橋梁鉆孔樁成孔類型及其優缺點

邰華松

摘要：本文結合工程實例，根據井孔中土（鉆渣）的取出方法不同，論述了螺旋鉆孔、正循環回轉鉆孔等成孔方法、適用范圍及其優缺點。在施工生產實踐中，可根據工期要求，地質條件，經濟情況選擇不同的成孔方法，以保證安全、質量、進度及效益。

關鍵詞：鉆孔樁;方法;適用范圍;優缺點

中圖分類號：U448文獻標識碼： A

1引言

橋梁鉆孔灌注樁是采用不同的鉆（挖）孔方法，在地層中按要求形成一定形狀（斷面）的井孔，達到設計標高后，將鋼筋骨架吊入井孔中，再灌注混凝土（有地下水時灌注水下混凝土）成為樁基礎的一種工藝。

目前，我國鐵路、公路橋梁樁基成孔的常用方法有螺旋鉆孔、正循環回轉鉆孔、反循環回轉鉆孔、沖抓鉆孔、沖擊鉆成孔等方法，以上各種鉆孔方法的機具，都有著各自的優缺點和適用范圍。

2鉆孔方法和原理

根據井孔中土（鉆渣）的取出方法不同，鉆孔的方法和原理可分為以下幾種：

（1）螺旋鉆孔

螺旋鉆成孔多屬于干作業法，無需任何護壁措施。成孔方法和原理隨螺旋鉆具的長短而有所不同。長螺旋鉆機的整個鉆具，即鉆頭和鉆桿都帶有螺旋葉片，鉆孔時在樁位處就地切削土層，被切土塊、鉆屑隨鉆頭旋轉，沿著帶有長螺旋葉片的鉆桿上升，輸送到出土器后，自動排出孔外，然后裝車運走，其成孔工藝具有良好的連續性。短螺旋鉆機的鉆具只在臨近鉆頭2m~3m內裝置帶螺旋葉片的鉆桿，在樁位處切削土層，被切土塊、鉆屑隨鉆頭旋轉，沿著有少量螺旋葉片的鉆桿上升，積聚在短螺旋葉片上，形成“土柱”，此后靠提鉆、反轉、甩土，將鉆屑撒落在孔周，一般每鉆進0.5m~1.0m,就要提鉆甩土一次。

（2）正循環回轉鉆孔

用泥漿以高壓通過鉆機的空心鉆桿，從鉆桿底部射出，底部的鉆頭（鉆錐）在回轉時將土層攪松成鉆渣，被泥漿懸浮，隨著泥漿上升而溢出流到井外的泥漿溜槽，經過沉淀池沉淀凈化，泥漿再循環使用。井孔壁靠水頭和泥漿保護。采用本法由于鉆渣得靠泥漿懸浮才能上升攜帶排除孔外，故對泥漿的質量要求較高。

（3）反循環回轉鉆孔

同正循環相反，泥漿由鉆桿外流（注）入井孔，用真空泵或其他方法（如空氣吸泥機等）將鉆渣從鉆桿中吸出。由于鉆桿內徑較井孔直徑小得多，故鉆桿內泥水上升速度較正循環快得多，就是清水也可以把鉆渣帶上頂端流到泥漿沉淀池，凈化后泥漿可循環使用。本法的泥漿只起輔助護壁作用，其質量要求較低。但如鉆深孔或易坍土層，則仍需用高質量泥漿。

（4）沖抓鉆孔

用沖抓錐張開抓瓣沖入土石中，然后收緊錐瓣繩，抓瓣便將土抓入錐中，提升沖抓錐出井孔，松繩開瓣將土卸掉。井壁保護同回轉鉆孔法。還有將鋼套管沉至設計標高保護井壁的，灌注混凝土時將鋼套管拔出，稱為全套管（護筒）護壁沖抓成孔。

（5）沖擊鉆孔

沖擊鉆機分為實心錐和空心錐兩種。

①實心錐沖擊鉆機。用沖擊式裝置或卷揚機提升實心鉆錐，上下往復沖擊，將土石劈裂、劈碎，部分被擠入井壁之內。由泥漿懸浮鉆渣，使鉆錐每次都能沖擊到孔底新土層。沖擊一定時間后，放入掏渣筒掏渣，提出孔外倒掉。本法泥漿一方面起懸浮鉆渣作用，另一方面起護壁作用。

②空心錐沖擊鉆機。其鉆孔原理與實心錐沖擊機相同。只是因其鉆錐是空心的，在上下往復沖擊時，其錐尖刮刀將孔底沖碎，而且已沖碎的鉆渣可以從錐底進入空心錐管內。沖擊一定時間后，將鉆錐提出，倒掉錐內的鉆渣，再將鉆錐放入井底繼續沖擊鉆進。

3各種鉆（挖）孔方法的適用范圍

各種鉆（挖）孔方法適用的范圍，與土層、孔徑、孔深、需否泥漿懸浮鉆渣以及鉆機的構造、功率大小有關，也與施工隊伍的經濟技術實力及管理水平有關。

（1）螺旋鉆適用范圍：

①一般使用在粘性土、砂類土、含少量砂礫石、卵石（含量少于30%，粒徑小于10cm）的土等土層；孔徑一般在（40~80）cm用長螺旋、（150~300）cm用短螺旋；孔深一般在（12~30）m用長螺旋、（40~80）m用短螺旋。

