李樹青，雷 斌，鮑萬偉，馮志輝，申小平

(深圳市工勘巖土集團有限公司，廣東 深圳 518063)

1 工程概況

1.1 工程位置及規(guī)模

龍崗新霖薈邑花園樁基礎工程位于深圳市龍崗區(qū)新生村仙田路與新城路交匯處東北側(cè)；項目總占地面積33 200m2，擬建5棟90.1m住宅樓、1棟87.2m住宅樓、1棟14.65m幼兒園及5.09～8.00m附屬裙樓，地下室為2層(見圖1)。

圖1 工程平面位置

1.2 場地地質(zhì)條件及水文條件

地質(zhì)勘察報告顯示，場地工程地質(zhì)情況自上而下為填土層、粉質(zhì)黏土、含砂粉質(zhì)黏土、灰?guī)r，溶洞，微風化大理巖。

1.3 樁基礎設計要求及現(xiàn)場施工情況

項目樁基礎設計為1.0m，共計580根，樁端持力層為微風化花崗巖(≥0.5m)，平均成孔深度為25m，最大成孔深度為40m。

由于項目處于溶洞強發(fā)育地區(qū)，存在多層溶洞及微風化大理巖夾層，最大溶洞厚度最厚達十多米，溶洞以上多為土層(第四系土層)，土層松散，孔壁成孔性差，塌孔可能性較大，易卡鉆、卡錘，對旋挖成孔設備及場地安全無法保障，經(jīng)過優(yōu)化對比后，采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆進成孔，一次清孔采用套管內(nèi)氣舉內(nèi)循環(huán)清渣桶，二次清孔采用灌注導管內(nèi)氣舉內(nèi)循環(huán)頭懸浮沉渣，達到清孔目的。龍崗新霖薈邑花園樁基礎工程于2019年10月1日開工，2020年1月15日順利完成。

2 清渣桶一次清孔、清渣頭二次清孔工藝

2.1 工藝原理

本技術(shù)工藝原理主要是在常規(guī)氣舉反循環(huán)清孔原理的基礎上，在套管內(nèi)進行氣舉反循環(huán)的清渣桶一次清孔和清渣頭二次清孔的施工技術(shù)。

2.1.1套管內(nèi)氣舉反循環(huán)清渣桶一次清孔

1)一次清孔在全回轉(zhuǎn)鉆進至設計深度后進行，清孔時將接有高壓風管的清渣桶吊入孔底上方附近，開啟空壓機，將高壓空氣送入孔底與孔底處的泥漿混合，其重度小于孔內(nèi)泥漿重度，產(chǎn)生套管內(nèi)外泥漿重度差，在清渣桶底附近產(chǎn)生低壓區(qū)，連續(xù)充氣內(nèi)外壓差不斷增大，當達到一定壓力差后，氣液混合體沿清渣桶與套管間的間隙上升流動，由于上返未形成封閉空間，在上返一定高度后氣液失去進一步的動能，則下降至清渣桶內(nèi)和孔底，部分沉渣集聚在清渣桶內(nèi)，這樣便形成了套管內(nèi)氣舉反循環(huán)式清孔方式。

孔內(nèi)泥漿攜帶孔底沉渣在套管進行氣舉反循環(huán)，沉渣不斷落入清渣桶內(nèi)，氣舉反循環(huán)每次運行約15min后，即間歇停止15min，再將清渣桶提出孔口倒渣；經(jīng)過多次循環(huán)、存渣、倒渣循環(huán)操作，直至將孔底沉渣清除干凈，如圖2所示。

圖2 清渣桶一次清孔工藝原理

2)清渣桶由鑄鋼制造，高1 300mm、外徑900mm、桶壁厚25mm，桶底設有2根直徑分別為25，20mm鋼制高風壓管，高風壓管與桶底對應大小的孔口焊接，2根風管均高出桶身20cm，高壓風管在管口處設置與空壓機氣管連接的螺紋連接頭，如圖3所示。

圖3 清渣桶

3)在清渣桶桶口橫梁處切割出1個圓孔，根據(jù)桶身重約0.7t，選擇WLL 12T卸扣從此孔穿過與清渣桶連接在一起形成起吊環(huán)裝置；在清渣桶桶身外側(cè)壁焊接圓環(huán)，圓環(huán)外徑為6cm、內(nèi)徑為3cm，圓環(huán)焊接位置在距桶底20cm左右，使用WLL 6.5T卸扣從圓孔中穿過形成傾吊環(huán)裝置。

2.1.2套管內(nèi)氣舉反循環(huán)清渣頭二次清孔

1)在鋼筋籠和灌注導管安放就位后，在灌注混凝土前，再次測量孔底沉渣厚度，如測量的沉渣厚度超過設計要求，則按規(guī)范要求必須進行二次清孔。本技術(shù)所述的二次清孔方法是將接有高壓風管的清渣頭通過灌注導管下至孔底附近，啟動空壓機形成套管內(nèi)氣舉反循環(huán)(原理同上述一次清孔)，清孔時使沉淀在孔底的沉渣在套管內(nèi)懸浮，并迅速灌注樁身混凝土成樁。

