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1、旋挖钻孔桩沉渣产生原因及清孔处理引言旋挖钻机自动化水平高，适应能力强。但受不同钻机的机械性能、人员操作水平、现场技术 管理能力等存在的差异，特别是受场地地层条件的影响，加之行业尚未编制相关旋挖钻孔桩 施工技规范，没有形成系统的工法研究，施工过程中大量的旋挖成桩的质量问题也随之产生， 桩底沉渣过厚即是较普遍的质量通病之一。桩底沉渣超标或过厚对桩基质量将产生严重的 影响，主要体现在：沉渣过厚严重制约桩端承载力的发挥和增大桩的沉降位移，对桩基上层 建筑整体结构安全会造成巨大不良隐患。鉴于以上问题，现行桩基规范对钻孔灌注桩孔底沉渣厚度提出了明确要求。在建筑桩基技 术规范(JGJ94-2008)中，规定
2、端承桩沉渣厚度W50mm，摩擦桩沉渣厚度W100mm，许多 地方性行业规范也出台明确规定对此进行约束。然而在实际施工中，由于对旋挖钻机操作人 员培训不够，现场技术管理人员对施工工序把握不严，特别是受复杂地层的影响，造成桩底 沉渣超标问题依然严峻。因此，如何在旋挖钻孔桩施工过程中预防桩孔沉渣的产生，合理选择桩孔的二次清孔工艺， 保证孔底沉渣满足设计和规范要求，成为困扰业界对旋挖钻机的客观评价和使用前景。本 文结合深圳地区旋挖钻孔灌注桩施工情况，分析了旋挖桩孔底沉渣产生的原因，提出了几种 有效的二次清孔方法，论述了不同清孔方法的特点，提出了综合优化选择的方法。旋挖钻孔桩沉渣产生原因及清孔处理一、旋
3、挖桩桩底沉渣原因分析及控制措施旋挖钻孔灌注桩桩底沉渣可能产生于旋挖钻机施工的钻进成孔、安放钢筋笼、灌注混凝土等 多个环节中，分析认为沉渣产生的原因大致分为以下几类：1.1桩孔孔壁塌落1.1.1原因分析桩孔孔口填土层不稳定塌落孔内；泥浆比重过低，悬浮能力差；提升钻具太 快，形成孔内向上的抽吸作用；提钻时孔内泥浆液面下降，未及时补充孔内泥浆；钻具提放 刮碰孔壁；下放钢筋笼刮碰孔壁；终孔后未及时灌注砼，孔壁浸泡时间过长。1.1.2控制措施孔口安放钢护筒保护孔口，护筒长度根据地层条件，适当加长；加大泥浆比 重，提高泥浆的粘度，减少孔底沉淀；控制旋挖每回次进尺，严禁钻筒打满提钻，避免抽吸 现场；钻具提高
4、孔口前，及时补充孔内泥浆，保持泥浆液面高度；钻具提放时保持对中，慢 提、慢放，防止刮碰；下放钢筋笼保持对中、垂直；终孔后及时灌注桩身混凝土，减少辅助 作业时间。1.2泥浆沉淀1.2.1原因分析泥浆性能参数不合格，护壁效果不佳；灌注前等待时间过长，泥浆发生沉淀；泥浆含砂率高。1.2.2控制措施配制合适参数的泥浆，并及时检测、调整泥浆性能；缩短灌注等待时间，避免泥浆沉淀；设 置泥浆沉淀池或者泥浆分离器将泥浆中泥砂沉淀分离，并调整泥浆性能。1.3钻孔残留1.3.1原因分析钻具钻底变形或者磨损过大，渣土泄露生成沉渣；钻底结构本身限制，如钻齿布置高度、间 距等原因造成渣土残留过多生成沉渣。1.3.2控制
5、措施选用合适钻具，经常检查钻底结构；减小旋转底和固定底间隙；及时补焊保径条，更换磨损 严重的边齿；合理调整钻齿布置角度、间距；增加清渣次数，减少桩底残留。1.4清孔工艺1.4.1原因分析清孔时的抽吸作用造成垮孔；清孔时泥浆性能不达标，沉渣无法携带出孔底；清孔工艺选择 不合理，沉渣无法清除干净。1.4.2控制措施清孔时控制泵的抽吸力，减少对孔壁的冲击；清孔时换浆，并调整好泥浆性能指标；根据钻 孔情况，选择适合的二次清孔工艺。旋挖钻孔灌注桩二次清孔技术旋挖钻孔施工过程中应采取适当措施避免沉渣产生，在钢筋笼、灌注导管安放后，对沉渣过 厚的桩孔，须选用合适的二次清孔工艺进行沉渣处理。二次清孔是在完成旋
