旋挖鉆孔灌注樁沉渣產(chǎn)生及處理方法對比

1、.旋挖鉆孔灌注樁沉渣的產(chǎn)生及處理方法對比荊留杰 水俊峰 張冰（北京市三一重機有限公司，北京 102206）摘要 鉆孔灌注樁沉渣過厚對樁基承載力和沉降量有很大的不良影響，旋挖施工成孔也存在此類問題。本文結(jié)合旋挖施工過程，分析了樁底沉渣產(chǎn)生來源和控制措施，最后介紹了三種清渣方法并進行對比，論述了不同清渣方法的特點和適用范圍。關(guān)鍵詞 旋挖鉆機；沉渣；處理方法Cause of residue in concrete irrigation borehole bottom and solution comparisonJing Liujie Shui Junfeng Zhang Bing ( Sany H

2、eavy Industry Co. , Ltd., Beijing 102206, China)Abstract：Over thick residue in concrete irrigation borehole have negative impact on foundation bearing capacity and sedimentation, borehole piled by rotary drilling rig is not an exception. This article provide the contrast of three bottom cleaning met

3、hods by analyzing the rotary drilling process and the cause of over-thick residue in borehole bottom, focus on the discussion of characteristic and application of each cleaning method.Keywords：rotary drilling；residue；cleaning methods .目前，旋挖鉆機施工的各類樁基已超過鉆孔灌注樁總量的30%。大量旋挖成樁的質(zhì)量問題也隨之產(chǎn)生，樁底沉渣過厚即是其一。眾多學(xué)者所研究沉

4、渣厚度的不良影響有：沉渣過厚嚴(yán)重制約了樁端承載力的發(fā)揮，沉渣過厚增大了樁的沉降位移。兩者對樁基上層建筑整體結(jié)構(gòu)安全都會造成巨大不良隱患。鑒于以上問題，現(xiàn)行樁基施工驗收規(guī)范對鉆孔灌注樁孔底沉渣厚度提出了明確要求。在JGJ94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范中規(guī)定端承樁沉渣厚度50mm，摩擦樁沉渣厚度100 mm。許多地方性行業(yè)規(guī)范也出臺明確規(guī)定對此進行約束。然而在施工中，由于施工設(shè)備或技術(shù)等原因造成樁底沉渣問題依然嚴(yán)峻。本文將結(jié)合旋挖施工流程，對沉渣產(chǎn)生的來源和控制，沉渣處理方法和其特點進行詳細(xì)論述。1沉渣產(chǎn)生及過程控制樁底沉渣可能產(chǎn)生于旋挖鉆機施工的作者簡介荊留杰，北京市三一重機有限公司工法所副所長

5、，碩士，高級工程師，電話：郵箱：多個環(huán)節(jié)中，分析認(rèn)為沉渣產(chǎn)生大致分為三類：1.1樁孔孔壁塌落樁孔孔口表土層不穩(wěn)定塌落孔內(nèi)；鉆孔附近有重載車輛通行壓垮孔壁；提、放鉆時孔內(nèi)泥漿液面波動過大沖刷孔壁；未及時補充泥漿；鉆具提放刮蹭孔壁；下放鋼筋籠刮蹭孔壁；成孔后沒有及時灌注，孔壁浸泡時間過長?？刂拼胧合落撟o筒保護孔口；調(diào)節(jié)泥漿參數(shù)進行護壁；保持泥漿液面高度，及時補漿；鉆具提放時保持對中，做到慢提、慢放、慢鉆，防止鉆孔傾斜；下放鋼筋籠保持對中、垂直等。1.2泥漿沉淀泥漿參數(shù)不合格，護壁效果不佳；灌注前等待時間過長，泥漿發(fā)生分層沉淀；泥漿含砂率高，卻沒有經(jīng)過沉淀或者過濾反復(fù)使用。控制措施：配置合適參數(shù)的

