钻孔灌注桩反循环工艺探讨
一、钻孔桩反循环工艺的优势
钻孔灌注桩正循环施工往往因孔底沉渣和孔壁泥皮过厚往往导致承载力折减，形成上述质量通病的原因是该工艺采取了高浓度、高密度泥浆介质（冲洗液）施工的结果。为解决这个难题工程技术人员经过总结、探索，积极研究推广钻孔反循环制桩工艺。
泵吸反循环是通过砂石泵的抽吸作用，在钻杆内腔形成负压，在孔内液柱和大气压的作用下，孔壁与环状空间的冲洗液流向孔底，将钻头切削下来的钻渣带进钻杆内腔，再经过砂石泵排至地面沉淀池内；沉淀钻渣后，冲洗液流向孔内，形成反循环。反循环与正循环的本质区别在于沉渣的冲洗、上返流速存在巨大差异，反循环冲洗液携带钻渣后迅速进入过水断面较小的钻杆内腔，可以获得比正循环高出数十倍的上返速度。正循环钻进只有依靠高浓度高密度泥浆来悬浮钻渣。
反循环本身所具有的特点，可以给提高成孔效率、成桩质量和综合经济效益等方面带来如下一系列的好处:
1、钻进速度与成桩效率有大幅度提高
钻头在工作时的最有利条件是被切割下来的岩土屑，立即能够从孔底带出并送到地面，这样可以减少二次破碎，不会降低效率以及钻头的磨损。冲洗液携带钻渣的能力正比例于介质的密度和其运动速度的平方，所以影响有效排渣的因素是冲洗液的上返速度。由于钻孔桩施工的土层多为松散、颗粒差异又较大的土层，因此钻进速度的高低主要取决于排渣的速度。
正、反循环两种钻进速度的差异，随着钻孔直径以及土层颗粒的增大而增大，一般来说对于地层和技术要求相同的情况，反循环施工速度为正循环的2倍左右。
反循环钻进过程就是清孔过程，不但节省了时间同时又可靠地保证孔底沉渣符合要求。机械钻进速度的提高和清孔时间的缩短促进施工效率的提高、成桩周期缩短，有效地提高了劳动生产率。
2、孔壁稳定、成孔质量好
反循环钻孔桩孔壁的稳定，主要是利用静水压力来平衡地层压力维持孔壁的稳定。根据土力学计算以及大量实践证明，只要保持孔壁任何深度处压力不小于0.2Mpa，即使是在粘聚力较差的流沙层，使用经过处理的泥浆（冲洗液）也可以保持钻孔不坍塌、不缩颈、不扩颈；反循环钻孔根据浇注混凝土记录时浇注深度与混凝土用量关系，很容易反算孔径。计算结果表明由于孔壁稳定，从上到下孔壁的直径都是在有效控制范围之内。这样就可以有效的防止缩颈、扩颈不良现象出现并避免混凝土的浪费。
3、混凝土浇注质量得到有效保证
灌注混凝土是保证成桩质量的关键工序，“断桩”、“夹泥”、“堵管”等常见的灌注质量事故都与孔内混凝土上部压力过大有一定关系。孔内压力值与冲洗液的浓度、密度、粘度有直接的关系。正循环为了有效的排渣，选用的泥浆（冲洗液）密度高、浓度大，势必造成孔内压力大，这样混凝土人导管排出的阻力增大，浇注困难；另外正循环钻孔过程中因冲洗液浓度高、密度大所形成的过厚泥皮与孔底沉渣，很难从孔中完全清除，所以其中一部分在浇注过程中卷入冲洗液中更加大混凝土抬升的阻力，这种阻力在灌注临近结束时更加明显（此时孔内排出的泥浆密度、浓度明显加大，流淌缓慢），若处理不当，很容易使临近桩顶10m左右混凝土质量差、强度低，而该部分又是桩受力的关键位置。反循环成孔由于泥浆（冲洗液）密度、浓度、粘度都较低，形成泥皮较薄和钻渣清理较为彻底，因此灌注较为顺畅，桩顶泥浆少，桩身混凝土质量明显提高。
4、提高单桩承载力，降低工程造价
单桩承载力的大小，取决于桩周土的摩阻力与桩底端承力，反循环钻孔过程中形成的泥皮较薄从而使摩阻力增大，桩底沉渣清除较为彻底，无软弱层从而提高端承力。根据对比试验，一般反循环比正循环提高承载力10%-20%，因此单位承载力造价必然降低。
5、非运废浆量减少，施工成本降低