在采用清渣桶氣舉套管內(nèi)循環(huán)一次清孔滿足要求的情況下，二次清渣頭的清孔主要是將孔底的沉渣通過氣舉循環(huán)方式達到沉渣懸浮效果，完全可滿足施工技術(shù)要求，如圖4所示。

圖4 清渣頭二次清孔工藝原理

2)清渣頭由鑄鐵制成，為實體高1 200mm、外徑180mm、壁厚50mm的中空結(jié)構(gòu)，中空洞內(nèi)徑80mm。頂部與高壓氣管接頭焊接，中空洞作為風管的延續(xù)，將高風壓送至孔底并在頂部設起吊環(huán)，如圖5所示。

圖5 氣舉內(nèi)循環(huán)清渣頭結(jié)構(gòu)

2.2 工藝流程

灌注樁全套管全回轉(zhuǎn)氣舉內(nèi)循環(huán)清孔工藝流程如圖6所示。

圖6 施工工藝流程

2.3 操作要點

1)全套管全回轉(zhuǎn)鉆進 ①采用景安重工JAR260H全回轉(zhuǎn)鉆機與特制鋼套管，套管直徑1 000mm，配套120型履帶式起重機、220型挖掘機等。②根據(jù)使用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機與專門配備的液壓動力站，將帶特制刀頭鋼套管回轉(zhuǎn)切入，同時使用沖抓斗反復抓取全套管內(nèi)的土進行取土；遇塊石、孤石或硬質(zhì)夾層時，使用十字沖錘沖碎孤石后再采取沖抓進行抓取。③在抓斗取土時需保證套管超過成孔深度1m左右，當每節(jié)套管壓入樁孔內(nèi)到在鉆機平臺上剩余50cm時及時接入下一節(jié)套管以滿足成孔需求。全回轉(zhuǎn)全套管鉆機及配套設備如圖7所示。

圖7 全回轉(zhuǎn)全套管鉆機及配套設備

2)鉆進至設計深度 ①使用抓斗反復取土與全回轉(zhuǎn)全套管旋挖切入，直至達到設計巖層上方附近。②接近設計持力層深度位置時，采用十字沖錘對巖層進行沖碎后使用抓斗抓取巖樣并與勘察、設計、監(jiān)理等單位進行入巖判定；在完成巖層判定后，繼續(xù)使用十字沖錘對巖層進行破碎，直至達到設計深度，并與監(jiān)理、業(yè)主等單位進行終孔驗收。③在終孔驗收后，使用撈渣斗進行孔內(nèi)撈渣。

3)清渣桶氣舉套管內(nèi)一次清孔 ①在撈渣斗撈渣后，孔底仍會存在沉渣，此時用清渣桶進行一次清孔。②進行氣舉反循環(huán)清孔時，根據(jù)孔深、空壓機容量選擇氣管，當孔深<50m且采用KSDY-12.5/10型空壓機時，選擇25mm氣管；當孔深>50m，則選擇20mm氣管。③空壓機氣管與清渣桶高壓風管連接完畢后開啟空壓機，觀察空壓機氣管有無滲漏、異常聲響，若有異常立即停機檢查維修，若無異常將清渣吊入套管內(nèi)。④用起重機將清渣桶慢慢下放至套管內(nèi)，先將清渣桶放至孔底，并記錄入孔深度；再將清渣桶上提50cm左右位置，開始清渣。⑤選用排氣量12m3/min、排氣壓力1.0MPa的KSDY-12.5/10型空壓機清孔，與清渣桶連接進行套管內(nèi)反循環(huán)，循環(huán)過程中注意套管內(nèi)反循環(huán)情況，根據(jù)泥漿上涌情況及時增大或減小氣壓。⑥清渣桶進行清渣時，派專人觀察套管內(nèi)氣舉反循環(huán)狀況，套管內(nèi)泥漿較少時及時加清水保證套管內(nèi)正常循環(huán)；清渣桶氣舉反循環(huán)15min后間歇，待桶內(nèi)沉渣沉淀15min后，吊出清渣桶并倒出沉渣。⑦傾倒沉渣完畢后，使用清水清洗清渣桶后再次吊入套管內(nèi)，反復在套管內(nèi)進行反循環(huán)清渣至清渣桶傾倒不出沉渣。

4)安放鋼筋籠、灌注導管 ①根據(jù)設計要求制作完成鋼筋籠，并進行現(xiàn)場驗收合格后方可吊裝放入樁孔內(nèi)；②鋼筋籠使用起重機起吊，一次性垂直吊裝到位，對需接籠的鋼筋籠則在全回轉(zhuǎn)鉆機上進行焊接，焊接長度需滿足設計要求；③鋼筋籠安放完畢后安放灌注導管，采用φ300導管下放至導管底部距離孔底30～50cm，導管下放完畢后在全套管管口加設導管架，以穩(wěn)固導管。

