淺議反循環(huán)清孔工藝在旋挖樁中的使用

1、淺議反循環(huán)清孔工藝在旋挖樁中的使用 【摘要】本文通過對反循環(huán)清孔工藝的工藝特點、適用范圍、施工工藝等進行分析，探討反循環(huán)清孔工藝在旋挖鉆機成孔灌注樁施工中的應(yīng)用，以到達提高施工效率、效益及施工質(zhì)量的目的?！娟P(guān)鍵詞】旋挖鉆機泵吸反循環(huán)清孔氣舉反循環(huán)清孔施工1、前言旋挖鉆機是一種適合建筑根底工程中成孔作業(yè)的施工機械，目前廣泛用于市政建設(shè)、公路橋梁、鐵路、水利、高層建筑等根底樁施工工程。旋挖鉆機成孔灌注樁技術(shù)被譽為"綠色施工工藝"，具有工作效率高、施工質(zhì)量好、塵土泥漿污染少、機動靈活及多功能特點，并適應(yīng)我國大局部地區(qū)的土壤地質(zhì)條件。旋挖鉆進工藝代表了當(dāng)今的先進水平，具有巨大的開展

2、潛力，是今后樁基施工技術(shù)的開展方向之一。旋挖鉆機是一種多功能、高效率的灌注樁樁孔的成孔設(shè)備，可以實現(xiàn)桅桿垂直度的自動調(diào)節(jié)和鉆孔深度的計量；旋挖鉆孔施工是利用鉆桿和鉆斗的旋轉(zhuǎn)，以鉆斗自重并加液壓作為鉆進壓力，使土屑裝滿鉆斗后提升鉆斗出土；通過鉆斗的旋轉(zhuǎn)、挖土、提升、卸土和泥漿置換護壁，反復(fù)循環(huán)而成孔。此方法自動化程度和鉆進效率高，鉆頭可快速穿過各種復(fù)雜地層，在樁基施工中具有非常廣闊的前景。但旋挖灌注樁因孔底沉渣過厚往往會導(dǎo)致承載力折減，根據(jù)以往工程對地下樁超聲波檢測結(jié)果分析，在樁基混凝土灌注正常情況下，樁基混凝土邊緣部位有缺陷，多數(shù)是混凝土內(nèi)局部有夾塊造成的。經(jīng)分析認(rèn)為：夾塊由兩局部組成，即泥漿

3、中的砂礫沉淀物以及鋼筋籠下放過程從孔壁上刮落的粘泥塊過厚，在灌注樁時，沉淀物隨著混凝土上升，因有鋼筋籠或孔壁阻隔，使沉淀物停滯在局部范圍內(nèi)，并最終造成成樁中局部缺陷。在鉆孔灌注樁的相關(guān)施工標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計文件中，明確要求沉渣厚度小于10cm，且一般工程樁基施工地質(zhì)條件復(fù)雜、多變，因此沉渣厚度控制是成孔質(zhì)量控制的難點和重點。因為從提鉆到灌注砼，對于深樁來說通常需要1個小時以上，在這個過程中，因為泥漿靜置時間過長，會產(chǎn)生一局部的沉淀，鋼筋籠下放過程中也會從孔壁上掛落局部泥塊，這些就構(gòu)成沉渣，可能會超過設(shè)計或標(biāo)準(zhǔn)要求，如果不采取措施就灌注混凝土，容易引發(fā)各種質(zhì)量事故。因此，需要在灌注前采用氣舉反循環(huán)清孔工

4、藝進行二次清孔。2、工藝特點2.1清孔徹底：能滿足孔底沉淀厚度≤10cm的要求；2.2清孔速度快：從以往的實踐經(jīng)驗情況看，如果正循環(huán)清孔情況比擬好的話，一般采用反循環(huán)二次清孔50分鐘左右就可以到達要求；2.3轉(zhuǎn)換迅速：可以在10分鐘內(nèi)，由清孔狀態(tài)轉(zhuǎn)換到混凝土灌注狀態(tài)；2.4經(jīng)濟便捷：本工藝需用的機械設(shè)備少，材料用量少，制作簡單，方便靈活；3、適用范圍3.1、本工藝適用范圍：孔深150m以內(nèi)的孔徑、對沉渣厚度要求較高，水上陸地鉆孔灌注樁的施工。3.2、適用地層：粘土層、砂層、礫石層、卵石層、巖層等地層4、施工工藝旋挖鉆孔深度到達設(shè)計要求并符合終孔條件后，應(yīng)進行清孔。清孔的主要目的是