根据定额，废浆排运费约占工程成本8%-10%。反循环钻头切削的粘土土层成块状，随即被吸入钻杆内腔，也就是说钻渣来不及水化就被排出孔外，废浆量势必减少；另液、渣分离较为简单，这样施工成本必然降低。
6、适应性广
反循环排渣的特点，使这种工艺方法对地层适应性广，可顺利钻进各种粘土、砂土、卵砾石层以及基岩层，对于直径500-1800mm钻孔桩施工都很适应。
因反循环工艺对班组操作工人要求较高，实施起来有一定的难度，笔者建议加强班组操作工人的培训，加以推广。当然反循环钻进也有自身的缺点如水泵故障多、纯钻进时间较正循环短、超径卵石层钻进困难以及循环系统复杂等，但这些问题会随着研究和应用的深入逐步解决。
二、反循环钻施工工艺
反循环旋转钻机用于各种粘土、砂土、卵砾石层以及基岩层，对地层适应性广。钻杆转速要考虑满足碎岩土的扭矩需要，又要考虑钻具的磨耗及孔壁稳定等情况。钻具强度一定时，钻头直径越大，转速应越慢。
开钻时，先使钻头降至距孔口5cm左右启动泥浆泵，待泥浆循环几分钟后，再启动钻机慢度回转，同时慢慢降下钻头，孔口位置先低档慢速钻进，钻至护筒下1m后,且孔口稳定后逐渐增加转速正常钻进。
在钻进过程中，孔内水位宜高于护筒底脚0.5m以上或地下水位以上1.5~2.0m；停钻后，应及时向孔内补水，保持一定的水头高度。应经常注意土层变化,对不同的土层采用不同的钻速、钻压、泥浆比重和泥浆量。在砂土、软土等容易坍孔的土层宜采用低档慢速钻进，同时提高孔内水头，加大泥浆比重。
正常钻进时，合理控制钻进参数，起、落钻头速度宜均匀，不得过猛或骤然变速，转速的控制对成孔及后期水下混凝土浇筑有其重要的影响，进尺速度过快，孔壁难以形成一定厚度的泥浆护壁层，易形成塌孔等事故的发生；进尺速度过慢，可能形成扩孔，影响整个分项工程施工速度，亦不可取。因此在钻孔过程中，针对地质具体情况来确定钻进速度，以确保成孔质量。钻进时不得随意提动孔内钻具，操作时掌握好钻具钢丝绳的松紧度，并注意减少晃动。
出土不得堆积在钻孔周围。因故停钻时，孔口应加护盖。有钻杆的钻机，应将钻头提离孔底5m以上，其他钻机钻头提出孔外。钻孔应一次成孔，不得中途停顿。钻孔达到设计深度后，应对孔位、孔径、孔深和孔形等进行检查，孔位偏差应满足设计要求。
1）施工准备
(1) 资料准备
①开工前应具备场地工程的地质资料和必要的水文地质资料，桩基工程施工图及图纸会审纪要。
②施工现场环境和邻近区域内的地上地下管线（高压线、管道、电缆）、地下构筑物、危险建筑等的调查资料，确保不影响现场的施钻工作。
③主要施工机械及其配套设备的技术性能资料，所需材料的检验和配合比试验，对所需的材料必需做材料的试验，试验室根据所用的原材料作好混凝土的配合比试验。
④具有可操作性的桩基工程的施工组织设计或施工方案和有关施工工艺的试验参考资料。
⑤工程地质资料
作好全面的施工准备，施工前对工程的地质情况进行必要的研究，对钻孔过程中可能会遇到的问题及突发事件采取针对性的措施及应急处理方案。
(2) 场地的布置
①平整场地
钻机就位前对场地要平整夯实,保证场地有一定硬度以免沉陷。
②施工便道
合理布置施工便道，保证反循环钻机及其它的施工机械安全就位，方便钻渣并及时外运。
③合理布置临时用水、用电设施及泥浆、排渣等其它设施，全面满足施工工作的要求。
(3) 施工机械设备
反循环钻机、泥浆泵(排污) 、混凝土搅拌运输车、运浆车(泥浆外运)、吊车、电焊机、导管、护筒等。
(4) 测量放线
采用全站仪精确定位桩孔的位置，根据桩定位点拉十字线钉放四个控制桩,以四个控制护桩为基准控制护筒的埋设位置和钻机的准确就位。护桩要做好保护工作，防止施工过程中扰动。
(5) 钻机就位
钻机就位时，要事先检查钻机的性能状态是否良好。保证钻机工作正常。
