差，泥漿從導(dǎo)管底部往上快速吸出，排出導(dǎo)管外，形成反循環(huán)，見(jiàn)圖5。

通過(guò)止水蓋的開(kāi)關(guān)快速完成了正反循環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，既增加了泥漿的濃度，有效保護(hù)了孔壁，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了快速深層清孔的效果。

3 深沉渣施工技術(shù)

3.1 終孔驗(yàn)收

旋挖鉆鉆機(jī)顯示標(biāo)高和鉆桿長(zhǎng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，立即準(zhǔn)備下一步清孔工作。

3.2 正反循環(huán)快速轉(zhuǎn)換清孔

采用埋置式泥漿系統(tǒng)，該系統(tǒng)由造漿池、儲(chǔ)漿池、沉淀池、泥漿回流管道、泥漿泵及泥漿泵管等組成。

導(dǎo)管下放前，注意檢查密封性，確保導(dǎo)管密封不漏氣。將導(dǎo)管下放至距孔底10 cm處，若沉渣高度超過(guò)1 m，則保證導(dǎo)管距沉渣面以上10 cm，待沉渣減少再逐步加長(zhǎng)導(dǎo)管。

將塑料風(fēng)管和空壓機(jī)安裝好，并接入導(dǎo)管的空壓機(jī)接口位置。

先將止水蓋封閉，空壓機(jī)進(jìn)行送氣，風(fēng)量由小至大，此時(shí)泥漿形成正循環(huán)將孔底沉渣與泥漿充分被攪動(dòng)混合在一起，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)表明正循環(huán)持續(xù)一段時(shí)間效益達(dá)到最高。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6。

由圖6試驗(yàn)結(jié)果可得，根據(jù)樁底的沉渣厚度選擇正循環(huán)的持續(xù)時(shí)間，正循環(huán)結(jié)束后迅速打開(kāi)止水蓋，循環(huán)系統(tǒng)快速轉(zhuǎn)換為反循環(huán)。底部鉆渣與漿液混合物通過(guò)負(fù)壓從導(dǎo)管口吸出，此時(shí)泥漿與沉渣混合導(dǎo)致比重較大不易循環(huán)，則可邊清渣邊加合格泥漿，直至沉渣和泥漿指標(biāo)滿(mǎn)足要求。反循環(huán)排出。

4 檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)上述深沉渣施工，該項(xiàng)目實(shí)測(cè)清渣效果良好，現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)泥漿性能均滿(mǎn)足規(guī)范要求。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)下頁(yè)表1。

在流沙地質(zhì)下也未出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，大直徑超深樁基成孔質(zhì)量均為一類(lèi)樁。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以某大橋樁基施工為例，分析了流沙地質(zhì)下大直徑超深樁基關(guān)鍵技術(shù)，得到以下結(jié)論：

（1）通過(guò)設(shè)置封閉止水蓋，實(shí)現(xiàn)泥漿正反循環(huán)快速轉(zhuǎn)換。

（2）通過(guò)正循環(huán)實(shí)現(xiàn)沉渣快速懸浮，通過(guò)反循環(huán)實(shí)現(xiàn)沉渣全面清除。

（3）根據(jù)樁基完整性檢測(cè)結(jié)果得知，該泥漿循環(huán)施工方法可實(shí)現(xiàn)樁底零沉渣，可為日后類(lèi)似的病害處置提供經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

［1］章 勇.正循環(huán)換漿清孔法研究［J］.考試周刊，2009（26）：239-240.

［2］周洪川.鉆孔灌注樁正反循環(huán)法清孔工藝比較研究［J］.中國(guó)水運(yùn)（下半月），2008（5）：215，217.

［3］韓 冰.超長(zhǎng)大直徑樁基施工中的旋挖鉆機(jī)成孔技術(shù)［J］.交通世界，2019（8）：110-112.

［4］李育軍.論鉆孔灌注樁反循環(huán)工藝的原理及施工建議［J］.中小企業(yè)管理與科技，2009（33）：208.

［5］崔宏柏.鉆孔灌注樁正循環(huán)與反循環(huán)實(shí)例分析比較［J］.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化，2018（8）：137-139.

收稿日期：2022-12-20