王彥軍

中國能源建設集團天津電力建設有限公司 天津 300380

在工程建設領域，灌注樁鉆孔為常用施工方法，其主要設備涉及到旋挖鉆機、沖擊鉆機、回轉鉆機，不同設備對于不同地質底層，在適用性上具有較大差異。特別是對于國際工程而言，引起對于施工質量有著更高的要求，一旦出現(xiàn)質量問題將為承建單位、施工單位造成嚴重經(jīng)濟損失。因此，深度探討灌注樁鉆孔技術在購機工程中的應用要點，是確保發(fā)揮灌注樁鉆孔施工技術優(yōu)勢以及國際工程施工質量的高價值研究行為。

1 國際工程特點

相比國內工程建設項目，國際工程的特點集中于管控難度大、文化差異、環(huán)境條件三個維度。首先，國際工程項目距離遙遠，承建單位總部設立于國內情況下，對于施工質量的遠程管控難度較大。較遠的距離以及無法面對面協(xié)調，極易出現(xiàn)信息不對稱問題，繼而為施工進度、質量的保證帶來阻礙。其次，就國際工程項目而言，項目主體往往來自不同國家，故不同主體的價值觀、行為標準、始終規(guī)則以及質量要求存在諸多差異，這些差異問題又會間接導致不同項目主體對于項目管理方法、管理工具上難以協(xié)調，經(jīng)常出現(xiàn)各主體之間難以相互難以理解、頻繁發(fā)生糾紛問題，而這其中最多的問題便是質量問題。最后，相比國內工程，施工單位、建設單位在海外施工需要面對來自社會政治、經(jīng)濟、法律制度與施工管理思想的差異，這些差異往往會導致施工質量無法匹配業(yè)主要求、施工進度因各種原因延長。

基于對國際工程特點的分析，可得知若要確保國際工程順利實施，且施工質量滿足海外業(yè)主的要求，必須采取正確的施工機具、應用正確的施工技術來保障質量達到要求。特別是樁基施工方面，作為建筑工程項目關鍵環(huán)節(jié)，只有基于合理的機具、技術達到建設質量，才可規(guī)避國際工程實施階段不同主體因質量問題所引發(fā)的各種糾紛、矛盾[1]。

2 混凝土灌注樁鉆孔技術的重要性分析

作為建筑工程中的關鍵技術，灌注樁鉆孔質量優(yōu)劣，直接影響整個建筑工程質量。首先，一旦灌注樁鉆孔質量無法滿足要求，輕則對建筑物使用功能、外觀帶來影響，重則可能對未來建筑物使用者的生命財產造成威脅。特別是國際工程項目，一旦出現(xiàn)項目質量問題，其造成的經(jīng)濟損失遠遠超出國內項目。其次，鉆孔灌注樁技術噪音低、振動小，可實現(xiàn)復雜地基上的靈活應用，但是其具有施工隱藏性強、施工難度大的特點。與此同時，灌注樁鉆孔階段通常會受到工程地質水文條件帶來的影響，因此只有高度重視對施工機具、施工方法的選擇，才可確保灌注樁鉆孔質量滿足購機工程高質量要求。再次，混凝土灌注樁鉆孔技術在施工過程中確保了工程的安全穩(wěn)定。通過鉆孔技術，可以對土層進行勘探分析，了解地質條件，選擇合適的樁基礎形式和施工參數(shù)。在鉆孔過程中，需要嚴格控制孔徑和孔壁的牢固度，以及樁周土壤與孔壁的黏結狀況，確?？妆诘膱詫嵭院头€(wěn)定性。同時，利用鉆孔技術還能夠避開地下管線和其他障礙物，減少工程施工風險，保證工地的安全環(huán)境。最后，混凝土灌注樁鉆孔技術對于項目效益也具有重要意義。鉆孔技術可以在土壤條件復雜的情況下，實現(xiàn)局部地質情況的調整，提高樁基施工的靈活性和適應性。相比傳統(tǒng)的基礎形式，混凝土灌注樁能夠減少樁周土方開挖量，降低土方處理成本，節(jié)約施工[2]。

3 混凝土灌注樁鉆孔技術在國際工程的應用研究

3.1 國際工程項目概況

A項目為再熱凝汽式汽輪機發(fā)電機組建設項目，項目規(guī)模為2×610MW，項目鍋爐組建采用亞臨界阻燃循環(huán)、一次中間再熱燃油箱型汽包鍋爐。B項目同樣為汽輪機發(fā)電機組建設項目，采用設備為一臺SST5-4000F汽輪機結合兩臺西門子SGT5-4000F聯(lián)合組成循環(huán)機組，同時配備SGT 4000F級雙燃料燃機發(fā)電機機組匹配的臥式、自然循環(huán)、兩級補燃余熱鍋爐。目前，A項目已投產，B項目已實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。

