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摘 要：旋挖钻成孔因具备效率高、速度快、适用范围广、人工成本低等众多优势，而得以于众桩基工程中广泛运用。其中，沉渣超限作为旋挖钻成孔较为常见的施工问题，成因众多且预防、控制或是后期补救相对复杂。鉴于此，本文就高铁桩基旋挖钻成孔沉渣超限的成因与控制展开全面探讨，以飨同仁。
关键词：旋挖钻成孔;沉渣超限;成因与控制
1 沉渣超限的成因分析
（1）地质勘察不充分。高铁项目途经路段往往存在软弱土层，如若前期勘察时不够充分，以致后期施工时对条件较差地段掌握不够。在现场作业时，其泥浆参数指标、钻进有关要求与实际情况不符，就有可能造成塌方、塌孔风险。
（2）设备选型不合理。未充分结合现场实际地质情况来选用合适的机型、钻头。现场作业采用直筒钻斗，在缩径位置因侧壁与孔壁结合过于紧密易形成负压，造成摩擦增加，孔壁泥皮出现掉落。如若钻机流水口设置过低，也会增加钻斗内砂土流失量。
（3）护壁泥浆不达标。泥浆护壁效果差，未按设计规范要求，调控泥浆的配比、含砂率、胶体率、PH值等主要参数指标，泥浆密度粘度超标、比重超限、含砂率过大、稳定性不够，造成护壁厚度不满足要求，致使泥皮脱落，掉入孔底后变为沉渣杂质。在钻孔作业时，如没有做好孔壁掉渣处理，易造成砂土杂质掉落，致使泥浆指标不合格，严重时容易产生侧壁塌方风险。
（4）钻进作业不合规。钻头提升时底、顶部有负压差，提速过快，水流速度也会加快。如果流水通道不畅或没有合理泄水，那么水流就会冲刷掉侧壁上密实度、内聚力不够的砂土、浮土，这些杂质掉落孔底后，就会变成沉渣。
（5）单次进尺过大。钻进作业如没有控制好单次进尺，超过了规范要求，会造成钻斗内砂土堆积太满，提升时会随着泥浆流入孔内，变成沉渣。特别是高铁对桩基要求高，桩孔较深，钻斗每次提升的时间较长，更容易产生泥浆压差，进而影响侧壁，随着泥浆自流的砂土掉落孔底变成沉渣。
（6）孔底扰动过大。钻机斗门关闭时重复反转会造成震动过大，对孔底扰动过大，破坏了孔底砂层，形成浮浆，在下一次作业时，浮浆会挤压至钻斗上部，再次提斗后，浮浆就会掉落孔底变成沉渣。
（7）钢筋笼安装不规范。钢筋笼加工时不合格，直径过大，运输不当碰撞造成弯曲变形，下放时没有控制垂直度等等，这些原因都会造成钢筋笼难以下放孔内，或下放过程中与孔壁挤撞、碰刮致使孔壁泥皮掉落。
（8）清孔处理不彻底。钢筋笼下放后砼浇筑前，未严格按照规范要求进行二次清孔，以致残留沉渣较多而影响成桩质量。
（9）现场管理不到位。主要表现为施工组织设计不规范、专项施工方案不科学、现场人员机械物资组织不到位、各个作业工序脱节或不连续等。在成孔后，如果静置时间过久，那么在泥浆中悬浮的颗粒物就会慢慢沉淀，发生离析，在孔底变成厚厚的沉渣。
2 沉渣超限的控制措施
2.1 预防措施
（1）做好地质勘察。充分掌握项目地质情况，为设计、施工单位提供真实可靠的勘察资料，并以此确定相应施工参数，提升护壁的安全性、有效性。
（2）合理选定钻进设备。根据地质勘察数据，充分掌握高铁项目岩土层各项情况，做好风险评估，对水文地质、地下水类型、水位水深等情况影响做出评价，合理选择钻机设备。在遇到厚砂层且径长较深的桩孔，要选择锥形钻具，以减少钻头提升和下放时对孔壁造成的碰撞干扰。另外，设置流水口位置应在钻筒壁顶部，这样在提钻时能有效减少砂土掉落。
（3）提升泥浆质量。根据设计、规范要求，计算好泥浆用材的耗材量，提前做好充分准备，适时对泥浆比重、粘度等主要参数进行调整。当地基岩土中存在粉砂土层或砂层时，要控制好各项性能指标，其中，泥浆比重约1.02～1.10，粘度约18 s～22 s，含砂率≤4%，泥皮厚度<2 mm，PH值>7。