6、泥漿；及時檢測、更新泥漿；設(shè)置泥漿沉淀池或者泥漿分離器將泥漿中泥砂沉淀分離；縮短灌注等待時間，避免泥漿沉淀。1.3鉆孔殘留鉆具鉆底變形或者磨損過大，渣土泄漏生成沉渣；鉆底結(jié)構(gòu)本身限制，如鉆齒布置高度、間距等原因造成渣土殘留過多生成沉渣?？刂拼胧哼x用合適鉆具，經(jīng)常檢查鉆底結(jié)構(gòu)；減小旋轉(zhuǎn)底和固定底間隙；及時補焊保徑條，更換磨損嚴(yán)重的邊齒；合理調(diào)整鉆齒布置角度、間距；增加清渣次數(shù)，減少樁底殘留。施工過程中應(yīng)采取適當(dāng)措施避免沉渣產(chǎn)生。對已經(jīng)產(chǎn)生沉渣的樁孔，宜選用合適的清渣工藝進行沉渣處理。2 清渣方式特點及對比樁底沉渣處理方法可以分為以下三類：泥漿正循環(huán)清渣、氣舉反循環(huán)清渣和鉆具清渣。2.1泥漿正循

7、環(huán)清渣泥漿正循環(huán)清渣是將導(dǎo)管放至孔底沉渣位置附近，開啟泥漿泵，快速運動的泥漿對樁底沉渣進行沖刷擾動，沉渣在泥漿中泛起，被上升循環(huán)的泥漿攜帶排出。圖1. 泥漿正循環(huán)清渣1-泥漿泵 2-泥漿池 3-沉渣 4-樁孔 5-導(dǎo)管Fig.1 normal circulation cleaning-out泥漿正循環(huán)清渣運行時須注意以下事項：選擇合適的泥漿泵；泥漿流量過大，對孔壁沖刷大，容易塌孔，泥漿流量小，沉渣上升速度慢，清渣效果差，耗費時間長。減少管道接口，避免管道直徑劇烈變化、運行方向劇烈變化，減小泥漿循環(huán)系統(tǒng)中的沿程阻力和局部阻力消耗。根據(jù)清渣效果適時提放、移動導(dǎo)管，更快擾動沉渣，快速清渣。從孔內(nèi)循環(huán)

8、排出的泥漿含有大量鉆渣，二次循環(huán)前宜經(jīng)過除砂或者沉淀。流量、揚程作為選擇泥漿泵的依據(jù)，可根據(jù)樁孔直徑大小配置功率在12KW30KW之間的3PN泥漿泵。2.2氣舉反循環(huán)處理工法氣舉反循環(huán)清渣是將高壓空氣送入導(dǎo)管中下部，與導(dǎo)管內(nèi)泥漿混合，形成密度較小的氣液混合物，在密度差、壓力差的作用下向上運動，并形成持續(xù)的泥漿流，抽吸導(dǎo)管下部的泥漿和樁底沉渣排出。圖2. 氣舉反循環(huán)清渣1-泥漿泵 2-泥漿池 3-沉渣 4-樁孔5-導(dǎo)管6-空壓機 7-進氣管Fig.2 air lift reverse circulation cleaning-out氣舉反循環(huán)清渣工藝運行時，除減少阻力、移動導(dǎo)管、分離泥漿中泥砂等

9、，還須注意：選取合適的空氣壓縮機、設(shè)置合適的進氣管長度等；氣舉反循環(huán)會引起樁孔底部產(chǎn)生抽吸負(fù)壓，在不穩(wěn)定地層使用須防止塌孔。氣舉反循環(huán)設(shè)備配置較為復(fù)雜，在進行實際工作之前必須進行一定的調(diào)試和優(yōu)化，尤其是空壓機選型、氣管位置等參數(shù)直接影響循環(huán)清渣效率。見下圖3。圖3. 氣舉反循環(huán)工作示意圖Fig.3 sketch map of air lift reverse circulation 導(dǎo)管底部距孔底或者沉渣距離d保持在0.20.5米。當(dāng)孔底泥漿密度、粘度較大，循環(huán)啟動時可先適當(dāng)增大d的距離，等循環(huán)順暢時再下放至正常距離。為防止氣體沖出導(dǎo)管。C長度不宜小于3米；b的長度決定了氣液混合段的壓力差（）

