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[摘 要]本文主要阐述了桥梁桩基施工中的反循环钻成孔技术的应用。
[关键词]桥梁桩基；反循环钻成孔技术
中图分类号：U445.551 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）29-0137-01
0 前言
桥梁基桩成孔施工中采用两种钻进方式，即正循环钻进和反循环钻进，其中在正循环钻进施工中常因孔底沉渣超标导致多次清孔而且因孔壁泥皮过厚可能导致承载力折减。相反在反循环成孔施工时情况要好的多，其成孔速度快、各项技术指标达标容易、孔壁保护泥浆薄而且均匀。在施工过程中工程技术人员经过总结、探索，积极研究推广钻孔反循环制桩工艺。泵吸反循环是通过砂石泵的抽吸作用，在钻杆内腔形成负压，在孔内液柱和大气压的作用下，孔壁与环状空间的泥浆流向孔底，将钻头切削下来的钻渣带进钻杆内腔，再经过砂石泵排至地面沉淀池内；沉淀钻渣后，低浓度泥浆流向孔内，形成反循环。反循环与正循环的本质区别在于沉渣的泥浆、上返流速存在巨大差异，反循环泥浆携带钻渣后迅速进入过水断面较小的钻杆内腔，可以获得比正循环高出数十倍的上返速度。
1 反循环钻成孔技术的优点
1.1 大幅度提高钻进速度与成桩效率
钻头在工作时的最有利条件是被切割下来的岩土屑，立即能够从孔底带出并送到地面，这样可以减少二次破碎，不会降低效率以及钻头的磨损。冲洗液携带钻渣的能力正比例于介质的密度和其运动速度的平方，所以影响有效排渣的因素是冲洗液的上返速度。由于钻孔桩施工的土层多为松散、颗粒差异又较大的土层，因此钻进速度的高低主要取决于排渣的速度。
1.2 成孔质量好
反循环钻孔桩孔壁的稳定，主要是利用静水压力来平衡地层压力维持孔壁的稳定。根据土力学计算以及大量实践证明，只要保持孔壁任何深度处压力不小于0.2Mpa，即使是在粘聚力较差的流沙层，使用经过处理的泥浆（冲洗液）也可以保持钻孔不坍塌、不缩颈、不扩颈；反循环钻孔根据浇注混凝土记录时浇注深度与混凝土用量关系，很容易反算孔径。
1.3 有效保证混凝土的浇注质量
灌注混凝土是保证成桩质量的关键工序，断桩、夹泥、堵管等常见的灌注质量事故都与孔内混凝土上部压力过大有一定关系。孔内压力值与冲洗液的浓度、密度、粘度有直接的关系。正循环为了有效的排渣，选用的泥浆（冲洗液）密度高、浓度大，势必造成孔内压力大，这样混凝土人导管排出的阻力增大，浇注困难；反循环成孔由于泥浆（冲洗液）密度、浓度、粘度都较低，形成泥皮较薄和钻渣清理较为彻底，因此灌注较为顺畅，桩顶泥浆少，桩身混凝土质量明显提高。
1.4 降低工程造价
单桩承载力的大小，取决于桩周土的摩阻力与桩底端承力，反循环钻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，无软弱层从而提高端承力。根据对比试验，一般反循环比正循环提高承载力10%-20%，因此单位承载力造价必然降低。
1.5 施工成本较低
根据定额预算，废浆排运费约占工程成本8%-10%。反循环钻头切削的粘土土层成块状，随即被吸入钻杆内腔，也就是说钻渣来不及水化就被排出孔外，废浆量势必减少；另液、渣分离较为简单，这样施工成本必然降低。
1.6 适应性比较广
反循环排渣的特点，使这种工艺方法对地层适应性广，可顺利钻进各种粘土、砂土、卵砾石层以及基岩层，对于直径500-1800mm钻孔桩施工都很适应。
2 桥梁桩基中的反循环钻成孔施工工艺
反循环旋转钻机用于各种粘土、砂土、卵砾石层以及基岩层，对地层适应性广。钻杆转速要考虑满足碎岩土的扭矩需要，又要考虑钻具的磨耗及孔壁稳定等情况。钻具强度一定时，钻头直径越大，转速应越慢。
2.1 场地布置
