段盼平

摘要：近年來，正反循環(huán)回旋鉆在鉆孔灌注樁成孔中被廣泛應(yīng)

用，本文結(jié)合中鐵十二局連鹽鐵路工程指揮部通榆河特大橋現(xiàn)場正反循環(huán)鉆機施工，詳細(xì)介紹正反循環(huán)回旋鉆機成孔的原理及各自的優(yōu)缺點、適用范圍、成孔鉆進(jìn)、清孔等方面的差別。

關(guān)鍵詞：正循環(huán)回旋鉆反循環(huán)回旋鉆鉆孔灌注樁成孔適

用范圍異同

0 引言

鉆孔灌注樁基礎(chǔ)日益成為軟弱地基上工業(yè)建筑、高層樓宇、橋梁碼頭及重型倉儲等工程經(jīng)常采用的一種深基礎(chǔ)形式，其成孔的方法很多，正、反循環(huán)回旋鉆成孔法由于施工噪音小，對土層擾動小，振動力小，成孔速度快，因此在鉆孔灌注樁施工中得到了廣泛的應(yīng)用，同時受到施工單位的高度重視。

1 鉆孔灌注樁采用正反循環(huán)鉆機成孔的發(fā)展歷史與背景

我國應(yīng)用鉆孔灌注樁始于20世紀(jì)60年代，首先在橋梁和港口建設(shè)中采用，鉆孔灌注樁的成孔技術(shù)也在工程實踐中不斷地得到發(fā)展，1968年，江蘇、湖南進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)鉆φ60-150鉆孔灌注樁的試驗，遼寧、黑龍江也先后研制了泵吸式逆循環(huán)鉆機進(jìn)行φ60-150鉆孔灌注樁的試驗，這些探索是鉆孔灌注樁的初期發(fā)展階段，1983年原鐵道部大橋局武漢橋機廠研制的BDM-4型氣舉反循環(huán)鉆機投入使用，首先在鄭州黃河公路大橋完成直徑220cm，孔深70m的摩擦樁施工，使鉆孔灌注樁的可施工樁徑突破200cm大關(guān)，是國產(chǎn)回旋鉆機向大口徑發(fā)展的重要里程碑，1986年廣東省九江大橋2*160獨塔斜拉橋工程中又使用BDM-4型反循環(huán)鉆機完成φ200-300嵌巖樁的施工，標(biāo)志著我國應(yīng)用循環(huán)鉆機施工鉆孔灌注樁的工藝日趨成熟。

2 正反循環(huán)鉆機成孔的原理

回轉(zhuǎn)鉆機是由動力裝置帶動鉆機回轉(zhuǎn)裝置轉(zhuǎn)動，再由其帶動帶有鉆頭的鉆桿移動，由鉆頭切削土壤。根據(jù)泥漿循環(huán)方式的不同，分為正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機和反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機。

正循環(huán)：用高壓將泥漿通過鉆機的空心鉆桿從鉆桿底部射出，底部的鉆頭在回旋時，將土層攪松成鉆渣，被泥漿浮懸，隨著泥漿上升而溢出流到孔外的泥漿溜槽，經(jīng)沉淀池凈化，泥漿再循環(huán)使用，孔壁靠水頭和泥漿保護(hù)，采用本法由于鉆渣得靠泥漿浮懸才能上升攜帶排出孔外，故對泥漿的質(zhì)量要求較高。

反循環(huán)：同正循環(huán)相反，泥漿由孔外流（注）入孔內(nèi)，用真空泵或其他方式（如空氣吸泥機等），將鉆渣從鉆桿中吸出，由于鉆桿內(nèi)徑較孔徑小得多，故鉆桿內(nèi)泥漿上升速度較正循環(huán)快很多，就是清水也可把鉆渣帶上鉆桿頂端流向泥漿沉淀池，凈化后泥漿可循環(huán)使用，本法的泥漿只起到輔助護(hù)壁作用，其質(zhì)量要求較低，但如土層為易塌土層，則仍需用高質(zhì)量泥漿。反循環(huán)工藝的泥漿上流的速度較高，能攜帶較大的土渣。

3 正反循環(huán)回旋鉆的優(yōu)缺點

正循環(huán)回旋鉆：鉆進(jìn)與排渣同時連續(xù)進(jìn)行，故正循環(huán)回旋鉆的成孔速度較快，鉆孔深度較大，最大深度可達(dá)100米，缺點是需設(shè)置泥漿槽、沉淀池、儲漿池等，施工場地占地面積較大，需要大量地水和原料，機具設(shè)備復(fù)雜，機械故障較多，最大的缺點是由于泥漿較稠，故孔壁的泥漿厚度常達(dá)5~7cm，大大降低了樁周摩擦力，因而正循環(huán)回旋鉆機發(fā)展趨勢比較緩慢。