（4）规范钻进施工。按照规范要求，控制钻进单次进尺量，钻斗内渣土量要低于流水口位置，防止砂土从流水口掉落泥浆中。在提钻时要严格控制速度，遇到易坍塌的土层，要降低提钻速度，防止流水冲刷侧壁造成砂土掉落泥浆中。钻进作业完成后，要尽快将斗门关闭，防止斗门转动对孔底砂层造成影响。
（5）规范钢筋笼安装施工。加强对钢筋笼制作的检验，防止超过规范直径。下放钢筋笼时要控制垂直度，防止与孔壁挤撞、碰刮。并且，于钢筋笼下放完成，浇筑桩基砼前，要做好孔底沉渣的清理，确保清理干净。
（6）加强现场管理。要科学制定施工组织方案和专项施工方案，加强项目管控，组织好人员、机械、物资等各项资源，加快各个工序衔接，确保成孔后的静置时间不会太长。
2.2 控制措施
（1）一次清孔。待钻孔到达设计标高后，应先对高回填土、软弱土层等扫孔，检查是否存在成孔缩颈或者塌孔的情况，再进行钻进复测孔深，使用双底清渣钻斗，在孔底以上20 cm～30 cm部位处上下移动、空转，吸出孔底沉渣。
（2）二次清孔。在下放钢筋笼后、浇筑桩基砼前，再次对孔底的沉渣厚度和孔径等进行复测。如若沉渣超限，就需要开展二次清孔。使用高压清理设备，冲起孔底沉渣，使得沉渣呈悬浮状态，再使用灌注導管进行清理。针对不同现场情况，可以采用泥浆正循环、泵吸反循环以及无泥浆循环等清孔方式。其中，对于桩径≤1.5 m，桩深≤40 m的桩孔，适用泥浆正循环方式，沉渣可以附着泥浆中被带走，相对来说应用范围不大;对于桩径>1.5 m、桩深40 m～80 m的桩孔，适用泵吸反循环方式，其工艺工序较为复杂，应用范围一般;无泥浆循环方式应用范围最广泛，需要设备较少、作业工艺简单便捷、清渣效果明显，即使存在较长护筒、全护筒以及塌孔等特殊情况，也能发挥很好作用，能保证成孔质量，提升沉渣清理效果。
2.3 补救措施
若旋挖钻成孔过程中沉渣超限的一系列防控措施未充分起到应有效果，或于浇桩过程中因一些原因导致沉渣再次累积，在成桩后发现桩底沉渣出现超限，则需据实予以补救处置。
（1）高压旋喷桩。使用高压旋喷机对待处治桩基基础加压喷射一定比例的水泥浆，使得土体（沉渣）与浆液融成一体，融合为混合固结体，在水泥胶凝作用下达到一定的强度，达成处治目的。单管旋喷在砂土层中强度能达到5 MPa～7 MPa，在黏土层中强度约为2 MPa～5 MPa;三管旋喷在砂土层中强度能达到5 MPa～7 MPa，在黏土层中强度约为1 MPa～5 MPa。
（2）压力注浆。通过事先预埋注浆管，在桩基浇筑完成后，将水泥砂浆通过高压方式注入桩底部的土体中，使沉渣缝隙填充满水泥砂浆，这样砼桩身、沉渣和原有土层便形成了一个整体，发挥了填充密实、固化增强的作用，能有效提高桩基的强度及荷载能力。
（3）预加载法。桩基使用前，通过预先施加荷载，使桩基产生沉降，进而挤压桩底部的沉渣和原有土层，达到压实补强的作用。预压完成后再根据桩身沉降数值、桩顶设计标高等进行补高，以确保满足桩顶标高设计要求。一般来说，该方法应用较少，主要原因是工艺复杂难度大、成本造价比较高，且经处理后尚无有效手段对桩基强度和刚度予以检测。
3 结语
沉渣超限作为高铁桩基的常见通病，是导致桩基沉降的重要成因之一。对此，务须切实加强前期地质勘察、合理选用钻具设备、严控泥浆质量、规范钻进作业、做好清孔处理、据实予以补救处置，以规避因沉渣超限而引起的桩基沉降，保障桥梁结构的整体修建质量。
参考文献：
[1]邵吉成，占运，骆嘉成，等.含砂地层大直径旋挖钻孔灌注桩孔底沉渣分析[J].路基工程，2021（2）：82-86.