根据设计要求合理布置施工场地，先平整场地、清除杂物、换除软土、夯打密实。在进行场地整平后，组织有资格的测量放样人员，将所有桩位放出，钉好十字保护桩，做好测量复核，并记录放样数据备案；规划行车路线时，使便道与钻孔位置保持一定的距离；以免影响孔壁稳定；施工场地为旱地而且在施工期间地下水位在原地面以下时，将场地平整夯实，清除杂物；场地位于浅水时，采用筑岛后在顶面安装钻孔机，筑岛顶面高出施工水位1.0m左右；钻孔机底盘不宜直接置于不坚实的填土上，以免产生不均匀沉陷；钻孔机的安放位置应考虑钻孔施工中孔口出土清运的方便。
2.2 桩位放样
桩位放样，按“从整体到局部的原则”进行桩基的位置放样，进行钻孔的标高放样时，应及时对放样的标高进行复核。采用全站仪准确放样各桩点的位置，使其误差在规范要求内。
2.3 钻孔机就位
钻孔机就位时，要事先检查钻孔机的性能状态是否良好。保证钻孔机工作正常。
2.4 埋设护筒
采用钢护筒，钢板壁厚6～8mm，高度为4m，做成整体圆形，为增加刚度防止变形，在护筒上、下端和中部的外侧各焊一道加劲肋。 护筒埋深3.5m，护筒顶高出地面50cm，埋设时将护筒周围0.5m～1.0m范围内土挖除，分层夯填粘土至护筒底0.5m以下。 当桩位处于岸滩上时，黏性土不小于1m，砂类土不小于2m.当表层土松软时，将护筒埋置到较坚硬密实的土层中至少0.5m.岸滩上埋设护筒，在护筒四周回填黏土并分层夯实；护筒顶面中心与设计桩位偏差及倾斜度均不大于规范及设计要求。 在砂性土和流塑淤泥质粘土中钻进时护筒长度根据其埋深和厚度适当增加，对洞高较大且无充填或填充薄弱的地下空洞，采用套筒跟进的方法，确保无塌孔现象。
2.5 泥浆配制
一般可选塑性指数大于25，粒径小于0.005mm，颗粒含量多于总量50%的粘土制浆。如当地缺少适宜的粘土时，可用略差的粘土，并掺入30%的塑性指数大于25的粘土。所有粘土中不应含有石膏、石灰或钙盐类化合物。泥浆调制采用将粘土直接投入钻孔内，利用钻锥冲击制泥浆。 钻孔施工时随着孔深的增加向孔内及时、连续地补浆，维持护筒内应有的水头，防止孔壁坍塌。
2.6 钻进施工
（1）开钻时，先使钻头降至距孔口5cm左右启动泥浆泵，待泥浆循环几分钟后，再启动钻机慢度回转，同时慢慢降下钻头，孔口位置先低档慢速钻进，钻至护筒下1m后，且孔口稳定后逐渐增加转速正常钻进。
（2）在钻进过程中，孔内水位宜高于护筒底脚0.5m以上或地下水位以上1.5～2.0m；停钻后，应及时向孔内补水，保持一定的水头高度。应经常注意土层变化，对不同的土层采用不同的钻速、钻压、泥浆比重和泥浆量。在砂土、软土等容易坍孔的土层宜采用低档慢速钻进，同时提高孔内水头，加大泥浆比重。
（3）正常钻进时，合理控制钻进参数，起、落钻头速度宜均匀，不得过猛或骤然变速，转速的控制对成孔及后期水下混凝土浇筑有其重要的影响，进尺速度过快，孔壁难以形成一定厚度的泥浆护壁层，易形成塌孔等事故的发生；进尺速度过慢，可能形成扩孔，影响整个分项工程施工速度，亦不可取。出土不得堆积在钻孔周围。因故停钻时，孔口应加护盖。有钻杆的钻机，应将钻头提离孔底5m以上，其他钻机钻头提出孔外。
2.7 清孔
成孔后，更换清底钻头，进行清底，并测定孔深；清孔泥浆相对密度宜控制在1.10～1.25，粘度22～26s，含砂率小于6%；清孔采用泵吸或气举反循环方法，孔底沉渣应符合规定要求。
3 总结
反循环本身所具有的特点，可以给提高成孔效率、成桩质量和综合经济效益等方面带来一系列的好处。因此，完全有必要更深入的研究桥梁桩基施工中的反循环钻成孔技术，为路桥工程的发展贡献力量。
参考文献
[1]李广鸽、王雅辉《桥梁施工中正反循环钻孔灌注桩施工工艺的对比》[J].中国科技教育（理论版）2011（26）.
