反循环配合旋挖钻在桩基工程中的应用

反循环配合旋挖钻在桩基工程中的应用
尹海明
（中交广州航道局有限公司，广东广州 510000）
［摘要］随着基建规模不断扩大，桥梁施工技术也得到迅速发展。

由于桥梁桩基施工具有不可逆性，且是桥梁受力的重要结构，需重点把控。

旋挖钻成孔具有施工速度快、占用临时场地少等优点，得到了广泛应用，但对于清孔工艺的选择仍未达成一致。

文章以中砂大桥主墩桩基为例，介绍了一种反循环配合旋挖钻的施工工艺，由反循环钻进土层、旋挖钻进岩层、再由反循环清孔，通过工艺的结合，提高了施工效率，保证了成桩质量。

该工艺的成功实施提高了项目应用效益，为类似工程提供了参考。

［关键词］桥梁施工；桩基础；旋挖钻；反循环
［中图分类号］U445.55 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X（2023）07-0120-04 Application of reverse circulation combined with rotary drilling in
pile foundation engineering
YIN Hai-ming
中山东路道路桥梁工程路线途经汕头市龙湖区新溪镇、澄海区坝头镇和莲下镇，为2021年汕头亚青会主场馆与城市区的主干道，是一项政治性工程。

中砂大桥为该项目的控制性工程，桥梁桩基的顺利施工显得尤为重要。

国内外学者对桩基成孔工艺、清孔工艺等方面已展开了较多的研究。

裴迎春介绍了旋挖钻的技术优劣及注意事项，并与反循环工艺进行对比分析［1］。

雷斌分析了旋挖钻孔工艺桩底沉渣过厚的原因，介绍了6种清孔工艺，并对比分析了各种工艺的特点，提出了旋挖桩清孔工艺的优化选择方法［2］。

单慧川对比分析了正循环冲击钻和反循环回旋钻的钻孔工艺及施工效果，就成孔质量、成孔效率、成本消耗等方面进行了详细对比［3］。

目前，对桩基钻孔工艺及清孔工艺的研究较多，但对不同钻机结合使用的研究较少。

本文着重分析反循环配合旋挖钻工艺的应用，该工艺较常规施工工艺能有效提高施工效率，保证成桩质量，为类似工程施工提供参考。

1 工程概况
中砂大桥全长1.325km，主桥为（80+180+ 80）m跨径布置的双塔双索面钢箱梁斜拉桥。

全桥桩基共212根，其中φ1.2m桩基28根，φ1.8m桩基48根，φ2m桩基112根，φ2.5m桩基24根（主墩桩基）。

基础型式均为群桩，桩基类型以嵌岩桩为主（见图1、图2）。

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D250D250D250D250
700700700
图1 主墩桩基立面图
DOI:10.14189/ki.cm1981.2023.07.018
［收稿日期］2022-11-15
［通讯地址］尹海明，广东省佛山市南海区丹灶镇孔边村南四巷1号
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D 250
R 2
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R 150
70070080×80
700图2 主墩桩基平面布置图
2 方案比选
桩基钻进方案主要有3种：冲击钻、旋挖钻、反循环；清孔方案主要有4种：泥浆正循环、泵吸反循环、气举反循环、无泥浆循环。

上述工艺优缺点如表1所示。

表1 桩基钻进及清孔优缺点一览表
类别
方案
优点
缺点
钻进
工艺冲击钻适用于复杂地
质，成本低，操
作简单施工速度慢，易污染
环境
旋挖钻施工速度快，占用场地少，灵活性强
清孔难度大，成本高
反循环
施工速度较快，桩基质量高施工速度较旋挖慢，成本较高
清孔
工艺
泥浆正
循环
设备简单
作业时间长，难清除
孔底较大的颗粒，清孔效率随孔深增加而急剧下降
泵吸反
循环
抽吸力强，作业
时间短，成孔质量高较大的负压易造成孔
壁坍塌，不适于流砂和砂卵石地层，设备复杂
气举反循环作业时间短，成孔质量高较大的负压易造成孔壁坍塌无泥浆
循环
可适应于各种复
杂地质，施工方
便、工艺简单
一次性投入较大，设备复杂因旋挖钻进尺速度最快，反循环钻机自带有气举反循环清孔设备，经综合考虑工程的工期、造价要
求，最终采用反循环配合旋挖钻的施工工艺，由反循环钻进土层、旋挖钻进岩层、再由反循环清孔。