[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]蔡晖.钻孔灌注桩孔底沉渣产生原因分析及优化措施[J].建筑工程技术与设计，2015（3）：649.
关键词：旋挖钻成孔;沉渣超限;成因与控制
1 沉渣超限的成因分析
（1）地质勘察不充分。高铁项目途经路段往往存在软弱土层，如若前期勘察时不够充分，以致后期施工时对条件较差地段掌握不够。在现场作业时，其泥浆参数指标、钻进有关要求与实际情况不符，就有可能造成塌方、塌孔风险。
（2）设备选型不合理。未充分结合现场实际地质情况来选用合适的机型、钻头。现场作业采用直筒钻斗，在缩径位置因侧壁与孔壁结合过于紧密易形成负压，造成摩擦增加，孔壁泥皮出现掉落。如若钻机流水口设置过低，也会增加钻斗内砂土流失量。
（3）护壁泥浆不达标。泥浆护壁效果差，未按设计规范要求，调控泥浆的配比、含砂率、胶体率、PH值等主要参数指标，泥浆密度粘度超标、比重超限、含砂率过大、稳定性不够，造成护壁厚度不满足要求，致使泥皮脱落，掉入孔底后变为沉渣杂质。在钻孔作业时，如没有做好孔壁掉渣处理，易造成砂土杂质掉落，致使泥浆指标不合格，严重时容易产生侧壁塌方风险。
（4）钻进作业不合规。钻头提升时底、顶部有负压差，提速过快，水流速度也会加快。如果流水通道不畅或没有合理泄水，那么水流就会冲刷掉侧壁上密实度、内聚力不够的砂土、浮土，这些杂质掉落孔底后，就会变成沉渣。
（5）单次进尺过大。钻进作业如没有控制好单次进尺，超过了规范要求，会造成钻斗内砂土堆积太满，提升时会随着泥浆流入孔内，变成沉渣。特别是高铁对桩基要求高，桩孔较深，钻斗每次提升的时间较长，更容易产生泥浆压差，进而影响侧壁，随着泥浆自流的砂土掉落孔底变成沉渣。
（6）孔底扰动过大。钻机斗门关闭时重复反转会造成震动过大，对孔底扰动过大，破坏了孔底砂层，形成浮浆，在下一次作业时，浮浆会挤压至钻斗上部，再次提斗后，浮浆就会掉落孔底变成沉渣。
（7）钢筋笼安装不规范。钢筋笼加工时不合格，直径过大，运输不当碰撞造成弯曲变形，下放时没有控制垂直度等等，这些原因都会造成钢筋笼难以下放孔内，或下放过程中与孔壁挤撞、碰刮致使孔壁泥皮掉落。
（8）清孔处理不彻底。钢筋笼下放后砼浇筑前，未严格按照规范要求进行二次清孔，以致残留沉渣较多而影响成桩质量。
（9）现场管理不到位。主要表现为施工组织设计不规范、专项施工方案不科学、现场人员机械物资组织不到位、各个作业工序脱节或不连续等。在成孔后，如果静置时间过久，那么在泥浆中悬浮的颗粒物就会慢慢沉淀，发生离析，在孔底变成厚厚的沉渣。
2 沉渣超限的控制措施
2.1 预防措施
（1）做好地质勘察。充分掌握项目地质情况，为设计、施工单位提供真实可靠的勘察资料，并以此确定相应施工参数，提升护壁的安全性、有效性。
（2）合理选定钻进设备。根据地质勘察数据，充分掌握高铁项目岩土层各项情况，做好风险评估，对水文地质、地下水类型、水位水深等情况影响做出评价，合理选择钻机设备。在遇到厚砂层且径长较深的桩孔，要选择锥形钻具，以减少钻头提升和下放时对孔壁造成的碰撞干扰。另外，设置流水口位置应在钻筒壁顶部，这样在提钻时能有效减少砂土掉落。
（3）提升泥浆质量。根据设计、规范要求，计算好泥浆用材的耗材量，提前做好充分准备，适时对泥浆比重、粘度等主要参数进行调整。当地基岩土中存在粉砂土层或砂层时，要控制好各项性能指标，其中，泥浆比重约1.02～1.10，粘度约18 s～22 s，含砂率≤4%，泥皮厚度<2 mm，PH值>7。