[2]《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008.
[关键词]桥梁桩基；反循环钻成孔技术
中图分类号：U445.551 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）29-0137-01
0 前言
桥梁基桩成孔施工中采用两种钻进方式，即正循环钻进和反循环钻进，其中在正循环钻进施工中常因孔底沉渣超标导致多次清孔而且因孔壁泥皮过厚可能导致承载力折减。相反在反循环成孔施工时情况要好的多，其成孔速度快、各项技术指标达标容易、孔壁保护泥浆薄而且均匀。在施工过程中工程技术人员经过总结、探索，积极研究推广钻孔反循环制桩工艺。泵吸反循环是通过砂石泵的抽吸作用，在钻杆内腔形成负压，在孔内液柱和大气压的作用下，孔壁与环状空间的泥浆流向孔底，将钻头切削下来的钻渣带进钻杆内腔，再经过砂石泵排至地面沉淀池内；沉淀钻渣后，低浓度泥浆流向孔内，形成反循环。反循环与正循环的本质区别在于沉渣的泥浆、上返流速存在巨大差异，反循环泥浆携带钻渣后迅速进入过水断面较小的钻杆内腔，可以获得比正循环高出数十倍的上返速度。
1 反循环钻成孔技术的优点
1.1 大幅度提高钻进速度与成桩效率
钻头在工作时的最有利条件是被切割下来的岩土屑，立即能够从孔底带出并送到地面，这样可以减少二次破碎，不会降低效率以及钻头的磨损。冲洗液携带钻渣的能力正比例于介质的密度和其运动速度的平方，所以影响有效排渣的因素是冲洗液的上返速度。由于钻孔桩施工的土层多为松散、颗粒差异又较大的土层，因此钻进速度的高低主要取决于排渣的速度。
1.2 成孔质量好
反循环钻孔桩孔壁的稳定，主要是利用静水压力来平衡地层压力维持孔壁的稳定。根据土力学计算以及大量实践证明，只要保持孔壁任何深度处压力不小于0.2Mpa，即使是在粘聚力较差的流沙层，使用经过处理的泥浆（冲洗液）也可以保持钻孔不坍塌、不缩颈、不扩颈；反循环钻孔根据浇注混凝土记录时浇注深度与混凝土用量关系，很容易反算孔径。
1.3 有效保证混凝土的浇注质量
灌注混凝土是保证成桩质量的关键工序，断桩、夹泥、堵管等常见的灌注质量事故都与孔内混凝土上部压力过大有一定关系。孔内压力值与冲洗液的浓度、密度、粘度有直接的关系。正循环为了有效的排渣，选用的泥浆（冲洗液）密度高、浓度大，势必造成孔内压力大，这样混凝土人导管排出的阻力增大，浇注困难；反循环成孔由于泥浆（冲洗液）密度、浓度、粘度都较低，形成泥皮较薄和钻渣清理较为彻底，因此灌注较为顺畅，桩顶泥浆少，桩身混凝土质量明显提高。
1.4 降低工程造价
单桩承载力的大小，取决于桩周土的摩阻力与桩底端承力，反循环钻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，无软弱层从而提高端承力。根据对比试验，一般反循环比正循环提高承载力10%-20%，因此单位承载力造价必然降低。
1.5 施工成本较低
根据定额预算，废浆排运费约占工程成本8%-10%。反循环钻头切削的粘土土层成块状，随即被吸入钻杆内腔，也就是说钻渣来不及水化就被排出孔外，废浆量势必减少；另液、渣分离较为简单，这样施工成本必然降低。
1.6 适应性比较广
反循环排渣的特点，使这种工艺方法对地层适应性广，可顺利钻进各种粘土、砂土、卵砾石层以及基岩层，对于直径500-1800mm钻孔桩施工都很适应。
2 桥梁桩基中的反循环钻成孔施工工艺
反循环旋转钻机用于各种粘土、砂土、卵砾石层以及基岩层，对地层适应性广。钻杆转速要考虑满足碎岩土的扭矩需要，又要考虑钻具的磨耗及孔壁稳定等情况。钻具强度一定时，钻头直径越大，转速应越慢。
2.1 场地布置