通过测设的桩位准确确定钻机的位置，并保证钻机稳定，通过手动粗略调平以保证钻杆基本竖直后, 即可利用自动控制系统调整钻杆保持竖直状态。
2）护筒就位
护筒采用钢护筒，由厚8mm的钢板卷制焊接而成，护筒顶部加焊宽度10cm的钢板箍，防止护筒变形。护筒单节长度2m，在陆上用单节护筒，在湖中或水塘里护筒深入淤泥底不小于2m。
护筒埋入后，通过靠在护筒上的精确水平仪调整护筒的垂直位置。护筒顶一般高于原地面0.3 m,以便钻头定位及保护桩孔。
3）泥浆制备
调配泥浆太稀，容易造成孔壁坍塌，调配泥浆太稠，使扭矩加大，钻头下落困难，要根据工地现场地层情况调配稀稠合适的泥浆。
根据地质情况，护壁泥浆选用膨润土、纤维素和纯碱配制，以提高泥浆性能指标，对孔壁进行有效的保护和封闭，防止坍孔。采用旋挖钻机钻孔时泥浆的性能指标一般应为：入孔泥浆比重为1.05～1.15。
黏度：一般地层16～22s，松散易坍地层19～28s。
含砂率：新制泥浆不大于4%。
胶体率：不小于95%。
PH值：应大于6.5。
膨润土造浆配合比（单位：kg）
造浆后应试验全部性能指标，钻孔过程中应随时检验泥浆比重和含砂率，并填写泥浆试验记录表，并随时注意地质变化，根据地质情况的变化随时调整泥浆的性能指标，保证泥浆的各项指标符合规范要求。
钻孔施工时随着孔深的增加向孔内及时、连续地补浆，维持护筒内应有的水头，防止孔壁坍塌。
桩孔砼灌注时，孔内溢出的泥浆引流至泥浆池内，利用于下一基桩钻孔护壁中。
4）钻孔施工
（1）反循环钻机的设置及调整
首先将反循环钻机移到钻孔作业所在位置，精确定位并固定,并保证其竖直度,保证起吊滑轮,转盘中心与桩基中心在同一铅垂线上,误差小于2厘米。
（2）钻孔作业
①、钻孔时先将钻头放入护筒之中,对准桩基中心,先制备泥浆,接通泵吸反循环系统，经空车试运转20分钟确认无异常后，方可开始钻进。
②、在钻进时，应有统一的指挥人员，不允许多人指挥。
③、每次接妥钻杆钻具放入水中后，应将钻头提升距孔底20～30cm，以防堵塞吸渣口。
④、根据不同的地质条件、不同土层，掌握卷扬机钢丝绳的松紧，选择适当的转速和扭矩，以便达到最佳的钻进效果。
⑤、变速箱换档时，先停机、挂档后才能开机。
⑥、当第一节钻杆钻完时，先停止转动，使反循环系统延续工作至孔底沉渣排洗后再换接钻杆，并予拧紧，以防漏气、漏水。拆卸钻杆时要严防钻头脱落，钻杆接头要拧紧，以防脱扣。
⑦、密切注意水龙头工作情况，若发现漏气、漏渣，应立即更换密封圈。
⑧、随时检查钢丝绳的完好情况，断丝若超过规定时，禁止使用，必须更换新品。
⑨、严禁在钻机运转过程中进行修理和润滑。
⑩、起落钻头要平稳，避免撞击孔壁。钻盘上严禁放置物品，以免旋转中抛出伤人。
（3）地质情况记录
地质情况记录按相应的地质的相关的表记录；反循环钻机钻进施工时及时填写《钻孔记录表》，
主要填写内容为：工作项目，钻进深度，钻进速度及孔底标高；《钻孔记录表》由专人负责填写，交接班时应有交接记录；根据钻机钻孔钻进速度的变化和土层取样认真做好地质情况记录，绘制孔桩地质剖面图，每处孔桩必须备有土层地质样品盒，在盒内标明各样品在孔桩所处的位置和取样时间；钻孔桩地质剖面图与设计不符时及时报请监理现场确认，由设计单位确定是否进行变更设计；钻孔达到预定钻孔深度后，提起钻杆，测量孔深及沉渣厚度（沉渣厚度等于钻深与灌注前孔深的差值）。
5）清孔
成孔达到设计标高后，对孔深、孔径、孔壁、垂直度等进行检查，不合格时采取措施处理。
成孔经检查合格后，进行清底，并重新测定孔深。水下砼浇筑前，应复查桩底沉渣厚度，不满足要求时进行二次清孔。测量孔底沉渣厚度满足设计要求时，立即浇筑砼。