A項目與B項目工程設計方面，均采用灌注樁形式開展裝機施工。表1為A、B項目灌注樁設計信息：

3.2 項目地質條件

A項目、B項目地質條件基本相同，項目選址以粉質黏土為表層，為軟塑～硬可塑性質，集中在2m～3m。第二層為粘土、洗砂層，分別為可塑～硬塑性質，中密～密實/非常密實性質，黏土層局部夾砂。細砂方面局部含有粘性土，細砂層下則為高度密實硬質硅砂層，承載力良好。

3.3 鉆機設備概況

施工階段，A項目灌注樁施工期間使用正循環(huán)回轉鉆機實現(xiàn)成孔施工，B項目因受到施工前期準備階段的一系列因素影響，早期灌注樁施工采用旋挖鉆機。施工階段，施工單位發(fā)現(xiàn)旋挖鉆機不適合應用于大型樁基工程項目對于進度、造價以及施工質量要求，隨后將旋挖鉆機改為反循環(huán)回轉鉆機[3]。

3.4 不同鉆機在工程中的適用性研究

3.4.1 施工工藝

正循環(huán)回轉鉆機、旋挖鉆機、反循環(huán)回轉鉆機設備施工工藝基本一致，但區(qū)別在于成孔階段與清孔作業(yè)。其中，正循環(huán)回轉鉆機、反循環(huán)回轉鉆機施工，是基于一般地質鉆機在泥漿護壁的條件下緩慢鉆進，基于泥漿排渣成孔，隨后開展混凝土灌注作業(yè)成樁，這一施工方法在我國十分常用。就正循環(huán)回轉鉆機、反循環(huán)回轉鉆機施工階段的循環(huán)方式而言，正循環(huán)回轉鉆機施工階段，水或是泥漿自鉆桿進入到孔內，自井口流程，鉆渣會隨著泥漿上升至孔頂從而排出。在此過程中，鉆渣數(shù)量逐漸增加，泥漿濃度亦隨之提升，同時鉆渣沉淀問題會造成重復碾磨問題，對施工效率具有一定影響。反循環(huán)回轉鉆機施工期間，泥漿與水從自井口流入，自鉆桿吸出，吸出股從衡中會夾帶鉆渣循環(huán)泥漿，同時自孔頂補充泥漿，以對孔內液面做出保障，實現(xiàn)孔壁穩(wěn)定性控制。此外，使用循環(huán)回轉鉆機，會將泥漿泵設置在地面以下部位的泥漿池內，通過碎石調整高度來保證排漿口始終完全淹沒于泥漿液位之下。反之，采用反循環(huán)回轉鉆機施工，泥漿泵設置于地面以上，故施工前需要使用相關機具將泥漿泵抽真空。

清孔是影響灌注樁鉆孔的重要因素。本次A項目使用正循環(huán)清孔形式，其基本原理為基于鉆桿或是導管將泥漿注入孔底，帶動孔底鉆渣等沉淀物上浮。重力作用之下，泥漿內砂礫等各種沉淀物會出現(xiàn)下沉趨勢。當泥漿泵流量偏小，會造成顆粒較大砂礫懸浮在一定高度。倘若將泥漿循環(huán)速度或是泥漿濃度加大，方可將較大沉渣顆粒順利排出孔外。施工期間，為比年孔中的泥漿水頭過小，需要施工單位及時使用泥漿泵將優(yōu)質泥漿向孔內沖入，以此形成循環(huán)系統(tǒng)。清孔效率方面，A項目采用正循清孔形式，單孔清孔時間在2h～4h范圍內，經(jīng)常無法徹底清理孔底10cm以內的鉆渣。經(jīng)分析，導致這一問題原因在于清孔期間受到泥漿泵排量以及循環(huán)速度的限制，并且加大泥漿比重也無法達到最佳效果。B項目內，氣舉反循環(huán)清孔時間在1h左右，大塊沉渣、亂石均可清理至孔外，有著較好的效果。