3 施工工艺
3.1 施工流程
桩基施工流程图如图3所示。

图3 桩基施工流程图
3.2 施工工艺3.2.1 施工准备
由于主墩桩基位于河道中，需在桩基施工前进行钢平台搭设。

钢平台钢管桩采用“钓鱼法”打设，钢平台为上承式结构，从上至下依次为花纹钢板面板、纵向分配梁、横向分配梁、321型贝雷梁、主梁、钢管桩基础。

3.2.2 测量放样
根据设计图纸要求，用全站仪坐标放样法确定桩中心位置，为后续钢护筒打设提供依据。

3.2.3 钢护筒打设
主墩桩基直径为2500m m ，采用外径
2800mm、壁厚22cmm、长度30m的钢护筒，通过打桩船进行打设。

3.2.4 钻机就位
受现场条件影响，钢护筒定位时存在误差，钻机就位前需重新复核桩中心位置，及时做好标记，保证钻头中心与桩中心重合。

3.2.5 泥浆制备
桩基施工采用轻质环保化学泥浆，泥浆制备采用原状土，适量添加纯碱及纤维素CMC以提高泥浆化学性能。

不同土质应采用不同性能指标的泥浆，泥浆比重、粘度应随土样大颗粒的增多而增加。

3.2.6 反循环钻进
钻机安装就位后，调整底座并保持平稳，钻孔作业采用减压钻进，根据不同土层选择与之相适应的进尺和转速，每钻进2m或地层变化时在泥浆池中捞取钻渣样品，查明渣样并记录，以便与地质剖面图核对。

钻进过程中需关注护筒内水位的变化，随时准备泥浆泵进行补浆，保持护筒内水位高出自然水位的1～2m，以保持孔内水压，稳定孔壁。

当反循环钻进至强风化岩层时，进行钻机设备的更换，采用旋挖钻继续钻进，反循环设备进行下一桩位的钻进。

3.2.7 旋挖钻入岩
由现场实践可知，对于中风化岩层，同设备进尺效率比约为旋挖钻∶反循环∶冲击钻= 1∶0.33∶0.25；3种设备每米进尺的单价比约为旋挖钻∶反循环∶冲击钻=1∶1.15∶0.39；反循环扩孔系数最小，约为1.04；旋挖钻次之，约为1.06；冲击钻最大，约为1.16。