反循環(huán)回旋鉆：排除鉆渣連續(xù)性好，速度較正循環(huán)快，功效較高，目前此類鉆機最大嵌巖樁鉆孔孔徑可達(dá)250cm，普通土層鉆孔直徑可達(dá)300cm，深度可達(dá)80~120cm，鉆進(jìn)巖層的巖石強度可達(dá)180MPa左右，這類鉆機排渣無需泥漿，在孔壁十分穩(wěn)定的地層中甚至可以用清水，在孔壁不穩(wěn)定的地層中，出于固壁的特殊需要，必須調(diào)制優(yōu)質(zhì)泥漿，但其造漿原材料的用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正循環(huán)，反循環(huán)回旋鉆機的最大優(yōu)點是孔壁保護(hù)膜較薄，不會太多影響樁的摩擦力，其缺點是擴孔率大于正循環(huán)回旋鉆機，并且鉆機結(jié)構(gòu)較正循環(huán)鉆機更為復(fù)雜，造價偏高，特別是鉆孔直徑達(dá)到300cm和孔深達(dá)到100m以上實造價會更高，盡管如此，目前反循環(huán)回旋鉆在橋梁鉆孔灌注樁成孔中仍處于主導(dǎo)地位。

二者噪音都較小，機身高度中等，振動小，成孔速度快。

4 適合地質(zhì)條件

正循環(huán)回旋鉆：黏性土，粉砂，細(xì)中粗砂，含少量礫石、卵石（含量少于20%）的土、軟巖。

反循環(huán)回旋鉆：黏性土，砂類土，含少量礫石、卵石（含量少于20%，粒徑小于鉆桿內(nèi)徑2/3）的土。

5 孔徑及孔深范圍

孔徑：

正循環(huán)回旋鉆：80cm~250cm

反循環(huán)回旋鉆：80cm~300cm

孔深：

正循環(huán)回旋鉆：30m~100m

反循環(huán)回旋鉆：用真空泵<35m，用空氣吸泥機可達(dá)65m，用氣舉式可達(dá)120m。

6 泥漿作用及性能指標(biāo)

泥漿作用：

正循環(huán)回旋鉆：浮懸鉆渣并護(hù)壁

反循環(huán)回旋鉆：輔助護(hù)壁

泥漿性能指標(biāo)：

[鉆孔

方法

正循環(huán)

反循環(huán)

][地層

情況

一般

易坍

一般

易坍

卵石土][相對

密度

1.05-1.2

1.2-1.45

1.02-1.06

1.06-1.1

1.1-1.15][黏度

（s）

16-22

19-28

16-20

18-28

20-35][含砂

率（%）

≤4

≤4

≤4

≤4

≤4][膠體

率（%）

≥96

≥96

≥95

≥95

≥95][失水量

（ml/30min）

≤25

≤15

≤20

≤20

≤20][靜切力

（Pa）

1.0-2.5

3-5

1.0-2.5

1.0-2.5

1.0-2.5]

7 正反循環(huán)回旋鉆機循環(huán)系統(tǒng)示意圖

8 正反循環(huán)鉆機鉆進(jìn)成孔

8.1 開孔鉆進(jìn)的控制

對正循環(huán)，應(yīng)稍提鉆桿，啟動泥漿泵和轉(zhuǎn)盤使之空轉(zhuǎn)一段時間，使泥漿由泥漿泵從泥漿池輸進(jìn)鉆桿內(nèi)腔后，經(jīng)鉆頭的出漿口在護(hù)筒內(nèi)射出進(jìn)行造漿，待泥漿均勻后以低檔速進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆至護(hù)筒腳下1m后，再按正常速度鉆進(jìn)。鉆進(jìn)過程中必須保持鉆孔的垂直，并保證孔內(nèi)水位高于地下水位。

對反循環(huán)，先將鉆頭提高距孔底約20cm，將真空泵加足清水，然后啟動真空泵，抽出管路內(nèi)的氣體，待泥漿泵充滿水時，關(guān)閉真空泵，啟動泥漿泵，打開出水控制閥，把管路中的泥水混合物排到沉淀池，形成反循環(huán)后，啟動鉆機，慢速開始鉆進(jìn)。待一節(jié)鉆桿鉆完時，停鉆沉淀，關(guān)閉泥漿泵，接長鉆桿鉆進(jìn)。