5、去除孔底沉渣，而孔底沉渣那么是影響灌注樁承載能力的主要因素之一。清孔那么是利用泥漿在流動時所具有的動能沖擊樁孔底部的沉渣，使沉渣中的巖粒、砂粒等處于懸浮狀態(tài)，再利用泥漿膠體的粘結(jié)力使懸浮著的沉渣隨著泥漿的循環(huán)流動被帶出樁孔，最終將樁孔內(nèi)的沉渣清干凈，這就是泥漿的排渣和清孔作用。旋挖灌注樁灌注前，由于從提鉆到導(dǎo)管陳放完畢這個過程很長，對于鉆孔灌注樁來說，必然會使第一次清孔后的沉渣增加，如果不采取措施，沉渣過多，容易引起灌注事故，直接影響樁基的承載力，危及結(jié)構(gòu)平安。因此，必須高度重視灌注前的二次清孔工作。沉淀物主要由泥塊和沉淀砂礫及巖渣組成。泥塊主要是由鋼筋籠下放刮落的孔壁泥皮造成的；而砂礫沉淀物

6、主要由泥漿中的懸浮顆粒造成的，巖渣那么是旋挖的殘留。確定沉渣顆粒在泥漿處于懸浮狀態(tài)的臨界沉降速度V0的思路是：假定顆粒為球形，其重力為G，顆粒在液體中的浮力為P，球形顆粒在液體中的沉降阻力為R。當(dāng)G>P時，巖屑下降，速度逐漸增大，R值也隨之增大。當(dāng)R值到達足以使作用在巖屑上的三種力保持平衡時，即R=G-P時，巖屑將以恒速v0下降。通過推導(dǎo)可得出沉降速度即雷廷格爾公式為正循環(huán)清孔是泥漿由鉆桿或?qū)Ч茏⑷肟椎?，帶動沉淀物上浮，在重力作用下泥漿中砂礫等沉淀物有下沉的趨勢，如果泥漿泵流量偏小，將出現(xiàn)大顆粒砂礫懸浮在一定高度以下；如果想把大的沉渣顆粒排出孔外，一方面是加大泥漿的循環(huán)速度，另一方面是加

7、大泥漿的密度，但是受現(xiàn)有泥漿泵排量的限制，泥漿的循環(huán)速度不可能提高很多，加大泥漿比重的方法也不可行。另外因為孔壁處泥漿比孔中心部位流速慢，造成泥漿含砂率不均勻，最終不能將泥漿中大顆粒完全置換到孔外去，因此該傳統(tǒng)工法清孔效果并不理想。如果用正循環(huán)清孔，φ1.1m的孔的斷面積為0.95m2，常用2PNL砂石泵額定排量為93.33m3/h，假定采用2臺并聯(lián)送水，泥漿攜帶鉆渣后進入鉆桿與孔壁形成的環(huán)閉空間后上返速度是很低的，滿排量時漿液的上返速度僅到達0.05m/s。根據(jù)上述公式可見正循環(huán)鉆進只有依靠高濃度高密度泥漿來懸浮鉆渣，最終端沉渣厚度不能保證符合設(shè)計要求，從而容易引發(fā)質(zhì)量隱患。

8、4.4.1反循環(huán)清孔通常采用兩種方式，一種是泵吸反循環(huán)，另一種是氣舉反循環(huán)。泵吸反循環(huán)是通過砂石泵的抽吸作用，在鉆桿內(nèi)腔形成負(fù)壓，在孔內(nèi)液柱和大氣壓的作用下，孔壁與環(huán)狀空間的泥漿流向孔底，將沉渣帶進鉆桿導(dǎo)管內(nèi)腔，再經(jīng)過砂石泵排至地面沉淀池內(nèi)；沉淀鉆渣后，泥漿流向孔內(nèi)，形成反循環(huán)。氣舉反循環(huán)的原理是：壓縮空氣經(jīng)風(fēng)管向?qū)Ч芘旁軆?nèi)送風(fēng)，風(fēng)管內(nèi)的空氣與泥漿混合物密度約為0.6小于導(dǎo)管排渣管內(nèi)泥漿密度約為1.1，形成負(fù)壓區(qū)，在大氣壓的作用下，汽水混合物排出管外；孔底泥漿及沉淀物的混合物沿著導(dǎo)管上升，補充到負(fù)壓區(qū)；為防止孔中泥漿水頭過小，及時用泥漿泵將優(yōu)質(zhì)含砂率低泥漿補充到孔內(nèi)，并形成循環(huán)系統(tǒng)。氣舉反循