3.4.2 適應條件與施工成孔速度

對A項目、B項目的正循環(huán)回轉鉆機、反循環(huán)回轉鉆機以及B項目前期使用的旋挖鉆機進行適用條件、成孔速度對比。具體見表2。

表2 不同鉆機設備適用條件與成孔速度

3.5 鉆機選擇方法

對海外工程灌注樁鉆孔設備進行選擇，應綜合考量施工工藝、清孔、施工條件以及施工局限性?；谇拔膶φh(huán)回旋鉆機、旋挖鉆機與反循環(huán)回旋鉆機在各維度的對比。首先站在施工工藝角度，正循環(huán)回轉鉆機施工、反循環(huán)回轉鉆機施工效率以及經(jīng)濟性高于回旋鉆機施工，故可排除回旋鉆機。正循環(huán)回旋鉆機鉆孔階段因鉆渣襯墊問題會造成施工階段大量無用功操作，需要設置泥漿泵、泥漿池。反循環(huán)回旋鉆機鉆孔施工，盡管需要將泥漿泵設置在地面之上，施工前采取抽真空操作，但可有效降低鉆渣重復碾磨作業(yè)，相比正循環(huán)回旋施工有著更高的效率。

站在清孔角度考慮，A項目所使用的正循環(huán)清孔形式，孔內泥漿中砂礫等沉淀物會在重力作用之下下沉，需要提升泥漿循環(huán)速度與泥漿濃度排出較大沉渣客流，B項目反循環(huán)回轉施工下采用的“氣舉反循環(huán)”，基于大氣壓作用可有效將汽水混合物排出管外，但為保證泥漿水頭需要面向孔中送入優(yōu)質泥漿繼而打造循環(huán)系統(tǒng)。清孔效率，正循環(huán)清孔單孔平均2～4h時間成本，且孔底10cm以內鉆渣難以徹底清理，“氣舉反循環(huán)”清孔時間在1h左右，且大塊沉渣與亂石可良好處理。

適應條件與成孔速度對比下，反循環(huán)回旋施工相比正循環(huán)回旋施工，可有效應對密實土層、礫石與巖層，能夠克服正循環(huán)回轉施工存在的短板，在施工局限方面，B項目的反循環(huán)施工方法水資源消耗量大，且需要專門處理、運輸泥漿，然而相比A項目需要設置泥漿沉淀池、泥漿槽以及占地面積大、環(huán)境影響大的缺點，反循環(huán)回旋施工方法更值得使用。在應用反循環(huán)回旋鉆機階段，主要技術要點第一在于鉆具的選擇，反循環(huán)回旋鉆機在鉆孔時需要使用一系列的鉆具，包括鉆頭、鉆桿和套管等。鉆具的選擇要充分考慮所鉆地層的性質和鉆孔參數(shù)的要求，以避免發(fā)生卡鉆、轉套管等問題。第二在于循環(huán)系統(tǒng)的控制，施工人員要充分了解泥漿特性，并通過管路的設計和泥漿的控制，對泥漿進行過濾、維護和保護，盡可能保持泥漿的穩(wěn)定性和流變特性，以保證循環(huán)系統(tǒng)的正常運行。第三是動力系統(tǒng)的維護，反循環(huán)回旋鉆機需要配備動力系統(tǒng)支持，保證鉆進時的動力和原材料供應。因此，動力系統(tǒng)的維護和保養(yǎng)工作是至關重要的，包括冷卻系統(tǒng)、空氣濾清器、潤滑系統(tǒng)的維修和更換。

3.6 混凝土灌注樁鉆孔技術應用成果分析

對A項目、B項目鉆孔灌注樁施工成果進行單樁豎向抗壓靜載試驗，試驗結果見表3、表4。

表3 A項目施工結果單樁豎向抗壓靜載試驗結果

表4 B項目施工結果單樁豎向抗壓靜載試驗結果

基于表3、表4單樁豎向抗壓靜載試驗結果，可得A項目、B項目沉降量均在可接受范圍之內，但B項目采用反循環(huán)回旋鉆機開展鉆孔施工，裝機載力質量明顯優(yōu)于A項目，進一步說明B項目采用fan循環(huán)回旋鉆機施工，可確保國際工程樁基施工獲取更好的施工質量。

4 結束語

國際工程相比國內工程項目有著更高的施工質量要求，正確選擇施工機具與施工方法，是獲取高質量建設成果的基礎保障。本文通過對正循環(huán)回旋鉆機、旋挖鉆機、反循環(huán)回旋鉆機施工結果的多維度對比，證實了三種施工機具、施工方法下，反循環(huán)回旋鉆孔釋放方法有著更高的經(jīng)濟性、施工效率、施工質量，完成施工后單樁豎向抗壓靜載測試結果優(yōu)于正循環(huán)回轉施工。因此，未來我國施工、建設單位承接國際項目，可優(yōu)先考慮反循環(huán)回轉鉆機。