②泥漿作用：干作業、不需要泥漿

（2）正循環回轉鉆適用范圍：

①在粘性土，粉砂、細、中、粗砂，含少量礫石、卵石（含量少于20%）的土、軟巖等土層；孔徑在（80~300）cm；孔深（30~100）m。

②泥漿作用：浮懸鉆渣并護壁

（3）反循環回轉機適用范圍：

①在粘性土、砂類土、含少量礫石、卵石（含量少于20%，粒徑小于鉆桿內徑2/3）的土等土層；孔徑在（80~300）cm；孔深如用真空泵小于35m，用空氣吸泥機可達到65m用氣舉式可達120m。

②泥漿作用：護壁

（4）沖抓鉆適用范圍：

①一般在淤泥、腐殖土、密實性粘性土、砂類土、砂礫石、卵石等土層；孔徑一般在（100~200）cm；孔深適用于小于20m(大于20米時進度慢)。

②泥漿作用：護壁

（5）沖擊鉆適用范圍：

①實心錐在粘性土、砂類土、礫石、卵石、漂石、較軟巖石等土層；空心錐在粘性土、砂類土、礫石、松散卵石等土層，孔徑實心錐在（80~120）cm；空心錐（管錐）在（60~150）m，孔深一般小于50m。

②泥漿作用：浮懸鉆渣并護壁

4 各種鉆孔方法的優缺點

（1）螺旋鉆

優點：

①設備簡單，易于搬遷，施工方便

②因為是干作業成孔，無泥漿污染，最適合于城市人口密集區和西北、內蒙等干旱地區；③振動小，噪聲低，對附近居民的生活和身心健康影響小;

④鉆進速度快，尤其長螺旋鉆機，因其連續出土、機械化程度高，成孔速度遠非其他類型的鉆機可比；短螺旋鉆機，因其出土不能連續，故成孔效率不及長螺旋鉆機，但其成孔不用泥漿也不用水，故免去造漿加水的工序和時間，因此成孔效率也較同直徑、同長度的其他鉆機的成孔效率高；

⑤成孔造價較低（因無需浮渣的輔助材料和機具設備）；

⑥因其成樁不是水下混凝土，混凝土質量好，故隱患少。

缺點：

①樁端或多或少留有虛土；

②長螺旋鉆成樁的單方承載力（即樁單位體積提供的承載力）較打入式預制樁低；3）適用范圍限制大（有地下水的地區不能使用）。

（2）正循環回轉鉆

優點：鉆進與排渣同時連續進行，故正循環回轉鉆的成孔速度較快，鉆孔深度較大，最大深度可達100m。

缺點：需要設置泥漿槽、沉淀池、儲漿池等，施工場地占地面積較大，需要大量的水和泥漿原料；機具設備較復雜，機械故障較多；其最大缺點是由于泥漿較稠，故孔壁泥漿護壁層厚度常達5cm~7cm，大大降低了樁周摩擦力，因而正循環回轉鉆機發展趨勢比較緩慢。

（3）反循環回轉鉆

優點：排除鉆渣連續性好，速度較正循環快，功效較高。目前此類鉆機最大嵌巖樁鉆孔孔徑可達250cm，普通土層鉆孔直徑可達300cm，深度可達80m~120m，鉆進巖層的巖石強度達180MPa左右這類鉆機排渣不需要泥漿，在孔壁十分穩定的地層中甚至可以用清水；在孔壁不穩定的地層中，出于護壁的特殊需要，必須調制相對密度小于1.10的優質泥漿，但其造漿原材料的用量遠遠低于正循環。反循環最大的優點是孔壁保護膜較薄，不減弱樁的摩擦力。

缺點：擴孔率大于正循環，并且鉆機機構復雜，造價偏高，特別是當鉆孔直徑達300cm和孔深達100m以上時，造價會更高。盡管如此，目前反循環回轉鉆機在公路橋梁鉆孔樁成孔中仍然處于主導地位。

（4）沖抓錐

沖抓錐不需要鉆桿，進尺加深時只需多松繩即可，提錐卸土也方便。鉆機結構及附屬設備簡單，制造容易，造價低廉，能抓起粒徑較大的碎石、卵石及軟巖（風化巖），且無需大量的粘稠泥漿浮渣，不需占用大面積用地，因此成孔比較經濟，適用范圍較廣。其缺點是因無鉆桿導向，不能鉆斜孔；鉆孔深度超過20m后，鉆孔進度大為降低。

（5）沖擊錐

優點：分為實心錐和空心錐（管錐）兩種。前者的優點是適用的地層和土地廣泛，可說是“無堅不摧”。當采用螺旋鉆、回轉鉆、沖抓鉆遇到大卵石、漂石時，只有換用實心錐才能攻克。此外，沖擊錐在下沖時有些鉆渣被擠入孔壁，可起加強孔壁并增加土層與樁身間的側摩阻力作用。

缺點：鉆普通土時，進度比其他方法都慢，也不能鉆斜孔?？招臎_擊錐比實心沖擊錐鉆孔進度快，但因錐重較輕，因而不適用于漂石和巖層；鉆大直徑的孔時，需采取先鉆小孔逐步擴孔方法。

5工程實例

徐州市三環東路定位為全封閉快速路標準，全線共設置立交3座，分別為古州飛虹立交、響山路立交及三環北路立交。

中鐵九局集團徐州項目部在施工中根據以上各種鉆（挖）孔方法的適用范圍和優缺點，結合機具設備的供應情況、設計和工期要求及土層情況，合理地選擇鉆孔方法，以保證工程效率和效益。