（4）规范钻进施工。按照规范要求，控制钻进单次进尺量，钻斗内渣土量要低于流水口位置，防止砂土从流水口掉落泥浆中。在提钻时要严格控制速度，遇到易坍塌的土层，要降低提钻速度，防止流水冲刷侧壁造成砂土掉落泥浆中。钻进作业完成后，要尽快将斗门关闭，防止斗门转动对孔底砂层造成影响。
（5）规范钢筋笼安装施工。加强对钢筋笼制作的检验，防止超过规范直径。下放钢筋笼时要控制垂直度，防止与孔壁挤撞、碰刮。并且，于钢筋笼下放完成，浇筑桩基砼前，要做好孔底沉渣的清理，确保清理干净。
（6）加强现场管理。要科学制定施工组织方案和专项施工方案，加强项目管控，组织好人员、机械、物资等各项资源，加快各个工序衔接，确保成孔后的静置时间不会太长。
2.2 控制措施
（1）一次清孔。待钻孔到达设计标高后，应先对高回填土、软弱土层等扫孔，检查是否存在成孔缩颈或者塌孔的情况，再进行钻进复测孔深，使用双底清渣钻斗，在孔底以上20 cm～30 cm部位处上下移动、空转，吸出孔底沉渣。
（2）二次清孔。在下放钢筋笼后、浇筑桩基砼前，再次对孔底的沉渣厚度和孔径等进行复测。如若沉渣超限，就需要开展二次清孔。使用高压清理设备，冲起孔底沉渣，使得沉渣呈悬浮状态，再使用灌注導管进行清理。针对不同现场情况，可以采用泥浆正循环、泵吸反循环以及无泥浆循环等清孔方式。其中，对于桩径≤1.5 m，桩深≤40 m的桩孔，适用泥浆正循环方式，沉渣可以附着泥浆中被带走，相对来说应用范围不大;对于桩径>1.5 m、桩深40 m～80 m的桩孔，适用泵吸反循环方式，其工艺工序较为复杂，应用范围一般;无泥浆循环方式应用范围最广泛，需要设备较少、作业工艺简单便捷、清渣效果明显，即使存在较长护筒、全护筒以及塌孔等特殊情况，也能发挥很好作用，能保证成孔质量，提升沉渣清理效果。
2.3 补救措施
若旋挖钻成孔过程中沉渣超限的一系列防控措施未充分起到应有效果，或于浇桩过程中因一些原因导致沉渣再次累积，在成桩后发现桩底沉渣出现超限，则需据实予以补救处置。
（1）高压旋喷桩。使用高压旋喷机对待处治桩基基础加压喷射一定比例的水泥浆，使得土体（沉渣）与浆液融成一体，融合为混合固结体，在水泥胶凝作用下达到一定的强度，达成处治目的。单管旋喷在砂土层中强度能达到5 MPa～7 MPa，在黏土层中强度约为2 MPa～5 MPa;三管旋喷在砂土层中强度能达到5 MPa～7 MPa，在黏土层中强度约为1 MPa～5 MPa。
（2）压力注浆。通过事先预埋注浆管，在桩基浇筑完成后，将水泥砂浆通过高压方式注入桩底部的土体中，使沉渣缝隙填充满水泥砂浆，这样砼桩身、沉渣和原有土层便形成了一个整体，发挥了填充密实、固化增强的作用，能有效提高桩基的强度及荷载能力。
（3）预加载法。桩基使用前，通过预先施加荷载，使桩基产生沉降，进而挤压桩底部的沉渣和原有土层，达到压实补强的作用。预压完成后再根据桩身沉降数值、桩顶设计标高等进行补高，以确保满足桩顶标高设计要求。一般来说，该方法应用较少，主要原因是工艺复杂难度大、成本造价比较高，且经处理后尚无有效手段对桩基强度和刚度予以检测。
3 结语
沉渣超限作为高铁桩基的常见通病，是导致桩基沉降的重要成因之一。对此，务须切实加强前期地质勘察、合理选用钻具设备、严控泥浆质量、规范钻进作业、做好清孔处理、据实予以补救处置，以规避因沉渣超限而引起的桩基沉降，保障桥梁结构的整体修建质量。
参考文献：
[1]邵吉成，占运，骆嘉成，等.含砂地层大直径旋挖钻孔灌注桩孔底沉渣分析[J].路基工程，2021（2）：82-86.
[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]蔡晖.钻孔灌注桩孔底沉渣产生原因分析及优化措施[J].建筑工程技术与设计，2015（3）：649.