根据设计要求合理布置施工场地，先平整场地、清除杂物、换除软土、夯打密实。在进行场地整平后，组织有资格的测量放样人员，将所有桩位放出，钉好十字保护桩，做好测量复核，并记录放样数据备案；规划行车路线时，使便道与钻孔位置保持一定的距离；以免影响孔壁稳定；施工场地为旱地而且在施工期间地下水位在原地面以下时，将场地平整夯实，清除杂物；场地位于浅水时，采用筑岛后在顶面安装钻孔机，筑岛顶面高出施工水位1.0m左右；钻孔机底盘不宜直接置于不坚实的填土上，以免产生不均匀沉陷；钻孔机的安放位置应考虑钻孔施工中孔口出土清运的方便。
2.2 桩位放样
桩位放样，按“从整体到局部的原则”进行桩基的位置放样，进行钻孔的标高放样时，应及时对放样的标高进行复核。采用全站仪准确放样各桩点的位置，使其误差在规范要求内。
2.3 钻孔机就位
钻孔机就位时，要事先检查钻孔机的性能状态是否良好。保证钻孔机工作正常。
2.4 埋设护筒
采用钢护筒，钢板壁厚6～8mm，高度为4m，做成整体圆形，为增加刚度防止变形，在护筒上、下端和中部的外侧各焊一道加劲肋。 护筒埋深3.5m，护筒顶高出地面50cm，埋设时将护筒周围0.5m～1.0m范围内土挖除，分层夯填粘土至护筒底0.5m以下。 当桩位处于岸滩上时，黏性土不小于1m，砂类土不小于2m.当表层土松软时，将护筒埋置到较坚硬密实的土层中至少0.5m.岸滩上埋设护筒，在护筒四周回填黏土并分层夯实；护筒顶面中心与设计桩位偏差及倾斜度均不大于规范及设计要求。 在砂性土和流塑淤泥质粘土中钻进时护筒长度根据其埋深和厚度适当增加，对洞高较大且无充填或填充薄弱的地下空洞，采用套筒跟进的方法，确保无塌孔现象。
2.5 泥浆配制
一般可选塑性指数大于25，粒径小于0.005mm，颗粒含量多于总量50%的粘土制浆。如当地缺少适宜的粘土时，可用略差的粘土，并掺入30%的塑性指数大于25的粘土。所有粘土中不应含有石膏、石灰或钙盐类化合物。泥浆调制采用将粘土直接投入钻孔内，利用钻锥冲击制泥浆。 钻孔施工时随着孔深的增加向孔内及时、连续地补浆，维持护筒内应有的水头，防止孔壁坍塌。
2.6 钻进施工
（1）开钻时，先使钻头降至距孔口5cm左右启动泥浆泵，待泥浆循环几分钟后，再启动钻机慢度回转，同时慢慢降下钻头，孔口位置先低档慢速钻进，钻至护筒下1m后，且孔口稳定后逐渐增加转速正常钻进。
（2）在钻进过程中，孔内水位宜高于护筒底脚0.5m以上或地下水位以上1.5～2.0m；停钻后，应及时向孔内补水，保持一定的水头高度。应经常注意土层变化，对不同的土层采用不同的钻速、钻压、泥浆比重和泥浆量。在砂土、软土等容易坍孔的土层宜采用低档慢速钻进，同时提高孔内水头，加大泥浆比重。
（3）正常钻进时，合理控制钻进参数，起、落钻头速度宜均匀，不得过猛或骤然变速，转速的控制对成孔及后期水下混凝土浇筑有其重要的影响，进尺速度过快，孔壁难以形成一定厚度的泥浆护壁层，易形成塌孔等事故的发生；进尺速度过慢，可能形成扩孔，影响整个分项工程施工速度，亦不可取。出土不得堆积在钻孔周围。因故停钻时，孔口应加护盖。有钻杆的钻机，应将钻头提离孔底5m以上，其他钻机钻头提出孔外。
2.7 清孔
成孔后，更换清底钻头，进行清底，并测定孔深；清孔泥浆相对密度宜控制在1.10～1.25，粘度22～26s，含砂率小于6%；清孔采用泵吸或气举反循环方法，孔底沉渣应符合规定要求。
3 总结
反循环本身所具有的特点，可以给提高成孔效率、成桩质量和综合经济效益等方面带来一系列的好处。因此，完全有必要更深入的研究桥梁桩基施工中的反循环钻成孔技术，为路桥工程的发展贡献力量。
参考文献
[1]李广鸽、王雅辉《桥梁施工中正反循环钻孔灌注桩施工工艺的对比》[J].中国科技教育（理论版）2011（26）.
[2]《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008.