考虑工期的影响，优先采用旋挖钻钻进岩层。

旋挖钻采用牙轮或截齿筒钻取芯钻进成孔，由于主墩桩径为2.5m，需采取分级扩孔，扩孔级数为2级，按Φ1m、Φ2m和Φ2.5m分级成孔。

钻进过程中需保持钻杆垂直，严格控制钻头在孔内的升降速度，避免塌孔。

3.2.8 终孔、反循环清孔
经实践证明，相同条件下正循环清孔时间约为反循环清孔时间的4倍。

另由于旋挖钻钻进过程中会产生较大的颗粒，采用泥浆正循环清孔无法满足设计要求，因此采用气举反循环进行清孔。

当孔深达到设计标高后，旋挖钻继续进行下一桩位钻进，更换反循环进行清孔，下放反循环钻杆，同时在反循环钻头上加设4根钢绞线，以发挥扫渣的作用，保证清孔效果良好。

当沉渣厚度及泥浆指标满足设计要求后，撤出反循环设备进行钻孔复测。

3.2.9 孔径、孔深、倾斜度复核
清孔完成后需对孔深、孔径、钻孔倾斜度进行再次复核，采用专用勘探设备进行检测，检测无误后进行钢筋笼下放。

3.2.10 钢筋笼安装
钢筋笼采用长线法加工制作，分节倒运至施工现场。

钢筋笼下放前需再次复核桩中心，并通过桩基中心坐标反算桩顶钢筋笼定位筋的长度，确保钢筋笼安装时，钢筋笼中心与桩中心重合。

3.2.11 安装导管
导管安装前需进行密水性试验，保证导管止水性良好。

为保证首灌混凝土的密实性，要求导管底至桩底间距约为0.4cm。

安装导管后进行二次清孔，保证泥浆指标及沉渣厚度满足设计要求。

3.2.12 灌注水下混凝土
首批灌注混凝土的方量应能满足首次埋深（≥1m）和填充导管底部的需要，所需方量可依据JTG/T F50-2011《公路桥涵施工技术规范》里首灌公式进行计算［4］
V=πD2（H
1
+H2）/4+πd2h1/4
式中V——灌注首批混凝土所需数量，m3；
D——桩孔直径，m；
H
1
——桩孔底至导管底端间距，一般为
0.4m；
H
2
——导管初次埋置深度，m；
d——导管内径，m；
h
1
——桩孔内混凝土达到埋置深度H2时，导
管内混凝土柱平衡导管外（或泥浆）
压力所需的高度，m，即h1=H wγw /γc。

经计算，首灌方量约为8m3。

为保证首灌方量，首次灌注混凝土时，采用两辆罐车同时灌注，单罐车放料速度为4m3/min。

经现场实践，当灌注1min时，料斗内混凝土不再满布料斗底，料斗尺
寸为5m3。

经计算可知，采用两罐车同时灌注时，当料斗内混凝土不再满布料斗底时，所灌注总方量为（5+4×2）=13m3，满足首灌方量要求。

首灌完成后按照导管埋深2～6m的要求继续灌注混凝土，需保证混凝土灌注的连续性，直至灌注超出桩顶标高0.5～1m，此时完成桩基施工。

4 施工中的创新点
桩基础系桥梁结构的隐蔽性工程，且是桥梁的主要受力结构，其高质量对整个桥梁工程尤为重要。

本桥梁主桥桩基通过优化钻孔、清孔工艺，保证了成桩质量及工程进度，改进首灌方式，提高了灌注混凝土的灵活性。

（1）对于中风化岩层，旋挖进尺效率为反循环的3倍，故采用反循环配合旋挖的钻进工艺。

由反循环钻进桩基上部的软弱土层，旋挖钻进以中风化为代表的坚硬岩层，保证进尺效率，提供进度保障。

（2）旋挖终孔后，采用反循环钻机并于钻头加钢绞线的方式对桩底进行扫孔清孔，以控制沉渣厚度，保证成桩质量。

（3）采用两罐车同时放料的方式保证首灌方量，间接减小了料斗的体积，提高了混凝土灌注的灵活性。

（4）采用旋挖钻进中风化，进尺深度5m需要约27小时；采用反循环钻进中风化，进尺深度5m 需要约76小时。

对于主桥桩基，采用旋挖钻替代反循环钻进中风化，至少可节约工期约25天。

5 结束语
桩基础是桥梁工程的承重部位，其施工工艺的优质、高效十分重要。

本工程通过采用旋挖钻配合反循环的施工工艺，对桩基钻进及清孔进行优化，同时改进了首灌方式，提高了混凝土灌注的灵活性，保证了工程进度，提高了工程质量，为后续类似工程施工提供了参考。

［参考文献］
［1］裴迎春. 浅谈旋挖钻机成孔工艺在公路桥梁桩基础施工的应用［J］. 甘肃科技，2019，35（13）：101-103.
［2］雷斌，叶坤，李榛，等. 旋挖钻孔桩沉渣产生原因及清孔工艺优化选择［J］. 施工技术，2014，43（19）：48-53.
［3］单慧川. 复杂地层冲击钻和反循环回旋钻桩基成孔工艺比较［J］. 筑路机械与施工机械化，2014，31（09）：86-89.
［4］JTG/T F50-2011. 公路桥涵施工技术规范［S］.
5 结束语
本文结合津秦高铁工程实例，深入分析地铁盾构下穿高铁施工技术。

结果表明，地铁盾构施工中难免碰到复杂的地质条件或需要穿越建筑物的情况，这时就要根据实际情况选择合适的施工工艺，才能满足实际需要。

地铁盾构下穿津秦高速铁路的施工技术对于类似工程施工具有重要意义，值得广泛应用。

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