6、挖成孔、下入钢 筋笼和灌注导管后，利用灌注导管清除孔底沉渣的关键工序。桩孔二次清孔工艺的合理选择， 对清除孔底沉渣，保证桩身工程质量极其重要。目前，业内旋挖桩桩孔二次清孔技术按泥 浆循环方式可分为以下三类：泥浆正循环清孔、反循环清孔和钻具无泥浆循环清孔。二、泥浆正循环清孔2.1.1工艺原理泥浆正循环清孔工艺是普遍采用的一种清孔方式，是由泥浆泵泵送的泥浆经过胶管，与孔口 的灌注导管连接，并把泥浆送到孔底；送到孔底的泥浆悬浮并携带孔底沉渣，再经过灌注导 管与孔壁之间的环状空间返回地面，流入循环沟、沉淀池，然后进入泥浆池循环使用。正 循环二次清孔工艺原理见图1示。旋挖钻孔桩沉渣产生原因及清孔处理图1
7、正循环二次清孔原理示意图2.1.2清孔操作注意事项泥浆正循环清渣运行时须注意以下事项：(1) 选择合适的泥浆泵，泥浆流量过大，对孔壁冲刷大，容易塌孔；泥浆流量小，沉渣上 升速度慢，清渣效果差，耗费时间长。实际施工中，流量、扬程作为选择泥浆泵的依据，可 根据桩孔直径大小配制功率在1230KW之间的3PN泥浆泵。(2) 减少管道接口，避免管道直径剧烈变化、运行方向剧烈变化，减小泥浆循环系统中的 沿程阻力和局部阻力消耗。(3) 泥浆循环过程中，泥浆循环系统中含有较多的粗颗粒或岩渣，会反复循环带入孔内， 影响清孔效果。应定期对沉淀池、泥浆池废渣进行清理，可加大、加长泥浆循环沟，并派专 人沟内捞渣。(4
8、) 清孔过程中，根据清渣效果适时上下提放、左右移动导管，加快扰动孔底沉渣，以达 到快速清渣的效果。2.2泥浆旋流器正循环清孔2.2.1工艺原理为减少正循环二次清孔过程中泥浆中粗颗粒含量大，提高泥浆性能指标，缩短清孔时间，提 升清孔效果，在泥浆正循环清孔系统中，引进了泥浆旋流器辅助清孔，即：在泥浆泵泵送泥 浆入孔底的胶管上，在地面串联泥浆旋流器，在泥浆被泵入孔底前将泥浆中的粗颗粒排出， 预先进行浆渣有效分离，保证优质泥浆进入孔底，减少岩渣的重复带入，并有效地提高了泥 浆的携渣能力，大大缩短清孔时间，既提高工效，又保证清孔效果。泥浆旋流器二次清孔工 艺平面布设见图2示。旋挖钻孔桩沉渣产生原因及清孔
9、处理图2旋流器二次清孔示意图2.2.2清孔操作注意事项泥浆旋流器正循环二次清孔凭借旋流装置对泥浆进行有效分离，其操作简便、分离效果好， 是普通泥浆正循环清孔系统的升级工艺，是我公司拥有的实用新型专利技术，同时被评为 2011年度深圳市工程建设市级工法、广东省工程建设省级工法，具有实用性、有效性，为二次清孔提供了新的可靠选择。泥浆旋流器正循环二次清孔时应注意：（1）派专人负责旋流器工作状态，观察排渣口是否堵塞；如出现旋流器进口部分吸入块石、 牡蛎壳、水泥块等较大异物时，会使进浆速度降低，应及时清除。（2）如果旋流器进口泥浆中的固相粗颗粒含量过高，或底流口阀门调节过小，会使旋流器 过载，会导致底流
10、口堵塞，可通过调节底部阀门，以保持底部排渣通畅。（3）旋流器出渣口设置专门的排渣池，并及时进行清理排渣。（4）旋流器的选择应与泥浆泵量相匹配。2.3泵吸反循环二次清孔2.3.1工艺原理为保证清孔满足设计和规范要求，对大桩、深桩通常的做法是采用泥浆泵吸反循环工艺。泵 吸反循环二次清孔是利用砂石泵的抽吸作用，在灌注导管内腔造成负压状态，在大气压力作 用下，处在灌注导管与孔壁之间环状空间中的泥浆流向孔底，被吸入灌注导管内腔，随即上 升至地面泥浆循环系统，经泥浆沉淀池沉淀处理后，再由泥浆池、泥浆循环沟流入孔内。泵 吸反循环二次清孔工作原理见图3示。旋挖钻孔桩沉渣产生原因及清孔处理图三泵吸反循环二次清孔
11、工作原理示意图2.3.2清孔操作注意事项采用泵吸反循环二次清孔具有抽吸能力强、清孔时间短、孔底干净的特点，但清孔时需注意：（1）清孔时需增加6BS反循环砂石泵，整体循环系统管路布设较复杂，反循环现场操作专 业性较强，真空度的形成具有一定的难度。（2）由于泵吸反循环砂石泵流量可达180m3 /h，抽吸能力超强，形成的负压对孔壁稳定有 一定的影响，对深厚淤泥、砂层厚的桩孔，应控制反循环流量。（3）清孔时，应注意保持护筒内泥浆面的水头高度，保持回流入孔内的泥浆量与抽吸量平 衡一致。泵吸反循环泥浆使用量较大，需控制好泥浆的性能和参数，做好废浆废渣的处理。2.4气举反循环处理方法2.4.1工艺原理气举反