10、，為保證氣液混合段有較大壓力差，b的長度宜在（b+c）的1/22/3范圍內(nèi)，同時要小于空壓機最大額定壓力的水柱深度。當(dāng)孔深較大時，b的長度在40米左右即可產(chǎn)生足夠大的壓力差。盡量減小a的高度，減小泥漿輸送距離和壓力損失。多次工程實踐發(fā)現(xiàn)：導(dǎo)管直徑2030cm時，空壓機壓力0.51.0MP，進氣量812m3/h較為適宜。孔深孔徑較大時，空壓機壓力和流量都應(yīng)適當(dāng)增大。2.3 鉆具清渣清渣鉆具可在干孔鉆進或者不宜泥漿循環(huán)等情況下使用。清渣鉆頭清渣導(dǎo)板宜盡量短小，便于渣土進入筒體。清渣導(dǎo)板高度越小，清渣效果越理想。如圖4。鉆具清渣施工應(yīng)注意以下事項：鉆進至樁孔指定深度后，使用截齒撈砂斗在不加壓的情況下

11、空轉(zhuǎn)數(shù)圈，使得樁底盡量平坦，便于清渣。清渣鉆具鉆底結(jié)構(gòu)必須依據(jù)截齒斗底形狀進行對應(yīng)修改，盡量減小導(dǎo)板和中心錐高度。鉆具清渣后，立刻下籠灌注。圖4. 雙底清渣鉆頭Fig.4 double buttom cleaning-out bucket3 沉渣處理方法對比從以下3個方面進行對比分析鉆具清渣、正循環(huán)清渣和氣舉反循環(huán)清渣三種方法特點： 3.1適用范圍正循環(huán)清渣適用于靜漿護壁鉆進工藝中直徑和深度都較小的樁孔，便于泥漿攜帶沉渣上返，一般樁徑在1.5m以下，深度40m以內(nèi)。否則需要配置超大功率泥漿循環(huán)泵才能實施。氣舉反循環(huán)清渣工藝適用于幾乎所有靜漿護壁鉆進工藝施工的樁孔，為使循環(huán)有足夠的壓力差，一般要

12、求樁孔深度大于10m。特別適用于大直徑大樁深鉆孔。鉆具清渣適用于所有旋挖鉆進工藝，尤其適合干孔鉆進、長護筒或者全護筒鉆進及泥漿循環(huán)容易引起塌孔的情況。對比而言，正循環(huán)清渣適用范圍較小，氣舉反循環(huán)適用范圍較大，鉆具清渣適用范圍最廣。3.2 設(shè)備配置正循環(huán)清渣工藝所需設(shè)備：泥漿泵、導(dǎo)管等。氣舉反循環(huán)所需設(shè)備：空壓機、泥漿泵、導(dǎo)管、進氣管、接頭等。鉆具清渣必需配置與樁徑適應(yīng)的清渣鉆頭。在三種清渣工法中，氣舉反循環(huán)系統(tǒng)所需設(shè)備最多，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也最復(fù)雜。由于清渣鉆具價格與普通鉆具相近，大直徑清渣鉆具價格較為昂貴，旋挖施工中應(yīng)用不多，并且孔徑不同時需要配置不同直徑的清渣鉆具，高昂的初期投資是它與泥漿循環(huán)清渣相比存在的缺點。3.3 清渣效率在三種清渣工法中，以鉆具清渣效率最高，通常經(jīng)過35次提放清渣即可滿足灌注要求，氣舉反循環(huán)次之，清渣耗時往往在12小時之間，而正循環(huán)清渣效率最低，往往耗時2小時以上。然而，實際清渣時間與設(shè)備配置、工程地質(zhì)特征、泥漿質(zhì)量等等因素密切相關(guān)，不能一概而論。4 結(jié)語旋挖成孔過程中多個環(huán)節(jié)都可能產(chǎn)生樁底沉渣，在施工過程中應(yīng)盡量采取正確施工設(shè)備和方法，避免沉渣大量產(chǎn)生，為成孔后的清渣提供良好基礎(chǔ)。與其他成孔方式一樣，旋挖設(shè)備本身并不具備清渣功能，因此成孔可選用本文介紹的三種清渣方法進行二次清孔。三種清渣方法各有特點，優(yōu)劣互補，在選擇和使用時應(yīng)遵循“因工程制宜