8.2 正反循環(huán)鉆機鉆進(jìn)過程的差別

正循環(huán)鉆進(jìn)時，進(jìn)尺適當(dāng)控制，在護(hù)筒刃腳處，低檔慢速鉆進(jìn)，使刃腳處有堅硬的泥皮擴壁。鉆至刃腳下1m后，再按土質(zhì)以正常速度鉆進(jìn)。黏土中鉆進(jìn)，由于泥漿黏性大，鉆錐受阻力也大，易糊鉆，選用尖底鉆錐、中等鉆速、大泵量、稀泥漿；砂土或軟土層鉆進(jìn)時，易坍孔，選用平底鉆錐、控制進(jìn)尺、輕壓、低檔慢速、大泵量、稠密泥漿；在輕亞黏土或亞黏土夾卵、泥石層中鉆進(jìn)時，因土層太硬，會產(chǎn)生鉆錐跳動、鉆機運轉(zhuǎn)困難、鉆桿擺動幅度加大和鉆錐偏斜等現(xiàn)象，易使鉆機超負(fù)荷損壞，采用低檔慢速、優(yōu)質(zhì)泥漿、大泵量、兩級鉆進(jìn)的方法鉆進(jìn)。待終孔后檢查鉆孔直徑和豎直度，用探籠吊入孔內(nèi)，圓籠中心與鉆孔中心一致，如上下各處均無掛礙，則鉆孔直徑和傾斜度符合要求。鉆進(jìn)過程中，將主吊鉤稍提高一些，使孔底承受的鉆壓不超出鉆錐重量和壓重塊重量之和扣除浮力后的80%，即減壓鉆進(jìn)。這樣鉆桿不受壓力，而且受一部分少量拉力，在整個過程中因受拉而維持垂直狀態(tài)，使鉆錐保持回轉(zhuǎn)平穩(wěn)，避免和減少斜孔、彎孔和擴孔現(xiàn)象。

對于反循環(huán)回旋鉆，在硬黏土中鉆進(jìn)時，用一檔鉆進(jìn)，放松起吊鋼絲繩，自由進(jìn)尺。在普通黏土、砂黏土中鉆進(jìn)時，用二、三檔鉆進(jìn)，自由進(jìn)尺，以免陷沒鉆頭或抽吸鉆渣的速度跟不上。遇地下水豐富、易坍孔的粉砂土用低檔慢速鉆進(jìn)，減少鉆進(jìn)對粉砂土的攪動，同時加大泥漿比重和提高水頭，以加強護(hù)壁防止坍孔。鉆進(jìn)中，稍提鉆桿以減壓鉆進(jìn)，使鉆錐回轉(zhuǎn)平穩(wěn)，避免或減少斜孔、彎孔和擴孔現(xiàn)象。

正反循環(huán)回旋鉆機開鉆前應(yīng)調(diào)制足夠數(shù)量的泥漿，鉆進(jìn)過程中如泥漿有損耗、漏失，應(yīng)迅速補充。并按時檢查泥漿指標(biāo)。每鉆進(jìn)2m或底層變化處應(yīng)在泥漿中撈取鉆渣樣品，查明土層類別并記錄，以便與設(shè)計資料核對。

9 清孔方式

9.1 正循環(huán)鉆機清孔

當(dāng)使用正循環(huán)回旋鉆機鉆進(jìn)時，終孔后，易采用換漿法清孔。停止鉆進(jìn)，稍提鉆錐離孔底10~20cm空轉(zhuǎn)，并保持泥漿正常循環(huán)，以中速壓入比重為1.03~1.10的較純泥漿，把鉆孔內(nèi)懸浮鉆渣較多的泥漿換出，使清孔后泥漿的含砂率降到2%以下，黏度為17~20s，相對密度為1.03~1.10，且孔底沉淀土厚度不大于設(shè)計規(guī)定的數(shù)值，即可停止清孔。根據(jù)鉆孔直徑和深度，換漿時間約為4~8h。這種清孔方式不需另加機具。且孔內(nèi)仍為泥漿護(hù)壁，不易坍孔。缺點是清孔不徹底，混凝土質(zhì)量較難保證，而且清孔時間太長。

9.2 反循環(huán)鉆機清孔

當(dāng)使用反循環(huán)回旋鉆機鉆進(jìn)時，終孔后，易采用抽漿法清孔。可在成孔后停止鉆進(jìn)，利用反循環(huán)系統(tǒng)中的泥石泵持續(xù)吸渣5~15min左右，使孔底鉆渣清楚干凈。這種清孔方式在反循環(huán)鉆機成孔施工中使用同樣不需要另加機具，清孔較徹底，但孔壁易坍塌的土層在使用抽漿法時，操作要注意，防止坍孔。

10 結(jié)語

綜上所述，通過比較正、反循環(huán)的優(yōu)缺點及適用范圍，得出以下結(jié)論：反循環(huán)回旋鉆相較于正循環(huán)回旋鉆，在保持成孔速度快，噪音低，機身高度小，振動小，可成孔直徑大，鉆孔深度大等優(yōu)點外，還具備泥漿質(zhì)量要求低，清孔速度快，清孔效率高等特點，雖然也存在鉆機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價偏高等缺點，但總體考慮，反循環(huán)回旋鉆在鉆孔灌注樁成孔中處于主導(dǎo)地位。

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