12、循环清孔是在导管内安插一根长约2/3孔深的镀锌管将高压空气送入导管内2/3孔深 处，与导管内泥浆混合，经充气后在导管内产生低压区，连续充气导管内外压差不断增大， 当达到一定的压力差后，平衡打破，则迫使泥浆在高压作用下从导管内上返喷出，同时孔底 岩渣被高速泥浆携带从导管上返喷出孔口。气举反循环原理如下图4示。旋挖钻孔桩沉渣产生原因及清孔处理图4气举反循环原理2.4.2清孔操作注意事项气举反循环二次清孔工艺压力差大，流速快，携渣能力强。清渣工艺运行时，除减少阻力、 移动导管、分离泥浆中泥砂等，还须注意：（1）气举反循环设备配置较为复杂，在进行实际工作之前必须进行一定的调试和优化，尤 其是空压机选型
13、，设置合适的进气管长度直接影响循环清渣效率。（2）气举反循环会引起桩孔底部产生抽吸负压，在不稳定地层使用须防止塌孔。（3）反循环作业过程中，须始终保持护筒内泥浆液面的水头高度，保持回流入孔内的泥浆 量与抽吸量平衡一致，防止产生塌孔。2.5 “潜水电泵+泥浆净化器”二次清孔系统2.5.1工艺原理为解决大直径桩、超深桩的二次清孔效果差、泥浆循环复杂、泥浆排放量大等难题，我司研 发出“潜水电泵+泥浆净化器”二次清孔系统，即：采用潜水电泵与灌注导管连接，当潜水 电泵开动时，直接抽吸孔底沉渣，形成泥浆反循环；潜水电泵用胶管与泥浆净化装置相连， 抽吸上来的泥浆进入泥浆净化系统，实现浆渣分离，渣直接排出装车
14、外运，泥浆重新通过泥 浆净化器出口流入孔口，以保持孔内泥浆液面高度，维护孔壁稳定，并循环使用，以达到清 孔的目的。“潜水电泵+泥浆净化器”二次清孔系统工作原理见图5、图6示。旋挖钻孔桩沉渣产生原因及清孔处理图5 “潜水电泵+泥浆净化器”二次清孔系统原理图旋挖钻孔桩沉渣产生原因及清孔处理图6 “潜水电泵+泥浆净化器”二次清孔现场布设图2.5.2清孔操作注意事项（1）泥浆净化装置型号的选择将根据潜水电泵型号、处理能力等综合考虑，当潜水电泵流 量不大于100 m3/h时，可选择ZX-100型；当潜水电泵流量大于或等于100 m3/h时，可选择ZX-200型，以达到流量和处理能力之间的平衡，满足泥浆净
15、化能力的需求。（2）孔口潜水电泵是二次清孔过程中重要的机具设备，潜水电泵分别与灌注导管和泥浆净 化装置相连，形成泥浆反循环二次清孔工艺；为了确保潜水电泵的密封性，一般将潜水电泵 沉入到泥浆液面下，防止漏气。（3）清孔系统安装完成后，进行专项检查，包括：灌注导管离孔底高度、各接口的密封性、 泥浆净化装置的稳定性、各类电器的安全性等，检查符合要求进行二次清孔。（4）清孔过程中，密切监测孔口泥浆液面的高度，保持潜水电泵抽排泥浆量与回流的泥浆 量基本一致，以确保孔内泥浆的水头高度，以保持孔壁稳定。2.6旋挖钻斗清孔（无泥浆循环清孔）2.6.1工艺原理旋挖钻斗清孔即利用专用的捞渣钻斗清除孔内的沉渣，在钻进成孔过程和灌注混凝土前，不 需要使用泥浆正循环或反循环进行孔内清孔的一种清孔方式。这种清孔方式，主要由旋挖钻 斗捞取钻孔底沉渣，同时依靠泥浆起到保护孔壁稳定和悬浮沉渣的作用，使孔内泥浆中的粗 颗或钻渣在较长时间内处于悬浮状态，在钢筋笼、灌注导管安装后，孔底保持少沉渣或无沉 渣。2.6.2旋挖钻斗无泥浆循环清孔实践（1）工程概况：深圳福田中心区国信金融大厦桩基础大直径钻孔灌注桩桩径为M800、e 2000、e2200、e 2600mm，桩孔深度3841mm，桩底持力层为入中风化花岗岩2m或入 微风化花岗岩0.5m，微风化花岗岩抗压强度达到75MPa。（2）桩基础施工及清孔措施：桩基础施工选择