9、環(huán)的設(shè)備非常簡單，主要的構(gòu)造見圖1所示。除了風(fēng)管、排渣金屬管、排渣軟管、法蘭盤接頭外，現(xiàn)場只需要一臺920m3/h空壓機就可完成整套施工工藝。圖1給出了兩種形式的氣舉反循環(huán)設(shè)備。形式1是直接利用導(dǎo)管作為排渣管，優(yōu)點是操作簡便、工序轉(zhuǎn)換速度快，現(xiàn)場只要沉放風(fēng)管即可，缺點是需要的風(fēng)量較大，需要大型的空壓機。形式2是在導(dǎo)管內(nèi)增加了一根金屬排渣管，其缺點是現(xiàn)場操作量比形式1復(fù)雜，其優(yōu)點是現(xiàn)場需要一個較小的空壓機就可實現(xiàn)。5、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量控制清孔完成后，孔底沉渣應(yīng)嚴(yán)格控制在10cm以內(nèi)，泥漿指標(biāo)合格泥漿相對密度：1.031.10；粘度：1720s；含沙率：因為泵吸反循環(huán)比擬簡單，運用較多，在此只提出氣

10、舉反循環(huán)的操作本卷須知：出漿管底口距離孔口深度不宜小于30m，以形成足夠的備壓，但也不能小于5m，否那么不能形成有效的反循環(huán)體系；出漿管及高壓進氣管的法蘭盤連接緊密，確保不漏氣；氣舉反循環(huán)過程中，保證有足夠的優(yōu)質(zhì)泥漿補充到孔孔內(nèi)，并且要在開啟反循環(huán)前先送漿，時刻觀察護筒內(nèi)泥漿面的變化情況，防止泥漿補充缺乏，水頭下降過大造成塌孔；為防止孔內(nèi)沉淀物堵塞出漿管，在氣舉反循環(huán)前，要把導(dǎo)管提離孔底一段距離，待反循環(huán)形成后，視出漿清孔逐步下沉；由于樁孔較大，要左、右移動導(dǎo)管及前后移動平臺，使清孔比擬徹底。6、機具設(shè)備6.1泵吸反循環(huán)清孔設(shè)備：排渣軟管、4BS砂石泵。6.2氣舉反循環(huán)清孔設(shè)備：除了風(fēng)管、排渣

11、金屬管、排渣軟管、法蘭盤接頭外，現(xiàn)場只需要一臺920m3/h空壓機就可完成整套施工工藝。7.1、起重平安：本工法用到的主要的施工機械是汽車吊，因此要注意起重平安，嚴(yán)格執(zhí)行起重操作規(guī)程，不能因為起重點重量不大而掉以輕心。7.2、用電平安：嚴(yán)格用電管理，施工現(xiàn)場的一切電源電路的安裝和撤除，必須由持證電工操作，電器必須嚴(yán)格接地、接零和漏電保護器，場地電纜應(yīng)架空，嚴(yán)禁拖地和埋壓土中。8、環(huán)保措施1施工機械注意保養(yǎng)，維修時防止油料灑落污染河水；2廢棄砼，清洗罐車、導(dǎo)管的廢水必須集中處理。3經(jīng)常對施工機械進行保養(yǎng)，盡量減少噪音污染。4施工過程中的廢棄物、邊角料、包裝袋等及時收集、清理、集中處理。9、效益分

12、析9.1反循環(huán)法二次清孔技術(shù)給我們帶來的第一個效益就是質(zhì)量平安：灌注混凝土是保證成樁質(zhì)量的關(guān)鍵工序，"斷樁"、"夾泥"、"堵管"等常見的灌注質(zhì)量事故都與孔內(nèi)混凝土上部壓力過大有一定關(guān)系。正循環(huán)為了有效的排渣，選用的泥漿泥漿密度高、濃度大，勢必造成孔內(nèi)壓力大，這樣混凝土人導(dǎo)管排出的阻力增大，澆注困難；另外正循環(huán)鉆孔過程中因泥漿濃度高、密度大所形成的孔底沉渣，很難從孔中完全去除，所以其中一局部在澆注過程中卷入泥漿中更加大混凝土抬升的阻力，這種阻力在灌注臨近結(jié)束時更加明顯可以觀察此時孔內(nèi)排出的泥漿密度、濃度明顯加大，流淌緩慢，偶爾有大塊的絮狀泥塊出現(xiàn)，假設(shè)處理不當(dāng)，很容易使臨近樁頂10m左右混凝土質(zhì)量差、強度低，而該局部又是樁受力的關(guān)鍵位置。反循環(huán)二次清孔技術(shù)的運用使鉆渣清理較為徹底，因此灌注較為順暢，樁頂沉渣少，樁身混凝土質(zhì)量明顯提高。9.2反循環(huán)法二次清孔技術(shù)大大縮短了深樁的清孔時間，提高了成孔效率。通常，對于深樁