5)測量孔底沉渣厚度 ①導管下放完畢，混凝土罐車到達現(xiàn)場后，再次測量樁孔孔底沉渣厚度，確定是否滿足設計要求。②若沉渣厚度滿足要求，上報監(jiān)理工程師下達灌注令；若沉渣厚度不滿足要求，則進行二次清孔。

6)清渣頭氣舉導管內(nèi)二次清孔 ①孔底沉渣厚度不滿足設計要求時，采用氣舉反循環(huán)清渣頭對孔底沉渣進行二次清孔。②清渣頭二次清孔的實質(zhì)是使孔底沉渣懸浮，操作時將清渣頭的高壓風管口與空壓機氣管連接，采用起重機將清渣頭放入灌注導管內(nèi)，直至孔底位置，然后再上提30～50cm。③開啟空壓機，開始套管內(nèi)泥漿氣舉反循環(huán)；泥漿循環(huán)過程中，派專人在操作平臺上觀察套管內(nèi)泥漿循環(huán)情況；循環(huán)期間，可上下移動清渣頭位置，確保清渣懸浮效果。④在二次清孔10～15min后，關閉空壓機，將測量繩放入孔底測量沉渣厚度，孔底沉渣厚度滿足要求后，將清渣頭吊出孔，并立即灌注混凝土。

7)灌注混凝土 ①孔底沉渣厚度滿足要求后，快速完成孔口灌注斗安裝，立即開始灌注混凝土，最大限度縮短準備時間；②采用C35商品混凝土進行水下灌注；③灌注混凝土采用料斗吊灌，初灌斗容量為3m3，保證初灌混凝土面上升高度超過導管底部0.5m以上；④混凝土灌注時，在每輛混凝土罐車卸料完畢后，對樁孔內(nèi)混凝土面上升高度進行測量，根據(jù)埋管深度及時拆管，確保灌注時導管埋深2～4m，最大6m；⑤邊灌注混凝土邊拔出套管，在拔出每節(jié)套管后及時測量混凝土面高度，保證套管最下端在混凝土面以下足夠深度，由于本項目處于巖溶發(fā)育區(qū)，套管最下端在混凝土面以下≥8m，避免混凝土在溶洞段滲漏而造成孔內(nèi)灌注事故。

2.4 施工工藝特點

1)清孔設備便捷 本技術(shù)采用一次清孔清渣桶和二次清孔清渣頭，根據(jù)全回轉(zhuǎn)全套管灌注樁施工特點制作，體積小、質(zhì)量小，設計制作簡單；只需與空壓機風管連接，安裝簡便；使用時采用吊裝作業(yè)，安放和倒渣方便，現(xiàn)場操作容易，清孔過程中使用便捷。

2)孔底沉渣清理效果好 本技術(shù)結(jié)合終孔后全回轉(zhuǎn)全套管鉆進的撈渣斗清渣，并在套管內(nèi)采用清渣桶實施氣舉反循環(huán)清渣，高風壓能使孔底沉渣反復循環(huán)，并通過清渣桶不斷排出，可確保一次清孔的效果；而當孔內(nèi)安放鋼筋籠和灌注導管后，如果孔底沉渣超標，則采用特制的清渣頭使沉渣懸浮在泥漿中，并迅速灌注樁身混凝土，可確保樁底沉渣滿足設計和規(guī)范要求。

3)有利于現(xiàn)場文明施工 本技術(shù)通過套管氣舉內(nèi)循環(huán)，能有效把沉渣倒在規(guī)定地方，與傳統(tǒng)氣舉反循環(huán)相比，可避免挖設泥漿循環(huán)系統(tǒng)因泥漿亂噴而導致施工場地泥濘。

4)清孔成本低 采用本技術(shù)進行清孔，清孔設備制作成本低，操作中不使用復雜、大型的清孔設備，產(chǎn)生泥漿量少，清孔時間短，總體施工綜合成本低。

2.5 實施效果評價

多個項目中灌注樁清孔的實踐應用證明，全套管全回轉(zhuǎn)灌注樁套管內(nèi)氣舉反循環(huán)清孔施工工法無論在施工效率、施工管理，還是施工成本、現(xiàn)場文明環(huán)保措施等方面都突顯出較大優(yōu)越性，解決了全套管全回轉(zhuǎn)灌注樁孔底沉渣難以清除干凈的問題，已申報發(fā)明專利“一種灌注樁的清孔系統(tǒng)及清孔方法”、實用新型專利“一種灌注樁的清孔系統(tǒng)”兩項，形成獨特施工新技術(shù)，得到設計、監(jiān)理單位和業(yè)主的一致好評，取得了顯著的社會效益。

3 結(jié)語

全回轉(zhuǎn)全套管灌注樁套管內(nèi)氣舉反循環(huán)清孔施工技術(shù)通過采用在套管內(nèi)進行氣舉反循環(huán)的清渣桶一次清孔、清渣頭二次清孔對孔底沉渣進行清理，在實際工程應用中取得了顯著成效，具有清孔設備便捷、孔底沉渣清理效果好、質(zhì)量有保證、有利于現(xiàn)場文明施工等優(yōu)點，使其易于技術(shù)推廣，是一種施工工藝上的突破和創(chuàng)新。